RFID系统设计

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实践教学

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兰州理工大学

计算机与通信学院

2014年秋季学期

RFID技术课程设计

题目：基于高频RFID职工考勤系统

专业班级：计算机科学与技术(物联网方向)1班姓名：高磊

学号： 12280102 指导教师：薛建彬

成绩：______________

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.. 目录

目录 ......................................................................................................................................... - 2 - 摘要 ......................................................................................................................................... - 3 - 前言 ......................................................................................................................................... - 4 -

一、基本原理 ..................................................................................................................... - 5 -

1.1 RFID技术特点........................................................................................................ - 5 -

1.1.1读写器 ............................................................................................................ - 6 -

1.1.2电子标签 ........................................................................................................ - 7 -

1.2 RFID系统工作原理................................................................................................ - 8 -

二、系统分析与建模 ......................................................................................................... - 9 -

2.1系统需求分析 ........................................................................................................... - 9 -

2.2系统功能特点 ........................................................................................................... - 9 -

2.3系统UHL建模 ........................................................................................................ - 10 -

三、系统设计 ....................................................................................................................... - 11 -

3.1 OURS‐RFID‐RP实验平台系统概述.................................................................... - 11 -

3.1.1系统整体布局结构设计 .............................................................................. - 11 -

3.1.2 结构和硬件描述 ....................................................................................... - 12 -

3.2系统功能模块 ......................................................................................................... - 13 -

3.3数据库设计 ............................................................................................................. - 13 -

四、详细设计 ....................................................................................................................... - 15 -

4.1 考勤系统功能描述 ........................................................................................... - 15 -

4.2 系统模块设计 ................................................................................................... - 20 -

4.3 公共模块设计 ....................................................................................................... - 24 - 总结 .. (31)

致谢 (32)

参考文献 (33)

附录———源代码 (33)

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摘要

RFID（Radio Frequency Identification）即射频识别技术，又称电

子标签、无线射频识别，是一种通信技术，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目标之间建立机械或光学接触.

它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体，并可同时识别多个标签，操作快捷方便。RFID是一种简单的无线系统，只有两个基本器件，该系统用于控制、检测和跟踪物体。系统由一个阅读器和很多标签组成。

本设计是以员工考勤管理系统为例，基于高频RFID技术之上，将RFID 技术应用于信息化的考勤管理系统，系统采用c／s模式系统架构。实现员工考勤自动化管理。

关键字：高频RFID、考勤管理系统、c/s模式

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前言

近年来，自动识别技术在全球范围内得到了迅速的发展，在许多服务

领域、货物销售与后勤分配方面、在商业部门、生产企业和材料流通领域均得到了快速的普及和推广。自动识别的任务和目的是提供关于个人、动物和物品的信息。

射频识别是一种自动无线识别和数据获取技术，它的基本原理是电磁理论。RFID识别的缺点是标签成本相对较高，而且一般不能随意扔掉，而多数条码扫描寿命结束时可扔掉。RFID使用的领域：物料跟踪、运载工具和货架识别等非接触数据采集和交换的场合．由于RFID标签具有可读写能力，对于需要频繁改变数据内容的场合尤为适用。

由于射频识别技术的优点，RFID技术已被广泛应用于诸如工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理、汽车和火车等交通监控、高速公路自动收费系统、物品监控管理、流水线自动化控制、图书或档案管理系统、门禁系统、金融交易、参处管理、畜牧管理，车辆防盗等等。

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.. 一、基本原理

1.1 RFID技术特点

无线射频识别即RFID（Radio Frequency IDentification）技术，又称电子标签、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目标之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)

1.RFID电子标签(Tag，或称射频标签)：由芯片及内置天线组成。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。

2.阅读器：读取或读/写电子标签信息的设备，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

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解码，将对象标识信息连带标签上其它相关信息传输到主机以供处理。

3.天线：标签与阅读器之间传输数据的发射、接收装置。

RFID射频识别是英文Radio Freqency Identification的缩写，它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象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个识别卡，操作快捷方便。

1.1.1读写器

读写器在RFID系统中扮演着重要的角色，读写器主要负责与电子标签的双向通信，同时接受来自于主机系统的控制指令。读写器的频率决定了RFID系统工作的频段，其功率决定了射频识别的有效距离。读写器根据使用的结构和技术不同可以是读或读／写装置，是RFID系统信息控制和处理中心。读写器通常由射频接口、逻辑控制单元和天线三部分组成。

1、射频接口模块具有以下主要任务：

①产生高频发射能量，激活电子标签并为其提供能量；

②对发射信号进行调制，用于将数据传输给电子标签；

③接收并调制来自电子标签的射频信号。

在射频接口中有两个分隔开的信号通道，分别用于来往于电子标签与读写器两个方向的数据传输。传送往电子标签的数据通过发射器分支通道，而来自于电子标签的数据则通过接收器分支通道接收。

2、逻辑控制单元也称为读写模块，其具有以下主要任务：

①与应用系统软件进行通信，并执行从应用系统软件发送来的指令；

②控制与电子标签的通信过程；

⑤信号的编码与解码；

④对读写器和标签之间传输的数据进行加密和解密；

⑤执行防冲突算法；

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⑥对读写器和标签之问的身份进行验证。

3、天线是一种能将接收到的电磁波转换为电流信号，或者将电流信号转换成电磁波的装置。在RFD系统中读写器必须要通过天线来发射能量，形成电磁场，通过电磁场来对电子标签进行识别。

1.1.2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。系统工作时，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回读写器。电子标签是射频识别系统真正的数据载体。电子标签的内部结构如图1.4所示。

其内部各模块功能如下所述：

天线：用来接收由读写器送过来的信号，并把所要求的数据送回给读写器；

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.. 电压调节器：把由标签读写器送过来的射频讯号转换成DC电源，并经

大电容储存能量，再经稳压电路以提供稳定的电源；

调制器：逻辑控制电路所送出的数据经调制电路调制后加载到天线送给读写器；

解调器：把载波去除取出真正的调制信号；

逻辑控制单元：用来译码读写器所送过来的信号，并依其要求回送数据给读写器；

存储单元：包括EEPROM与ROM，做为系统运行及存放识别数据的位置。

1.2 RFID系统工作原理

RFID系统的基本工作原理是：由读写器通过发射天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；读写器的接收天线接收到从标签(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。

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.. 二、系统分析与建模

2.1系统需求分析

基于RFID技术的考勤管理系统使用的考勤记录是通过考勤机进行采集，或通过本地计算机进行采集，记录经保存存储到数据库。管理软件应用有其特殊性，员工通常只是负责考勤信息的提供(通过刷卡)，劳资、财务或管理基层才是真正使用这些考勤信息的用户。本系统是人力资源管理系统的一个子系统，可将考勤数据传递给薪资管理系统，它也可独立运行。因此，本系统除了要提供基本的考勤记录外，还要提供相应的员工信息并对允许的缺席情况进行记录，以便能够统计出每个员工真正违反考勤纪律的次数和情况。通常对于这样与劳资、财务分配密切相关的系统，均应采取一些必要的安全措施，以保证只有一定权限范围的人员才能登陆系统，因此系统必须采取相应的安全措施，以确保许可范围内的人员的口令安全阎。由于本系统的功能比较专一，因此需求分析也比较集中，由此可以得出本系统的下列需求：

(1)对员工进行信息管理；

(2)考勤记录的获取；

(3)对员工因公或因私等情况的登记；

(4)对考勤记录进行处理，统计，形成报表；

(5)对登录口令的安全性保护；

(6)对数据库的维护；

(7)不同情况下，各种信息的查询。

2.2系统功能特点

以非接触式IC卡射频识别技术、计算机软件等为核心，构建一套新颖

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的考勤系统。在本系统中，非接触式IC卡作为身份识别，实现了考勤管理的电子化。因为射频IC卡与考勤机之间利用射频方式迸行数据传输，所以考勤机对IC卡的操作可以在瞬间完成，员工在上下班时，只需将个人的考勤卡在读写器前一晃，读写器即自动、快速、准确地记录员工的卡号和刷卡时间等信息，数据经计算机处理后保存，管理者可随时查询员工出勤情况，统计、汇总考勤报表，系统能准确反映出职工和部门的出勤情况，为管理人员提供准确的考勤数据，并能生成打印报表。

2.3系统UHL建模

首先对项目进行需求调研，依据项目的业务流程图和数据流程图以及项目中涉及的各级操作人员，通过分析，识别出系统中的所有用例和角色；接着分析系统中各角色和用例间的联系，再画出系统的用例图，同时，勾画系统的概念层模型，描述概念层类图和活动图。

1、确定系统范围和边界。考勤管理系统用于企事业人事部门的日常管理活动。它和薪资系统存在系统边界，薪资系统从该系统得到薪资信息。

2、定义活动者。根据系统的职责范围和需求可以确定活动者。考勤管理涉及到的角色包括执行考勤工作的考勤管理人员，参加考勤的公司所有职员。

考勤管理人员：管理企业的考勤

普通员工：员工刷卡考勤、查询信息

3、定义用例．由考勤管理人员首先制定考勤规则，主要包括考勤项目的管理、奖惩措施的制定和奖惩指标的量化定义；普通员工通过提出请假、销假和加班的申请，并通过管理人员的审核，每逢月末，管理人员将考勤机中的考勤数据导入到本系统，结合请假、销假和加班的审核数据，形成月末考勤数据的个人和部门汇总，以此为依据，根据制定的奖惩规则，计算出本月的员工考勤奖惩金额并提交给薪资管理系统。

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.. 三、系统设计

3.1 OURS‐RFID‐RP实验平台系统概述

OURS‐RFID‐RP实验平台是由UHF超高频读写器模块、HF高频读写器模块、LF低频读写器模块、HF高频原理机模块、ACTIVE RFID模块、OMAP3530嵌入式网关组成。

3.1.1系统整体布局结构设计

图系统整体结构布局图

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3.1.2 结构和硬件描述

由于本设计为高频RFID员工考勤管理系统，所以我们再次只介绍HF 高频读写器模块。

HF模块介绍

LED灯显示说明：

D1：绿色，电源启动指示灯，在430下完程序后，如果430正常运行，灯亮。

D2：红色，ISO14443A协议指示灯，

D3：黄色，ISO14443B协议指示灯

D4：红色，ISO15693协议指示灯

D5：红色，tag-it指示灯

D6：红色，预留

(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“D”，直到有写操作为止。

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。

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3.2系统功能模块

在安全性方面，本系统应通过由口令认证功能的用户登录模块来保证该登

录人员的合法性。在用户登录成功后，完全是对数据库的操作。管理软件可以

通过读写器下载数据，对获得的记录处理后存储到数据库中。根据前面的需求

分析得出此套考勤管理软件应具备登录功能、员工信息管理功能、IC卡读取功

能，员工日常排班管理功能、班次管理功能、出差、请假登记管理功能、考勤

数据管理功能、各种统计报表管理功能、数据库管理功能、信息查询管理功能，

以及考勤机操作管理功能等。

3.3数据库设计

从功能需求可以知道存在大量的数据库访问操作，因此，数据库设计的重要性尤为明显。为建立一个好的数据库，需要从以下这些方面进行考虑p6J．数据库冗余度小；函数依赖性明确；数据库的表命名体现表的内容；表中各属性的名称及类型体现该属性的含义；建立好的索引；选定适当的键；设定各字段的约束规则；表在减少冗余时应考虑实际使用时的方便性。主要的表有：(字段类型略)

员工表(卡号，员工号，姓名，性别，部门代号，．．…．)；

考勤操作人员表(卡号，员工号，姓名，口令，操作权限)；

部门表(部门代号，部门名称)；

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请假类型表(请假类型代码，请假类型，工资发放率)；

请假登记表(卡号，部门代号，请假类型代码，开始日期，结束日期)；班种表(班种代号，班种名称)；

出差登记表(卡号，部门代号，开始日期，结束日期)；，

加班登记表(卡号，部门代号，开始日期，结束日期)≯

考勤组表(考勤组代号，考勤组名)；

原始刷卡数据表(卡号，刷卡日期，刷卡时间，……)等。

卡号为各表的主关键字，其它的代号为各表的主关键字或外关键字。..

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四、详细设计

4.1 考勤系统功能描述

● 介绍

员工考勤应用系统是主要是针对员工上班出勤情况的一个统计。计算机的介入使员工出勤情况的记录和统计工作变得十分简单。

● 主要功能模块 (1)用户登录模块 用户身份验证流程图

图4-1 登录界面流程图

否

否

是

开始

登录界面

系统主界面

退出

用户信息是否正确

是否继续登录

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..

(2)信息管理功能

在这个功能模块中，又有员工信息的添加、修改、删除，以及部门的添加和删除。

员工信息添加流程图

图4-2 员工信息添加流程图

(3)射频卡分配功能

员工信息添加

系统主界面

输入员工基本信息

添加

权限是否合法

检查信息是否合法

添加是否成功

否

是

否

否

.

..

射频卡分配流程图

图4-3 射频卡分配流程图

(4)、员工出勤情况记录功能

出勤情况主要由考勤机来记录，然后由系统自动统计和分析，但是也有人工添加的功能，以备特殊情况的处理。但以智能考勤为主。

智能考勤流程图

是

是

寻卡

射频卡分配界面

读出卡序列号

输入工号

两次输入工号是否一致

是否寻到合法卡

否

否

将数据写入卡中

分配成功

.

..

图4-4 智能考勤流程图

(5)邮件发送功能

邮件发送可以更加方便的使得领导和员工之间相互交流和联系，比如在员工缺勤次数答到一定次数时领导可以及时通知他。

邮件发送的流程图

是 是

寻卡

考勤界面

登记出勤员工信息

生成一条统计信息

是否在考勤时间内

是否寻到合法卡 否

否

退出

.

..

图4-5 邮件发送流程图

(6)、查询功能

查询功能方便用户根据某项条件快速的找到自己所需要的信息，例如

符合条件的员工信息，符合条件的IC卡信息和符合条件的员工考勤信息等。

考勤信息查询流程图

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图4-6 考勤信息查询流程图

(7)、数据库管理功能

数据库管理功能能帮助一些不会使用SQL Server 2005关系型数据库的

用户方便的对数据进行附加、恢复、备份和压缩。

4.2 系统模块设计

●信息管理模块

信息管理模块包含员工信息维护，部门信息编制，部门信息删除,还有员工信息添加,员工信息删除和员工信息修改。

●考勤管理模块

考勤管理模块包含人工考勤，以备遇到特殊情况，智能考勤方便用户使