基于高频的rfid职工考勤管理系统课程设计 20页

实践教学*1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1**1*2014年春季学期课程设计题目：基于高频的RFID职工考勤管理系统专业班级：姓名：学号：指导教师：成绩： Fl录摘要0一、前言1二、案例描述12.1、系统核心功能12.2、实施步骤2三、需求分析33.1、实验箱模块的选择33.2、IIF高频读读写器原理63.3、射频通信原理6四、整体描述和实现74.1实现RFID高频职工考勤管理系统的硬件设计74.2实现RFID高频职工考勤管理系统的软件设计94.3系统运彳亍纟吉果9五、总结14致谢15参考文献16 摘要射频技术(RadioFrequency)是由扫描器发射一特定频率之无线电波能量给接收器，用以驱动接收器电路将内部的代码送岀，此时扫描器便接收此代码。其中，接收器的特殊在于免用电池、免接触、免刷卡故不怕脏污，且晶片密码为世界唯一无法复制，安全性高、长寿命。射频技术常见的应用有无线射频识别(RadioFrequencyIdentification,RFID),常称为感应式电子晶片或近接卡、感应卡、非接触卡、电子标签、电子条码等。RFID的应用非常广泛，目前的典型应用有动物晶片、汽车晶片防盗器、门禁管制、停车场管制、生产线自动化、物料管理。RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对彖并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。它基本由三部分组成：标签(Tag)、阅读器(Reader)和天线(Antenna)□RFID标签有两种：有源标签和无源标签。作为条形码的无线版本，RFID技术具有条形码所不具备的防水、防磁、耐高温、使用寿命长、读取距离大、标签上数据可以加密、存储数据容量更大、存储信息更改自如等优点。木文设计了一种基于RFID高频职工考勤管理系统，是基于北京奥尔斯电子科技有限公司生产的物联网RFID综合实验系统V1.0。它是公司管理系统的一个组成部分，它将智能化的完成考察职工出勤情况。它实吋的自动采集数据信息、自动对所采集数据进行分析处理，然后以可视化界面回报给公司管理人员。通过点名、磁卡和接触式IC卡等方式对职工的上班出勤情况进行考勤、记录管理，既耗时，而且又会相互干扰；而非接触式RFID员工考勤应用系统实现了利用无线射频识别技术对员工考勤管理，既方便、快捷，又省资源。关键词：RFID高频职工考勤系统 一、前吕无线射频识别即RFID(RadioFrequencyIDentification)技术，又称屯子标签、无线射频识别，是一种非接触的自动识别技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定冃标Z间建立机械或光学接触。它基本由三部分组成：标签(Tag).阅读器(Reader)和天线(Antenna)。RFID电子标签(Tag,或称射频标签)：由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象;芯片内保存有一定格式的电子数据，作为待识别物品的标识性信息，是射频识别系统真正的数据载体。内置天线用于和射频天线间进行通信。阅读器：读取(有时还可以写入)标签信息的设备，可设计为手持式或固定式;主要任务是控制射频模块向标签发射读取信号，并接收标签的应答，对标签的对象标识信息进行解码，将对彖标识信息连带标签上其它相关信息传输到主机以供处理。天线：在标签和读取器间传递射频信号。RFID射频识别是一种世界上较为领先的技术：第一，可以识别单个的非常具体的物体，而不是像条形码那样只能识别一类物体；第二，其采用无线电射频，可以透过外部材料读取数据，而条形码必须靠激光来读取信息；第三，可以同时对多个物体进行识读，而条形码只能一个一个地读。此外，储存的信息量也非常大。所以被广为使用。在很多的企业中基于RFID的职工考勤应用系统就是企业管理系统的一个组成部分，它将智能化的完成考察职工出勤情况。它实时的自动采集数据信息、自动对所采集数据进行分析处理，然后以可视化界面回报给企业管理人员。为企业更好的管理职工提供了很大的方便。二、案例描述该系统采用13.56M射频识别技术进行人员门禁考勤管理，全体员工每人佩戴13.56M无源电子标签一张，作为考勤卡。用于上班、下班时的考勤记录，只要标签处于读写器的有效识别范围，则阅读器便可自动识别到该标签信息，通过软件系统自动记录考勤信息，同时控制电子锁开门。21、系统核心功能1、准确识别门禁考勤卡，并正确记录考勤吋间，同吋应给出声咅提示和图像显示; 2、可以由具有系统管理员权限的操作人员进行方便的录入员工信息，即：将员工工号、姓名、所属部门、职务和考勤卡号，以及照片图像存入数据库；3、可以通过计算机方便的查询每一个人的考勤详细记录；4、可进行操作员录入、权限设定、系统参数等功能设定；2.2、实施步骤采用高频无源电子标签，打开HFExample.exe1、用户管理用户分管理员和普通用户两种，管理员可以执行增加删除修改等各种操作，普通用户只能查看。数据库中现有三种用户，管理员-用户名：admin,密码：admin,普通用户-用户名：a,密码：（空）；用户名：user,密码：user。a•增加用户：点击“增加”按钮，在弹出的“增加用户”框中输入新用户的用户名，密码（可选），权限，备注（可选），然后点击确定，即可在用户管理栏中看到新添加的用户信息。b.删除用户：在用户管理栏中选择待删除的用户，点击“删除”按钮。c.修改用户：在用户管理栏中，选择待修改的用户，点击“修改”按钮，即可修改相应的信息，修改完后点击“确定”按钮。2、公司信息管理与用户管理操作类似。3、部门信息管理与用户管理操作类似。4、考勤查询a.设置好待查询的起始、终止时间和上、下班时间。b.（可选）设置过滤条件：班级或姓名。c.点击“查询”按钮。5、读卡操作比设置好串口号和连接模式，点击“连接”按钮。 b・点击开始读卡按钮，即开始读卡，当有卡在读写器射频范阖内时，则会在下方的列表屮显示对应的职工的姓名。图2-1系统结构示意图三、需求分析3.1、实验箱模块的选择RFII）系统由电子标签、读写器（阅读器）、天线三部分组成。读写器用于读取或写入非接触Ic卡信息；天线则起至d在非接触IC卡和读写器间传递射频信号作用。RFID系统还可通过读写器的RS232或RS485接口与外部计算机（上位机系统）连接，进行数据交换。其系统组成图如下：阅读器（内置芯片.天线） 图3-1RFID系统基木模型（1）电子标签电子标签是指由IC芯片和无线通信天线组成的超微型的小标签，其内置的射频天线用于和读写器进行通信。系统工作吋，读写器发出查询（能量）信号，电在标签（无源）收到查询（能量）信号后将其一部分整流为直流电源供电子标签内的电路工作，另一部分能量信号被电子标签内保存的数据信息调制后反射冋读写器嘲.电子标签是射频识别系统真正的数据载体。（3）RFID系统的基本工作原理RFID标签和读写器Z间采用无线通信方式传递信息读写器可以锁定、永久锁定、不锁定或永久不锁定存储器，以便阻止或更改。Data-canying（应答器）K或标签Data-canying（应答器）卡或标签RFIDReader（读写器）//IDa|a"PowerI\Cj6ck///天线Data-canying（应答器）K或标签图3-2数据读写图由读写器通过发射夭线发送特定频率的射频信号，当电子标签进入发射天线有效工作区域时产生感应电流，从而获得能量被激活，使电子标签将自身编码信息通过内置射频天线发送出去；读写器的接收夭线接收到从标签（射频卡）发送来的调制信号，经天线调节器传送到 读写器信号处理模块，经解调和解码后将有效信息送至后台主机系统进行相关处理：主机系统根据逻辑运算判断该卡的合法性，识别该标签的身份，针对不同的设定做出相应的处理和控制，最终发出指令信号控制读写器完成不同的读写操作。高频RFID系统主要采用的是电磁反向散射耦合即雷达原理模型，发射出去的电磁波，碰到冃标后反射，同时携带回冃标信息,依据的是电磁波的空间传播规律。其原理图如下：标签读写器与标签通信见下面示意图:读出器状态访问图3-4读写器与标签通信示意图 3.2,HF高频读读写器原理图3-6HF高频读写器模块上电后，430先通过并口访问7970芯片，在没有读到卡时，程序运行在串口读写模式，并每隔0.5s向串口发送一个直到有写操作为止。当有卡读写时，针对相应的卡，程序进入不同的协议中，并且点亮相应的LED灯。并且上电后，配置完内部寄存器，程序进入串口读写程序，可以进行人机交互。当读到不同协议的卡时，程序退出串口读写程序，进入相应的协议子程序中（目前支持14443A协议和15693协议）。读完卡后，退出相应的协议子程序，进入串口读写程序。3・3、射频通信原理2.3.1.数据的调制和解调读写器和射频卡之间采用半双工通信方式，以一定频率的电磁波为媒介进行通信。由于基带数字信号不可以直接进行传输，那么在读写器和射频卡之间进行通信时，必须对该基带信号进行调制和解调处理。3.3.2、能量的传输射频卡在工作时，本身没有电源，因此需要从读写器发送的电磁波中提取能量，在射频卡接受数据期间，它一方面从接受到的信号中解调出数据信息，另一方面从接受到的信号中提取能量。当射频卡返回数据时，射频卡的数据是通过负载调制的方式，使射频卡的天线上的信号幅度发牛变化，这样藕合到读写器的天线上的信号幅度也就发牛相应的变化，从而使读写器得到射频卡返回的信息，同时射频卡将读写器上的电磁波信号藕合过来，提供射频卡工作所需的能量。3.3.3、通信协议 (1)传输协议能量传送的方式一般是以固定频率的连续波或脉冲波(如跳频方式)为载体。依据系统应用目的的不同，其能量传送的方式不同。目前使用最多的是跳频方式的脉冲波如公路车辆识别系统，而在铁路车辆识别系统中常采用连续波.工作频率是RFID系统的基本参数，频率的选取要遵循某些规范的限制。选取较高的工作频率具有一定的优势。(2)信道编码技术在读写器与射频卡进行射频通信的过程中，存在许多干扰数据通信的因素，其中最主要的两个因素是信道噪声和多卡操作(即有多张卡在读写器的天线感应范围内)引起的数据干扰.因此，需要采用信道编码和访问控制技术，以保证读写器和射频卡Z间数据传输的完整、可靠和快速。为了提高系统的抗嗓声能力，就需要采用信道编码技术，对可能或已经出现的差错进行控制，信道编码是使不带规律性或规律性不强的原始数字信号变换为带上规律性或加强了规律性的数字信号，信道译码器则利用这些规律性来鉴别是否发生错误，进而纠正错误。根据码的用途可将其分为检错码和纠错码。常用的检错码包括奇偶校验码和循环冗余校验码响。木系统的设计主要分为两大部分，一部分是考勤器的软、硬件设计，一部分是上位机软件的设计。考勤器体积适中，便于携带到企业等场所，由它完成对职工的考勤。主要功能是读取职工一卡通的信息，以及做相应显示、存储等处理。4.1实现RFID高频职工考勤管理系统的硬件设计职工考勤几乎是每个企业必须而且是经常做的职工工作乞一，如何简单高效的考勤工作一直以来是很多都在企业努力解决，所以考虑如何实现简单高效的考勤具有巨大的实际意义和价值，鉴于此，本文提出了一种可行的方案，方案的总体思路：FI前很多企业都在使用一卡通，本系统以职工的一卡通为基础，设计一种读卡式考勤器，考勤器存储有职工的身份信 息，职工刷卡，通过职工刷卡，通过职工卡号來识别职工的身份，并记录刷卡时间來实现对职工的考勤，方法简单有效。考勤器体积适中，便于携带，使用方便。4.1.1考勤器设计考勤器硬件设计主要构成：单片机、读卡模块、实时钟模块等4.1.2HF模块系统框图:图4-1HF模块系统框图(1)系统运行简要说明：①：上电后，430先通过并口访问7970芯片，在没有读到卡时，程序运行在串口读写模式，并每隔0.5s向串口发送一个“DS肓到有写操作为止。②：当有卡读写时，针对相应的卡，程序进入不同的协议中，并且点亮相应的LED灯。(2)API调用说明①：上电后，配置完内部寄存器，程序进入串口读写程序，可以进行人机交互。②：当读到不同协议的卡时，程序退出串口读写程序，进入相应的协议子程序屮(目前支持14443A协议和15693协议)。读完卡后，退出相应的协议子程序，进入吊口读写程序。(1)ISO15693第三部分 通过读卡器获取指令流，读卡器采用TItrf7970读卡器芯片。4.2实现RFID高频职工考勤管理系统的软件设计图4-2登陆界面图4・3用户界面图4・4职工界面4.3系统运行结果图4-5信息界面以下为该职工考勤系统运行的结果: 图4・7公司界面运行 图4-9职工运行界面图4・10考勤运行界面 图4-11读卡运行界面 五、总结这次的RFID课程设计，让我知道了什么是RFID、MFC界而以及了解了RFID在职工考勤管理系统中的应用，包括RIFD的工作原理、RFID应用系统开发的基本步骤、RFID实验箱的基本操作和功能。这次嵌入式的课设与课堂上学的理论知识有很大的不同，拓展了我的知识面，也使我进一步体会到动手实践的重要性。总之，我觉得本次的课程设计让我了解了课本上不曾学到的知识。在这次课程设计的过程中，和同组成员的交流和合作使我感受最深。通过交流使我们的思路更宽广，知识面更广阔，从而也使我们的设计更好，使每个人都能学到更多的、课堂上学不到的东西。另外，通过讨论。同学们之间的友情也更融洽，有利于我们培养乐观、合作的性格。当然，在这次训练过程中也遇到了很多实际问题，不过在和同学们的交流、向老师请教之后，使我学习了不少知识。通过动手查资料，请教老师和同学，进而建立起总体的设计框架。在平吋也要不断地总结、积累知识点。另外，团队合作精神在设计过程中同样的重要,有吋候由于自身思维模式的限制难以找到自己在课设中的不足和错误，与同学们交流的过程中可以找到课设中的错误和缺陷，也可以得到新的启发，同吋，也有利于增进和同学之间的关系，培养自己合作的意识与能力，为以后更好的与人合作交流奠定良好的基础。因此，无论是学习还是生活中，团队精神都是十分必要的。总之，这次课设让我学到很多。 在这次课程设计中老师和同学给了我很大的帮助，热情、耐心的帮我解答不明白的问题,给我提供资料，引导我该如何去思考问题，教会我解决问题的方法。我们有很多东西不懂，但老师给予的不厌其烦的帮助让我发自内心的感谢。在整个课设过程屮，老师也一直跟着大家一块做，这种认真、负责的态度也让我深受教育，告诉白己以后无论做什么事都要全力以赴,争取自己最大的努力。同时也感谢我们小组的其他成员，这是我们共同努力，共同探讨的结果,衷心的感谢大家对我的帮助和支持。通过这次的课程设计讣我学会了遇到问题要学会思考，思路很重要，而更多的是要自己主动去学，所以这次的课设让我学到了很多，让我受益匪浅。 参考文献[1]曹乃森，孙亚伟•无线射频卡的原理与应用[J].电子技术，2009(01)：31-33・[2]蒋立新，康继纲.电子标签的应用与发展[J]・国防技术基础,2004(3):35-37・[3]耿雪霏.RFID技术在物流管理中的应用[J]•包装工程,2005,(2):118-119.[4]陈新河.无线射频识别(RF1D)技术发展综述.信息技术化与标准化，2005,7.[5]陈大才.射频识别(RF1D)技术[M]・北京：电子工业出版社,2001.[7]杨文忠.射频卡读写器的工作原理与设计[J]・电脑知识与技术,2006,2.[8]宁焕生，张彦.RF1D与物联网.北京：电子工业出版社，2008.[9]郎为民.射频识别(RFID)技术原理与应用[M]•北京:机械工业出版社,2006.[10]CantatoreE,GeunsTCT,GelinckGH,etal.A13.56~MHzRFIDsystembasedonorganictransponders[J]・Solid-StateCircuits,IEEEJournalof,[11]ChowHKH,ChoyKL,LeeWB,etal.DesignofaRFIDcase-basedresourcemanagementsystemforwarehouseoperations[J]・ExpertSystemswithApplications,2006,30(4):561-576.