基于RFID的嵌入式智能宿舍考勤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

熊海青

摘要

在全國各院校中，學(xué)生宿舍管理一直是重中之重。尤其是對(duì)于部分寄宿式院校而言，必須通過做好學(xué)生宿舍的考勤管理與門禁管理，以嚴(yán)格控制進(jìn)出學(xué)生宿舍的人員，確保學(xué)生的生命安全與財(cái)產(chǎn)安全。針對(duì)當(dāng)前我國各院?？记诠芾碇写嬖诘膯栴}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(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，系統(tǒng)的成功應(yīng)用，不僅能明顯提升各院校學(xué)生宿舍安全管理的水平與效率，同時(shí)也能轉(zhuǎn)化應(yīng)用于其他領(lǐng)域的考勤應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】RFID技術(shù) ZigBee無線通信技術(shù) 考勤系統(tǒng) 設(shè)計(jì)

1 概述

如何應(yīng)用信息化技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)學(xué)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(duì)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(duì)學(xué)生點(diǎn)名來進(jìn)行統(tǒng)計(jì)考勤，這種方式效率低、耗時(shí)長、成本高，且準(zhǔn)確度較低、不能自動(dòng)化統(tǒng)計(jì)；而刷卡考勤，則是通過刷校園一卡通的方式進(jìn)行考勤，但是此方式容易出現(xiàn)一人刷多卡的現(xiàn)象，而且在早、中、晚宿舍集中進(jìn)出時(shí)間段，容易造成學(xué)生排隊(duì)等待刷卡，導(dǎo)致時(shí)間上的浪費(fèi)與管理上的混亂。

總體而言，通過該宿舍考勤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，不僅能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測學(xué)生的在校情況，而且能利用該系統(tǒng)替代宿舍管理員人工考勤，可以最大限度的節(jié)約人力資源、提高了宿舍管理的效率，增強(qiáng)了學(xué)生在校的安全。同時(shí)，在后期擴(kuò)展部分，系統(tǒng)還可開發(fā)設(shè)置節(jié)假日學(xué)生返校時(shí)的考勤，并實(shí)時(shí)通過短信網(wǎng)關(guān)發(fā)出指令，把學(xué)生到校的時(shí)間發(fā)送給家長，可以實(shí)現(xiàn)讓家長放心的安全校園服務(wù)。

2 嵌入式智能考勤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

本系統(tǒng)主要是利用RFID技術(shù)主動(dòng)感應(yīng)人員，通過靈敏追蹤攝像頭進(jìn)行臉部的圖像采集，實(shí)現(xiàn)宿舍學(xué)生考勤信息的采集，然后利用ZigBee無線通信技術(shù)對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，并通過中央處理器人員是否回宿舍實(shí)時(shí)狀態(tài)顯示在PC端的可視化的管理平臺(tái)上，從而實(shí)現(xiàn)智能化的宿舍考勤管理。

2.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)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(tǒng)核心控制模塊這四大硬件模塊所構(gòu)成，如圖1所示。

2.2.1 RFID檢測模塊

本系統(tǒng)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(tǒng)。該CC1100模塊的特點(diǎn)主要有：

（1）體積小巧（QLP4×4mm封裝，20腳）、性價(jià)比高、簡單易用；

（2）高靈敏度，其數(shù)據(jù)傳輸可達(dá)1.2Kb/s，且僅有1%的數(shù)據(jù)包誤差率；

（3）低電壓、低能耗，功耗最低可達(dá)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(dá)-40℃。

除以上特點(diǎn)以外，該讀卡模塊還采用了標(biāo)準(zhǔn)的DIP24進(jìn)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(shè)備和智能儀器上，因此非常適用于校園宿舍考勤系統(tǒng)的應(yīng)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(jī)和紅外感應(yīng)儀。其中，攝像機(jī)選擇的是DSP智能攝像機(jī)，其硬件芯片采用的是穩(wěn)定的中星微芯片zc030x，感光器材為高品偵的CMOS，可達(dá)30萬像素。其亮度/色度處理、編碼同步發(fā)生器及驅(qū)動(dòng)電路均采用的是數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，可由嵌入式核心控制模塊進(jìn)行控制。該智能攝像機(jī)的特點(diǎn)：

（1）高靈敏度和實(shí)時(shí)面向捕捉，當(dāng)學(xué)生進(jìn)入監(jiān)控區(qū)域，攝像頭就能捕捉其清晰的面相照片，并能實(shí)現(xiàn)全程跟蹤捕捉；

（2）能實(shí)現(xiàn)多人同時(shí)面向捕捉，攝像頭可同時(shí)捕捉1?16路面相照片，通過裝設(shè)多個(gè)攝像頭，即能充分滿足宿舍考勤系統(tǒng)的需要。

紅外感應(yīng)儀選擇的是HC-SR501感應(yīng)儀，其紅外探頭部分是采用的德國原裝進(jìn)口的LH1778探頭設(shè)計(jì)，具有紅外感應(yīng)范圍大、靈敏度高、可靠性強(qiáng)等多種優(yōu)點(diǎn)，且能進(jìn)行正常/超低壓兩種工作模式，能充分考勤系統(tǒng)對(duì)人體感應(yīng)的需要。

2.2.3 無線傳輸模塊

本系統(tǒng)的無線傳輸模塊，主要是由ZigBee所組成的無線傳感網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)尤其適合于監(jiān)控網(wǎng)點(diǎn)數(shù)量多、數(shù)據(jù)傳輸量較小，以及區(qū)域環(huán)境復(fù)雜的宿舍考勤系統(tǒng)中。

ZigBee的硬件模塊采用的是CC2430芯片，它是一種嵌入式的系統(tǒng)芯片，支持2.4GHzIEEE802.15.4/ZigBee協(xié)議。其主要特點(diǎn)：一是尺寸?。≦LP7×7mm封裝，48引腳），功耗低，電流消耗低于0.6uA；二是采用了內(nèi)嵌閃存技術(shù)，使模擬電路、系統(tǒng)存儲(chǔ)器、基帶處理器都完全整合在一個(gè)芯片上，功能更加齊全。2.2.4嵌入式核心控制模塊

本系統(tǒng)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(jī)，它作為新一代的單片機(jī)產(chǎn)品，具有高可靠性、高性價(jià)比、高抗干擾性、低功耗等多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，尤其適合周圍環(huán)境復(fù)雜、抗干擾性要求高的宿舍考勤系統(tǒng)的應(yīng)用。同時(shí)，在存儲(chǔ)空間上，該單片機(jī)擁有60KB的Flash程序存儲(chǔ)器，能充分滿足考勤系統(tǒng)軟件編程設(shè)計(jì)的需要。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 前端軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)前端軟件主要運(yùn)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(fù)責(zé)對(duì)考勤區(qū)域內(nèi)數(shù)據(jù)信息的采集，并通過無線通信模塊將采集數(shù)據(jù)傳送到嵌入式核心控制模塊中。

在本文所設(shè)計(jì)的嵌入式智能宿舍考勤系統(tǒng)中，前端軟件采用的是美國微軟公司所開發(fā)的.NET系統(tǒng)，開發(fā)環(huán)境為Visual Studio2008，開發(fā)語言為C++高級(jí)編程語言。其特點(diǎn)是編程語言的代碼簡單、軟件開發(fā)周期較短。考勤系統(tǒng)前端軟件開發(fā)的具體流程圖，詳見圖2。

以考勤系統(tǒng)中RFID檢測模塊、攝像頭圖像采集模塊的初始化功能實(shí)現(xiàn)為例，通過軟件開發(fā)與設(shè)計(jì)，可以將RFID的硬件模塊的初始化設(shè)置，并能實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)采集周期的設(shè)定以及工作時(shí)鐘的啟動(dòng)。

3.2 終端軟件設(shè)計(jì)

考勤系統(tǒng)的終端軟件，主要是在嵌入式核心控制模塊中運(yùn)行，其功能是接受來自于無線通信模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)包，并對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行分析、處理與顯示。為了使所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)終端軟件能界面友好、方便操作，本文采用了VisualC++6.0進(jìn)行系統(tǒng)終端軟件的設(shè)計(jì)與開發(fā)，它作為一種功能強(qiáng)大的軟件編程系統(tǒng)，能夠?yàn)檐浖拈_發(fā)提供集成的開發(fā)環(huán)境，從而簡化開發(fā)步驟，且無需切換不同的軟件開發(fā)工具。

終端軟件的各功能應(yīng)用，均可通過VC6.0系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。主要功能包括了：

（1）考勤數(shù)據(jù)的記錄功能；

（2）多特征識(shí)別算法（PCA）的面相對(duì)比識(shí)別功能；

（3）考勤數(shù)據(jù)的刪除、查詢、更新功能；

（4）考勤數(shù)據(jù)的限時(shí)發(fā)送與提示功能。

4 系統(tǒng)檢驗(yàn)結(jié)果

為檢驗(yàn)本文所設(shè)計(jì)的智能宿舍考勤系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量，選擇在實(shí)際的學(xué)生宿舍樓宇環(huán)境中進(jìn)行實(shí)際驗(yàn)證。從最終得到的檢驗(yàn)指標(biāo)可以看出，該嵌入式智能宿舍考勤系統(tǒng)，在監(jiān)控網(wǎng)點(diǎn)眾多、周圍環(huán)境復(fù)雜的宿舍樓宇環(huán)境中，有著非常良好的表現(xiàn)。不僅系統(tǒng)的感知距離和識(shí)別數(shù)量很高，而且具有較高的數(shù)據(jù)接受靈敏度，以及很強(qiáng)的溫度變化適應(yīng)性，能充分滿足各院校學(xué)生宿舍考勤的需要。

5 總結(jié)

本文所設(shè)計(jì)的基于RFID的嵌入式智能宿舍考勤系統(tǒng)，不僅提高了宿舍管理的安全管理工作的效率，同時(shí)也能實(shí)時(shí)地進(jìn)行出入控制管理，系統(tǒng)還可以根據(jù)用戶需求進(jìn)行APP擴(kuò)展、個(gè)性化定制，可以廣泛應(yīng)用于各個(gè)學(xué)校、各個(gè)企業(yè)乃至政府單位的考勤管理。從實(shí)踐應(yīng)用上來看，該系統(tǒng)具有高效、低成本、擴(kuò)展性好等諸多優(yōu)點(diǎn)，既滿足了處理速度快、運(yùn)算簡單等情況，亦可應(yīng)用于便攜設(shè)備。相信在不遠(yuǎn)的將來，在智能考勤、安全檢查、企業(yè)人員管理等方面都能得到充分的運(yùn)用，具有廣闊的市場應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

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