【原】基于微信小程序的陆空通话训练系统

风雨中的摇摆 2024-05-16 发布于江苏

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摘要

微信小程序作为一种轻量级应用程序，已经在各个领域得到了广泛的应用。本文以微信小程序为平台，针对陆空通话训练的需求，设计并开发了一套系统，旨在提供一种便捷、高效的通话训练平台。首先，分析了微信小程序的普及与应用以及陆空通话训练的重要性；其次，调研了国内外相关研究现状，为系统设计提供了参考；然后，介绍了微信小程序的技术概述，包括基本概念、开发环境搭建和功能与限制；接着，对系统的需求进行了分析与设计，包括功能需求、界面设计和数据库设计；随后，详细描述了系统的实现过程，包括前端开发、后端开发和数据库管理；进而，对系统进行了测试与性能优化，确保系统的稳定

关键词：微信小程序；陆空通话训练；系统设计；系统开发；性能优化

Design and development of land-air communication training system based on WeChat mini-program

Abstract

As a kind of lightweight application, WeChat mini-program has been widely used in various fields. This paper designs and develops a set of system based on the WeChat mini-program as the platform, in view of the demand of land-air communication training, aiming to provide a convenient and efficient communication training platform. Firstly, the popularity and application of WeChat mini-program and the importance of land-air communication training are analyzed; Secondly, the relevant research status at home and abroad is investigated, which provides a reference for system design; Then, the technical overview of WeChat mini-program is introduced, including basic concepts, development environment setup, functions and restrictions; Next, the requirements of the system are analyzed and designed, including functional requirements, interface design and database design; Subsequently, the implementation process of the system is described in detail, including front-end development, back-end development and database management; Furthermore, the system is tested and performance optimized to ensure the stability and user experience of the system; Finally, the research results of the paper are summarized, and the development direction of the future system is prospected.

Key Words：WeChat mini-program; land-air communication training; system design; system development; performance optimization

1 绪论

1.1 研究背景与意义

现代社会中很多地方都会用到通信技能，比如说在航空领域中良好的陆空通话能力对飞行安全和工作效率就很重要。如今随着航空业的快速发展，对飞行人员通话技能的要求也越来越高。传统的陆空通话训练方式却很难满足人民的需要，存在许多不足之处。现在微信小程序应用地非常广泛，所以基于微信小程序进行陆空通话训练系统的设计与开发就很有意义。

本文就通过结合微信小程序技术设计开发一套便捷高效的陆空通话训练系统，以提升飞行人员的通话技能和安全意识。通过分析微信小程序的普及与应用情况了解陆空通话训练的重要性，详细介绍微信小程序的技术特点和开发流程，进行系统需求分析与设计，详细描述系统的实现过程，进行系统测试与性能优化，希望设置出一款合格的基于微信小程序的陆空通话训练系统。

1.2 国内外研究现状分析

1.2.1 微信小程序在教育领域的应用

随着学校适应新型教学方式，微信小程序成为教学过程中日渐重要的工具，在众多科目中以针对特色的授课形式所存在。微信小程序不仅提供了便捷的学生学习方式和丰富的学习资源，更为老师提供了实时管理学生学习进度和学习结果的平台，这些小程序在教育者和学生的日常使用中受到了好评^[1^,2,3^]。而且小程序的使用界面与微信界面无异，操作简便、开发周期短，有编程基础的人在数月内就能完成开发和调试工作^[4]。

1.2.2 陆空通话训练系统的现有研究

在国内外有一部分关于陆空通话训练系统的研究，一些航空培训机构开发了针对飞行人员的通话训练软件，可以通过模拟真实的通话场景来帮助飞行人员提高通话技能。但是大多的研究主要集中在理论探索和模拟实验上，对陆空通话训练系统的实际应用还是不算太多。因此现在虽然已有一些关于陆空通话训练系统的研究工作，但并不完善，系统的使用便捷性和通话场景的真实性等还是亟待解决的问题。所以本文研究的基于微信小程序的陆空通话训练系统的设计与开发还是非常有意义的。

1.3 小程序框架

小程序框架如下图1-1所示：

图1-1 陆空通话小程序功能框架图

2 微信小程序技术概述

2.1 微信小程序的基本概念与特点

微信小程序是一种由微信开发团队推出的轻量级应用形式，它具有以下几个基本概念和特点：

2.1.1 小程序开发框架

微信小程序采用了类似于前端开发的技术栈，主要使用HTML、CSS和JavaScript进行开发。开发者可以使用类似于Web开发的方式来构建小程序的界面和交互逻辑。后端可采用Eclipse IDE201 9+ Tomcat8.0+Java JDK1.8技术，数据库采用MySQL数据库^[5]。

2.1.2 小程序的组成与架构

微信小程序由多个页面组成，每个页面由.wxml、.wxss、.js和.json四个文件构成。其中，.wxml文件用于描述页面的结构，.wxss文件用于描述页面的样式，.js文件用于描述页面的交互逻辑，.json文件用于配置页面的窗口表现、设置网络超时时间等。

2.1.3 轻量级与快速启动

微信小程序具有轻量级的特点，它的体积小、启动速度快，用户无需下载安装即可使用。这种快速启动的特点使得用户可以随时随地方便地打开并使用小程序，为用户提供了更加便捷的服务体验。并且作为当前移动设备的热门应用程序之一, 其庞大的用户量和多样化的功能能够为陆军通话训练系统的构建提供有力的支持^[6]。

2.1.4 便捷的传播与分享

微信小程序可以通过微信的社交平台进行传播，用户可以通过扫描二维码等方式快速地使用，这种便捷的传播方式可以进行便捷的传播与分享。

2.1.5 跨平台兼容性

微信小程序具有跨平台兼容的特点，在HarmonyOS、Android和iOS平台均可同时运行，开发者不需要针对不同内核的操作系统进行专门的设计、开发和定制工作，在多平台兼容和减少开发者工作量方面体现了极大的优势。微信小程序基于MINA框架，该框架针对执行速度和开发便利性进行了优化^[7]。

微信小程序在开发和用户使用过程中受到了广泛青睐，因为在开发过程中具有简便、热部署、启动迅速和多机型多系统兼容等特点，同时它作为一种新型的轻量便捷式应用，也为各个行业、各个领域的应用场景带来了无限的可能。

2.2 微信小程序开发环境搭建

在进行微信小程序开发之前，首先需要搭建相应的开发环境，包括选择合适的开发工具并进行安装，以及了解小程序开发的基本流程。

2.2.1 开发工具的选择与安装

小程序开发工具有微信官方提供的，如果需要使用可以在官方网站上下载使用。这个官方的开发工具效果还是很多的，开发者可以轻松地使用WXML、WXSS等技术进行前端开发^[8]。

2.2.2 小程序开发的基本流程

微信小程序的开发流程一般包括以下几个基本步骤：

在微信开发工具中，通过新建项目功能创建一个新的小程序项目，并填写项目的基本信息，如名称、AppID等。

了解微信小程序项目由多个wxml、.wxss、.js、.json四个文件构成的页面组成，并明白这四个文件的用处。例如.wxml文件主要是用于描述页面的结构，.wxss文件主要用于描述页面的样式，.js文件主要用于描述页面的交互逻辑，.json文件主要用于配置页面的窗口表现等^[9,10]。

使用代码语言对小程序代码进行编写，要学会选择不同的代码语言，页面结构用WXML，因为它可以自主定义各类样式布局等；微信小程序的页面样式用类似于CSS的WXSS，通过它来提供了多样化的样式属性；当进行编写微信小程序的逻辑和交互可以使用JavaScript来支持事件驱动和异步编程，保证语音识别、数据处理、后端配置的实现。

调试预览：在“微信开发者工具”开发过程中，开发者可以通过代码开发模块、机型选择预览模块、控制台调试模块、真机体验模块、资源管理模块进行小程序页面的构建和页面的预览、调试，也可以在多系统、多机型的真机上进行实时浏览和测试，极大的方便了开发者在开发过程中实现内容的验证和优化^[11]。

发布上线：当开发完成后，开发者可以通过微信开发工具提供的发布功能将小程序提交到微信公众平台进行审核，并在审核通过后正式上线。

2.3 微信小程序的功能与限制

微信小程序作为一种轻量级应用形式，具有丰富的功能和灵活的开发方式，但同时也存在一些开发和使用上的限制^[12^,13^]。

2.3.1 主要功能模块介绍

微信小程序的主要功能模块包括：

页面渲染交互是其主要功能之一，因为小程序提供了丰富的组件和API，开发者可以通过各种组件来构建页面的结构，通过事件绑定和交互操作实现页面的动态效果。

网络请求与数据存储：小程序提供了网络请求API，开发者可以使用wx.request()方法进行HTTP请求，获取和发送数据。同时，小程序还提供了本地存储API，开发者可以使用wx.setStorage、wx.getStorage等方法实现数据的本地存储和读取。

用户身份认证：用户在小程序登录页面输入用户名和密码进行登录操作，小程序通过wx.login()、wx.getUserInfo()获取输入的用户名和密码，通过访问后端登录接口发送数据，后端程序中用户名和密码校验逻辑进行用户验证，从而实现用户身份的识别和授权。

语音识别：陆空通话训练系统引用了阿里云提供的智能语音交互，在小程序内实现了实时语音识别的开始和结束。用户可以在陆空通话训练题目中完成地空通话训练内容，语音识别功能可精准识别到用户录入训练内容，并进行录入结果与题干内容结果比对。

2.3.2 在开发中的常见限制与解决方案

在微信小程序的开发过程中的限制也是开发者需要注意的地方。因为小程序的代码包大小和对单个文件的大小是有限制的，开发者可以使用小程序的分包加载功能来对代码和资源文件进行拆分成多个子包按需加载，这样就可以减小代码包大小限制的目的。

小程序对API接口的调用频率有一定的限制，超过限制后可能会导致接口调用失败。开发者可以降低控制接口的调用频率，使用缓存技术减少重复请求，这样API服务器的压力就可以减少，达到延长接口的可用时间的目的。

小程序还可能存在部分功能受到限制的问题，比如说一些系统级的API不能用,也不能访问本地文件系统等。可以使用小程序提供的替代方案或者寻求第三方解决方案进行解决。

3 陆空通话训练系统需求分析与设计

3.1 通话训练系统功能需求分析

3.1.1 用户角色与功能需求

通话训练系统的用户角色主要包括以下几种：

学员：学员是系统的主要用户群体，他们需要通过系统进行通话训练，包括听取指令、作出回应等。

教练：教练是系统的管理者，负责管理学员的通话训练进度，对学员的表现进行评估和指导。

基于以上用户角色，系统的功能需求包括：

学员功能需求：

注册登录：学员需要能够注册账号并进行登录，以便进行通话训练。

通话训练：学员可以在系统中进行陆空通话的模拟训练，包括模拟飞行指令的接收和回复。

训练记录：小程序记录学员的陆空通话训练记录，包括训练时长、训练内容和训练得分等。

训练评估：管理员可以根据学员的通话练习表现进行效果评估，为学员提供个性化的训练指导与建议。

管理员功能：可以增删减题目，可以及时关注学员练习情况并批阅。

登录管理：管理员能够通过后台进行登录和身份验证，以便管理学员的训练情况。

学员管理：管理员可以查看并管理学员的信息，包括了学员的训练记录、评估成绩等。

3.1.2 系统整体功能结构设计

陆空通话训练系统的整体功能结构设计应该包括以下几个方面：

用户管理模块：包括用户注册、登录、信息管理等功能，用于管理学员和教练的用户信息。

通话训练模块：包括通话训练的模拟实现，提供给学员进行陆空通话训练的功能。

训练记录模块：记录学员的通话训练记录，包括训练时长、训练内容等信息。

评估与指导模块：对学员的训练表现进行评估和指导，为学员提供个性化的训练建议。

3.2 系统界面设计与交互流程

3.2.1 用户界面设计原则

设计系统用户界面的关键是遵循以下几个原则；一要保持简洁直观；二要提高易用性和可用性，三要遵循人机工程学原理：四要遵循视觉设计原理。

简洁性：设计的界面非常简明扼要，没有任何见长的装饰性元素和过多的见余信息，从而让使用者能够快速找到所需的功能。

一致性：使界面设计中的各个方面都能达到高度的一致性，从面使用戶可以轻松地在不同界面间进行操作。从布局到鱼彩宇体等各方面都是如此。通过一致性设计。

可视化：借助图表图像等各种可视化元素增强使用者与界面之间的可见佳和吸引力。从而使用户体验得到有效的提高，使界面变得更有直观易用性，使用户更容易找到所需的信息和进行操作。

易用性：易用性主要是指降低便用者的学习成本，需要再设计界面时多考虑用户的使用方法，提高自身对交互流程的理解程度，这样就可以达到更高效的用户交互效果。

反馈性：提供及时的反馈信息，如按钮点击后的状态变化、操作成功提示等，帮助用户理解操作的结果。

3.2.2 主要界面功能介绍

系统的主要界面包括以下几个：

登录界面：用户首次进入系统时需要进行登录，登录界面包括用户名和密码输入框，以及登录按钮。

注册界面：新用户需要进行注册才能使用系统，注册界面包括用户名、密码、确认密码等注册信息输入框，以及注册按钮。

首页界面：这是用户进入系统后的主要界面，在这个界面用户可以看到这个小程序的主要功能，和几个子界面的入口，如图3-1所示。

通话训练界面：通话训练界面用于模拟陆空通话的训练场景，包括接收指令、作出回应等操作，用户可以在此界面进行通话训练，如图3-2所示。

训练记录界面：这个界面主要是用于展示用户的训练记录，可以在这个界面里看到用户的每次训练情况，如图3-3所示。

个人中心界面：这个界面主要是每个用户个性信息的展示界面，可以在这个界面里看到用户头像、用户名、个人资料、个人动态.、消息、设置、反馈、关于、退出账号等功能，如图3-4所示。

图3-1 陆空通话小程序首页界面图

图3-2 陆空通话小程序训练界面图

图3-3 陆空通话小程序训练记录页面图

图3-4 陆空通话小程序个人中心界面图

3.3 数据库设计与系统架构

数据库设计和系统架构对于系统的稳定性和扩展性至关重要。在设计陆空通话训练系统的数据库和系统架构时，需要考虑到系统的功能需求和性能要求，并合理设计数据库结构和系统模块与组件。

3.3.1 数据库结构设计

陆空通话训练系统的数据库结构设计应包括以下几个主要表：

用户表（User）：用于存储用户的基本信息，包括用户ID、用户名、密码、角色等字段。

通话记录表（Call_Record）：用于记录用户的通话训练记录，包括训练时间、训练内容、训练成绩等字段，与用户表通过用户ID进行关联。

其他相关表：根据系统的具体需求，还可以设计其他相关表，如课程表、训练计划表等。

3.3.2 系统模块与组件设计

陆空通话训练系统的系统模块与组件设计应该包括以下几个主要模块：

用户管理模块：负责用户的注册、登录、信息管理等功能，包括用户认证、权限管理等。

通话训练模块：包括通话训练的模拟实现，提供给学员进行陆空通话训练的功能，包括接收指令、作出回应等操作。

训练记录模块：负责记录用户的通话训练记录，包括训练时长、训练内容、训练成绩等信息的管理和展示。

评估与指导模块：负责对学员的训练表现进行评估和指导，提供个性化的训练建议和指导，包括教练的评估记录和学员的评估结果。

4 微信小程序陆空通话训练系统的实现

4.1 小程序前端开发实现

4.1.1 页面布局与样式设计

小程序前端开发的页面布局与样式设计是直接影响用户的视觉体验和操作流畅度^[14,15]的关键要素。以下是几个比较重要的关键点:

页面结构与导航:好的页面结构与导航能够使用户快速定位到所需的页面元素和功能入口。

字体与颜色：合适的字体和色彩能够为页面增色添彩。

背景色：合适的背景色能够为页面增添可观性。

布局设计：为了合理地安排页面中的布局结构，根据页面的功能和内容进行适当的划分，以形成头部导航栏主体内容区域和底部导航栏等不同的区域，并对它们进行灵活的布局设置能够适应各种不同的需求和情况的页面布局方是Flex布局方式的更直观优势所在。

样式设计：为了使页面的样式保持简洁美观并统一整体风格，要选择合适的字体颜色图标等元素，使页面呈现出良好的视觉效果的同时保证响应式设计的适配不同大小的屏幕。要合理运用排版布局，使页面结构清晰，易于阅读。

4.1.2 功能模块的前端实现

小程序前端开发还涉及到各个功能模块的前端实现，包括页面跳转、数据渲染、事件处理等。以下是功能模块的前端实现的一些关键点：

页面跳转：使用小程序提供的navigator组件或wx.navigateTo()、wx.redirectTo()等API实现页面之间的跳转和导航。

数据渲染：使用<block>、<view>等组件和{{}}语法实现页面数据的动态渲染，将后端返回的数据动态展示在页面上。

事件处理：使用bind、catch等事件绑定机制，实现页面中各种交互事件的处理，如点击事件、滑动事件等。

组件封装：根据功能模块的复用性，将页面中的一些常用组件进行封装，提高代码的复用率和可维护性。

数据请求：使用wx.request()等API向后端服务器发起数据请求，获取后端返回的数据，并进行相应的处理和展示。

功能模块的前端实现需要充分考虑系统的性能和用户体验，保证页面的流畅性和功能的稳定性。同时，需要遵循小程序的开发规范和最佳实践，确保代码的可读性和可维护性。

4.2 数据库设计与实现

在进行小程序、后端、管理端开发之前，首先要下载前端和后端开发软件，搭建Java、NodeJs和Mysql开发环境，搭建和配置部署服务器环境，确保系统的开发过程和后期云服务器部署正常运行和安全性。以下是代码开发和服务器环境搭建与部署的一些关键点：

选择开发软件：基于JDK1.8、Maven3.6.1、node12.16.1选择Idea2024、Websorm2024和微信开发者工具。

开发环境选择：开发环境选择了阿里云提供的云电脑，可以在不同电脑上完成系统设计和开发。

服务器选择：部署服务器选择阿里云新用户可以免费试用三个月的ESC服务器。

部署操作系统选择：操作系统选择了相对稳定且配置性成熟的centos7，极大提高了部署环境的安全性。

数据库选择：数据库选择了体积小、速度快、成本低的关系型数据库Mysql，可以更好进行毕设系统的数据库设计和数据管理。

Web服务器选择：因该系统无需企业级或单独服务器需求，Web服务器选择和后端Java程序部署在同一服务器。

安全配置：在阿里云服务器配置中添加针对系统的安全组，部署服务器针对系统使用端口配置防火墙、应用访问配置SSL证书等安全措施，保护服务器的安全性和稳定性。

后端Java程序开发主要包含有前后端交互、逻辑实现、数据处理等，包括数据库访问、数据增删改查、接口请求处理、业务逻辑编码实现等。以下是数据库相关和业务逻辑相关的一些关键点：

接口设计：实现管理端、小程序端访问后端的接口和接口参数设计，例如用户登录、题目提交等。

请求处理：使用springboot框架，在controller（控制层）实现post请求和参数接收，再进行其他的调度。

数据处理：实现数据库访问，做用户、题目、试卷等相关内容的增加、修改、删除、更新，以支持业务逻辑的实现。

业务逻辑：在service（服务层）实现用户管理、题目管理、试卷管理等数据操作和业务逻辑。

异常处理：提前设定好异常情况的对应响应码和响应信息，在程序逻辑处理和接口处理部分增加异常反馈，将更加准确地错误信息反馈到前端。

安全性保障：在数据库中间件选择了mybatis，可以更加安全处理数据并且防止SQL注入等风险，在用户输入过程中将密码进行了隐藏显示，有利于保护用户的密码隐私。

4.3 数据库管理与数据存储

4.3.1 数据库表的创建与管理

在设计数据库时，需要合理创建和管理数据库表，确保数据结构的完整性和一致性。以下是数据库表的创建与管理的一些关键点：

表设计：根据陆空通话训练系统的需求，在mysql数据库中创建XZS数据库，根据系统要求创建试卷表、答案表、用户表等数据库表的表结构、使用的字段名、字段类型、字段长度等。

表创建：使用数据库管理工具Navicat连接数据库，并在SQL查询中输入建表语句进行题目表、用户表、学科表等表的创建。

表关系：设计用户与学科之间的关系、题目和时间的关系、题目和答案的关系、题目和学科之前的关系、用户和任务之前的关系。

索引创建：对经常被查询的题目、试卷等表的主键字段创建索引，提高数据库的查询性能。

约束设置：设置字段的约束，如唯一约束、非空约束、默认值等，保证数据的完整性和一致性。

4.3.2 数据存储与访问实现

数据库存储与访问实现涉及到数据的增删改查操作，以及数据的持久化存储和访问。以下是数据存储与访问实现的一些关键点：

数据存储：使用数据库管理系统MySQL进行数据的持久化存储，将陆空通话训练系统中的数据及时存储到XZS数据库中。

数据访问：数据访问使用了mybatis中间件，更加高效的管理了SQL语句，更好的实现了对用户的增删改查、试题的增删改查、试卷的增删改查、学科的增删改查等。

事务管理：对提交的试卷、试题结果和用户情况同时进行数据库内容更新等，确保用户和教育者在前端看到数据的一致性。

性能优化：对需要大量做查询和更新操作的表数据，通过对主键创建索引提高查询速度，通过对表关系梳理，去除无用或可合并处理的表，避免造成数据重复插入等。

安全保障：后端访问数据库时已将配置文件中的数据库密码进行了加密、并且访问数据库的ip也用域名进行了替换，初步实现了基本的安全保障。

数据库维护：数据库在使用过程中需进行定期数据备份和数据量监控，确保数据库的稳定运行和可靠，以支持系统的性能和稳定。

6 结论

本论文设计与开发了基于微信小程序的陆空通话训练系统，系统旨在利用微信小程序平台的便捷性和普及性，为陆空通话训练提供一种新的学习方式。通过对微信小程序技术和陆空通话训练系统需求的分析与设计，实现了系统的前端开发和后端服务端开发，包括页面布局与样式设计、功能模块的前端实现、服务器环境搭建与配置、数据交互与逻辑处理、数据库管理与数据存储等方面。

通过系统的开发与实现，取得了以下几点成果：

实现了基于微信小程序的通话训练系统的前端界面设计与开发，包括用户登录、注册、通话训练、训练记录查看等功能模块的实现，界面简洁美观，交互流畅。

实现了后端服务端的搭建与配置，包括服务器环境的搭建、数据库的创建与管理、数据存储与访问实现等，保证了系统的稳定性和安全性。

实现了用户管理、通话训练、训练记录管理等功能模块的前后端数据交互与逻辑处理，确保了系统的功能完整性和一致性。

参考文献

[1] 陈欣苹,赵子潇,程文莉. 基于大数据的题库微信小程序的设计与开发 [J]. 电脑知识与技术, 2024, 20 (03): 65-68.

[2] 李浩天,韩成国,葛瑞凡,等. 基于微信小程序的创意果品营销设计与开发 [J]. 现代信息科技, 2023, 7 (22): 133-136+141.

[3] 朱伟,邱浩伟. 基于微信小程序的检验检测综合业务报价系统设计与开发 [J]. 中国检验检测, 2023, 31 (04): 76-79+56.

[4] 李昶熹,刘运淇,张超,等. 基于微信小程序术后随访管理系统的设计开发 [J]. 电脑编程技巧与维护, 2023, (05): 61-64.

[5] 季波,郝明明,刘海涛,等. 基于微信的国际交流口语训练系统的设计与实现 [J]. 电脑知识与技术, 2022, 18 (14): 47-48.

[6] 符皓腾,郑聪,黄龙杨. 基于微信的翻转课堂在空中交通管制教学中的构建——以陆空通话课程为例 [J]. 科技与创新, 2018, (07): 8-10.

[7] 资佳阳,周灵,曾亚光. 基于微信小程序的眼科参数检测系统设计 [J]. 现代信息科技, 2024, 8 (06): 1-6. DOI:10.19850/j.cnki.2096-4706.2024.06.001.