基于RFID的嵌入式智能宿舍考勤系统的设计

熊海青

摘要

在全国各院校中，学生宿舍管理一直是重中之重。尤其是对于部分寄宿式院校而言，必须通过做好学生宿舍的考勤管理与门禁管理，以严格控制进出学生宿舍的人员，确保学生的生命安全与财产安全。针对当前我国各院校考勤管理中存在的问题与不足，本文提出了一种基于RFID的嵌入式智能宿舍考勤系统的设计方案，系统的成功应用，不仅能明显提升各院校学生宿舍安全管理的水平与效率，同时也能转化应用于其他领域的考勤应用。

【关键词】RFID技术 ZigBee无线通信技术 考勤系统 设计

1 概述

如何应用信息化技术，以实现学生宿舍的安全管理一直是困扰着我国各院校的主要难题之一。目前，针对在校生考勤的方式，主要有人工考勤与刷卡考勤这两种手段。但这些方式都存在着明显的不足之处，其中人工考勤是通过宿舍管理员到宿舍对学生点名来进行统计考勤，这种方式效率低、耗时长、成本高，且准确度较低、不能自动化统计；而刷卡考勤，则是通过刷校园一卡通的方式进行考勤，但是此方式容易出现一人刷多卡的现象，而且在早、中、晚宿舍集中进出时间段，容易造成学生排队等待刷卡，导致时间上的浪费与管理上的混乱。

总体而言，通过该宿舍考勤系统的设计与实现，不仅能够实时监测学生的在校情况，而且能利用该系统替代宿舍管理员人工考勤，可以最大限度的节约人力资源、提高了宿舍管理的效率，增强了学生在校的安全。同時，在后期扩展部分，系统还可开发设置节假日学生返校时的考勤，并实时通过短信网关发出指令，把学生到校的时间发送给家长，可以实现让家长放心的安全校园服务。

2 嵌入式智能考勤系统的设计

2.1 系统总体架构

本系统主要是利用RFID技术主动感应人员，通过灵敏追踪摄像头进行脸部的图像采集，实现宿舍学生考勤信息的采集，然后利用ZigBee无线通信技术对采集的数据进行传输，并通过中央处理器人员是否回宿舍实时状态显示在PC端的可视化的管理平台上，从而实现智能化的宿舍考勤管理。

2.2 系统硬件设计

本系统的硬件部分，主要是由RFID检测模块、摄像头图像采集模块、无线传输模块、嵌入式系统核心控制模块这四大硬件模块所构成，如图1所示。

2.2.1 RFID检测模块

本系统的RFID检测模块采用的是CC1100模块，其频率为300?348MHz，属于中、低频系统。该CC1100模块的特点主要有：

（1）体积小巧（QLP4×4mm封装，20脚）、性价比高、简单易用；

（2）高灵敏度，其数据传输可达1.2Kb/s，且仅有1%的数据包误差率；

（3）低电压、低能耗，功耗最低可达15mA，适用各类供电场合；

（4）工作温度范围宽，最低耐受温度可达-40℃。

除以上特点以外，该读卡模块还采用了标准的DIP24进行封装，既可以直接安装在线路板上，也可安装在便携手持设备和智能仪器上，因此非常适用于校园宿舍考勤系统的应用。2.2.2 摄像头图像采集模块

该模块主要包括了高灵敏度的追踪摄像机和红外感应仪。其中，摄像机选择的是DSP智能摄像机，其硬件芯片采用的是稳定的中星微芯片zc030x，感光器材为高品侦的CMOS，可达30万像素。其亮度/色度处理、编码同步发生器及驱动电路均采用的是数字信号处理技术，可由嵌入式核心控制模块进行控制。该智能摄像机的特点：

（1）高灵敏度和实时面向捕捉，当学生进入监控区域，摄像头就能捕捉其清晰的面相照片，并能实现全程跟踪捕捉；

（2）能实现多人同时面向捕捉，摄像头可同时捕捉1?16路面相照片，通过装设多个摄像头，即能充分满足宿舍考勤系统的需要。

红外感应仪选择的是HC-SR501感应仪，其红外探头部分是采用的德国原装进口的LH1778探头设计，具有红外感应范围大、灵敏度高、可靠性强等多种优点，且能进行正常/超低压两种工作模式，能充分考勤系统对人体感应的需要。

2.2.3 无线传输模块

本系统的无线传输模块，主要是由ZigBee所组成的无线传感网络，该网络尤其适合于监控网点数量多、数据传输量较小，以及区域环境复杂的宿舍考勤系统中。

ZigBee的硬件模块采用的是CC2430芯片，它是一种嵌入式的系统芯片，支持2.4GHzIEEE802.15.4/ZigBee协议。其主要特点：一是尺寸小（QLP7×7mm封装，48引脚），功耗低，电流消耗低于0.6uA；二是采用了内嵌闪存技术，使模拟电路、系统存储器、基带处理器都完全整合在一个芯片上，功能更加齐全。2.2.4嵌入式核心控制模块

本系统的嵌入式核心控制模块，选择的是宏晶科技公司的STC89/12系列单片机，它作为新一代的单片机产品，具有高可靠性、高性价比、高抗干扰性、低功耗等多项优点，尤其适合周围环境复杂、抗干扰性要求高的宿舍考勤系统的应用。同时，在存储空间上，该单片机拥有60KB的Flash程序存储器，能充分满足考勤系统软件编程设计的需要。

3 系统软件设计

3.1 前端软件设计

系统前端软件主要运行于RFID检测模块和摄像头图像采集模块中，其主要功能是负责对考勤区域内数据信息的采集，并通过无线通信模块将采集数据传送到嵌入式核心控制模块中。

在本文所设计的嵌入式智能宿舍考勤系统中，前端软件采用的是美国微软公司所开发的.NET系统，开发环境为Visual Studio2008，开发语言为C++高级编程语言。其特点是编程语言的代码简单、软件开发周期较短。考勤系统前端软件开发的具体流程图，详见图2。

以考勤系统中RFID检测模块、摄像头图像采集模块的初始化功能实现为例，通过软件开发与设计，可以将RFID的硬件模块的初始化设置，并能实现对数据采集周期的设定以及工作时钟的启动。

3.2 终端软件设计

考勤系统的终端软件，主要是在嵌入式核心控制模块中运行，其功能是接受来自于无线通信模块发送的数据包，并对数据包进行分析、处理与显示。为了使所设计的系统终端软件能界面友好、方便操作，本文采用了VisualC++6.0进行系统终端软件的设计与开发，它作为一种功能强大的软件编程系统，能够为软件的开发提供集成的开发环境，从而简化开发步骤，且无需切换不同的软件开发工具。

终端软件的各功能应用，均可通过VC6.0系统进行设计与实现。主要功能包括了：

（1）考勤数据的记录功能；

（2）多特征识别算法（PCA）的面相对比识别功能；

（3）考勤数据的删除、查询、更新功能；

（4）考勤数据的限时发送与提示功能。

4 系统检验结果

为检验本文所设计的智能宿舍考勤系统的运行质量，选择在实际的学生宿舍楼宇环境中进行实际验证。从最终得到的检验指标可以看出，该嵌入式智能宿舍考勤系统，在监控网点众多、周围环境复杂的宿舍楼宇环境中，有着非常良好的表现。不仅系统的感知距离和识别数量很高，而且具有较高的数据接受灵敏度，以及很强的温度变化适应性，能充分满足各院校学生宿舍考勤的需要。

5 总结

本文所设计的基于RFID的嵌入式智能宿舍考勤系统，不仅提高了宿舍管理的安全管理工作的效率，同时也能实时地进行出入控制管理，系统还可以根据用户需求进行APP扩展、个性化定制，可以广泛应用于各个学校、各个企业乃至政府单位的考勤管理。从实践应用上来看，该系统具有高效、低成本、扩展性好等诸多优点，既满足了处理速度快、运算简单等情况，亦可应用于便携设备。相信在不远的将来，在智能考勤、安全检查、企业人员管理等方面都能得到充分的运用，具有广阔的市场应用前景。

参考文献

[1]郭天祥.新概念51单片机C语言教程：入门、提高、开发、拓展[M].清华大学出版社，2009.

[2]赵越，乔玉灯.基于嵌入式的人脸识别考勤系统的研究[J].嵌入式技术，2015，22（09）.

[3]白文庆，董小妮.基于嵌入式人脸识别考勤系统的设计[J].电脑开发与应用，2015（28）：1.