双模式智能考勤系统的设计与实践范文

摘要：针对传统课堂考勤机制的不足，设计了基于无线射频识别技术和指纹识别技术的双模考勤系统．该系统采用RFID读写模块，快速识别电子标签从而获取学生的姓名、学号和进出课堂等信息，从而实现快速考勤，提高考勤效率；同时为了保证考勤质量，可随机抽检学生进行指纹考勤以避免替点名的现象．系统采用STM32主处理器，通过考勤机读写考勤数据，然后通过无线与主机通信，对考勤数据进行处理，实现轻松考勤．

关键词：射频识别；考勤系统；STM32；指纹识别

引言

随着物联网技术的兴起和考勤需求的增大，基于射频识别技术（RFID）的考勤系统逐渐成为研究热点．RFID是一种无线通信技术，可利用无线电讯号识别并读写目标数据．利用RFID读写器和非接触式IC卡，无须物理接触就能完成读写操作［1］．非接触式IC卡具有安全性高、可靠性高等优点，每次需密码验证才可进行读写，且抗干扰能力强，不受外界恶劣环境影响，操作便捷，广泛应用于物流的跟踪与管理［2］．利用射频识别技术进行学生考勤能有效提高考勤效率，简化考勤方式．但是该考勤方式在带来便利的同时，也存在一定的弊端．如：无法有效避免学生托人代上课、代签到等现象．针对传统的课堂考勤机制占用课堂时间长，以及无法避免替点名现象，设计了基于无线射频识别技术和指纹识别技术的双模考勤系统．该系统采用RFID读写模块，快速识别电子标签从而获取学生的姓名、学号和进出课堂等信息，从而实现快速考勤，提高考勤效率；同时为了保证考勤质量，可随机抽检学生进行指纹考勤以避免替点名的现象．系统采用STM32主处理器，通过考勤机读写考勤数据，然后通过无线与主机通信，对考勤数据进行处理，实现轻松考勤．

1系统方案设计

系统主要由主机和考勤机两部分组成，无须教师操作即可完成整个考勤过程．主机设置在教室讲台上，主要负责考勤管理，并通过文件系统来管理大量考勤记录数据，具有学生、教师考勤情况查看，教室课程表查看，人员录入等功能；考勤机设置在教室门边，主要负责考勤检测，具有RFID或指纹识别两种考勤方式，有课时，学生来到教室，RFID就可感应到电子标签，并通过防碰撞检测来识别当前正在通过的学生，即使有大批学生通过也不会识别错误，进而把考勤情况传送给主机．每次上课前主机都会发送给考勤机考勤命令，并且实时接收考勤机传送的课程考勤数据．教师可更改考勤方式，灵活选择RFID（速度快，准确度较低）或指纹识别（速度慢，准确度高）来考勤［3］．每次使用主机前都要先用RFID刷卡来登陆主界面，若是教师登陆，则可以随时查看该教师以往教过课程的所有学生考勤信息；若是学生登陆，则可以查看该学生以前上过课的考勤信息，让教师和学生都能实时了解考勤情况．

2硬件电路设计

2．1RFID读写模块与指纹识别

模块RFID读写器选用飞利浦公司生产的MFRC522射频读写芯片，采用其SPI接口，最高传输速率可达10Mbit／s．指纹识别模块选用AS608指纹识别模块，实现图像处理、指纹特征生成、指纹特征匹配等，只需用串口发送特定格式的数据／指令包，即可获取有关指纹识别的结果．

2．2ZigBee通信模块

使用UART串口来进行STM32与CC2530间的数据传输，所有无线通信的任务都由CC2530来完成，ZigBee通信模块参见文［4］．

2．3SD卡存储模块

SD卡存储模块的引脚与STM32的SDIO控制器引脚相连，其SDIO－CMD引脚用来传输命令与响应，SDIO－SCK用来提供时钟，SDIO－D0～SDIO－D3用来传输数据．SD卡存储模块电路图（略）．

2．4LCD显示模块

LCD显示模块选用3．2寸电阻触摸屏，显示屏驱动芯片为ILI9320，与STM32自带的外扩存储控制器（FSMC）驱动接口相连，利用硬件代替软件可大大提高LCD读写速度，快速刷新LCD显示界面；触摸屏驱动芯片为XPT2046，驱动接口采用全双工SPI串行总线接口，不仅占用STM32引脚较少，而且传输速度较快．3软件程序设计

3．1主程序设计

主程序设计包括考勤机部分和主机部分．考勤机部分只负责对学生考勤，因而只需根据主机发送的命令来判断是否需要考勤，并将考勤情况反馈给主机，而不需进行考勤信息管理，程序流程如图1所示．主机部分与考勤机的功能不同，主机主要是由用户操作，添加课程有关信息，并根据添加的课程信息来进行智能考勤管理［5］．其程序流程如图2所示．由图1可见，考勤机经过LCD、ZigBee、RFID、指纹识别、存储器等模块及文件系统初始化后即可进入主循环检测．先是检测有无接收到命令，若接收命令并执行后LCD显示内容修改，则刷新标志位置1，再判断是否将要上课，若有课，则根据设置的考勤模式（RFID或指纹识别）来检测是否有学生来签到，若有学生，则把情况反馈给主机，最后再由LCD刷新标志位来判断是否需要刷新LCD显示．由图2可知，主机先是初始化，进入初始启动界面，再读取课程信息，若有课，则不断接收并处理考勤机发送的考勤信息，然后检测用户是否登陆，若登陆，则根据用户权限可执行不同的考勤管理功能．无论用户是否登陆，主机都会实时检测当前课程进行情况并接收和处理考勤信息．若是管理员，则可执行添加学生、教师、课程信息，也可录入学生、教师、管理员IC卡和指纹信息；若是教师，则可查看教师相关课程考勤记录信息，也可设置上课考勤模式及考勤机的开关；若是学生，则可查看学生相关课程考勤记录信息．此外，还提供教室课程表等功能．

3．2子程序设计

子程序设计分别包括：RFID读写子程序、指纹识别子程序、无线数据接收子程序、文件系统读写程序等．3．2．1RFID读写子程序RFID读写器与IC卡的通讯流程．当检测到有卡片靠近读写器时，先是进入复位应答，确定该卡片的类型，再通过防冲突机制从多张射频卡中选出一张卡片进行操作，此卡片会返回被选卡片的序号，而其他未选中卡片则等待下一次的操作，然后选择该卡片序列号，进行3次某扇区的密码验证后即可对该扇区的块地址0－2进行16字节的读、写、加值、减值等操作，操作结束后可中止该卡片的操作，继续操作下一张卡片．3．2．2指纹识别子程序指纹经获取图像并提取512KB特征模板后即可存于AS608的FLASH中，而此后若要验证指纹是否匹配，只需提取当前用户指纹特征，并搜索之前录入的指纹库信息（需设置搜索的起始和结束地址），进行匹配，返回搜索结果，即指纹库中搜索到的相似度高的特征模板地址．3．2．3无线数据接收子程序无线通信数据收发是通过串口来实现的，接收数据可以采用串口中断程序，减少CPU占用率，而且STM32中断响应速度很快，可以迅速保护（恢复）现场，并进入（退出）中断程序，特别是在接收大量数据时效果更为明显．本设计接收程序开辟了一个接收数据缓冲区，并利用“＼r＼n”来判别单次接收是否结束，结束后给出接收完成标志，在未处理标志前不会再次接收数据，可以减少接收数据出错率．3．2．4文件系统读写子程序本设计文件系统选用FATFS，该系统小巧、高效，专为小型嵌入式系统而设计，经简单修改后可移植到51、PIC、AVR、ARM等各种单片机上，且与PC文件系统格式兼容，通过PC可清晰查看FATFS创建文件和写入数据，便于调试．

4总结

利用RFID和指纹识别技术，基于STM32主控芯片对双模考勤管理系统进行了具体的设计．该系统具有考勤管理、人员录入、学生管理、教师管理、课程录入、课表查询等主要功能，既可采用RFID实现快速考勤，提高考勤效率，又可采用指纹考勤进行抽检，保证考勤质量．该系统的使用将会减少教师考勤所耗费的时间与精力，有助于提高课堂教学质量．

参考文献：

［1］赵跃新．基于RFID技术的考勤管理系统设计与实现［D］．南昌：南昌大学，2007．

［2］边红丽．非接触IC卡技术及应用漫谈［J］．世界产品与技术，2000（9）：26－28．

［3］薛亚许，陈金玉．学校指纹考勤系统的设计与实现［J］．微型机与应用，2011（1）：83－84．

［4］段少雄，田捷，李恒华．高校指纹考勤系统的研究与设计［J］．计算机工程，2003（6）：37－41．

［5］陈蕾．单片机原理与接口技术［M］．北京：机械工业出版社，2012：45－46．

作者：陈华宝 周凯杰 蒋劲 单位：淮阴师范学院