基于单片机的RFID考勤系统设计

1【摘要】“RFID考勤管理系统”是一种适用于校园或企业的考勤统计系统，包括4个电路，分别是52行对比，并将考勤信息实时显示在LCD1602屏幕上，若有人缺勤，则蜂鸣器报警。因此该设计可以实现读卡，卡号对比，显示与报警等多种功能。 2 2 2 3 3 3 3 3 4 4 4 4 4 5 5 7 92 采用RFID射频技术自动识别目标获得数据，识别系统较为稳定，能影响识别工作的环境因素较少，而且操作简单方便，信息传递快捷。防水防污、编码加密等优势使RFID卡较传统的IC卡更容易让人接受，在多方面为人类日常生活提供了很大的方便，包括日常消费、ID识别以及用人单位的采用点名签到等古老、陈旧的方式进行考勤管理，然而对于规模较大的企业，签到管理极为混乱的此外，签到的出勤方式不仅浪费时间，而且还有大量的人力资源浪费在考勤数据统计上。该设计是RFID考勤管理系统，是在RF技术的基础上，结合了嵌入式MCU技术和现代通信网络技术，能够实现用人单位的自动考勤，对出勤数据分析处理，考勤结果显示以及报警等功能。不仅节省了时间和人力资源，更使出勤率有所提高，从而促进公司信息管理以及单位管理水平的发展。国外在考勤管理系统方面，多年前就进行了相关设计及探索。尤其在北美，欧洲，南非等地均有较为成熟的RFID系统，并应用在酒店、车站、阅览室等大型场所。[1]在全球产业格局上，RFID产3业也比较集中在技术相对成熟的欧美市场。在中国国内，研究时间较晚，尽管相关研究能够到达国外差不多的水平，但成本相对较高，因此大多数用人单位依旧采用传统的考勤方式。RFID卡考勤管理系统的实施只能体现在一些大型企业中。国内在RFID方面，射频卡已经在许多城市得到了应用，例如饭卡和电子车票的预付款。尽管国传统的考勤方式不仅耗时、浪费人力资源、效率低下且考勤信息不够及时，无法满足现代大学间短，准确率高，实时率高等优点，减少了虚假报告，错误报告的存在，避免了课堂或工作时间被第1章.主要介绍国内外设计的研究背景和研究现状；第5章.主要介绍硬件调试。该RFID考勤系统包括控制器电路、LCD1602液晶模块电路、MFRC-522RFI总电源电路、按键电路和蜂鸣器电路。控制器电路实现整体控制，数据处理的功能，LCD液晶模块其他电路则实现一些辅助功能。整体系统原理图如附录一所示。（一）方案一---CPLD可编程逻辑器件使用CPLD作为控制器，可实现多种高级功能。CPLD具有稳定性高、体积小、高密度大、规模大且I/O资源较为丰富的特点，其功能易拓展。一般情况下，大规模控制核心需要非常快的处理速度时会选择CPLD系统作为其控制器。本系统逻辑功能简易，数据处理速率要求不高。若选择该控制器，则不利于成本的节约，因此4（二）方案二---STC89C52微控制器位微控制器，具有丰富的接口和低成本。高集成度，低功耗，大容量FLASH存储器的优点完全可以鉴于上述原因，本设计选择使用方案二，即使用STC89C52单片机作为考勤管理系统的控制器。2.2.2显示方案的选择（一）方案一——点阵数字管显示电路点阵数字管采取8行8列LED适合显示文字。若用于本设计所需的数字显示，点阵数字管数字性价比较低，从成本角度则不太适用，因此不考虑该方案。（二）方案二——LCD液晶显示屏LCD液晶屏主要被用来显示多位数的数据、图案、字体，且清晰美观；同时LCD价格低廉，性价比高，上位机相对简单。机驱动，显示功能非常强大。此外，LCD1602具有抗干扰性强、功耗低等良好特性，综上所述，选择方案二作为RFID考勤系统的显示电路。3.1系统的功能分析及体系结构设计该考勤管理设计包含52单片机电路、LCD16021、系统配有3张RFID卡，分别代表ZS、LS、WE三位同学。之则显示有人。3、LCD屏幕的第二行显示了已经刷卡的出勤总人数。4、按键系统的功能是:当打卡截至时间一到，则按下按键。若刷卡签到人数未达到全部录入人53.2.1STC89C52单片机核心系统电路耗，大容量FLASH存储器的优点完全可以满足设计要求。6（3）P3.0RXD（串行输入口）（4）P3.1TXD（串行输出口）（9）P3.6/WR（外部数据存储器写选通）（10）P3.7/RD（外部数据存储器读选通）（12）ALE/PROG。（13）/PSEN。（14）/EA/VPP。（15）XTAL1：反向振荡放大器的输入。（16）XTAL2：来自反向振荡器的输出。52单片机的最小系统电路包括复位电路，时钟电路和电源电路。7图3-3STC89C52单片机最小系统原理图图3-4STC89C52单片机核心板实物图3.2.2MFRC-522RFID射频模块电路Reader（阅读器）、电子标签（射频卡）以及应用软件系统三个部分构成了一个完整的RFID编码信号后送至信号处理模块，信号被处理模块解码，主机系统获得有效信息后，射频卡的编码会被识别。由于其不同设定，主机会做出相应的处理和控制，发出指令信号后，8射频卡与Reader之间可进行读写操作。信方式采用电感耦合系统。卡，能够达到13.56MHZ。SPI模式是主机与MFRC522间的通信方式，有助于降低成本，减少布线，同时可以让PCB板的体积缩小。MFRC522射频模块采用3.3V电压，不仅能实现远距离读卡,还能被各种读卡器的模具直接装入，而且与用户的CPU主板直接通讯仅仅经由SPI接口几根普频模块传感器接口电路原理如图3-5所示。一、模块主要指标（5）块为访问单元（6）独立的密码可访问控制每个扇区（7）每张卡拥有32位的唯一序列号（8）支持多卡操作，完善防冲突机制（9）自带天线，无需电源（10）数据可读无限次。（11）工作温度介于-20℃至50℃(90%湿度)93V3P33P34P35P33P34P36P37RFID_MODE图3-5传感器接口电路电路原理图为DC，接上USB电源线即可，在DC插座上插上一端，在5V电源上另一端，如笔记本电脑USB，电子产品充电器，各种型号的充电宝等。系统指示灯采用红色LED灯，其穿了电阻降低了电流，起到字符、字段显示是LCD显示器的两个种类。字段显示（FieldDisplay）近似LED显示，显示方法是在相应的管脚上送达对应的信号。字符显示（CharacterDisplay）则是显示基本字符。该考勤系统设计是根据使用者的需要，采用字符型显示。LCD16于之前的LED显示器，其优点是低功耗、小体积、内容显示丰富等。一．LCD1602液晶模块内部的控制器的控制命令说明如表3-1所示：表3-1控制命令说明表VCCVCCVCCVCC二、1602液晶模块经由指令编程来实现多种操作：屏幕、光图3-9LCD1602液晶显示电路原理图图3-10LCD1602液晶显示电路实物图3.2.5蜂鸣器报警电路设计话机、复印机、计时器和许多其他电子产品。该RFID考勤统计系统采用了5V有源蜂鸣器模块作为报警模块，其驱动采用三极管9012；蜂鸣器将低电平设置为有效信号，当控制引脚为低电平时，立即发出警报；高电平则不会报警。这里采取的限流电阻在系统中起到了防护作用。会产生一个正弦波振荡信号驱动振动系统起振，从而发出声音。驱动三极管9012是PNP型，高电Q1的发射结、Q1的集电结、R3到P1.0脚形成通路，三极管进GND该考勤系统采用“轻触按键”作为按键电路,其本质为电子开关。图3-13为按键电路原理图，若使开关接通，只需要轻轻的按下按键，同理断开连接可以通过松开实现。按键内部包含着一块金属弹片，使其受力弹动从而实现开关的断开与接通。考勤管理系统中，按键的系统输入功能十分重要，起到了枢纽作用，是人机交互的载体。S22P112GND4.1单片机开发环境图4-1KeiluVision4开发界面图4.2KeiluVision4软件开发流程第一步，打开软件，在其顶部的选择项“功能栏”中，找到选项【Project】，打开之后选择【newuVision4project】，此时已对新项目进行了建立。在输入框【文件名】中为该程序命名，然后选择一个地方用作保存该程序，点击【保存】。再找到选项【Atmel】，在下拉选项中选中具栏”中依次点开【File】>【NEW】，编程任务创建完毕，程序编写工作正式开始，软件开发流程图4-2KeiluVision4软件开发流程图该考勤管理系统主要用来调试与编写程序的是Kei植性和易读性，主程序可见附录三。系统运行流程如图4-3所示：在焊接上，采用最原始焊接方法-手工焊接的方法完成电路。焊接步骤如下：先把元器件的脚进行清理，去除上面的灰尘以及油污，再把需焊接元器件上的角向往外掰动,避免让引脚相交，从而影响焊接。元件清单如附录二所示。上述步骤完成以后，可将电洛铁温度控制在400℃左右，对焊锡丝加热，加热时间2秒较为适宜。若需要卸下已焊好元器件，则需加热焊接处，补充焊锡的同时使焊点圆润，加热过程中可卸下上述步骤完成之后，可能会出现虚焊或者不美观，此时修改是必要的。或许是焊锡较少，焊接用万用表测量是否存在重要的隐患，如电路中的短路。目的只有一个，就是保证焊接没有问题。设置软件测试环境后，执行相应的程序调试，若程序依旧存在问题，功能不能全部满足，则需（2）在新建页中对源代码进行编写，编码完成并保存。（3）程序编译。编译程序后会出现提示信息，耐心改出提示信息中的error。直到提示信息如若功能不完善，则需反复调试程序，直到满足考勤系统的所有功能。这时需要用到示波器，万用表和直流电源，也是最后的步骤—硬件整体测试。主要是对已经做完的板子进行一个整体调试，目的是为了保证所有元器件都能正常工作，实现功能。（1）肉眼观察。用肉眼观察下可能存在的问题，有没有断焊、漏焊、虚焊的存在。以及焊接点是否完好，是否焊接好连接组件的引脚以避免短路。脚连接正确，接线不出现错误。的功能进行逐步测试确保每个元器件工作正常。因元器件的损坏而被影响。一、实物测试步骤（1）给整个系统上电，观察屏幕是否初始化，观察电源模块LED灯是否点亮。总人数是否记录，相应的座位标志是否显示有人，以及蜂鸣器是否鸣叫。（4）最后选择全部卡进行测试，观察屏幕显示总人数，观察相应座位是否有标志，此时蜂鸣器应该不鸣叫。二、实物测试结果（1）选择一张射频卡对系统进行测试，实物显示如图5-2所示：测试结果如下：显示器上显示ZS座位上有人，总人数一人。按下按键后，蜂鸣器鸣叫。（2）选择两张射频卡对系统进行测试，实物显示如图5-3所示：测试结果如下：显示器上显示ZS和LS座位上有人，总人数两人。按下按键后，蜂鸣器鸣叫。（3）选择三张射频卡对系统进行测试，实物显示如图5-4所示：测试结果如下：显示器上显示ZS、LS和WE的座位上有人，总人数三人。按下按键后，蜂鸣器三、实物测试总结经过三张分别调试后，系统可以满足预期的功能：（2）卡号对比功能：系统能够将读取的卡号信息与程序中存储的卡号信息进行对比。（4）报警功能：考勤时间到，按下按键，不足3人时，蜂鸣器报警。步实施，遇到了很多的困难。在硬件设计上，由于缺乏经验，在元器件布局时，把互相有关的元件放置较远，增加了焊接难度。软件方面，编写错误较多，修改耽误了很长时间；编译后调试的结果也差强人意，部分功能不能实现，反复检查后，终于找出了错误代码。最后是实物焊接，由于个人在设计阶段时间紧凑，我不仅面对着实习的压力，还要自主学习考编的课程。但时间都是挤出来的，把点点滴滴的时间运用起来，对单片机进行研究，对C语言编程进行学习，以及最后的焊接调试等等，终于在毕业之际完成了该设计。在这个过程中，我学到了很多，不仅仅是毕设方面的专业知识，还有其他方面，比如运用零碎的时间。对我而言，毕业