基于RFID技术的考勤系统设计

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类别（硕士、博士、进修生）硕士

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基于RFID技术的考勤系统设计

摘要

本课题的目标是开发一个企业对员工的出勤情况进行记录和管理的考勤系统。课题主要设计了一款低成本高性能的RFID卡片读写器。根据软件开发理论、信息系统开发理论、项目管理理论等进行分析、指导并设计出基于RFID卡的身份识别考勤系统。RFID卡片读写器在电路设计上需要出实现低成本高性能，而考勤系统则突出了方便简洁的管理功能。

整个RFID考勤系统主要包括三个子系统（或模块）：RFID卡片读写器、无线/串行通信模块、身份识别考勤系统。读写器解码并将卡片的身份信息通过串口/无线通信模块发送给PC机的身份识别考勤系统进行考勤记录与管理，实现了从RFID卡片读取、数据传输、考勤记录与统计等一系列功能的完整系统实现方案，改进了现有的考勤方式，提高了考勤效率。

系统硬件部分的工作包括：RFID卡片读写器的单片机控制电路设计、读写器的RFID调制解调射频前端电路设计、NRF24L01无线通信模块设计、PL2303的USB-UART串行通信模块设计。

系统软件部分的工作包括：系统的上位机采用客户端/服务器模式，后台数据库使用 SQL Server数据库管理软件，基于Visual C++的数据库SQL语言操作、USB-UART串行通信与数据流处理、LZW数据压缩与解压缩等。结果表明该系统能够实现基本的考勤功能，具有较高的安全可靠性。

关键词：射频身份识别考勤上位机无线串行通信

第一章引言

在高校管理中，学生是学校里最大群体，其管理十分复杂。由于每门课的出勤情况直接影响学生在某门课结束后，能否参加这门课的考试。所以，学生的出勤率直接和学生顺利完成学业有着密切相关的联系。由于高校上课还存在着一位教师上多个班级，或者一位教师上大课等特点，用传统的点名考勤的方法，不仅会占用大量的上课时间，而且也不能真实的反映学生的到课情况，导致学生出勤情况的报告与统计工作难度极大。虽然每个的任课老师都参与考勤信息的收集，但考勤信息的汇总和统计仍很繁琐。

本文主要针对当前学生考勤管理工作中存在的一些不足，设计一个基于RFID技术的考勤管理系统，提供一个包括信息采集、考勤统计和查询、考勤分析三大功能的管理平台，为教师和教学管理部门提供实时、动态的考勤信息，从而达到提高管理效率的目的。

第二章 RFID技术及其应用介绍

2.1 RFID技术概述

RFID （Radio Frequency Identification）是一种近年来兴起的、广泛应用于人流和物流管理方面的新技术。该技术集编码、载体、非接触自动识别与通信等多种技术于一体，通过射频信号自动识别高速运动对象．并能同时识别多个标签，获取相关数据。主要应用目标是实现信息系统的自动化信息采集，保证被识别对象的信息化管理。

RFID技术的基本工作原理并不复杂：标签进入磁场后，接收解读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息（PassiveTag，无源标签或被动标签），或者由标签主动发送某一频率的信号（ActiveTag，有源标签或主动标签），解读器读取信息并解码后，送至中央信息系统行有关数据处。

一套完整的RFID系统，是由读写器（Reader）与电子标签（TAG）也就是所谓的应答器（Transponder）及应用软件系统三个部份组成, 其工作原理是Reader发射一特定频率的无线电波能量给Transponder，用以驱动Transponder 电路将内部的数据送出，此时 Reader便依序接收解读数据，送给应用程序做相应的处理。

2.2 RFID技术主要应用

总的来说，RFID技术的主要应用包括：物流和供应管理、生产制造和装配、航空行李处理、邮件/快运包裹处理、文档追踪/图书馆管理、动物身份标识、运动计时、门禁控制/电子门票、道路自动收费、城市一卡通的应用、高校手机一卡通的应用、仓储中塑料托盘、周转筐中的应用等。

第三章考勤系统硬件电路设计

3.1 系统综述

整个RFID考勤系统主要包括三个子系统（或模块）：RFID卡片读写器（工作于主机模式）、RFID卡片读写器（工作于从机模式）、考勤系统PC端，其中主要的模块为无线/串口通信模块。

RFID读写器由它们的关系如图1所示。

图1 系统的整体框图

3.2 RFID卡片读写器设计

RFID卡片读写器作为考勤系统的终端，主要负责接收、解析上位机送来的数据包，并控制无线/串行通信模块的工作，以及实时获取RFID卡片的信息并反馈给计算机考勤系统。

单片机相对于计算机来说更低级，因此也形象地把单片机及其外围电路组成的RFID卡片读写器统称为下位机系统，对应地把运行在计算机上的考勤系统称为上位机系统。

3.3 RFID 调制与解调前端电路设计

本设计选用的是EM4100系列的低频RFID卡片，RFID读写器（Transceiver）和RFID卡片（Transponder）的结构示意图如图2所示。

图2 RFID 读写器和卡片的结构示意图

125kHz的低频RFID卡片通信，需要125kHz的载波信号来驱动RFID天线，这里正好使用单片机Atmega8内部的PWM模块，通过程序设置模块参数，使其输出125kHz占空比为50%的方波信号。由于单片机输出的PWM方波信号驱动能力有限，因此使用配对的小功率晶体管8550和8050组成的推挽功放电路对载波的功率进行放大。放大后的载波信号加载到RFID天线上，RFID天线实际上是一个由多匝细铜丝绕成的电感线圈和一个电容器组成的LC谐振器。

当RFID卡片进入感应区时，卡片会重复地发送自己的ID信息，这时就有信号耦合到RFID天线上，经过二极管D2（1N4148）检波后得到调制信号的包络。这个包络就包含了卡片ID的曼切斯特编码信息。通过运放LM358对包络信号进行放大，再经施密特触发器对波形进行整形，便得到了标准的曼切斯特编码信号。这时候就可以把这个信号送给单片机进行解码了。

3.4 无线/串行通信模块设计

3.4.1 NRF24L01 无线通信模块

由于RFID卡片读写器需要脱机使用的功能，其与上位机的数据交换还需要采取无线通信的方式。为了方便起见，选择nRF24L01无线通信芯片。