基于RFID的嵌入式智能宿舍考勤系統的設計

熊海青

摘要

在全國各院校中，學生宿舍管理一直是重中之重。尤其是對于部分寄宿式院校而言，必須通過做好學生宿舍的考勤管理與門禁管理，以嚴格控制進出學生宿舍的人員，確保學生的生命安全與財產安全。針對當前我國各院校考勤管理中存在的問題與不足，本文提出了一種基于RFID的嵌入式智能宿舍考勤系統的設計方案，系統的成功應用，不僅能明顯提升各院校學生宿舍安全管理的水平與效率，同時也能轉化應用于其他領域的考勤應用。

【關鍵詞】RFID技術 ZigBee無線通信技術 考勤系統 設計

1 概述

如何應用信息化技術，以實現學生宿舍的安全管理一直是困擾著我國各院校的主要難題之一。目前，針對在校生考勤的方式，主要有人工考勤與刷卡考勤這兩種手段。但這些方式都存在著明顯的不足之處，其中人工考勤是通過宿舍管理員到宿舍對學生點名來進行統計考勤，這種方式效率低、耗時長、成本高，且準確度較低、不能自動化統計；而刷卡考勤，則是通過刷校園一卡通的方式進行考勤，但是此方式容易出現一人刷多卡的現象，而且在早、中、晚宿舍集中進出時間段，容易造成學生排隊等待刷卡，導致時間上的浪費與管理上的混亂。

總體而言，通過該宿舍考勤系統的設計與實現，不僅能夠實時監測學生的在校情況，而且能利用該系統替代宿舍管理員人工考勤，可以最大限度的節約人力資源、提高了宿舍管理的效率，增強了學生在校的安全。同時，在后期擴展部分，系統還可開發設置節假日學生返校時的考勤，并實時通過短信網關發出指令，把學生到校的時間發送給家長，可以實現讓家長放心的安全校園服務。

2 嵌入式智能考勤系統的設計

2.1 系統總體架構

本系統主要是利用RFID技術主動感應人員，通過靈敏追蹤攝像頭進行臉部的圖像采集，實現宿舍學生考勤信息的采集，然后利用ZigBee無線通信技術對采集的數據進行傳輸，并通過中央處理器人員是否回宿舍實時狀態顯示在PC端的可視化的管理平臺上，從而實現智能化的宿舍考勤管理。

2.2 系統硬件設計

本系統的硬件部分，主要是由RFID檢測模塊、攝像頭圖像采集模塊、無線傳輸模塊、嵌入式系統核心控制模塊這四大硬件模塊所構成，如圖1所示。

2.2.1 RFID檢測模塊

本系統的RFID檢測模塊采用的是CC1100模塊，其頻率為300?348MHz，屬于中、低頻系統。該CC1100模塊的特點主要有：

（1）體積小巧（QLP4×4mm封裝，20腳）、性價比高、簡單易用；

（2）高靈敏度，其數據傳輸可達1.2Kb/s，且僅有1%的數據包誤差率；

（3）低電壓、低能耗，功耗最低可達15mA，適用各類供電場合；

（4）工作溫度范圍寬，最低耐受溫度可達-40℃。

除以上特點以外，該讀卡模塊還采用了標準的DIP24進行封裝，既可以直接安裝在線路板上，也可安裝在便攜手持設備和智能儀器上，因此非常適用于校園宿舍考勤系統的應用。2.2.2 攝像頭圖像采集模塊

該模塊主要包括了高靈敏度的追蹤攝像機和紅外感應儀。其中，攝像機選擇的是DSP智能攝像機，其硬件芯片采用的是穩定的中星微芯片zc030x，感光器材為高品偵的CMOS，可達30萬像素。其亮度/色度處理、編碼同步發生器及驅動電路均采用的是數字信號處理技術，可由嵌入式核心控制模塊進行控制。該智能攝像機的特點：

（1）高靈敏度和實時面向捕捉，當學生進入監控區域，攝像頭就能捕捉其清晰的面相照片，并能實現全程跟蹤捕捉；

（2）能實現多人同時面向捕捉，攝像頭可同時捕捉1?16路面相照片，通過裝設多個攝像頭，即能充分滿足宿舍考勤系統的需要。

紅外感應儀選擇的是HC-SR501感應儀，其紅外探頭部分是采用的德國原裝進口的LH1778探頭設計，具有紅外感應范圍大、靈敏度高、可靠性強等多種優點，且能進行正常/超低壓兩種工作模式，能充分考勤系統對人體感應的需要。

2.2.3 無線傳輸模塊

本系統的無線傳輸模塊，主要是由ZigBee所組成的無線傳感網絡，該網絡尤其適合于監控網點數量多、數據傳輸量較小，以及區域環境復雜的宿舍考勤系統中。

ZigBee的硬件模塊采用的是CC2430芯片，它是一種嵌入式的系統芯片，支持2.4GHzIEEE802.15.4/ZigBee協議。其主要特點：一是尺寸小（QLP7×7mm封裝，48引腳），功耗低，電流消耗低于0.6uA；二是采用了內嵌閃存技術，使模擬電路、系統存儲器、基帶處理器都完全整合在一個芯片上，功能更加齊全。2.2.4嵌入式核心控制模塊

本系統的嵌入式核心控制模塊，選擇的是宏晶科技公司的STC89/12系列單片機，它作為新一代的單片機產品，具有高可靠性、高性價比、高抗干擾性、低功耗等多項優點，尤其適合周圍環境復雜、抗干擾性要求高的宿舍考勤系統的應用。同時，在存儲空間上，該單片機擁有60KB的Flash程序存儲器，能充分滿足考勤系統軟件編程設計的需要。

3 系統軟件設計

3.1 前端軟件設計

系統前端軟件主要運行于RFID檢測模塊和攝像頭圖像采集模塊中，其主要功能是負責對考勤區域內數據信息的采集，并通過無線通信模塊將采集數據傳送到嵌入式核心控制模塊中。

在本文所設計的嵌入式智能宿舍考勤系統中，前端軟件采用的是美國微軟公司所開發的.NET系統，開發環境為Visual Studio2008，開發語言為C++高級編程語言。其特點是編程語言的代碼簡單、軟件開發周期較短。考勤系統前端軟件開發的具體流程圖，詳見圖2。

以考勤系統中RFID檢測模塊、攝像頭圖像采集模塊的初始化功能實現為例，通過軟件開發與設計，可以將RFID的硬件模塊的初始化設置，并能實現對數據采集周期的設定以及工作時鐘的啟動。

3.2 終端軟件設計

考勤系統的終端軟件，主要是在嵌入式核心控制模塊中運行，其功能是接受來自于無線通信模塊發送的數據包，并對數據包進行分析、處理與顯示。為了使所設計的系統終端軟件能界面友好、方便操作，本文采用了VisualC++6.0進行系統終端軟件的設計與開發，它作為一種功能強大的軟件編程系統，能夠為軟件的開發提供集成的開發環境，從而簡化開發步驟，且無需切換不同的軟件開發工具。

終端軟件的各功能應用，均可通過VC6.0系統進行設計與實現。主要功能包括了：

（1）考勤數據的記錄功能；

（2）多特征識別算法（PCA）的面相對比識別功能；

（3）考勤數據的刪除、查詢、更新功能；

（4）考勤數據的限時發送與提示功能。

4 系統檢驗結果

為檢驗本文所設計的智能宿舍考勤系統的運行質量，選擇在實際的學生宿舍樓宇環境中進行實際驗證。從最終得到的檢驗指標可以看出，該嵌入式智能宿舍考勤系統，在監控網點眾多、周圍環境復雜的宿舍樓宇環境中，有著非常良好的表現。不僅系統的感知距離和識別數量很高，而且具有較高的數據接受靈敏度，以及很強的溫度變化適應性，能充分滿足各院校學生宿舍考勤的需要。

5 總結

本文所設計的基于RFID的嵌入式智能宿舍考勤系統，不僅提高了宿舍管理的安全管理工作的效率，同時也能實時地進行出入控制管理，系統還可以根據用戶需求進行APP擴展、個性化定制，可以廣泛應用于各個學校、各個企業乃至政府單位的考勤管理。從實踐應用上來看，該系統具有高效、低成本、擴展性好等諸多優點，既滿足了處理速度快、運算簡單等情況，亦可應用于便攜設備。相信在不遠的將來，在智能考勤、安全檢查、企業人員管理等方面都能得到充分的運用，具有廣闊的市場應用前景。

參考文獻

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