基于物聯網技術的企業考勤系統的設計與實現

徐書良

（廣西南寧通賽科貿有限公司，南寧530028）

基于物聯網技術的企業考勤系統的設計與實現

徐書良

（廣西南寧通賽科貿有限公司，南寧530028）

隨著物聯網技術的發展，以及無線通信網絡和智能手機普及的今天，推動傳統企業考勤系統與新技術相結合，打造企業“互聯網+”創新管理模式。該系統設計在物聯網感知層采用NFC識別技術，實現手機卡模擬功能，網絡層數據通信采用ZigBee和Wi-Fi技術，應用層設計采用基于Web服務器運行的網頁開發，整個系統解決企業的問題又使考勤工作變得簡單便捷，還具有高安全性。

0 引言

在企業傳統考勤方式隨著員工人數的不斷增加、不同工作間考勤地點不固定，這使得計算機輔助考勤成本大，信息的管理也存在困難，有的甚至還需要人工進行信息導入統計等操作，傳統考勤方式已經不能滿足當前的需求，一個新考勤工作提上日程，與企業其他管理系統一樣都納入企業高速現代化建設的指標當中。本文探索在物聯網技術大力發展下，以及無線通信網絡和智能手機普及的今天，設計一個現代化的考勤管理系統，實現企業考勤工作公平化，高效化以及考勤信息多效化。

1 技術簡介

在本企業考勤系統的設計中采用了物聯網技術，根據物聯網體系結構的三個主要層次如下圖1，最底層感知層采用NFC識別技術，實現手機卡模擬功能；中間網絡層的數據通信采用ZigBee和Wi-Fi技術，高層應用層設計采用基于Web服務器運行的網頁開發，進行企業員工信息錄入和考勤信息管理。

在本系統底層感知層采用NFC技術，NFC近場通信（Near Field Communication）技術，另一種稱呼為近距離無線通信技術，是由射頻識別（RFID）物聯網技術中一種免接觸式識別技術進化而來，然而跟RFID又有不同，RFID傳輸距離較遠，而NFC是一種應用于短距離的高頻無線通信技術，NFC的數據傳播距離在10cm范圍內，安全保密性也有了保障，因此，NFC技術被認為在手機考勤、門禁、付款等領域具有很大的市場。

圖1 物聯網體系結構

中間網絡層采用ZigBee技術，ZigBee紫蜂無線數據傳輸技術是物聯網技術中擁有高可靠性傳輸的特點，名字來源于蜜蜂通過飛倒8形狀的路徑來告知自己發現食物的位置、距離等信息，組網的形狀像蜂窩的6邊形，所以也叫蜂窩結構，這跟現在的移動網絡基站搭建類似。通訊距離因為支持無線拓展，所以可遠距離傳輸。ZigBee網絡是由一個網絡協調器和N（N<65535）個無線數據傳輸模塊從屬設備組成的一個無線數據傳輸網絡平臺，模塊與模塊之間可以數據傳輸相互通信。節點上傳感器數據可對ZigBee網絡節點監控進行采集，另外，每一個ZigBee網絡節點還包括全功能裝置（FFD）一般作為網絡協調器、路由器，多個簡化功能裝置（RFD）作為不承擔網絡信息中轉任務的末端裝置組成，所有ZigBee裝置都可在全功能裝置信號范圍內實現無線連接。

ZigBee無線數據傳輸網絡可以在2.4GHz、868MHz和915 MHz 3個頻段上進行工作，2.4GHz作為全球流行標準廣泛使用，傳輸速率最高可到250kbit/s，本系統采用這個頻段設計。ZigBee的傳輸距離較遠，在10-75m的范圍內都可進行聯網，由于支持擴展可達到更遠。作為一種無線通信技術，ZigBee具有如下特點：①低功耗：ZigBee相比其他技術，耗費的功率非常低，發射射頻信號工作功率僅為1mW左右，沒有數據傳輸時進入低功耗待機狀態即休眠模式，因此ZigBee設備非常省電。②成本低：由于協議的簡化，通信控制器的要求也相應有所降低，并且使用ZigBee協議不需要支付專利費。低成本對于ZigBee發展也是一個重要的因素。③時延短：從休眠待機狀態轉入工作射頻狀態實現非常短僅需要15ms與設備連接也只需要30ms，信道與設備接入花費15ms。使得ZigBee可以應用于工業精加工控制的場景。④網絡容量大：ZigBee網絡有星狀片、狀等網絡結構組網靈活，一個星型結構的Zig?Bee網絡中的一個ZigBee設備可與其他254臺連接，若這臺設備作為主設備那254臺則作為從設備，如此連接可組成65000個設備節點的大型ZigBee網絡。⑤安全性高：ZigBee具有很高的安全性主要體現在它能對數據的完整性進行檢查，以及對數據的鑒權和認證，AES-128加密算法確定安全。⑥可靠路由方式：搜索完整網絡路徑，分析與本機位置關系的遠近，選擇與本機最近的通道傳輸數據，如果通道繁忙傳不通，再使用次近的通道傳輸，一直到數據傳輸成功為止這種方法叫做“梯度法”被廣泛的用于動態路由的搭建中。在實際應用場景中，不能確保預定的傳輸路徑總是完整無損，信道總是暢通不繁忙，采用動態路由梯度法結合網狀拓撲結構，確保數據傳輸的可靠性，完整性。

高層應用層采用JSP動態頁面技術，實現后臺數據處理，Web服務器采用輕量級Tomcat服務器，Tom?cat是一種開源Web應用服務器，并且簡便易搭，啟動程序需要的資源很少，所以適應于搭建中小型企業系統。Tomcat是應用（Java）服務器，它是一個（Servlet）作為瀏覽器或客戶端一種請求容器，一類Java語言實現的接口，是Apache的擴展。Tomcat可以做為獨立的Web服務器來運行，解釋JSP，Servlet程序。

2 系統需求與功能分析

本系統設計滿足各企業，事業，學校等機構的考勤需求。用戶可通過系統平臺，開啟NFC不同讀卡設備，進行開戶，掛失，考勤，信息統計等功能。

根據企業不同的規模，需要設計城市，企業，部門功能，該功能進行不同單位間的管理，企業規模不同，存在分公司或者辦公地點存在差異，各部門間辦公室也不同，區分不同的卡機。如圖2：

圖2 系統功能需求圖

開戶、掛失、銷戶功能：該功能在城市企業功能下擁有企業，城市設置才可進行開戶，等功能增加了安全性。

設備管理功能：對設備進行分類，添加等不同卡機對應不同功能。

考勤應用功能：可對不同的班次進行考勤打卡的設置。

考勤報表功能：用戶可通過網頁平臺查看自己的考勤表等報表功能。

通過這些功能企業可制定出更加高效，更人性化的排班等行政管理，對企業效益提高，拓展企業發展空間有很大的幫助。

3 系統設計與實現

本設計感知層和網絡層使用stm32開發板，由NFC模塊，ZigBee模塊組成，應用層上的后臺Web采用Tomcat服務器，NFC模塊通過卡模擬功能和讀寫功能，對NFC標簽進行識別，讀寫復制，ZigBee模塊將NFC模塊識別讀寫傳送過來的信息進行封裝無線傳輸，最后通過無線網絡Wi-Fi上傳至后臺網絡服務器實現簽到，考勤打卡等企業考勤管理方面的功能。

實物圖搭建與系統總體搭建構造圖如圖3系統流程圖。

圖3 系統流程圖

網絡層數據傳輸應用ZigBee技術，ZigBee協議棧在網絡層實現節點接入或離開網絡路由查找及傳送數據等功能，它主要工作在于建立和管理網絡的機制，網絡層中ZigBee擁有三種角色分別是：網絡協調器、路由器和末端裝置，其中網絡協調器，路由器由全功能裝置實現，即ZigBee透傳模塊，末端裝置由簡化功能裝置實現，即網關協調器。

ZigBee基于DSSS方法的準正交調制技術。獲取自物理層的收斂協議數據單元（PPDU）的二進制數據將其依次組成4位二進制數據符號，每種數據符號被映射成32位偽噪聲碼片，然后采用最小移位鍵控方式MSKI對這個連續的偽噪聲碼片序列進行調制，即采用半正弦脈沖波形的偏移四相移相鍵控方式調制之后進行發送。

ZigBee數據傳輸過程如圖4所示。

ZigBee工作過程如圖5，ZigBee路由器對物理層傳輸過來的數據進行信號調制發射2.4GHz高頻射頻信號，ZigBee協調器接收路由器發射出來的2.4GHz高頻信號，解調得到數字信號，ZigBee協調器將數字信號傳送至末端裝置網關協調器，通過網關協調器有線傳輸至后臺服務器實現數據的傳輸及ZigBee模塊功能。

圖4 ZigBee MAC層數據傳輸過程

圖5 ZigBee模塊工作過程

在應用層后臺考勤信息管理部分，數據庫管理系統采用SQL Server 2008，根據管理需要建立了客戶信息表（bus_customer），卡用戶信息表（bus_carduser），設備登記表（iot_equipregister），班段表（bus_attdshiftd）、考勤原始記錄表（iot_attendbill）、考勤日志表（bus_attend?log）多個表，這里詳細給出考勤原始記錄表和考勤日志表。

在考勤原始記錄表（iot_attendbill），用于存放考勤原始記錄信息，表結構如表1所示。

關聯表：客戶信息表（bus_customer），卡用戶信息表（bus_carduser），設備登記表（iot_equipregister）

在考勤日志表（bus_attendlog），用于存放每班段考勤結果信息，表結構如表2所示。

狀態說明：

出勤：上班打卡時間在上班開始打卡時間和（上班時間+延遲時間）之間，并且，下班打卡時間在（下班時間-延遲時間）和下班打卡結束時間之間。

遲到：上班打卡時間在（上班時間+延遲時間）和上班打卡結束時間之間。

表1 考勤原始記錄表（iot_attendbill）相關信息

表2 考勤日志表（bus_attendlog）相關信息

早退：下班時間在下班開始打卡時間和（下班時間-延遲時間）之間。

曠工：只要上下班有一個點沒有打卡就算曠工，即遲到又早退的情況下也算曠工。

休息：公休和節假日預處理為休息。

預處理狀態為：曠工或休息。

關聯表：客戶信息表（bus_customer），班段表（bus_attdshiftd）引用字段：工號字段（userid）引用客戶信息表（bus_customer）中工號（userid）字段；班段編號字段（shiftdcode）引用班段表（bus_attdshifd）中班段編號（shiftdcode）字段。

實現感知層NFC模塊功能，NFC技術使用特制的信號衰減技術工作有效距離約10cm，難以盜刷，安全性得到大大提高，因此非常適合企業的日常考勤刷卡，所以系統設計的硬件選取為特定的13.56MHz的RFID讀寫器來實現NFC讀寫功能，讀寫器主要核心代碼如下：

OSSemPend（PN532IRQSem，0，&err）；/*等待接收到數據信號量*/

存儲卡扇區數據*/

/*讀卡數據成功*/

CleanBuffer（40）；/*清除串口接收緩沖區前40個字節數據*/

｝

else

card_13_56_write_flag=READ_DATA_FAIL；/*讀卡數據失敗*/

｝

代碼分析：這是讀取卡的函數，首先進行數據的校驗，經過OssemPend等待接收的數據，將數據發送到TEMP中，進行數據的判斷，如果checkcode的判斷符合RFID的規則，則進行讀取數據，卡標志顯示成功。

在應用層web服務器Tomcat部署網頁，將JSP程序打成WAR包或者文件夾，一起添加到Tomcat的Webapps目錄下，Webapps是Tomcat默認的應用目錄，當啟動服務器時，Tomcat加載這個目錄下的所有JSP文件、應用，就能顯示出需要部署的目標網頁。圖6為系統集成環境。

圖6 考勤系統集成環境

在測試該系統后，可以體現出該系統的優勢，它的便捷操作以及低成本，還有高質量管理模式，給員工帶來了便捷和舒心，提高了員工的工作質量。考勤Web頁面管理如圖7。

圖7 考勤系統管理頁面

4 結語

本文探索了基于物聯網技術的企業考勤系統，設計采用NFC技術、ZigBee技術和Web服務應用，推動傳統企業考勤系統與新技術相結合，打造企業“互聯網+”創新考勤管理，使考勤工作變得簡單便捷，還具有高安全性。

[1]Tom Igoe.NFC：Arduino、Android與PhoneGap近場通信［M］.北京：電子工業出版社，2014-9.

[2]單承贛.射頻識別（RFID）原理與應用（第2版）［M］.北京：電子工業出版社，2015-1.

[3]杜軍朝.ZigBee技術原理與實戰［M］.北京：機械工業出版社，2015-03.

Design and Implementation of Enterprise Attendance System Based on Internet of Things Technology

XU Shu-liang

（Nanning Guangxi Pass Technology&Trade Co.，Ltd.，Nanning 530028）

The development of the Internet of Things,and the wireless communication network and intelligent mobile phone popular today,to promote the traditional enterprise attendance system combining with new technologies,create an Internet+model of enterprise innovation manage?ment.Designs the perception layer of IoT using NFC recognition technology,mobile phone card simulation function,network layer data communication using ZigBee and Wi-Fi technology,application layer design using Web services application development,the system solves the problem that enterprise attendance work becomes simple and convenient,but also has high security.

1007-1423（2017）27-0041-06

10.3969/j.issn.1007-1423.2017.27.010

企業考勤系統；物聯網技術；NFC；Zig Bee；系統集成

字段：設備號字段（equno）引用設備登記表（iot_equipregister）中設備號（equno）字段；卡序號字段（cardsn）引用卡用戶信息表（iot_card）中卡序號（card?sn）字段；工號字段（userid）引用客戶信息表（bus_cus?tomer）中工號（userid）字段。

徐書良（1976-），男，廣西桂林人，本科，廣西南寧通賽科貿有限公司經理，研究方向為計算機技術

2017-07-20

2017-09-20

Enterprise Attendance System;Internet of Things Technology;NFC;ZigBee;System Integration