林梅燕

摘要：目前中小學生的安全問題關(guān)已成為學校工作的首位，做好考勤工作則是學生安全管理工作的重中之重，而傳統(tǒng)的考勤存在延時性、效率低等缺點，且目前的線上簽到技術(shù)也不適合中學生禁止帶手機的情況。針對以上問題本文提出一款基于RFID射頻識別技術(shù)的學生考勤系統(tǒng)下位機設計，該系統(tǒng)采用以STC89C52單片機為主控，主要包括MFRC522模塊、DS1302時鐘芯片、OLED顯示屏和SIM800C模塊，實現(xiàn)身份標簽、實時顯示學生信息、利用GSM模塊進行遠程預警，使得家長能及時了解學生情況等功能，能夠及時、準確、高效反映中小學生安全考勤情況。

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

中圖分類號：TN914 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）12-0229-03

1引言

一直以來，中小學生在校外安全事故都處于多發(fā)期，危險事故的發(fā)生給社會帶來了惡劣的影響，更是給他們的家庭帶來了不幸。中小學生的人身安全問題是社會問題的重中之重。學校應重視學生的安全管理，便需要學校老師和家長及時掌握學生的安全情況。但是因為在校學生人數(shù)過多，在校內(nèi)流動性大，中小學教師人數(shù)較少，管理范圍寬，管理難度大，老師要在授課的同時及時掌握班級所有學生的到校情況非常之難，學生未及時到校，發(fā)生了事件，未能及時通知家長掌握學生具體安全情況，且目前為了中小學生認真學習，禁止學生用手機，無法用到線上簽到技術(shù)，這些都是學生安全管理工作的主要困難之處。

因此，本系統(tǒng)提出一個根據(jù)實際教學情況開發(fā)的具有實用性的中小學生安全考勤系統(tǒng)，該系統(tǒng)中小學安全考勤系統(tǒng)是利用射頻識別（RFID）技術(shù)和計算機信息處理技術(shù)開發(fā)而成的綜合信息管理系統(tǒng)。采用RFID技術(shù)，在學校大門安裝考勤機，學生進出時刷IC卡?？记跈C將IC卡信息有線傳輸至上位機，系統(tǒng)經(jīng)過處理后可判斷具體信息，同時將學生入校、離校信息保存在數(shù)據(jù)庫中，可供老師查看，解決了匯總一學期考勤信息工作量大，統(tǒng)計煩瑣的問題。

該考勤系統(tǒng)分為兩部分上位機和下位機，本文主要負責下位機設計，實現(xiàn)學生考勤信息的采集并能及時發(fā)現(xiàn)考勤異常發(fā)送短信給家長或老師等功能。

2系統(tǒng)總體構(gòu)成

中小學安全考勤系統(tǒng)的下位機設計主要由主控模塊、RFID模塊、GSM模塊、繼電器模塊、實時時鐘、顯示模塊、USB轉(zhuǎn)串口模塊和按鍵組成的。主控模塊由單片機完成最小系統(tǒng)構(gòu)成，通過RFID模塊來進行學生IC卡的采集，當學生進出校門刷卡時，RFID模塊識別到學生IC卡，然后將IC卡號通過串口發(fā)給上位機，實時時鐘為系統(tǒng)提供精確的時間基準，也可通過OLED顯示屏來顯示學生信息和刷卡時間。當發(fā)現(xiàn)學生遲到、曠課時通過GSM模塊發(fā)送報警短信給家長。實時時鐘為系統(tǒng)提供精確的時間基準，顯示模塊顯示學生信息和刷卡時間，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。系統(tǒng)總體設計方案如圖1。

3系統(tǒng)硬件設計

主要介紹主控制器STC89C52最小系統(tǒng)、RFID模塊、GSM模塊、USB轉(zhuǎn)串口模塊的硬件設計，實現(xiàn)對學生考勤信息的管理。

3.1STC89C52最小系統(tǒng)電路

STC89C52單片機由5V的電源供電。P0.0-P0.1口接按鍵Keyl和Key2。P0.6-P0.7接OLED顯示屏時鐘線SCL和雙向數(shù)據(jù)線SDA。P2.1-P2.3口接時鐘芯片DS1302串行時鐘SCLK、數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳10和RST復一腳。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、紅色LED燈。P3.7口接繼電器輸出觸點的公共端子。單片機的最小系統(tǒng)電路通過RST口接復位電路，共同組成。復位電路的復位方式有三種：（1）在RST和正極電源之間放置一個開關(guān)，通電后RST上輸入高電平即可實現(xiàn)手動復位。（2）單片機上電時候會自動復位一次。（3）在程序運行過程中，在有必要的時候，通過程序來控制單片機復位。單片機最小系統(tǒng)電路如圖2所示。

3.2RFID模塊

RFID模塊電路設計如圖3所示。引腳1與LM1117-3.3V的芯片連接，因為模塊采用電壓為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P1.2連接，用來完成初始化操作。MF RC522模塊是射頻卡和單片機通信的橋梁，其使用的是SPI接口，引腳5、6、7、8與分別與單片機引腳P1.6、P1.5、P1.4、P1.3連接進行通信。在SPI通信中，單片機作為主機，MF RC522模塊作為從機，SPI的時鐘由主機SCK產(chǎn)生，數(shù)據(jù)通過MOSI從單片機傳輸?shù)組FRC522模塊，通過MISO從MF RC522模塊發(fā)送回單片機，片選信號在數(shù)據(jù)寫入期間保持低電平;在無數(shù)據(jù)時保持高電平。

3.3GSM模塊

GSM模塊與單片機的通信采用串口協(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RXD、TXD連接，實現(xiàn)與單片機的通信。

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。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、TXD和RXD相連，實現(xiàn)USB轉(zhuǎn)TTL串口，將數(shù)據(jù)傳輸給PC機。

4系統(tǒng)軟件設計

4.1邏輯判斷原理分析

根據(jù)學校實際情況進行分析處理，本系統(tǒng)邏輯判斷分為四種情況：

（1）正常：學生上學時間點前到校，放學時間點后離校。

（2）遲到：學生上學時間點十分鐘后還未到校，放學時間點后離校。

（3）曠課：學生上學時間點后一小時還未到校。

（4）早退：學生上學時間點前到校，但放學時間點前離校。

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GSM模塊是否能正常工作。調(diào)用實時時鐘子程序讀取時間，OLED顯示實時時間。調(diào)用刷卡功能子程序識別學生IC卡，學生進出校門刷卡，如果IC卡未注冊，LED燈閃爍，注冊學生IC卡，顯示學號信息。已注冊過的卡刷卡時顯示學生的學號以及時間，并將卡號發(fā)送給上位機，供上位機記錄處理信息。當學生遲到、曠課時發(fā)送AT指令至GSM模塊，發(fā)送短信至手機以便老師與家長能及時了解情況。系統(tǒng)主程序流程圖如圖6所示。

5整機演示結(jié)果

實現(xiàn)考勤，設置考勤時段，設置系統(tǒng)時間，RFID讀取IC卡，當IC卡未注冊時，LED燈閃爍，按下注冊按鍵可以實現(xiàn)IC卡的注冊，注冊完后學生刷卡顯示學生學號和刷卡時間，并發(fā)送卡號給上位機，如果學生到規(guī)定時間未進校刷卡，就發(fā)送短信給家長。

設置考勤時段如圖7所示，顯示屏左邊顯示的是考勤時段，右邊顯示的是實時時間。根據(jù)實際情況，學校分為夏時令和冬時令，所以設計為可手動更改考勤時段。注冊學生卡如圖8所示，顯示屏顯示的是學生學號。因為需要動態(tài)注冊，無法顯示中文，目前只能用數(shù)字顯示，數(shù)字代表著學號，與學生一一對應。學生刷卡顯示學生學號和刷卡時間如圖9所示，顯示屏第一行現(xiàn)實的是學生卡號，第二行顯示的是學生刷卡時的時間。

學生到規(guī)定時間未進校刷卡，發(fā)送短信給家長，當學生上課后十分鐘還沒未到學校刷卡時發(fā)送遲到短信給家長，如圖10所示;當學生上課后一小時還未到學校刷卡時發(fā)送曠課短信紿家長，如圖11所示。

5結(jié)論

本文設計的部分是中小學安全考勤系統(tǒng)的下位機設計。主要是以STC89C52單片機作為控制的核心，利用RFID模塊來進行學生IC卡的采集，當學生進出校門刷卡時，RFID模塊識別到學生IC卡，然后將IC卡號通過串口發(fā)給上位機，時鐘芯片為系統(tǒng)提供精確的時間基準，也可通過顯示屏來顯示學生信息和刷卡時間。當發(fā)現(xiàn)學生遲到、曠課時通過CSM模塊發(fā)送報警短信給家長，聯(lián)調(diào)上位機，將學生入校、離校信息保存在數(shù)據(jù)庫中，供老師查看，解決了匯總一學期考勤信息工作量大，統(tǒng)計煩瑣的問題，并且能夠及時、準確、高效反映中小學生安全考勤情況，具有一定實用性。