基于ZigBee的智能點名系統設計

王桂蘭，索怡宣，郭萬民，尹輝娟，孫 朋，王 鑫

（河北農業大學 信息科學與技術學院，河北 保定 071000）

基于ZigBee的智能點名系統設計

王桂蘭，索怡宣，郭萬民，尹輝娟，孫 朋，王 鑫

（河北農業大學 信息科學與技術學院，河北 保定 071000）

考勤點名是高校管理工作中不可缺少的一部分。但是，傳統點名存在耗時長、數據易丟失等問題。文章從實際需求出發，設計了一款基于ZigBee的低成本高效智能考勤管理系統。該系統由三大模塊組成：RFID模塊、重力傳感器模塊和ZigBee模塊，應用刷校園卡和傳感器測體重兩者相結合的方式將點名實現智能化。結果表明，該系統較人工考勤方式在效率上存在顯著優勢，可以推廣使用。

智能點名系統；ZigBee；傳感器數據采集；星型組網

1 考勤系統研究背景

上課出勤是考核學生的重要部分，學校各院系及輔導員通過了解和掌握學生的出勤情況，來加強對學生的教育和管理。經過詳細的調查研究及自身經歷，發現大部分高校依舊采用課堂上點名答到、寫紙條、挨個清查人數的方式在課堂上進行點名[1]。傳統的點名方式不僅效率低，浪費時間，而且當人數較多時不能全面地記錄上課的學生信息，造成考勤數據不準確，若紙質簽到簿丟失，那么考勤情況也無從考證，而且也不能做到每次課都點名，無法全面地追蹤課程的整個過程。所以為了解決目前考勤制度工作中存在的種種弊端，提高考勤數據的真實性，更好地保存保管考勤數據，筆者決定研究一款合適的點名系統。本設計是基于ZigBee和傳感器技術的點名系統。此系統能夠輔助老師上課點名，不但可以節省課堂時間，還能高效地記錄學生出勤情況。

2 系統整體結構

本系統由三大模塊組成：讀卡器裝置模塊、重力傳感器模塊、ZigBee模塊。重力傳感器模塊負責檢測學生的體重，ZigBee模塊負責判斷體重是否超過預設值，讀卡器裝置模塊負責通過刷校園卡來識別校園卡上的學號，確定是哪個學生。

當學生進入教室后，先在讀卡器上刷校園卡，根據刷校園卡的次數依次產生號碼，學生根據號碼坐到相應位置上，然后重力傳感器開始檢測重力是否超過35 kg（為防止借助小型重物產生的重量來提供錯誤數據)且對座位承重定時（8：30，9：30，10：30，11:30，14:30等）檢測，并將產生的數據傳到ZigBee結點，每個ZigBee結點再將數據傳到ZigBee協調器，ZigBee協調器與無線射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）讀卡器共同作用將數據傳到網關，網關進行記錄并將數據上傳到考勤數據庫（若遇到請假或者丟失校園卡等情況，教師可根據實際情況對考勤數據庫進行信息修改）。系統總體結構如圖1所示。

圖1 系統總體結構

3 系統硬件設計

3.1 Zigbee模塊

每個教室里都有許多座位，如果采用CC1101無線收發模塊等進行通信，各座位裝置之間必會產生干擾。為了解決此問題，本設計采用了基于CC2530的Zigbee模塊，ZigBee節點在工作時，每次以小速率傳送數據，信號收發時間間隔也短；當ZigBee節點不工作時，會進入休眠狀態，可以節省電池電量的消耗，電池的使用壽命變長，這對于ZigBee設備的推廣和生產成本的降低有很大作用[2]。Zigbee協調器模塊與重力傳感器模塊連接圖如圖2所示。

圖2 Zigbee協調器模塊與重力傳感器模塊連接示意

3.2 重力傳感器模塊

重力傳感器，是一種使用非常廣泛的傳感器，在軍工、航空航天、水利水電、機械、建筑等領域發揮著重要的作用，就其發展而言，有應變式壓力傳感器、壓電式壓力傳感器、壓阻式壓力傳感器3種，三者三分天下，在使用上各有特點，以便適應不同的實際需求。

那么根據設計要求及需求分析，本系統中決定采用HX711系列應變式壓力傳感器，該型傳感器利用彈性敏感元件以及應變計將被測壓力轉換為相應電阻值變化。內置24位高精度A/D轉換芯片，采用了海芯科技集成電路專利技術，因而具有靈敏度好、精度高、可靠性好、數據穩定性優良、工作溫度范圍寬等特點，可謂專為高精度稱重傳感器而設計，其A/D轉換模塊集成了穩壓電源、片內時鐘振蕩器等外圍電路，采用的24位高精度的A/D轉換器芯片，賦予整個模塊兩路輸入模擬通道，內部則集成了128倍增益可編程放大器[3]。

基于以上特點，本系統中選用應變式壓力傳感器作為系統終端傳感器，負責收集重力數據，量程選擇0～800 N，有力地確保了數據收集部分的可靠性！因而從某種意義上講，HX711系列應變式壓力傳感器也可作為一款理想的精度高且價格低的前端采樣模塊。

3.3 RFID模塊

RFID是以射頻信號為載體進行雙向通信并最終達到識別目標對象的一種識別技術[4]。雖然超高頻標簽工作頻率高，監測距離遠（在4～6米處都能識別到），但是出于成本和實際應用方面考慮，此次采用的是高頻系統，其標簽工作頻率為13.56 MHz，校園卡必須位于閱讀器的近場區（一般為5～10厘米），一般以無源為主。

針對低效率的傳統課堂點名方式和刷卡出勤率不能即時獲取的情況，本方案提出了一種基于高頻無源RFID的考勤系統：通過具有唯一識別特性的RFID來判斷持卡人是否出勤；采用基于傳感器測重的方法，計算出持卡人是否入座，排除一人持多卡的現象。實現了對課堂到課情況的實時高效點名和考勤手段的信息化。

4 系統軟件設計

（1）保持系統一直處于休眠狀態，學生刷卡即開啟。（2）學生刷卡后產生座位號，根據號碼并入座，對應的位置讀卡器重力傳感器定時獲取數據。（3）判斷數據的合法性，并作出相應處理。（4）計算兩個數據的聯合效果，如果為0則返回2，否則繼續。（5）更新學生考勤數據庫，并同步到系統終端以及學校考勤監測平臺。軟件流程（協調器、終端節點）如圖3所示。

5 結語

本文描述了一個新的教學輔助系統—智能點名系統。此系統的創新之處在于：應用刷校園卡和傳感器測體重兩者相結合的技術將常規的點名實現了電子化，并將考勤結果傳入學校的教務系統中。該系統的校園卡信息早就被錄入學校系統中，省略了重新建立一個系統的龐大任務，并且首次利用傳感器測重來判斷是否有人，縮短了非教學時間，具有較強的實用性和開發價值。

圖3 軟件流程

[1]王海鷗，徐剛.高校課堂點名制度研究[J].考試周刊，2012（42）：168.

[2]ALLIANCE Z B. ZigBee Specification[J].Network and Computer Applications, 2007（2）：33-35.

[3]王曉娟.基于HX711數顯稱重儀的設計[J].武漢船舶職業技術學院學報，2015（1）：36-38.

[4]LARMAN C.UML和模式應用：面向對象分析與設計導論[M].姚淑珍，李虎，譯.北京：機械工業出版社，2002.

Design of intelligent roll call system based on ZigBee

Wang Guilan, Suo Yixuan, Guo Wanmin, Yin Huijuan, Sun Peng, Wang Xin
（Information Science and Technology School of Hebei Agricultural University, Baoding 071000, China）

Checking attendance is an indispensable part of the university management work. However, there exists problems like time-consuming and data is easy to lose and so on in traditional checking attendance.This article embarks from the actual demand, anin expensive, efficient and intelligent system for checking attendance based on ZigBee is designed. The system consists of three parts, Radio Frequency Identification device, gravity sensor module and ZigBee module, applying the combination of the brush campus card and the sensor measuring weight to realize the intelligent. The results show that the system is more regnant than the manual attendance in efficiency and can be used extensively.

intelligent roll call system; ZigBee; sensor data acquisition; star network

王桂蘭（1995— ），女，河北滄縣；研究方向：物聯網工程。