中小學(xué)安全考勤系統(tǒng)下位機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

林梅燕

摘要：目前中小學(xué)生的安全問(wèn)題關(guān)已成為學(xué)校工作的首位，做好考勤工作則是學(xué)生安全管理工作的重中之重，而傳統(tǒng)的考勤存在延時(shí)性、效率低等缺點(diǎn)，且目前的線上簽到技術(shù)也不適合中學(xué)生禁止帶手機(jī)的情況。針對(duì)以上問(wèn)題本文提出一款基于RFID射頻識(shí)別技術(shù)的學(xué)生考勤系統(tǒng)下位機(jī)設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)采用以STC89C52單片機(jī)為主控，主要包括MFRC522模塊、DS1302時(shí)鐘芯片、OLED顯示屏和SIM800C模塊，實(shí)現(xiàn)身份標(biāo)簽、實(shí)時(shí)顯示學(xué)生信息、利用GSM模塊進(jìn)行遠(yuǎn)程預(yù)警，使得家長(zhǎng)能及時(shí)了解學(xué)生情況等功能，能夠及時(shí)、準(zhǔn)確、高效反映中小學(xué)生安全考勤情況。

關(guān)鍵詞：安全考勤系統(tǒng);RFID模塊;GSM模塊;下位機(jī)

中圖分類(lèi)號(hào)：TN914 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2020）12-0229-03

1引言

一直以來(lái)，中小學(xué)生在校外安全事故都處于多發(fā)期，危險(xiǎn)事故的發(fā)生給社會(huì)帶來(lái)了惡劣的影響，更是給他們的家庭帶來(lái)了不幸。中小學(xué)生的人身安全問(wèn)題是社會(huì)問(wèn)題的重中之重。學(xué)校應(yīng)重視學(xué)生的安全管理，便需要學(xué)校老師和家長(zhǎng)及時(shí)掌握學(xué)生的安全情況。但是因?yàn)樵谛W(xué)生人數(shù)過(guò)多，在校內(nèi)流動(dòng)性大，中小學(xué)教師人數(shù)較少，管理范圍寬，管理難度大，老師要在授課的同時(shí)及時(shí)掌握班級(jí)所有學(xué)生的到校情況非常之難，學(xué)生未及時(shí)到校，發(fā)生了事件，未能及時(shí)通知家長(zhǎng)掌握學(xué)生具體安全情況，且目前為了中小學(xué)生認(rèn)真學(xué)習(xí)，禁止學(xué)生用手機(jī)，無(wú)法用到線上簽到技術(shù)，這些都是學(xué)生安全管理工作的主要困難之處。

因此，本系統(tǒng)提出一個(gè)根據(jù)實(shí)際教學(xué)情況開(kāi)發(fā)的具有實(shí)用性的中小學(xué)生安全考勤系統(tǒng)，該系統(tǒng)中小學(xué)安全考勤系統(tǒng)是利用射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)和計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)開(kāi)發(fā)而成的綜合信息管理系統(tǒng)。采用RFID技術(shù)，在學(xué)校大門(mén)安裝考勤機(jī)，學(xué)生進(jìn)出時(shí)刷IC卡。考勤機(jī)將IC卡信息有線傳輸至上位機(jī)，系統(tǒng)經(jīng)過(guò)處理后可判斷具體信息，同時(shí)將學(xué)生入校、離校信息保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，可供老師查看，解決了匯總一學(xué)期考勤信息工作量大，統(tǒng)計(jì)煩瑣的問(wèn)題。

該考勤系統(tǒng)分為兩部分上位機(jī)和下位機(jī)，本文主要負(fù)責(zé)下位機(jī)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生考勤信息的采集并能及時(shí)發(fā)現(xiàn)考勤異常發(fā)送短信給家長(zhǎng)或老師等功能。

2系統(tǒng)總體構(gòu)成

中小學(xué)安全考勤系統(tǒng)的下位機(jī)設(shè)計(jì)主要由主控模塊、RFID模塊、GSM模塊、繼電器模塊、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、顯示模塊、USB轉(zhuǎn)串口模塊和按鍵組成的。主控模塊由單片機(jī)完成最小系統(tǒng)構(gòu)成，通過(guò)RFID模塊來(lái)進(jìn)行學(xué)生IC卡的采集，當(dāng)學(xué)生進(jìn)出校門(mén)刷卡時(shí)，RFID模塊識(shí)別到學(xué)生IC卡，然后將IC卡號(hào)通過(guò)串口發(fā)給上位機(jī)，實(shí)時(shí)時(shí)鐘為系統(tǒng)提供精確的時(shí)間基準(zhǔn)，也可通過(guò)OLED顯示屏來(lái)顯示學(xué)生信息和刷卡時(shí)間。當(dāng)發(fā)現(xiàn)學(xué)生遲到、曠課時(shí)通過(guò)GSM模塊發(fā)送報(bào)警短信給家長(zhǎng)。實(shí)時(shí)時(shí)鐘為系統(tǒng)提供精確的時(shí)間基準(zhǔn)，顯示模塊顯示學(xué)生信息和刷卡時(shí)間，GSM模塊發(fā)送短信，USB轉(zhuǎn)串口模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī)。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案如圖1。

3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

主要介紹主控制器STC89C52最小系統(tǒng)、RFID模塊、GSM模塊、USB轉(zhuǎn)串口模塊的硬件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生考勤信息的管理。

3.1STC89C52最小系統(tǒng)電路

STC89C52單片機(jī)由5V的電源供電。P0.0-P0.1口接按鍵Keyl和Key2。P0.6-P0.7接OLED顯示屏?xí)r鐘線SCL和雙向數(shù)據(jù)線SDA。P2.1-P2.3口接時(shí)鐘芯片DS1302串行時(shí)鐘SCLK、數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳10和RST復(fù)一腳。P3.0-P3.1口接GSM模塊數(shù)據(jù)口T-RX和T-TX。P3.5-P3.6口分別接藍(lán)、紅色LED燈。P3.7口接繼電器輸出觸點(diǎn)的公共端子。單片機(jī)的最小系統(tǒng)電路通過(guò)RST口接復(fù)位電路，共同組成。復(fù)位電路的復(fù)位方式有三種：（1）在RST和正極電源之間放置一個(gè)開(kāi)關(guān)，通電后RST上輸入高電平即可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)復(fù)位。（2）單片機(jī)上電時(shí)候會(huì)自動(dòng)復(fù)位一次。（3）在程序運(yùn)行過(guò)程中，在有必要的時(shí)候，通過(guò)程序來(lái)控制單片機(jī)復(fù)位。單片機(jī)最小系統(tǒng)電路如圖2所示。

3.2RFID模塊

RFID模塊電路設(shè)計(jì)如圖3所示。引腳1與LM1117-3.3V的芯片連接，因?yàn)槟K采用電壓為3.3V。該系統(tǒng)由5V的電源供電，故加一塊LM1117-3.3V的芯片可以把5V轉(zhuǎn)為3.3V。引腳2與單片機(jī)P1.2連接，用來(lái)完成初始化操作。MF RC522模塊是射頻卡和單片機(jī)通信的橋梁，其使用的是SPI接口，引腳5、6、7、8與分別與單片機(jī)引腳P1.6、P1.5、P1.4、P1.3連接進(jìn)行通信。在SPI通信中，單片機(jī)作為主機(jī)，MF RC522模塊作為從機(jī)，SPI的時(shí)鐘由主機(jī)SCK產(chǎn)生，數(shù)據(jù)通過(guò)MOSI從單片機(jī)傳輸?shù)組FRC522模塊，通過(guò)MISO從MF RC522模塊發(fā)送回單片機(jī)，片選信號(hào)在數(shù)據(jù)寫(xiě)入期間保持低電平;在無(wú)數(shù)據(jù)時(shí)保持高電平。

3.3GSM模塊

GSM模塊與單片機(jī)的通信采用串口協(xié)議，TTL電平控制接口，可以直接接單片機(jī)串口電平邏輯。GSM模塊電路圖如圖4所示，引腳2-3與單片機(jī)RXD、TXD連接，實(shí)現(xiàn)與單片機(jī)的通信。

3.4USB轉(zhuǎn)串口模塊

本系統(tǒng)采用了USB轉(zhuǎn)串口通信給電腦上位機(jī)。串口插針電路圖如下圖5所示。引腳1和引腳2分別與單片機(jī)、TXD和RXD相連，實(shí)現(xiàn)USB轉(zhuǎn)TTL串口，將數(shù)據(jù)傳輸給PC機(jī)。

4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

4.1邏輯判斷原理分析

根據(jù)學(xué)校實(shí)際情況進(jìn)行分析處理，本系統(tǒng)邏輯判斷分為四種情況：

（1）正常：學(xué)生上學(xué)時(shí)間點(diǎn)前到校，放學(xué)時(shí)間點(diǎn)后離校。

（2）遲到：學(xué)生上學(xué)時(shí)間點(diǎn)十分鐘后還未到校，放學(xué)時(shí)間點(diǎn)后離校。

（3）曠課：學(xué)生上學(xué)時(shí)間點(diǎn)后一小時(shí)還未到校。

（4）早退：學(xué)生上學(xué)時(shí)間點(diǎn)前到校，但放學(xué)時(shí)間點(diǎn)前離校。

4.2系統(tǒng)主程序流程

系統(tǒng)主程序首先需要將系統(tǒng)初始化，發(fā)送AT指令檢測(cè)GSM模塊是否能正常工作。調(diào)用實(shí)時(shí)時(shí)鐘子程序讀取時(shí)間，OLED顯示實(shí)時(shí)時(shí)間。調(diào)用刷卡功能子程序識(shí)別學(xué)生IC卡，學(xué)生進(jìn)出校門(mén)刷卡，如果IC卡未注冊(cè)，LED燈閃爍，注冊(cè)學(xué)生IC卡，顯示學(xué)號(hào)信息。已注冊(cè)過(guò)的卡刷卡時(shí)顯示學(xué)生的學(xué)號(hào)以及時(shí)間，并將卡號(hào)發(fā)送給上位機(jī)，供上位機(jī)記錄處理信息。當(dāng)學(xué)生遲到、曠課時(shí)發(fā)送AT指令至GSM模塊，發(fā)送短信至手機(jī)以便老師與家長(zhǎng)能及時(shí)了解情況。系統(tǒng)主程序流程圖如圖6所示。

5整機(jī)演示結(jié)果

實(shí)現(xiàn)考勤，設(shè)置考勤時(shí)段，設(shè)置系統(tǒng)時(shí)間，RFID讀取IC卡，當(dāng)IC卡未注冊(cè)時(shí)，LED燈閃爍，按下注冊(cè)按鍵可以實(shí)現(xiàn)IC卡的注冊(cè)，注冊(cè)完后學(xué)生刷卡顯示學(xué)生學(xué)號(hào)和刷卡時(shí)間，并發(fā)送卡號(hào)給上位機(jī)，如果學(xué)生到規(guī)定時(shí)間未進(jìn)校刷卡，就發(fā)送短信給家長(zhǎng)。

設(shè)置考勤時(shí)段如圖7所示，顯示屏左邊顯示的是考勤時(shí)段，右邊顯示的是實(shí)時(shí)時(shí)間。根據(jù)實(shí)際情況，學(xué)校分為夏時(shí)令和冬時(shí)令，所以設(shè)計(jì)為可手動(dòng)更改考勤時(shí)段。注冊(cè)學(xué)生卡如圖8所示，顯示屏顯示的是學(xué)生學(xué)號(hào)。因?yàn)樾枰獎(jiǎng)討B(tài)注冊(cè)，無(wú)法顯示中文，目前只能用數(shù)字顯示，數(shù)字代表著學(xué)號(hào)，與學(xué)生一一對(duì)應(yīng)。學(xué)生刷卡顯示學(xué)生學(xué)號(hào)和刷卡時(shí)間如圖9所示，顯示屏第一行現(xiàn)實(shí)的是學(xué)生卡號(hào)，第二行顯示的是學(xué)生刷卡時(shí)的時(shí)間。

學(xué)生到規(guī)定時(shí)間未進(jìn)校刷卡，發(fā)送短信給家長(zhǎng)，當(dāng)學(xué)生上課后十分鐘還沒(méi)未到學(xué)校刷卡時(shí)發(fā)送遲到短信給家長(zhǎng)，如圖10所示;當(dāng)學(xué)生上課后一小時(shí)還未到學(xué)校刷卡時(shí)發(fā)送曠課短信紿家長(zhǎng)，如圖11所示。

5結(jié)論

本文設(shè)計(jì)的部分是中小學(xué)安全考勤系統(tǒng)的下位機(jī)設(shè)計(jì)。主要是以STC89C52單片機(jī)作為控制的核心，利用RFID模塊來(lái)進(jìn)行學(xué)生IC卡的采集，當(dāng)學(xué)生進(jìn)出校門(mén)刷卡時(shí)，RFID模塊識(shí)別到學(xué)生IC卡，然后將IC卡號(hào)通過(guò)串口發(fā)給上位機(jī)，時(shí)鐘芯片為系統(tǒng)提供精確的時(shí)間基準(zhǔn)，也可通過(guò)顯示屏來(lái)顯示學(xué)生信息和刷卡時(shí)間。當(dāng)發(fā)現(xiàn)學(xué)生遲到、曠課時(shí)通過(guò)CSM模塊發(fā)送報(bào)警短信給家長(zhǎng)，聯(lián)調(diào)上位機(jī)，將學(xué)生入校、離校信息保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，供老師查看，解決了匯總一學(xué)期考勤信息工作量大，統(tǒng)計(jì)煩瑣的問(wèn)題，并且能夠及時(shí)、準(zhǔn)確、高效反映中小學(xué)生安全考勤情況，具有一定實(shí)用性。