基于ZigBee技术的智能教室考勤系统设计

李新龙+周振涛+周婷婷

摘 要

现阶段高校学生的课堂考勤工作是高校教学管理工作的一项非常重要的内容，本文针对高校课堂考勤工作设计一个智能教室考勤系统，该系统结合远距离射频识别技术（RFID）、ZigBee组网技术与计算机软硬件技术，通过非接触式刷卡技术，多系统联动实现对人员出入进行考勤，从而为高校課堂考勤管理实现完全自动化。

【关键词】物联网 智能教室 考勤

1 引言

目前，高校对学生课堂的考勤管理主要是由课堂教师或者代理学生通过点名答到或者签名的方式进行考勤，这种方式存在代替别人答到、考勤效率低等问题。部分单位的考勤方式采用指纹考勤系统或者IC卡考勤系统等计算机考勤系统，这类计算机考勤系统的一般考勤流程是被考勤者使用带有自己身份信息的IC卡刷卡或者进行指纹扫描，并且在进入与出去的时候都进行刷卡或者扫描指纹，系统识别被考勤者的具体身份之后并记录下时间，将考勤信息传输到服务器并保存在数据库进行考勤管理，这类计算机考勤系统相比较于传统点名答到或者签名考勤的传统方式具有考勤效率高的优势，但缺点是存在代刷卡、人员多的时候速度慢等问题，比如有很多人员需要进行扫描指纹就会排队等候。基于ZigBee的智能教室考勤管理系统相比其它的考勤系统，具有方便快捷、管理高效，实现简单，费用廉价等优点。此外，物联网是继互联网/因特网与计算机技术之后信息产业领域兴起的第三次技术与产业浪潮，为智慧校园提供了一种新的革命性的信息技术和智能技术，具有广泛的应用需求和巨大产业发展的空间。

2 需求分析

本文提出一种基于ZigBee的智能教室考勤系统，在规定时间段内上电系统开始工作，通过红外对射管判断学生是进入教室还是离开教室，随后判断是否刷卡，如果没有刷卡则会报警出错，同时清空本次签到的信息，若按照流程刷卡进入则该学生正常签到或者离开教室。可以有效防止学生考勤作弊现象的发生，同时具有快速识别无需过多等待等多个优势。本系统结合远距离射频识别技术（RFID）、ZigBee组网和计算机技术，集自动化控制、通道安全管理、人员通行记录、警报处理、多系统联动为一体，通过非接触式刷卡的方式，实现了对人员的放行、拒绝、记录等操作，有效控制人员出入，实现对出入口的安全管理，从而为学校考勤与安全防范管理提供了有效的解决方案，具有推广应用的实用价值。

3 设计与实现

智能教室考勤系统如图1所示，主要由数据采集及处理模块，ZigBee无线传输模块和上位机显示模块组成。

数据采集以及处理模块由两组红外对射管AA和BB以及RFID身份识别模块组成。两个部分同时工作，红外光电传感器一前一后放置在门的内外两侧，RFID身份识别模块放在红外光电传感器的中间，当红外发射管和接收管没有物体遮挡时输出为稳定低电平，当人进入时发射管和接收管被遮挡，这时会产生一个上升沿，可以判断有人经过。当学生进入教室的时候门口的AA率先被遮挡而触发了一个上升沿，随后等待RIFD的刷卡信息，而RFID身份识别的模块在刷卡以后可以得到学生的个人信息同时在液晶上显示学生姓名和学号等等。

当学生进入教室时首先AA红外对射管被遮挡由低电平产生了一个上升沿，随后学生进入不再遮挡AA电平恢复平稳，然后学生刷卡RFID读取学生信息后学生进入，然后触发BB红外管产生上升沿，计数加1，同时录入学生信息，若中间过程出错，上位机则会报错致使蜂鸣器响并且清除刷卡信息，这样可以有效防止学生持多卡代签，以及多人持一卡签到等考勤作弊现象的发生。

ZigBee无线传输模块：利用ZigBee无线组网方式将红外对射管和RFID身份识别模块采集的信息发送给LM3S9B96主协调器进行数据处理，处理完之后将产生的数据传输到上位机软件并且显示。上位机显示模块通过RS-232接口接收监控节点发送过来的数据，做进一步处理和显示。总体流程如图2所示。

3.1 ZigBee无线传输模块设计

无线传输模块主要是基于ZigBee的无线组网，ZigBee是一种近距离、低复杂度、低功耗低成本的双向无线通信技术，完全符合本次设计的无线数据传输的要求，对于无线组网我们采取了星型组网来实现短距离的无线传输数据。本设计使用的是CC2420的射频收发器，CC2420的主要参数：

（1）工作频带范围：2.4～2.4835GHz；

（2）采用IEEE 802.15.4规范要求的直接序列扩频方式；

（3）数据速率达250kbps，码片速率达2MChip/s；

（4）采用Q-QPSK调制方式；

（5）超低电流消耗（RX：18.18mA、TX： 17.4mA）高接收灵敏度（-95dBm）；

（6）抗邻频道干扰能力强（39dB）；

（7）内部集成有VCO、LNA、PA以及电源整流器，采用低电压供电（2.1V～3.6V）；

（8）输出功率编程可控；

（9）IEEE 802.15.4的MAC层硬件可支持自动帧格式生成、同步插入与检测、16位CRC校验、电源检测、完全自动MAC层安全保护（CTR，CBC——MAC，CCM）；

（10）与控制微处理器的接口配置容易（4总线SPI接口）。

采用QLP-48封装，外形尺寸只有7*7mm，系统预设了CC2420无线模块与RDID模块接口。

3.2 监控节点芯片LM3S811

LM3S811支持最大主频为80MHz的ARM Cortex-M3内核，256KByte FLASH，96KByte SRAM，LQFP-100封装。集成10/100MHz以太网、2路CAN控制器、USB OTG、外部总线EPI、ROM片上StellarisWare软件、睡眠模块、正交编码器、16路ADC、带死区PWM、模拟比较UART、SSI、通用定时器、I2S、CCP、高精度震荡器、DMA等外设。

3.3 主协调器模块

LM3S9B96是TI 公司的基于ARM Cortex-M3 的32位MCU，具有先前8位和16位MCU的价格成本，CPU工作频率80MHz，100DMIPS性能，集成了10/100MHz以太网模块，并可以方便的高质量、快速度的完成我们需要的数据采集与处理的任务。

3.4 RS-232电平转换电路

该部分主要完成LM3S9B96与PC通信或者控制实验箱上的外扩Wi-Fi模块（所用芯片为MAX3232）。如图3所示。

4 总结

本文提出了一个新的智能教室考勤系统。此智能教室考勤系统的创新之处在于：相比其它的考勤系统，具有方便快捷、管理高效，实现简单，费用廉价等优点，具有较强的实用性和开发价值。

参考文献

[1]乐洁.课堂刷卡考勤系统设计与实现[J].湖北经济学院学报（人文社会科学版），2013（04）：188-189.

[2]徐鲁宁，郭晓功.基于物联网技术的学生智能考勤系统设计与实现[J].九江职业技术学院学报，2014（03）：20-22.

[3]杨丹.基于物联网技术的学生考勤系统的设计与实现[D].长沙：湖南大学，2013.DOI：10.7666/d.D389454.