基于RFID技術(shù)的考勤系統(tǒng)設(shè)計

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上評分* * * * 大學(xué)研究生課程考試試卷考試科目 物聯(lián)網(wǎng)工程 考試時間 學(xué)號 姓 名 * * * 所屬學(xué)院 * * * * * * 學(xué)院 類別（碩士、博士、進(jìn)修生） 碩士 評 語：任課教師簽名：基于RFID技術(shù)的考勤系統(tǒng)設(shè)計摘要本課題的目標(biāo)是開發(fā)一個企業(yè)對員工的出勤情況進(jìn)行記錄和管理的考勤系統(tǒng)。課題主要設(shè)計了一款低成本高性能的RFID卡片讀寫器。根據(jù)軟件開發(fā)理論、信息系統(tǒng)開發(fā)理論、項目管理理論等進(jìn)行分析、指導(dǎo)并設(shè)計出基于RFID卡的身份識別考勤系統(tǒng)。RFID卡片讀寫器在電路設(shè)計上需要出實現(xiàn)低成本高性能，而考勤系統(tǒng)則突出了方便簡潔的管理功能。整個RFID考勤系統(tǒng)主要包

2、括三個子系統(tǒng)（或模塊）：RFID卡片讀寫器、無線/串行通信模塊、身份識別考勤系統(tǒng)。讀寫器解碼并將卡片的身份信息通過串口/無線通信模塊發(fā)送給PC機的身份識別考勤系統(tǒng)進(jìn)行考勤記錄與管理，實現(xiàn)了從RFID卡片讀取、數(shù)據(jù)傳輸、考勤記錄與統(tǒng)計等一系列功能的完整系統(tǒng)實現(xiàn)方案，改進(jìn)了現(xiàn)有的考勤方式，提高了考勤效率。系統(tǒng)硬件部分的工作包括：RFID卡片讀寫器的單片機控制電路設(shè)計、讀寫器的RFID調(diào)制解調(diào)射頻前端電路設(shè)計、NRF24L01無線通信模塊設(shè)計、PL2303的USB-UART串行通信模塊設(shè)計。系統(tǒng)軟件部分的工作包括：系統(tǒng)的上位機采用客戶端/服務(wù)器模式，后臺數(shù)據(jù)庫使用 SQL Server數(shù)據(jù)庫管理軟件

3、，基于Visual C+的數(shù)據(jù)庫SQL語言操作、USB-UART串行通信與數(shù)據(jù)流處理、LZW數(shù)據(jù)壓縮與解壓縮等。結(jié)果表明該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)基本的考勤功能，具有較高的安全可靠性。關(guān)鍵詞：射頻身份識別 考勤上位機 無線 串行通信第一章 引言在高校管理中，學(xué)生是學(xué)校里最大群體，其管理十分復(fù)雜。由于每門課的出勤情況直接影響學(xué)生在某門課結(jié)束后，能否參加這門課的考試。所以，學(xué)生的出勤率直接和學(xué)生順利完成學(xué)業(yè)有著密切相關(guān)的聯(lián)系。由于高校上課還存在著一位教師上多個班級，或者一位教師上大課等特點，用傳統(tǒng)的點名考勤的方法，不僅會占用大量的上課時間，而且也不能真實的反映學(xué)生的到課情況，導(dǎo)致學(xué)生出勤情況的報告與統(tǒng)計工作難

4、度極大。雖然每個的任課老師都參與考勤信息的收集，但考勤信息的匯總和統(tǒng)計仍很繁瑣。本文主要針對當(dāng)前學(xué)生考勤管理工作中存在的一些不足，設(shè)計一個基于RFID技術(shù)的考勤管理系統(tǒng)，提供一個包括信息采集、考勤統(tǒng)計和查詢、考勤分析三大功能的管理平臺，為教師和教學(xué)管理部門提供實時、動態(tài)的考勤信息，從而達(dá)到提高管理效率的目的。第二章 RFID技術(shù)及其應(yīng)用介紹2.1 RFID技術(shù)概述RFID （Radio Frequency Identification）是一種近年來興起的、廣泛應(yīng)用于人流和物流管理方面的新技術(shù)。該技術(shù)集編碼、載體、非接觸自動識別與通信等多種技術(shù)于一體，通過射頻信號自動識別高速運動對象并能同時識別

5、多個標(biāo)簽，獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。主要應(yīng)用目標(biāo)是實現(xiàn)信息系統(tǒng)的自動化信息采集，保證被識別對象的信息化管理。RFID技術(shù)的基本工作原理并不復(fù)雜：標(biāo)簽進(jìn)入磁場后，接收解讀器發(fā)出的射頻信號，憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲在芯片中的產(chǎn)品信息（PassiveTag，無源標(biāo)簽或被動標(biāo)簽），或者由標(biāo)簽主動發(fā)送某一頻率的信號（ActiveTag，有源標(biāo)簽或主動標(biāo)簽），解讀器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統(tǒng)行有關(guān)數(shù)據(jù)處。一套完整的RFID系統(tǒng)，是由讀寫器（Reader）與電子標(biāo)簽（TAG）也就是所謂的應(yīng)答器（Transponder）及應(yīng)用軟件系統(tǒng)三個部份組成, 其工作原理是Reader發(fā)射一特定頻率的無線電波能量給

6、Transponder，用以驅(qū)動Transponder電路將內(nèi)部的數(shù)據(jù)送出，此時 Reader便依序接收解讀數(shù)據(jù)，送給應(yīng)用程序做相應(yīng)的處理。2.2 RFID技術(shù)主要應(yīng)用總的來說，RFID技術(shù)的主要應(yīng)用包括：物流和供應(yīng)管理、生產(chǎn)制造和裝配、航空行李處理、郵件/快運包裹處理、文檔追蹤/圖書館管理、動物身份標(biāo)識、運動計時、門禁控制/電子門票、道路自動收費、城市一卡通的應(yīng)用、高校手機一卡通的應(yīng)用、倉儲中塑料托盤、周轉(zhuǎn)筐中的應(yīng)用等。第三章 考勤系統(tǒng)硬件電路設(shè)計3.1 系統(tǒng)綜述整個RFID考勤系統(tǒng)主要包括三個子系統(tǒng)（或模塊）：RFID卡片讀寫器（工作于主機模式）、RFID卡片讀寫器（工作于從機模式）、考勤

7、系統(tǒng)PC端，其中主要的模塊為無線/串口通信模塊。RFID讀寫器由它們的關(guān)系如圖1所示。圖1 系統(tǒng)的整體框圖3.2 RFID卡片讀寫器設(shè)計RFID卡片讀寫器作為考勤系統(tǒng)的終端，主要負(fù)責(zé)接收、解析上位機送來的數(shù)據(jù)包，并控制無線/串行通信模塊的工作，以及實時獲取RFID卡片的信息并反饋給計算機考勤系統(tǒng)。單片機相對于計算機來說更低級，因此也形象地把單片機及其外圍電路組成的RFID卡片讀寫器統(tǒng)稱為下位機系統(tǒng)，對應(yīng)地把運行在計算機上的考勤系統(tǒng)稱為上位機系統(tǒng)。3.3 RFID 調(diào)制與解調(diào)前端電路設(shè)計本設(shè)計選用的是EM4100系列的低頻RFID卡片，RFID讀寫器（Transceiver）和RFID卡片（Tr

8、ansponder）的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。圖2 RFID 讀寫器和卡片的結(jié)構(gòu)示意圖125kHz的低頻RFID卡片通信，需要125kHz的載波信號來驅(qū)動RFID天線，這里正好使用單片機Atmega8內(nèi)部的PWM模塊，通過程序設(shè)置模塊參數(shù)，使其輸出125kHz占空比為50%的方波信號。由于單片機輸出的PWM方波信號驅(qū)動能力有限，因此使用配對的小功率晶體管8550和8050組成的推挽功放電路對載波的功率進(jìn)行放大。放大后的載波信號加載到RFID天線上，RFID天線實際上是一個由多匝細(xì)銅絲繞成的電感線圈和一個電容器組成的LC諧振器。當(dāng)RFID卡片進(jìn)入感應(yīng)區(qū)時，卡片會重復(fù)地發(fā)送自己的ID信息，這時就有信

9、號耦合到RFID天線上，經(jīng)過二極管D2（1N4148）檢波后得到調(diào)制信號的包絡(luò)。這個包絡(luò)就包含了卡片ID的曼切斯特編碼信息。通過運放LM358對包絡(luò)信號進(jìn)行放大，再經(jīng)施密特觸發(fā)器對波形進(jìn)行整形，便得到了標(biāo)準(zhǔn)的曼切斯特編碼信號。這時候就可以把這個信號送給單片機進(jìn)行解碼了。3.4 無線/串行通信模塊設(shè)計3.4.1 NRF24L01 無線通信模塊由于RFID卡片讀寫器需要脫機使用的功能，其與上位機的數(shù)據(jù)交換還需要采取無線通信的方式。為了方便起見，選擇nRF24L01無線通信芯片。NRF24L01是Nordic公司生產(chǎn)的一款新型單片射頻收發(fā)器件，工作于2.4GHz2.5GHzISM頻段。內(nèi)置頻率合成器

10、、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器等功能模塊，并融合了增強型Shock Burst技術(shù)，其中輸出功率和通信頻道可通過程序進(jìn)行配置。NRF24L01功耗低,在以-6dBm的功率發(fā)射時，工作電流也只有9mA；接收時，工作電流只有12.3mA，多種低功率工作模式（掉電模式和空閑模式）使節(jié)能設(shè)計更方便。3.4.2 USB-UART 串行通信模塊單片機等數(shù)字電路在進(jìn)行串行通信時一般使用的是TTL電平，而計算機的串口則是使用的RS-232電平，雖然兩者的可以通過MAX232芯片進(jìn)行相應(yīng)的電平轉(zhuǎn)換，但畢竟RS-232通信接口數(shù)據(jù)低速接口，目前的計算機已經(jīng)基本上淘汰了該接口，USB接口則非常普遍，因此使用USB

11、-UART轉(zhuǎn)換芯片PL2303實現(xiàn)兩者的通信。使用PL2303將USB擴展為UART通信接口需要給計算機安裝相應(yīng)的USB驅(qū)動程序。驅(qū)動程序安裝后，計算機就會把PL2303識別成一個通信接口，通過計算機的設(shè)備管理器可以查看。所有電路使用Altium Designer設(shè)計，整個RFID讀寫器（下位機系統(tǒng)）繪制好的PCB版圖如圖3所示：圖3 RFID 讀寫器 PCB 頂層視圖第四章 考勤系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)使用Visual C+編寫，涉及到窗口創(chuàng)建、數(shù)據(jù)庫管理、串行通信等操作。系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)包括：1）啟動時輸入用戶名及密碼，自動識別用戶身份（管理員/普通用戶），登陸后自動切換到相應(yīng)模式（管

12、理模式/普通模式）；2）系統(tǒng)主界面菜單欄包括以下項目：“文件”：導(dǎo)出用戶數(shù)據(jù)，打印用戶數(shù)據(jù)，退出系統(tǒng)；“查看”：查看庫存用戶數(shù)據(jù)列表（編號、用戶名、考勤情況等）、具體調(diào)出查看指定用戶的詳細(xì)數(shù)據(jù)；“管理”：（限管理模式）：身份信息關(guān)聯(lián)、終端設(shè)備（檢測、添加、刪除、修改設(shè)備 參數(shù)）、權(quán)限管理（添加、刪除、修改管理員用戶名和密碼）；“幫助”：打開說明文件；“關(guān)于”：顯示軟件名稱、開發(fā)人員/單位/時間、權(quán)限聲明；3）系統(tǒng)主界面操作區(qū)包括以下項目：用戶數(shù)據(jù)：查看數(shù)據(jù)庫內(nèi)所有用戶的統(tǒng)計數(shù)據(jù)；用戶考勤：對用戶交費情況進(jìn)行記錄和操作；用戶查詢：按指定條件查詢某用戶；用戶操作：進(jìn)行用戶的添加、刪除、修改和詳細(xì)信

13、息查看；終端相關(guān)：選中用戶后對其設(shè)備進(jìn)行訪問或修改，更新用戶考勤數(shù)據(jù)；用戶數(shù)據(jù)顯示區(qū)：綜合顯示查詢得到的用戶數(shù)據(jù)。4.2 系統(tǒng)主界面根據(jù)前面章節(jié)的需求分析和結(jié)構(gòu)規(guī)劃，設(shè)計的系統(tǒng)主界面如圖4所示。系統(tǒng)的主界面提供了用戶查詢、用戶操作、終端相關(guān)的三大類快捷工具欄，這樣能更好地方便用戶進(jìn)行相應(yīng)管理操作。同時頂部的菜單欄采用下拉方式給用戶提供所有相同的功能。圖4 系統(tǒng)主界面截圖4.3 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫設(shè)計4.3.1 數(shù)據(jù)庫的建立上位機需要管理各下位機終端的ID，為其進(jìn)行統(tǒng)一編址；收集各RFID卡片讀寫器終端的地址、設(shè)備類型等數(shù)據(jù)，并將各個數(shù)據(jù)進(jìn)行存檔、統(tǒng)計，以供管理員操作。數(shù)據(jù)庫使用Microsoft A

14、cess建立，數(shù)據(jù)庫中新建了兩個表單，一個是用于存儲被考勤的用戶信息的“用戶數(shù)據(jù)表”，另一個是用于存儲軟件用戶賬戶信息的“軟件賬戶數(shù)據(jù)表”。用戶數(shù)據(jù)表包括以下字段：自動編號、RFID編號、用戶姓名、學(xué)號、寢室號。聯(lián)系電話、缺勤次數(shù)、出勤率、入網(wǎng)時間。各項字段的數(shù)據(jù)類型如圖5所示。圖5 用戶數(shù)據(jù)庫的字段及其數(shù)據(jù)類型4.3.2 數(shù)據(jù)庫的訪問因為Visual C+和ACCESS都是Microsoft公司基于Windows開發(fā)的，兩者能夠通過控件輕松實現(xiàn)無縫對接。ACCESS提供SQL語言訪問數(shù)據(jù)庫，例如最常用的SELECT語句。而在Visual C+中，也提供數(shù)據(jù)庫訪問控件，通過控件，就可以使用SQ

15、L語言對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行訪問，只不過操作語句是以字符串參數(shù)的形式傳遞給函數(shù)罷了。4.3.3 數(shù)據(jù)庫的壓縮上位機系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)雖然使用了數(shù)據(jù)庫進(jìn)行組織和管理，但是沒有解決數(shù)據(jù)量大，占用大量存儲空間的問題，因此有必要引入數(shù)據(jù)壓縮算法對這些結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的壓縮從而節(jié)約存儲空間。這里主要采用LZW算法。LZW算法的主要思想是在將要壓縮的文本中，自動地建立一個先前已經(jīng)見過的字符串的字典。這些字典并不需要與這些壓縮的文本一起被傳輸，因為只要壓縮時能夠正確地編碼，解壓時也能夠依照壓縮時一樣的方法恢復(fù)重建出相同的字典，它將會有與壓縮時字典在文本的同一點有同樣的字符串。4.4系統(tǒng)PC端軟件流程圖考勤系統(tǒng)PC端的程序流程圖如圖6所示，軟件啟動后，用戶需輸入用戶名和密碼才能夠登陸，登陸胡系統(tǒng)首先初始化通信參數(shù)，隨后連接無線/串行通信模塊，如果連接成功則進(jìn)入程序的主循環(huán)；如果連接失敗則提示用戶。程序的主循環(huán)會隨時根據(jù)用戶的操作進(jìn)行相應(yīng)的事件響應(yīng)，例如查詢用戶、連接設(shè)備、打印報表等。如果用戶的操作涉及到域RFID卡片讀寫器通信，則上位機通過無線/串行通信模塊向RFID卡片讀寫器發(fā)送相應(yīng)的命令包，在收到RFID卡片讀寫器響應(yīng)后進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理，包括數(shù)據(jù)壓縮后存入數(shù)據(jù)庫。圖6 系統(tǒng)PC端軟件的流程圖第五章 結(jié)束語本課題的目標(biāo)是開發(fā)一個企業(yè)對員工的出勤情況進(jìn)行記錄和管理的考勤系統(tǒng)。RFID