基于ARM的GPRS射頻考勤機設計與應用

摘要：介紹了一種GPRS無線射頻考勤機設計方法。將華為GTM900B無線模塊與HID讀卡器統一于ARM微處理器硬件平臺，可滿足大范圍分散地域的統一考勤需求。在此基礎上，設計了可兼容WEIGAND26和WEIGAND34協議的讀卡程序、GPRS無線通信程序和其它軟件。在分散于湛江地區的多個移動營業廳實地應用表明，該設備讀卡正確率高、響應快，數據存儲和無線傳輸穩定可靠。

關鍵：GPRS ARM 射頻考勤機 WIEGAND

0 引言

為了實現先進的“扁平化”管理，現代大公司往往謀求建立公司級別的統一考勤制度。然而，對于企業員工散布于大范圍地域的大公司來說，現行的有線考勤系統往往存在網絡結構復雜，統一考勤系統構建困難等諸多難題。

本文將GPRS無線網絡單元與射頻接收端統一于ARM7微處理器平臺，設計了基于ARM的GPRS無線射頻考勤機，可有效滿足分散地域的大范圍統一考勤需求。

1 基于ARM的GPRS無線射頻考勤機系統硬件結構設計

系統結構由ARM微處理器、HID設頻模塊、GPRS無線模塊、外部實時時鐘和考勤記錄存儲單元五部分組成?？紤]到開發周期、系統穩定性等問題，ARM微處理器采用西門子LPC2214微處理器芯片，HID射頻模塊采用成熟的ProcPoint公司6005B型HID讀卡器，GPRS無線模塊采用華為GTM9DOB內嵌TCP/IP協議無線通信模塊?？紤]到系統結構見圖1?？紤]到準確計時和批量保存考勤數據的需要，擴展了12C總線的外部時鐘芯片1337和采用備用電池供電的外部靜態ROM存儲單元CY62157ESL。

1.1 GPRS無線模塊相關電路設計GPRS模塊選用華為GTM900B帶TPC/IP協議的無線模塊。該無線模塊是一款三頻段GSM/GPRS無線模塊，支持標準的AT命令及增強AT命令，提供豐富的語音和數據業務等功能。

由于該模塊通過RS232接口實現與主機的通信，因此選用了SP3243E作為232電平的轉換芯片。其接口電路見圖2。圖中左側所接電路為無線通信模塊的RS232接口，右側電路接入LPC2214微處理器芯片串口1相關管腳。

1.2基于WEIGAND協議的射頻讀卡器接口電路設計HID射頻模塊采用成熟的ProcPoint公司6005B型HID讀卡器。該讀卡器輸出信號支持WEIGAND26和WEIGAND34協議。

電路設計中，將LPC2214的P0.16和P0.20多路復用管腳功能設置為外部中斷0和外部中斷3，采用外部中斷的方式實現對6005B型HID讀卡器DATA0和DATAl路數據每次讀卡過程26個或34個脈沖信號的采集。由于HID讀卡器輸出為標準TTL電平，ARM微處理器為低功耗CMOS電平，該處使用了74LV×4245電平轉換芯片，將5V標準輸入轉換為3.3V。

接口電路見圖3。圖中左側最上端兩個管腳為LPC2214的輸入管腳，通過對74LV×4245的22腳接低電平實現輸入電壓轉換。

2 基于ARM的GPRS無線射頻考勤機系統軟件結構設計

軟件系統主要圍繞穩定可靠的GPRS無線通信和兼容WEIGAND26和WEIGAND34協議的讀卡識別兩方面展開。

2.1 GPRS無線通信軟件結構設計整個軟件體系如圖4所示，首先啟動μc/OS—Ⅱ系統，建立主任務，進行串口等的初始化，然后通過串口信號線驅動Modem，AT指令集進行一系列Modem參數設置，并撥號到GGSN，新建PPP任務進行數據鏈路層和網絡層的協商，得到IP，完成上網過程。此時可以建立發送數據任務，作為客戶端向網絡主機發送建立TCP連接請求，經過2次握手成功后，雙方TCP連接狀態都到達ESTABUSH(建立連接)狀態，此時便可以將搜集到的數據(此處傳送利用壓力傳感器采集到的人的心率數據)通過套接字傳輸回網絡主機，完成傳輸任務。接下來可以結束任務或等待下一次采集數據時間到，再次進行傳輸。

2.2兼容WEIGAND26和WEIGAND34協議的HID射頻讀卡識別軟件設計WEIGAND(韋根)協議在數據的傳輸中只需兩條數據線，一條為DATA0，另一條為DATA1。協議規定，兩條數據線在無數據時均為高電平，如果DATA0為低電平代表數據0，DATA1為低電平代表數據1(低電平信號低于1V，高電平信號大于4V)。兩個脈沖間的時間間隔在200μs到20ms之間。

韋根26位輸出格式：

E ×××× ×××× ×××× ×××× ××××× ×××× ×××× 0

其中，第1位E表示前12BIT偶校驗碼，最后1位0表示后12BIT奇校驗碼，第2位到第9位為區域碼，第10位到第25位為卡號。以上數據從左至右順序發送。高位在前。韋根34與韋根26的區別在于區域碼由8位擴展到16位，首尾的校驗碼均為16位而不是12位校驗碼。

考慮到現有HID員工卡多為WEIGAND26

和WEIGAND34兩種格式，本文設計了可兼容兩種協議的讀卡程序。

程序流程見圖5。采用捕捉外部中斷的方式對DATA0和DATA1的脈沖計數，同時記錄脈沖間隔時間。當脈沖間隔時間＞30ms時，認為一次讀卡過程結束。若脈沖數等于26或34，作為WEIGAND26卡或WEIGAND34卡處理，記錄卡號和讀卡時間；否則，丟棄數據，通過顯示屏和喇叭發出刷卡失敗報警信息，提示考勤人員重新刷卡。

3 系統應用

系統于2008年7月投入試運行，并與2008年8月通過驗收。從試用結果看來，該考勤機對WEIGAND26和WEIGAND34協議的不同種類HID卡均可正確識別，讀卡響應快，數據存儲和無線傳輸穩定可靠。

圖6為散布于湛江地區80個移動營業廳考勤機15天(21600分鐘)實際運行在線率統計結果。從圖中可看出，除56號機等處于偏遠地區，經實際測試無線信號很弱的考勤機掉線時間較長外，90％的考勤機在線率達90％以上，系統運行穩定可靠。

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