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电子信息工程论文：基于RFID的人员安全打卡机
来源：985论文网 添加时间：2020-06-01 15:53
摘 要
射频识别系统（RFID）技术能够实现自动识别和非接触式通信，具有识别速度快、零磨损、环境干扰小、使用寿命长、功耗低等特点。本文研究和设计了一种基于RFID技术的智能打卡系统。系统采用RFID技术识别电子标签，实现读卡器简单快速的自动签到和退房记录。同时，PC电脑终端统计读卡器的次数、时间和卡号，存储在PC电脑上，PC电脑可以实时显示并调用查看。节省打卡的人力物力。具有较好的生活和生产实用价值。
关键词：RFID；打卡机；电子标签；自动签到
引言
目前，人们认为人工值机、班长点名、指纹打卡等打卡方式很多，但遇到了很多实际问题，如人工值机带签到、数据不易保存；点名班长浪费时间和精力，也有徇私舞弊之嫌。目前市场上的冲床价格仍然很高，功能单一，没有人机交互。指纹打孔发生在人员在繁重体力劳动下安全，指纹磨损严重，指纹识别错误的情况下。本设计解决了上述系统时钟存在的一些问题。采用RFID射频识别技术，单片机与上位机PC结合。只要使用了签到，就可以实现签到，保存签到数据，不存在代卡签到和徇私舞弊的可能。在人机交互中，采用12864显示，直观显示入钟信息，并提供语音广播，使入钟人知道自己已成功入钟。我们在控制成本方面也做得相当好，只需要100元的价格。同时，在系统扩展性上，只需增加相应的功能模块即可实现，如无线传输、离线刷卡等，且无安装成本。打开计算机软件并将其与要使用的设备相匹配。整个界面简洁、易懂、易用。
第一章 RFID的技术简介及在打卡系统设计中的应用
在当今智能化和信息化广泛应用的时代，射频识别技术逐渐得到普及。复杂复杂的传统打卡方式已不能满足企业和社会的需要。传统的系统时钟大多采用手工和纸质两种方式，既繁琐又难以保存。然而，基于RFID的系统时钟是现有系统时钟的扩展。我们的RFID系统目前在时钟系统中处于领先地位。RFID技术在日常生活中有着广泛的应用，如员工安全进出考勤、酒店门卫管理、员工上下课考勤管理等，RFID技术是一种现代无线通信技术，即射频识别技术。它能利用空间耦合和射频信号自动准确地识别待识别的目标，这是其主要传输特性之一。RFID技术作为一种现代的非接触式识别技术，能够及时、快速、准确地采集信息并获取相关数据。目前，RFID技术广泛应用于社会各个领域的经济活动中，如基于RFID技术的条码扫描，这在我们的生活中是很常见的。RFID技术的主要工作原理是射频设备扫描一定范围内的识别对象，然后将其传输到数据管理系统中，通过对系统中相关信息的比较来识别和确认识别对象。因此，RFID技术在系统时钟中被广泛应用于人们的工作和生活中。
第二章 硬件系统设计
2.1系统硬件组成
系统有四大部分组成：RFID射频读卡器、12864液晶显示器、单片机和与计算机通信的串行口芯片四部分组成，如图1所示。RFID射频读卡器识别读卡器佩戴的电子标签，并将识别信息返回给微控制器MCU。单片机对数据进行打包压缩，通过串行通信芯片上传到上位机。上位机对上传的电子标签信息进行解压缩比较，然后通过串行通信芯片将信息返回单片机。单片机对数据进行解压缩，显示在12864上，实现人机交互。读卡器也知道他或她是否成功打卡。
图 1 RFID智能打卡系统硬件框图
2.2系统硬件介绍
2.2.1RFID射频读卡器
RFID射频读卡器采用MFRC-522，具有低电压、低成本、体积小的非接触读写卡芯片。使用的频率为13.56Mhz，属于低频系统。它广泛应用于智能仪器和便携式手持设备中。
RFID工作原理：射频识别技术（Radio Frequency IDenti-fication，RFID）是一种非接触式自动识别技术，利用射频信号及其空间耦合和传输特性，实现静止或运动目标的自动识别和数据交换。通过读取器将一定频率的射频信号发送到空间，例如，检测范围内存在电子标签，电子标签通过射频信号获取能量，带有电子标签信息的射频信号返回给读取器。读取器通过解码电子标签返回的射频信号来识别电子标签。
2.2.2液晶显示
液晶显示器采用12864显示器。显示器在硬件上有8位、4位并行接口和串行通信接口选择。显示器与汉字库内部集成，共8192个汉字（16*16点阵），支持可见AC-SII码显示。在绘图模式下，绘图支持128*64像素。在内部集成指令集方面，它提供了图形与汉字混合显示、显示位移、屏幕清洗、反向显示、光标定位等功能，在软件控制中使用极其简单的时序逻辑可以对其进行控制。该显示器以其性能稳定、可靠性好等优点，在仪器仪表中得到了广泛的应用。在价格方面，该行业已经实现了批量生产，并且与其他显示器相比具有价格优势。
2.2.3微控制器
微控制器采用宏晶公司12系列微控制器。单片机以8051为核心，指令码与传统的51单片机完全兼容。在指令执行速度方面，由于该微控制器是传统51微控制器的改进，指令执行速度是传统51微控制器的8-12倍。外部I/0接口与传统51完全相同，具有更强的驱动能力和抗电流能力。在存储空间方面，芯片集成了60K的程序存储空间，极大地满足了用户编写大量代码的需求。同时，芯片上还集成了1280字节的RAM，使程序员开发和编程变得简单易行。在12系列单片机上还集成了大量的片上外围设备，如ISP（系统可编程）、EEPROM、看门狗、内部时钟源、4个16位定时器、2个全双工串行通信接口、1个SPI接口、8路集成、10位精度A/D转换、PWM输出（2路），支持外部中断上升沿触发，简化外围电路。同时，在抗干扰方面，12系列单片机在抗干扰方面优于传统的51系列单片机，适用于强干扰的电机控制场合。
2.2.4红外人数检测
利用红外发射器的工作原理，对红外辐射中的人数进行检测。红外发射器由红外发射器和红外接收器组成。当红外发射器通电时，它可以发射红外发射光，而红外接收器基本上是光电二极管。当红外光照射PN结时，PN结被打开，否则PN结被关闭。在人数上，采用两组红外对射管分别检测人是从里面出来还是从外面进来。从而实现对课堂人数的统计。
第三章 系统软件设计
下位机主要对单片机进行编程。KEIL软件用于对程序进行编程、编译和调试。通过工厂提供的ISP软件，对实际的MCU程序进行烧录。
上位机采用VB编程语言编写上位机。VB编程语言具有操作简单、语言代码简单、编辑和控制EXCEL等优点，开发周期相对较短，便于后续维护。
3.1下位机程序设计
下位机整体系统流程图如图2所示，在系统上电时，系统对所有硬件进行检测以及初始化，主要内容包括：①对12864内部寄存器清零操作，并且清除屏幕上的字符，在配置寄存器达到相应工作状态，为程序正确显示做准备。②对MFRC-522内部寄存器清零操作，同时关闭射频天线，在进行配置通信寄存器，读卡寄存器等。③对串口通信芯片进行配置，测试与上位机是否连接成功。
图2 下位机程序流程图
系统初始化完毕后，系统进入系统界面，如图3所示。在该界面下，可以执行打卡功能。带有电子标签的卡片，进入天线的磁场范围，MFRC-522芯片就能进行对卡片上的电子标签进行识别，读取电子标签上的信息。
图3 系统界面
单片机检测到MFRC-522芯片已经完成了电子标签的信息采集，然后从芯片内部读取卡片信息。在单片机上进行数据处理后，关闭查卡功能，等待人员进入，进入后开启打卡功能，防止怀疑一人刷卡两次。此时，单片机将包上传到上位机，等待上位机的指令，检查时钟是否有效。读卡完成后，单片机在12864上显示卡的穿孔是否有效。如果签到有效，则在液晶屏上显示持卡人的姓名、卡号和签到时间，如图4所示。如果确定重复打卡，系统会报警并在系统上显示警告信息。如果在数据库中找不到出生信息，则不输入提示信息。如果与上位机通讯失败，单片机会提示通讯失败，并检查电缆是否接触良好。
图4 下位机打卡成功
3.2上位机程序设计
上位机总体系统流程图如图5所示。当用户打开上位机软件时，系统将根据用户设置的预设值在下位机上进行通信测试，同时启动数据库并启动界面动作。界面打开后，系统将查询并接受下位机上传的数据。在解码和排序之后，数据将与后台数据库进行比较。检查人员信息是否有效。同时返回相应的比对信息，比对成功表示打卡成功，返回该人的姓名、学号、卡号、打卡时间信息，如图6所示，并对信息进行编码，发送到下位机。比对失败是指打卡失败，返回错误信息，界面给出警告提示，同时向下位机发送错误信息。如果有人重复打卡，则通过后台数据库中的报到记录查询显示重复打卡。
图5 上位机流程图
图 6 上位机打卡成功
在界面上，有管理员用户登录设置，通过输入密码，来进行管理员验证，可以进行对未录入系统的新用户，进行登记注册，将该生录入信息库中。管理员录入信息界面如图7所示。具体操作步骤：人员打卡读取卡号，管理员输入人员姓名，点击信息录入后，则该人员的卡号对应的人员录入系统中。
图7 管理员登录
第四章 总结
本系统要解决的关键问题是人员安全信息的自动识别和获取。本文将RFID技术与网络技术相结合，利用人员手上的卡片（包括电子标签）作为识别人员信息的手段，在PC终端生成卡片穿孔记录，实现了基于RFID技术的智能卡片穿孔系统。详细分析了其结构和功能。本系统基于RFID人员安全卡打孔系统的软硬件设计，可以实现基本的卡打孔显示、记录和管理。系统操作简单，软件界面根据用户习惯灵活设计，运行稳定，具有一定的推广价值。未来，RFID技术将继续以快速发展的势头应用于日常生活和生产中，并在后续工作中不断完善。
参考文献
[1]蔡振宇,金光,陈豪,等.基于Android和RFID的智能考勤系统应用与开发[J].无线通信技术,2016,25(3):52-56.
[2]孙红艳.RFID打卡器和射频卡设计[J].科技信息,2010,000(036):441,444.
[3]刘慧媛.基于RFID的区域人员定位管理系统[D].2017.
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