基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的企業(yè)考勤系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

徐書良

（廣西南寧通賽科貿(mào)有限公司，南寧530028）

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的企業(yè)考勤系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

徐書良

（廣西南寧通賽科貿(mào)有限公司，南寧530028）

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，以及無線通信網(wǎng)絡(luò)和智能手機普及的今天，推動傳統(tǒng)企業(yè)考勤系統(tǒng)與新技術(shù)相結(jié)合，打造企業(yè)“互聯(lián)網(wǎng)+”創(chuàng)新管理模式。該系統(tǒng)設(shè)計在物聯(lián)網(wǎng)感知層采用NFC識別技術(shù)，實現(xiàn)手機卡模擬功能，網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)通信采用ZigBee和Wi-Fi技術(shù)，應(yīng)用層設(shè)計采用基于Web服務(wù)器運行的網(wǎng)頁開發(fā)，整個系統(tǒng)解決企業(yè)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(yè)傳統(tǒng)考勤方式隨著員工人數(shù)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(tǒng)計等操作，傳統(tǒng)考勤方式已經(jīng)不能滿足當前的需求，一個新考勤工作提上日程，與企業(yè)其他管理系統(tǒng)一樣都納入企業(yè)高速現(xiàn)代化建設(shè)的指標當中。本文探索在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)大力發(fā)展下，以及無線通信網(wǎng)絡(luò)和智能手機普及的今天，設(shè)計一個現(xiàn)代化的考勤管理系統(tǒng)，實現(xiàn)企業(yè)考勤工作公平化，高效化以及考勤信息多效化。

1 技術(shù)簡介

在本企業(yè)考勤系統(tǒng)的設(shè)計中采用了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的三個主要層次如下圖1，最底層感知層采用NFC識別技術(shù)，實現(xiàn)手機卡模擬功能；中間網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)通信采用ZigBee和Wi-Fi技術(shù)，高層應(yīng)用層設(shè)計采用基于Web服務(wù)器運行的網(wǎng)頁開發(fā)，進行企業(yè)員工信息錄入和考勤信息管理。

在本系統(tǒng)底層感知層采用NFC技術(shù)，NFC近場通信（Near Field Communication）技術(shù)，另一種稱呼為近距離無線通信技術(shù)，是由射頻識別（RFID）物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中一種免接觸式識別技術(shù)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(yīng)用于短距離的高頻無線通信技術(shù)，NFC的數(shù)據(jù)傳播距離在10cm范圍內(nèi)，安全保密性也有了保障，因此，NFC技術(shù)被認為在手機考勤、門禁、付款等領(lǐng)域具有很大的市場。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)

中間網(wǎng)絡(luò)層采用ZigBee技術(shù)，ZigBee紫蜂無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中擁有高可靠性傳輸?shù)奶攸c，名字來源于蜜蜂通過飛倒8形狀的路徑來告知自己發(fā)現(xiàn)食物的位置、距離等信息，組網(wǎng)的形狀像蜂窩的6邊形，所以也叫蜂窩結(jié)構(gòu)，這跟現(xiàn)在的移動網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)是由一個網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器和N（N<65535）個無線數(shù)據(jù)傳輸模塊從屬設(shè)備組成的一個無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)平臺，模塊與模塊之間可以數(shù)據(jù)傳輸相互通信。節(jié)點上傳感器數(shù)據(jù)可對ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點監(jiān)控進行采集，另外，每一個ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點還包括全功能裝置（FFD）一般作為網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器、路由器，多個簡化功能裝置（RFD）作為不承擔網(wǎng)絡(luò)信息中轉(zhuǎn)任務(wù)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(nèi)實現(xiàn)無線連接。

ZigBee無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)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(tǒng)采用這個頻段設(shè)計。ZigBee的傳輸距離較遠，在10-75m的范圍內(nèi)都可進行聯(lián)網(wǎng)，由于支持擴展可達到更遠。作為一種無線通信技術(shù)，ZigBee具有如下特點：①低功耗：ZigBee相比其他技術(shù)，耗費的功率非常低，發(fā)射射頻信號工作功率僅為1mW左右，沒有數(shù)據(jù)傳輸時進入低功耗待機狀態(tài)即休眠模式，因此ZigBee設(shè)備非常省電。②成本低：由于協(xié)議的簡化，通信控制器的要求也相應(yīng)有所降低，并且使用ZigBee協(xié)議不需要支付專利費。低成本對于ZigBee發(fā)展也是一個重要的因素。③時延短：從休眠待機狀態(tài)轉(zhuǎn)入工作射頻狀態(tài)實現(xiàn)非常短僅需要15ms與設(shè)備連接也只需要30ms，信道與設(shè)備接入花費15ms。使得ZigBee可以應(yīng)用于工業(yè)精加工控制的場景。④網(wǎng)絡(luò)容量大：ZigBee網(wǎng)絡(luò)有星狀片、狀等網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)組網(wǎng)靈活，一個星型結(jié)構(gòu)的Zig?Bee網(wǎng)絡(luò)中的一個ZigBee設(shè)備可與其他254臺連接，若這臺設(shè)備作為主設(shè)備那254臺則作為從設(shè)備，如此連接可組成65000個設(shè)備節(jié)點的大型ZigBee網(wǎng)絡(luò)。⑤安全性高：ZigBee具有很高的安全性主要體現(xiàn)在它能對數(shù)據(jù)的完整性進行檢查，以及對數(shù)據(jù)的鑒權(quán)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(wǎng)絡(luò)路徑，分析與本機位置關(guān)系的遠近，選擇與本機最近的通道傳輸數(shù)據(jù)，如果通道繁忙傳不通，再使用次近的通道傳輸，一直到數(shù)據(jù)傳輸成功為止這種方法叫做“梯度法”被廣泛的用于動態(tài)路由的搭建中。在實際應(yīng)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(tài)路由梯度法結(jié)合網(wǎng)狀拓撲結(jié)構(gòu)，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，完整性?/p>

高層應(yīng)用層采用JSP動態(tài)頁面技術(shù)，實現(xiàn)后臺數(shù)據(jù)處理，Web服務(wù)器采用輕量級Tomcat服務(wù)器，Tom?cat是一種開源Web應(yīng)用服務(wù)器，并且簡便易搭，啟動程序需要的資源很少，所以適應(yīng)于搭建中小型企業(yè)系統(tǒng)。Tomcat是應(yīng)用（Java）服務(wù)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(xiàn)的接口，是Apache的擴展。Tomcat可以做為獨立的Web服務(wù)器來運行，解釋JSP，Servlet程序。

2 系統(tǒng)需求與功能分析

本系統(tǒng)設(shè)計滿足各企業(yè)，事業(yè)，學校等機構(gòu)的考勤需求。用戶可通過系統(tǒng)平臺，開啟NFC不同讀卡設(shè)備，進行開戶，掛失，考勤，信息統(tǒng)計等功能。

根據(jù)企業(yè)不同的規(guī)模，需要設(shè)計城市，企業(yè)，部門功能，該功能進行不同單位間的管理，企業(yè)規(guī)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(qū)分不同的卡機。如圖2：

圖2 系統(tǒng)功能需求圖

開戶、掛失、銷戶功能：該功能在城市企業(yè)功能下?lián)碛衅髽I(yè)，城市設(shè)置才可進行開戶，等功能增加了安全性。

設(shè)備管理功能：對設(shè)備進行分類，添加等不同卡機對應(yīng)不同功能。

考勤應(yīng)用功能：可對不同的班次進行考勤打卡的設(shè)置。

考勤報表功能：用戶可通過網(wǎng)頁平臺查看自己的考勤表等報表功能。

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

3 系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

本設(shè)計感知層和網(wǎng)絡(luò)層使用stm32開發(fā)板，由NFC模塊，ZigBee模塊組成，應(yīng)用層上的后臺Web采用Tomcat服務(wù)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(wǎng)絡(luò)Wi-Fi上傳至后臺網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器實現(xiàn)簽到，考勤打卡等企業(yè)考勤管理方面的功能。

實物圖搭建與系統(tǒng)總體搭建構(gòu)造圖如圖3系統(tǒng)流程圖。

圖3 系統(tǒng)流程圖

網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用ZigBee技術(shù)，ZigBee協(xié)議棧在網(wǎng)絡(luò)層實現(xiàn)節(jié)點接入或離開網(wǎng)絡(luò)路由查找及傳送數(shù)據(jù)等功能，它主要工作在于建立和管理網(wǎng)絡(luò)的機制，網(wǎng)絡(luò)層中ZigBee擁有三種角色分別是：網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器、路由器和末端裝置，其中網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，路由器由全功能裝置實現(xiàn)，即ZigBee透傳模塊，末端裝置由簡化功能裝置實現(xiàn)，即網(wǎng)關(guān)協(xié)調(diào)器。

ZigBee基于DSSS方法的準正交調(diào)制技術(shù)。獲取自物理層的收斂協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PPDU）的二進制數(shù)據(jù)將其依次組成4位二進制數(shù)據(jù)符號，每種數(shù)據(jù)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(xù)的偽噪聲碼片序列進行調(diào)制，即采用半正弦脈沖波形的偏移四相移相鍵控方式調(diào)制之后進行發(fā)送。

ZigBee數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)進行信號調(diào)制發(fā)射2.4GHz高頻射頻信號，ZigBee協(xié)調(diào)器接收路由器發(fā)射出來的2.4GHz高頻信號，解調(diào)得到數(shù)字信號，ZigBee協(xié)調(diào)器將數(shù)字信號傳送至末端裝置網(wǎng)關(guān)協(xié)調(diào)器，通過網(wǎng)關(guān)協(xié)調(diào)器有線傳輸至后臺服務(wù)器實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸及ZigBee模塊功能。

圖4 ZigBee MAC層數(shù)據(jù)傳輸過程

圖5 ZigBee模塊工作過程

在應(yīng)用層后臺考勤信息管理部分，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)采用SQL Server 2008，根據(jù)管理需要建立了客戶信息表（bus_customer），卡用戶信息表（bus_carduser），設(shè)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(jié)構(gòu)如表1所示。

關(guān)聯(lián)表：客戶信息表（bus_customer），卡用戶信息表（bus_carduser），設(shè)備登記表（iot_equipregister）

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

狀態(tài)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(jié)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(jié)束時間之間。

表1 考勤原始記錄表（iot_attendbill）相關(guān)信息

表2 考勤日志表（bus_attendlog）相關(guān)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(jié)假日預處理為休息。

預處理狀態(tài)為：曠工或休息。

關(guān)聯(lián)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(xiàn)感知層NFC模塊功能，NFC技術(shù)使用特制的信號衰減技術(shù)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(yè)的日?？记谒⒖?，所以系統(tǒng)設(shè)計的硬件選取為特定的13.56MHz的RFID讀寫器來實現(xiàn)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(shù)據(jù)信號量*/

存儲卡扇區(qū)數(shù)據(jù)*/

/*讀卡數(shù)據(jù)成功*/

CleanBuffer（40）；/*清除串口接收緩沖區(qū)前40個字節(jié)數(shù)據(jù)*/

｝

else

card_13_56_write_flag=READ_DATA_FAIL；/*讀卡數(shù)據(jù)失敗*/

｝

代碼分析：這是讀取卡的函數(shù)，首先進行數(shù)據(jù)的校驗，經(jīng)過OssemPend等待接收的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)發(fā)送到TEMP中，進行數(shù)據(jù)的判斷，如果checkcode的判斷符合RFID的規(guī)則，則進行讀取數(shù)據(jù)，卡標志顯示成功。

在應(yīng)用層web服務(wù)器Tomcat部署網(wǎng)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(yīng)用目錄，當啟動服務(wù)器時，Tomcat加載這個目錄下的所有JSP文件、應(yīng)用，就能顯示出需要部署的目標網(wǎng)頁。圖6為系統(tǒng)集成環(huán)境。

圖6 考勤系統(tǒng)集成環(huán)境

在測試該系統(tǒng)后，可以體現(xiàn)出該系統(tǒng)的優(yōu)勢，它的便捷操作以及低成本，還有高質(zhì)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(zhì)量?？记赪eb頁面管理如圖7。

圖7 考勤系統(tǒng)管理頁面

4 結(jié)語

本文探索了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的企業(yè)考勤系統(tǒng)，設(shè)計采用NFC技術(shù)、ZigBee技術(shù)和Web服務(wù)應(yīng)用，推動傳統(tǒng)企業(yè)考勤系統(tǒng)與新技術(shù)相結(jié)合，打造企業(yè)“互聯(lián)網(wǎng)+”創(chuàng)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(yè)出版社，2014-9.

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

[3]杜軍朝.ZigBee技術(shù)原理與實戰(zhàn)［M］.北京：機械工業(yè)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(yè)考勤系統(tǒng)；物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；NFC；Zig Bee；系統(tǒng)集成

字段：設(shè)備號字段（equno）引用設(shè)備登記表（iot_equipregister）中設(shè)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(mào)有限公司經(jīng)理，研究方向為計算機技術(shù)

2017-07-20

2017-09-20

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