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基于GPRS和射频IC卡的分布式考勤管理系统

作者:程亮 赵峙江 王钤 来源:RFID世界网 2011-02-16 09:09:56

摘要:大庆石油管道公司工作站分散和员工上岗的不确定性使总公司对各站的考勤和岗位工资很难准确管理.文中利用SIM300GRPS(通用无线分组业务)模块,以GPRS网络为通信媒介,以射频Ic卡作为员工的ID识别卡,建立了一个分布式考勤系统,很好地解决了这个问题.通过对本系统终端的改造和上位机软件升级,可以灵活地应用于无人看守监控系统中。

关键词:射频IC卡[3篇]  GPRS[18篇]  考勤[27篇]  

  大庆石油管道公司负责石油管道的维护和提供石油运输的动力部分,所以油泵工作站分布在广袤的原野上。由于距离和工作强度的不同,事故突发性强,员工频繁更替在各工作站工作,出勤和岗位工资就非常难以统计。根据这种实际情况,采用总控中心和各考勤终端的总分模式,每个员工以射频IC卡作为ID识别卡,通信媒介采用GPRS网络,适合管道公司的工作站分布广泛的实际情况。 

  1 GPRS网络  

  GPRS 是基于现有的GSM网络实现的,需要在现有的GSM网络中增加一些节点,网关GPRS支持节点GGSN,服务GPRS支持节点SGSN。GGSN在GPRS网络和公用数据网之间起关口站的作用,它可以和多种不同的数据网络连接;SGSN记录移动设备的当前位置信息,并在移动设备和各种数据网络之间完成移动分组数据的发送和接收,为服务区内所有用户提供双向分组路由。GPRS网络框图如图1所示。  


图1 GPRS网络框图 

  本系统采用GPRS网络作为通信媒介,因为它有很多优势:价格合理,中国移动公司提供的GPRS服务按照流量计费,也可采取包月的形式,价格低廉;传输速率高,实时性好,数据量大,GPRS可提供高达115 kbit/s的传输速率;接人时问短,分组交换接人时间少于1 s,基于IP协议,可提供强大的Internet接人能力;永远在线,可靠性高,抗干扰能力强。 

  2 系统总体设计  

  根据实际需要确定以下系统工作流程:员工进入公司后,首先用总控中心软件通过串行口控制发卡器发卡,即总控中心软件读取Wiegand 26 bits协议编码的射频卡号并赋予一个员工编号,然后通过Internet发送给分散在各地的远程终端,使其储存员工的射频IC卡号和员工编号,当员工在各个终端打卡时,终端记录下打卡时间和员工编号,各终端定时分别通过GPRS模块把定时段内的员工登陆情况和终端编号发送给Internet上的总控中心,总控中心按员工编号存贮登陆情况,并根据他们的登陆终端的不同赋予不同工资权值,做到工资和考勤的管理。系统构成如图2所示。 


图2 系统构成简图 

  3 硬件终端的构成  

  根据系统的需要,各终端基于GPRS网络的通信是系统硬件终端设计的难点。文中采用SIMCOM 公司生产的GPRS模块SIM300 -3j作为无线通信部分,其价格比同类模块低廉,其且功能强大,内嵌标准的TCP/IP协议,使控制MCU端无需涉及复杂的TCP/IP协议栈的编写;提供1TrL电平的标准异步串行口,这样MCU和模块的通信就是简单的串行通信。由于采用TTL电平,在硬件设计上不用专门的电平转换芯片,只需采用三线制进行简单连接,就可实现可靠的通信;外围资源丰富,具备A/D、SPI、音频、麦克接口等;通用、简单、易上手的AT指令覆盖GPRS所有功能,提高开发速度。但是,在300的外围电路设计中需要特别注意以下几点。 

  电源部分:由于300采用3。4~4。5 V供电,低于3。4 V则自动关闭模块,而且在进行TCP/IP传输时,消耗的功率很大,所以要求电源必须能提供2A的峰值电流。这就要求电源模块在提供2 A电流的情况下还要有很小的压降,还要注意整个系统的其他器件都是用5 V供电。所以稳压芯片的输入电压和输出电压差要小于1 V,这样才能使系统用一个电源供电,减小干扰。通过比较,选择MICREL公司生产的可调电压稳压芯片MIC29302bu这款芯片提供3 A的输出能力,而且满负载的压降只有350mv,输入和输出之间只要满足I V的压差就可工作,完全满足系统的需要。 

  对300模块还要外置一个卡的卡座,为了防止静电损坏,在靠近SIM片座各引脚的位置放置瞬变电压抑制二极管,而且还要在各信号线上串联一个20 Q的电阻,起到匹配作用。  

  SIM300的最关键部分是天线和射频转接线的选取。射频连接线应考虑的是射频信号的损耗,做到越小越好。根据实地测量,射频连接线的插入损耗在GSM900通讯网络中小于1 dB才可以采用。天线的阻抗50 Q,收发驻波比小于2。根据以上要求采用  
日本Murata公司的MM9329—2700B射频频转接器和通用的棒形天线。  

  液晶显示模块、实时时钟模块、EPROM存储模块和串行通信模块都是作为一个考勤系统的通用模块,图中标注了采用的芯片。 

  读卡模块采用标准的Wiegand26bits 只读读卡器,读卡器输出Wiegand26bits编码的数据,如图3所示。 


图3 数据信号波形图

  由波形图可知,26 bits的0和1是由DATAo和DATA 交替低电平确定的,而且有效数据持续时间很短,所以应该把读卡器的DATA。线和DATA 信号异或后接MCU的中断管脚,这样可有效避免信号的丢失。  

  综上所述,硬件终端的框图如图4所示。 


图4 硬件终端框图

  4 软件设计  

  在以上的硬件基础上进行软件的编写,采用标准C语言 实现主要功能:初始化各外围的功能模块,显示当前的时间,提供系统的时钟,存储并通过GPRS模块发送员工打卡的参数等。具体的简化流程图如图5所示。在软件编写时,难点在GPRS模块设计部分,主要包括:模块的初始化和数据的TCP传输。模块初始化方面采用上电自动复位开机,初始化要完成GPRS网络登陆的初始化过程。MCU通过串行口发送AT命令来完成。 

  AT+CGDCONT: 定义pdp上下文  
  AT+CGAT-F;连接gprs网络  
  AT+CGREG;GPRS网的登陆状 


图5 考勤终端简化流程图

  注意:在上电后要保持至少3 S的等待时间才可以发送标准的AT指令进行初始化控制,否则,发送的AT命令将无效。在以上命令的返回值都为OK时,说明网络登陆成功,这时就可以进行数据的传输。文中采用TCP协议进行传输,这样可保证数据传输的可靠性。利用下面的AT¨ 命令完成。  

  AT+CIPSTART;建立TCP/UDP连接   
  AT+CIPSEND;发送数据   
  AT+CIPCLOSE;关闭TCP连接  

  上位机总控中心软件采用VB编写,软件利用Winsockl6j控件编程。对SIM300的指定的上位机端口进行监听,随时接受传输数据。 

  注意:对于已经建立的TCP链路,如果在一段时间内没有数据传输,这条链路就可能断掉,所以在实际应用中,如果需要维护这条链路,要每隔一段时间(实测得到,这里为5 min)发送一个心跳包来维系链路;也可在传输数据前用AT+CIPSTATUS命令来检测网络状况,发现断开后,重新初始化链路。 

  5 结束语   

  把GPRS模块SIM300和射频IC卡应用于这套分布式考勤系统中,很好地解决了对于工作点分散的企业考勤难的问题,实际应用运行良好。对这一系统的考勤终端改造和上位机软件升级,还可以很好地应用于无线自动抄表系统、无人看守系统、远程数据采集系统等领域中。 

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