基于RFID技术的课堂考勤系统设计
基于RFID技术的课堂考勤系统设计RFID课程设计论文
题目：基于RFID技术的课堂考勤系统设计
学院：运算机与通信学院
班级：物联网（1）班
姓名：李嘉诚
学号：11280110
指导老师：薛建彬
日期：2014.1.16
名目
摘要 (3)
引言 (3)
RFID系统 (3)
1.1 RFID技术的特点 (3)
1.2 RFID系统的组成和工作原理 (3)
1.3 RFID系统的应用现状 (4)
二.系统案例描述 (5)
2.1 RFID学生考勤治理系统的应用优势 (5)
2.2高频RFID的应用特性及应用领域 (5)
三.需求分析 (6)
3.1试验箱各模块的介绍 (7)
3.2系统整体结构的设计 (7)
四.系统开发环境与运行环境 (8)
4.1开发环境 (8)
4.2运行环境 (8)
4.3有关技术 (8)
五.课堂考勤系统设计 (9)
5.1考勤系统总设计流程 (9)
5.2系统结构总图 (9)
5.3学生身份验证流程图 (10)
六.阅读器 (11)
6.1 MC9S08AW60 (11)
6.2 RFID芯片 (12)
6.3 液晶显示与按键 (13)
6.4 外部通讯 (13)
6.5学生卡 (14)
七.软件部分 (15)
7.1 RFID通讯协议 (15)
八.总结 (18)
参考文献 (19)
摘要：本文研究和设计了一种基于射频识不（RFID）技术的课堂考勤系统。此系统是利用RFID技术，实现对到课堂上课人员的简单快速地自动签到和离开课堂的记录，储存有关的数据信息供教职人员检阅，从而免去平常点名占用的课堂时刻。下面简单介绍了课堂考勤系统的差不多功能和组成，然后对系统各重要组成部分进行了详细的分析。
关键词：射频识不，自动点到，电子标签，课堂考勤
引言
现在的大学校园里，学生翘课、迟到、早退的现象差不多屡见不鲜。考虑到每天每位老师都要进行对学生的考勤治理，专门在大学课堂上，上课人数众多，点名考勤要占用专门多时刻，学生的人数众多单靠少数人员的监督专门难做到对学生的实时治理，治理难度比较大。为了解决学校课堂考勤治理难的咨询题而设计了一种智能的课堂考勤系统。
本系统采纳了RFID技术，旨在于对学生进行考勤，不仅提升了治理效率，更增加了学生的出勤率。
一.RFID系统
1.1 RFID技术的特点
RFID是Radio Frequency Identification的缩写，即射频识不，俗称电子标签。它是用无线射频方式进行非接触双向通信,以达到识不目的并交换数据的一项新技术。它要紧与当今数字化商务相适应,能够实现自动识不和远程监控及治理。其通信距离范畴可从几厘米到几十米,而且依据读写方式不同,能够输入几千字节的数字信息,具有极高的保密性]。
FRID技术的环境适应性强，可全天候、无接触地完成自动识不、跟踪和治理功能,且穿透能力和抗干扰能力强。RFID技术可识不高速运动物体，并可同时识不多个标签，操作快捷方便。因此，RFID 技术已在世界各地得到广泛应用，如工业自动化、商业自动化、交通运输操纵治理等众多领域。
1.2 RFID系统的组成和工作原理
一个典型的RFID系统由阅读器、应答器（RFID卡）和中央治理操纵软件组成。阅读器是产生射频信号及高频能量来激活RFID卡片工作,并与卡片进行数据交换的设备。应答器（RFID卡）的核心是含有一定储备容量的芯片，用于储备被识不物体的信息，它在接收并调制反射高频信号时达到与阅读器相互识不和通信的目的。中央治理操纵软件要紧是收集阅读器的信息，按照具体应用进行有关的数据处理。
RFID系统分为有源和无源两类。有源RFID卡由电池提供能量，而无源RFID卡不用电池,由接收到的阅读器发射的高频信号转换成直流来提供工作能量。
无源RFID卡的工作原理如下：当处于“工作”状态,即进入阅读器的辐射能量场，卡片上的天线接收到射频信号，然后由能量处理电路中有关的整流器件将射频检波、整流转化为直流电压，为RFID卡上的芯片提供工作能量。芯片内部的调制器以一定的调制方式（幅移键控），将芯片内部的信息进行调制,然后通过天线发射出去。阅读器的接收天线接收并识不出调制信息后，按约定的解调方式进行解调，然后把解调的信息通过有关的接口(RS2232)传送到主机的中央治理软件进行数据处理。
1.3 RFID系统的应用现状
RFID作为一种自动无线识不和数据猎取技术，差不多使用了多年，应用领域越来越多。按照工作频率的不同，RFID标签能够分为低频(LF)、高频(HF)、超高频(UHF)和微波等不同种类。工作频率范畴为30kHz～300kHz 低频段射频标签，其阅读距离一样小于1米。其典型应用有：动物识不、工具识不、电子闭锁防盗等。中高频段射频标签的工作频率一样为3MHz～30MHz。典型工作频率为13.56MHz。其阅读距离一样情形下也小于1米。由于可方便地做成卡状，中频标签广泛应用于电子车票、电子身份证、电子闭锁防盗、小区物业治理、大厦门禁系统等。微波射频标签，其典型工作频率有433.92MHz、862(902)MHz～928MHz、2.45GHz、5.8GHz。相应的射频识不系统阅读距离一样为4m～6m，最大可达10m以上。超高频标签要紧用于铁路车辆自动识不、集装箱识不，还可用于公路车辆识不与自动收费系统中。在实际应用中，比较常用的是13.56MHz、860MHz～960M Hz、2.45GHz等频段。我国在125KHz、13.56MHz等LF和HF频段RFID 标签芯片设计方面的技术比较成熟，HF频段方面的设计技术接近国际先进水平，差不多自主开发出符合ISO14443 Type A、Type B和ISO15693标准的RFID芯片，并成功地应用于交通一卡通和第二代身份证等项目中。
二.系统案例描述
2.1 RFID学生考勤治理系统的应用优势
电子标签(RFID)具有一个双重角色的作用：一方面是身份识不，用来对物品进行跟踪和清点；另一方面用于物品的安全爱护。也确实是讲，RFI D同时具备了身份识不和防盗的功能。RFID的这种特点大大地提升了资料处理能力，通过一个简单的单一操作就可快速、准确地完成资料流通过程。
（1）简化考勤流程，提升考勤效率
现有的考勤系统仍需要学生把自己随身携带的卡靠近阅读器来
记录学生的考勤信息，如此的操作流程较为繁琐，考勤效率不高。同时，卡内的芯片易收到破坏，使考勤的效率能够讲是大大降低。
基于RFID的智能学生考勤系统能够幸免这种咨询题的发生，学生只要通过一个特定的地点就能够收到考勤信息，无需接近阅读器，大大提升了考勤的速度和效率，使考勤工作变得轻松而简单。
（2）提升考勤的正确率
传统的考勤往往显得拥挤或者忙碌，可能一下赢来大批学生进行考勤，有时候几张卡放到一起进行读操作，可能显现漏读现象，这就造成有些人的考勤信息不被记录，从而使考勤工作变得不准确。而RFID的显现正好解决了这一咨询题，她基于无线射频识不技术，能够远距离的进行读卡操作，再也可不能显现误读或漏读的操作，使考勤的正确率提升，轻松实现学生的考勤工作。
2.2 高频RFID的应用特性及应用领域
（1）高频RFID的应用特性
工作频率为13.56MHz，该频率的波长大致为22米。
除了金属材料外，该频率的波长能够穿过大多数的材料，然而往往会降低读取距离。识不卡（感应器）需要离开金属一段距离。
该频段在全球都得到认可并没有专门的限制。
该系统具有防冲撞特性，能够同时读取多个识不卡。
能够把某些数据信息写入识不卡中。
数据传输速率比低频要快且价格不是专门贵。
（2）高频RFID的应用领域
◎瓦斯钢瓶的治理应用
◎预收费系统
◎酒店门锁的治理和应用
◎大型会议人员通道系统
◎固定资产的治理系统
◎医药物流系统的治理和应用
◎智能货架的治理
三.需求分析
（1）信息源分析
按照学生考勤治理系统的需求，此系统信息来源要紧有学生信息、RFI D射频卡信息和考勤记录信息，其中RFID射频卡信息包括射频卡分配信息、射频卡挂失信息、射频卡激活信息。考勤记录信息又包括射频卡考勤信息和人工考勤信息。
（2）系统用户分析
本系统的用户可分为三个方面：治理员、领导和学生。其中治理员可使用的操作是信息治理、考勤时刻设置、查询治理和数据库治理中的操作，因此治理员最要紧的操作是用户治理，即添加系统用户。领导完成学生出勤的考察，他们有权益对学生进行人工考勤登记和射频卡考勤登记，因此也有查询信息的权益、修改用户密码等。学生使用此系统仅仅只有查询和修改密码的功能，学生不能对考勤治理和信息治理进行操作。每一种权限的系统用户其操作都受一定的限制，如此能够爱护信息的安全性。
（3）信息完整性及安全性分析
关于此系统信息的安全性考虑，为了防止系统权益的外泄和信息被非法篡改，每一种用户都以自己的用户名和密码加正确的权限才能登录系统使用。为防止系统用户在查询是更换系统信息，为此我在查询模块以视图的方式为用户提供可查询信息。
领导与治理员之间信息是双向互动的.治理员不仅是信息系统的用户,
同时也是领导的信息爱护的人员，也是部分系统的爱护者，然而治理员没有考勤治理的使用权限。领导有考勤治理的使用权限，然而他不能将自己等同的权益传播，他仅仅只能够添加学生用户，对部分系统进行爱护。对系统的安全要紧采取以下两方面的措施:
1.对各系统用户规定相应的权限,仅能操作其权限内的的信息；
2.在治理员层设置独立转存机制,设置冗余数据库,以备核对.该冗余数
据库可同时作为系统复原的基础数据库使用。关于信息的完整性,第一要满足关系的实体完整性和参照完整性要求,同时按照实际需要定义一些专门的约束条件,即用户定义的完整性。这些要求共同保证了设备信息的完整性。
3.1试验箱各模块的介绍
3.2系统整体结构的设计
四.系统开发环境与运行环境
4.1开发环境
Microsoft?Windows?XP Professional
Microsoft?Visual Studio 2008(C #)
Microsoft?Developer Network for Visual https://www.360docs.net/doc/be15017759.html, 2008
Microsoft SQL Server 2005
4.2运行环境
Microsoft?Windows?9X/NT操作系统
1280*800的屏幕辨论率
确保机器上安装有Microsoft .NET Framework SDK v2.0或者以上版本
4.3有关技术
#SQL Server 2005数据库
SQL Server 是一个大型的关系型数据库治理系统，他最初是由Micros oft Sybase和Ashton-Tate三家公司共同开发的，SQL Server 2005共有4个版本，分不是个人版，标准版，企业版和开发版，支持关系数据库的结构化查询语言SQL，它提供了丰富的图形化治理工具，简化了系统治理与操作，具有动态自动治理和优化功能。它支持大型Web站点和企业数据吃力系统的数据储备要求，具有Web出版工具，支持XML、HTTP，并具有数据挖掘和分析服务的应用功能，可伸缩性和可用性强。它支持企业级数据库，容许大量用户同时访咨询，容许用户同时引用多处数据源，支持分布式查询，支持数据仓库。它具有丰富的编程接口，便于开发，支持ODB C、ADO数据库对象、OLE数据源，支持N层客户机/服务器系统，在客户机/服务器结构中SQL Server 2005扮演着后端数据库的角色。
SQL Server 2005数据库特点
（1）Internet 集成
（2）可伸缩性和可用性 （3）企业级数据库功能
（4）易于安装、部署和使用
五.课堂考勤系统设计
5.1考勤系统总设计流程
本系统要紧是能够做到让佩戴含有RFID 芯片学生卡的学生在通过教室大门时无需接触打卡机即可自动感应考勤，并能在有多人同时通过教学楼大门时做到实现考勤而不需排队，同时操纵阅读器把接收到的这些信息上传到电脑终端进行处理，会准确记录学生的来往时刻记录等信息。系统
总框图如图所示。
课堂考勤系统框图
5.2系统结构总图
5.3学生身份验证流程图
六.阅读器
阅读器的要紧功能是接收学生卡信息并上传给服务器，使服务器收到信息以便在设备终端系统进行统计。
阅读器的框架图如图所示：3.1阅读器
阅读器的要紧功能是接收学生卡信息并上传给服务器，使服务器收到信息以便在设备终端系统进行统计
阅读器的框架图如下图所示。
阅读器框图
否
否
是
开始
登录界面
系统主界面
退出
学生信息是否正确
是否连续登录 基于RFID 学生考勤系
统 登录界面 系统主界面 信
息治理模块
考
勤治
理模块
用户治理模块 射频卡治理模块
查询治理模块
数据库治理模块
退出
系统治理模块
6.1 MC9S08AW60
阅读器的硬件系统以MCU为核心，采纳的MC9S08AW60芯片，该芯片是低成本、高性能的8位微处理器单元（MCU）HCS08家族中的成员，使用增强型HCS08核。它具有64/48/44引脚的四方扁平封装（QFP ）。
MC9S08AW60 的应用特点专门丰富。它采纳8 位HCS08 中央处理单元（CPU ）。CPU主频40 MHz，内部总线频率20MHZ，具有HC08 指令子集，增加了BGND 指令，接口采纳单线后台调试模式，承诺单一的断点设置在线调试，具有片内实时功能，支持多达32 个中断/复位源。该芯片还具有高达60 KB 的片内在线可编程FLASH 储备器，带有块爱护和安全选项，并有高达2 KB 的片内RAM 。时钟源选项包括晶体，谐振器，外部时钟，或内部产生的时钟与周密NVM 切边。系统爱护模式能够采纳可选的运算机正常操作（COP）复位、低电压检测与复位或中断、非法操作码检测与复位及非法地址检测与复位（一些设备不具有非法地址）等。外部设备有多达16 个通道的ADC模块，具有10 位AD 转换器与自动比较功能；两个串行通信接口模块与可选的13 位中断；串行外设接口模块；运作高达100 kbps 的最高总线负载的集成电路互连总线模块； 1 个2 通道和1 个 6 通道的16 位定时器/脉冲宽度调制器（TPM ）模块；高达8 引脚的键盘中断模块。输入输出有高达54个通用I / O管脚，还有主复位引脚和上电复位及内部上拉复位管脚等。采纳Wait 另加两个STOPS的省电模式。
6.2 RFID芯片
RFID芯片采纳CY-14443A系列射频读写模块制作，该模块是采纳基于ISO14443 标准的非接触卡读卡机专用芯片，采纳0.6 微米CMOS EE PROM 工艺，支持ISO14443 type A 协议，支持MIFARE 标准的加密算法。芯片内部高度集成了模拟调制解调电路，只需最少量的外围电路就能够工作，支持UART接口(-C)，I2C接口(-U)，或者SPI接口(-P),数字电路具有TTL、CMOS 两种电压工作模式。专门适用于ISO14443 标准下水电
表、自动售货机、门禁、电话机等计费系统或身份识不系统的读卡器的应用。
CY-14443A系列支持mifare One S50，S70，Ultra Light & mifare Pr o，FM11RF08等兼容卡片。能够设定自动寻卡，默认情形下为自动寻卡。CY-14443A系列全部有板载内置天线，能够再接外接天线。其中内置天线的优点是提升集成度，可读取达到6cm以内的卡，差不多不需再外接大天线就能够满足大部分的设计需要，同时不需要更换电路就能够再连接外部天线，提升了系统的可重用性，大大降低成本，另外，内置天线的读头能够作为有源天线使用。该模块还增加了4kBits EEPROM，EEPROM字节地址从0x00到0x1FF，能够读取PCD的PN,SN。其功能框图如图所示。
CY-14443A系列射频读写模块功能框图
单片机与该射频模块使用SC2接口进行通讯，通讯接口简便，如下图所示：
CY-14443A系列射频读写模块串口连接模式
6.3 液晶显示与按键
液晶显示屏与按键都与单片机的I/O相连，作为数据读取之后的显示模块和按键操作模块。该部分的连接简单。
6.4 外部通讯
外部通讯采纳MAX485接口芯片。MAX485接口芯片是Maxim公司的一种RS－485芯片，采纳单一电源+5 V工作，额定电流为300 uA，采纳半双工通讯方式。它完成将TTL电平转换为RS－485电平的功能。其引脚结构图如图7所示。
从图中能够看出,MAX485芯片的引脚专门简单,内部含有一个驱动器
和接收器。RO和DI端分不为接收器的输出和驱动器的输入端，与单片机连接时只需分不与单片机的RXD和TXD相连即可；/RE和DE端分不为接收和发送的使能端，当/RE为逻辑0时，器件处于接收状态；当DE为逻辑1时，器件处于发送状态，因为MAX485工作在半双工状态，因此只需用单片机的一个管脚操纵这两个引脚即可；A端和B端分不为接收和发送的差分信号端,当A引脚的电平高于B时，代表发送的数据为1；反之为0。在与单片机连接时接线专门简单。只需要一个信号操纵MAX485的接收和发送即可。同时将A和B端之间加匹配电阻，一样可选100Ω的电阻。单片机与外部主机通过RS485接口芯片连接图如图所示。
单片机与外部通讯连接图
6.5学生卡
学生卡采纳无源RFID标签，由一个电子数据处理、储备设备（通常是单个微小芯片）和实现天线功能的大面积围绕线圈组成。学生卡要紧是在进入阅读器的有效区域内发送信息给阅读器，使得阅读器能够读取到通过人员的卡里的信息。每张学生卡里都储备着每位学生的学号、专业、班级本学期课程等信息。其结构图如图所示。
学生卡示意图
七.软件部分
系统的中央治理操纵软件是课堂考勤系统的中心，以操纵阅读器和RF ID卡的工作状态，以及进行学生出入教室数据统计处理等。要紧特点是：易于操作操纵；通过串口通信协议，实现对阅读器的操纵与数据传送；学生信息的录入简单方便，爱护性和保密性好；快速统计处理数据；有完善的资料查询功能等。
系统软件功能模块要紧包括：用户登录模块、实时报到和退堂显示模块、阅读器操纵模块、数据库治理模块、数据统计处理模块。如下图所示：
软件系统显示模块图
7.1 RFID通讯协议
通讯波特率出厂默认为19200，1位起始位，8位数据位，1位停止位。UART工作在半双工方式，即模块同意指令后才会做出应答。其命令格式为：前导头＋通讯长度＋命令字＋数据域＋校验码。其中，前导头为0xA A0xBB 两个字节，若数据域中也包含0xAA那么紧随其后为数据0，然而长度字不增加。通讯长度是指明去掉前导头之外的通讯帧所有字节数(含通讯长度字节本身)。命令字是各种用户可用命令。校验码为去掉前导头和校验码字节之外，所有通讯帧所含字节的异或值。CPU发送命令帧之后，需要等待读取返回值，该返回值的格式如下：前导头＋通讯长度＋上次所发送的命令字＋数据域＋校验码。
下面是基于mega128 16AU 的485 通信中断接收的程序，调试通过,晶振为外部16MHZ，MAX485 的DE 和RE 短接连PC0口，程序如下：#define SEND_485 PORTC|=0x01
#define READ_485 PORTC&=0xfe
void Usart1_init(void) //16MHZ 频率，设置波特率9.6K，8 位数据位，无校验，接收发送使能，1 位停止位。
{
UBRR1H=0;
UBRR1L=103;
UCSR1B=(1< UCSR1C=(1< } void Usart1_transmit(unsigned char c) //查询方式发送接收字符函数。 { SEND_485; DelayBus();DelayBus();DelayBus(); while( !(UCSR1A&(1< UDR1=c; while(!(UCSR1A&(1< // UDCR0=c; UCSR1A |= _BV(TXC1);//将发送终止标志位清零。 // SET_BIT(UCSR1A,); READ_485; direction++; } SIGNAL(SIG_UART1_RECV)//serial port 1 { if(UCSR1A&(1< { rec1buff=UDR1; rec1_flag=1; } } 八.总结 课堂考勤系统是应用RFID技术的特点实现学员课堂报到和离开记录的自动化和智能化治理，现在已在大学校园里得到应用。本文对整个系统进行了概述，并对功能强大、结构复杂、技术要求高的阅读器的进行了较为详细的理论分析与设计。 本系统还可在校园内进行多处安装，老师和辅导员只要登录电脑终端系统就能够实现对学生在校园内分布情形的实时监测，大大提升校方对学生的治理效率。此外，该系统也能够作为一种智能的教师会议报到系统，同时提升会议治理的工作效率。相信随着RFID技术的迅速进展，该套系统也会得到持续完善和广泛应用。 最后衷心的感谢薛建彬老师的认真指导，让我对RFID技术在实际生活中的应用更加熟悉和明了，同时也感谢同学们的关心，让我对RFID技术明白得的更加深刻与透彻。 参考文献 [1] 周晓光,王晓华. 射频识不（RFID）技术原理与应用实例[M]. 北京：人民邮电出版社，2006.12 [2] 沈宇超,沈树群. 射频识不技术及其进展现状. 电子技术应用, 199 9, 25 [3] 程晓丽,等. 基于RFID的会议报到系统的设计[J]. 运算机与自动化.第7期第31卷 [4]刘篙岩，毛志刚．智能卡的研究与进展．徽处理机，2000．2：1—5． [5]陈子侠．RFID技术的应用与现代物流．商业研究，2003(6) [6]游站清，李苏剑．无线射频识不技术(RFID)理论与应用．北京：电子工业出版社， 致谢 本文的完成专门要感谢薛老师，马老师，从论文的结构到写作的细节，无不渗透着老师们的心血。老们师严谨、细致的治学态度，坦诚、热情的处世风格，给我留下了深刻的印象，我为能成为他的学生而感到幸运。其次，我还要感谢实验室的其他老师，他们在学习环境上的严格要求让我有了一次学习上升华的过程，了解到专门多运算机和RFID方面最新的观点、原理和实践。另外，我还要感谢各位与我一起参加设计的同学，大伙儿都认认真确实做自己的设计，互有关心，遇到不明白的咨询题大伙儿都主动讨论，每个人都提出自己最理想的方案。 在本文的写作过程中，我借鉴了大量著作文献，并引用了部分作者的部分资料，在此向所有文献的作者致谢！ 附录附录 （1）// AdoMdb.h: interface for the AccessDBMgr class. // ////////////////////////////////////////////////////////////////////// #if !defined(AFX_ADOMDB_H__F64E7E9D_4790_467F_8315_B030D D0E615B__INCLUDED_) #define AFX_ADOMDB_H__F64E7E9D_4790_467F_8315_B030DD0E 615B__INCLUDED_ #if _MSC_VER > 1000 #pragma once #endif // _MSC_VER > 1000 //ADO #pragma warning (disable: 4146) #import "c:\Program Files\Common Files\system\ado\msadox.dll" #import "c:\program files\common files\system\ado\msado15.dll" no_na mespace rename("EOF", "adoEOF") #pragma warning (default: 4146) //数据提供者类型枚举 enum enmProvideType { ACCESS_97 = 1, //ACCESS 97 ACCESS_2000, //ACCESS 2000 SQLSERVER, //SQL Server }; //认证方式枚举 enum enmAUTH_TYPE { AUTH_SQLSERVER = 1, //SQL认证 AUTH_WINDOWS, //WINDOWS认证 }; //字段类型 enum enumFIELD_TYPE { //整数 FT_BIGINT, //从-2^63 (-9223372036854775808) 到2^63-1 (922 3372036854775807) 的整型数据(所有数字) FT_INT, //从-2^31 (-2,147,483,648) 到2^31 - 1 (2,147,483, 647) 的整型数据(所有数字) FT_SMALLINT, //从-2^15 (-32,768) 到2^15 - 1 (32,767) 的整数数据 FT_TINYINT, //从0 到255 的整数数据 //bit FT_BIT, //1 或0 的整数数据 //decimal 和numeric FT_DECIMAL, //从-10^38 +1 到10^38 –的固定精度和小数位的数字数据 FT_NUMERIC, //功能上等同于decimal //money 和smallmoney FT_MONEY, //货币数据值介于-2^63 (-922,337,203,685,477.580 8) 与2^63 - 1 (+922,337,203,685,477.5807) 之间，精确到货币单位的千分之十 FT_SMALLMONEY, //货币数据值介于-214,748.3648 与+214,748.36 47 之间，精确到货币单位的千分之十 //近似数字 FT_FLOAT, //从-1.79E + 308 到1.79E + 308 的浮点精度数字FT_REAL, //从-3.40E + 38 到3.40E + 38 的浮点精度数字 //datetime 和smalldatetime