中小學安全考勤系統下位機的設計與實現

林梅燕

摘要：目前中小學生的安全問題關已成為學校工作的首位，做好考勤工作則是學生安全管理工作的重中之重，而傳統的考勤存在延時性、效率低等缺點，且目前的線上簽到技術也不適合中學生禁止帶手機的情況。針對以上問題本文提出一款基于RFID射頻識別技術的學生考勤系統下位機設計，該系統采用以STC89C52單片機為主控，主要包括MFRC522模塊、DS1302時鐘芯片、OLED顯示屏和SIM800C模塊，實現身份標簽、實時顯示學生信息、利用GSM模塊進行遠程預警，使得家長能及時了解學生情況等功能，能夠及時、準確、高效反映中小學生安全考勤情況。

關鍵詞：安全考勤系統;RFID模塊;GSM模塊;下位機

中圖分類號：TN914 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）12-0229-03

1引言

一直以來，中小學生在校外安全事故都處于多發期，危險事故的發生給社會帶來了惡劣的影響，更是給他們的家庭帶來了不幸。中小學生的人身安全問題是社會問題的重中之重。學校應重視學生的安全管理，便需要學校老師和家長及時掌握學生的安全情況。但是因為在校學生人數過多，在校內流動性大，中小學教師人數較少，管理范圍寬，管理難度大，老師要在授課的同時及時掌握班級所有學生的到校情況非常之難，學生未及時到校，發生了事件，未能及時通知家長掌握學生具體安全情況，且目前為了中小學生認真學習，禁止學生用手機，無法用到線上簽到技術，這些都是學生安全管理工作的主要困難之處。

因此，本系統提出一個根據實際教學情況開發的具有實用性的中小學生安全考勤系統，該系統中小學安全考勤系統是利用射頻識別（RFID）技術和計算機信息處理技術開發而成的綜合信息管理系統。采用RFID技術，在學校大門安裝考勤機，學生進出時刷IC卡。考勤機將IC卡信息有線傳輸至上位機，系統經過處理后可判斷具體信息，同時將學生入校、離校信息保存在數據庫中，可供老師查看，解決了匯總一學期考勤信息工作量大，統計煩瑣的問題。

該考勤系統分為兩部分上位機和下位機，本文主要負責下位機設計，實現學生考勤信息的采集并能及時發現考勤異常發送短信給家長或老師等功能。

2系統總體構成

中小學安全考勤系統的下位機設計主要由主控模塊、RFID模塊、GSM模塊、繼電器模塊、實時時鐘、顯示模塊、USB轉串口模塊和按鍵組成的。主控模塊由單片機完成最小系統構成，通過RFID模塊來進行學生IC卡的采集，當學生進出校門刷卡時，RFID模塊識別到學生IC卡，然后將IC卡號通過串口發給上位機，實時時鐘為系統提供精確的時間基準，也可通過OLED顯示屏來顯示學生信息和刷卡時間。當發現學生遲到、曠課時通過GSM模塊發送報警短信給家長。實時時鐘為系統提供精確的時間基準，顯示模塊顯示學生信息和刷卡時間，GSM模塊發送短信，USB轉串口模塊將數據發送給上位機。系統總體設計方案如圖1。

3系統硬件設計

主要介紹主控制器STC89C52最小系統、RFID模塊、GSM模塊、USB轉串口模塊的硬件設計，實現對學生考勤信息的管理。

3.1STC89C52最小系統電路

STC89C52單片機由5V的電源供電。P0.0-P0.1口接按鍵Keyl和Key2。P0.6-P0.7接OLED顯示屏時鐘線SCL和雙向數據線SDA。P2.1-P2.3口接時鐘芯片DS1302串行時鐘SCLK、數據輸入/輸出引腳10和RST復一腳。P3.0-P3.1口接GSM模塊數據口T-RX和T-TX。P3.5-P3.6口分別接藍、紅色LED燈。P3.7口接繼電器輸出觸點的公共端子。單片機的最小系統電路通過RST口接復位電路，共同組成。復位電路的復位方式有三種：（1）在RST和正極電源之間放置一個開關，通電后RST上輸入高電平即可實現手動復位。（2）單片機上電時候會自動復位一次。（3）在程序運行過程中，在有必要的時候，通過程序來控制單片機復位。單片機最小系統電路如圖2所示。

3.2RFID模塊

RFID模塊電路設計如圖3所示。引腳1與LM1117-3.3V的芯片連接，因為模塊采用電壓為3.3V。該系統由5V的電源供電，故加一塊LM1117-3.3V的芯片可以把5V轉為3.3V。引腳2與單片機P1.2連接，用來完成初始化操作。MF RC522模塊是射頻卡和單片機通信的橋梁，其使用的是SPI接口，引腳5、6、7、8與分別與單片機引腳P1.6、P1.5、P1.4、P1.3連接進行通信。在SPI通信中，單片機作為主機，MF RC522模塊作為從機，SPI的時鐘由主機SCK產生，數據通過MOSI從單片機傳輸到MFRC522模塊，通過MISO從MF RC522模塊發送回單片機，片選信號在數據寫入期間保持低電平;在無數據時保持高電平。

3.3GSM模塊

GSM模塊與單片機的通信采用串口協議，TTL電平控制接口，可以直接接單片機串口電平邏輯。GSM模塊電路圖如圖4所示，引腳2-3與單片機RXD、TXD連接，實現與單片機的通信。

3.4USB轉串口模塊

本系統采用了USB轉串口通信給電腦上位機。串口插針電路圖如下圖5所示。引腳1和引腳2分別與單片機、TXD和RXD相連，實現USB轉TTL串口，將數據傳輸給PC機。

4系統軟件設計

4.1邏輯判斷原理分析

根據學校實際情況進行分析處理，本系統邏輯判斷分為四種情況：

（1）正常：學生上學時間點前到校，放學時間點后離校。

（2）遲到：學生上學時間點十分鐘后還未到校，放學時間點后離校。

（3）曠課：學生上學時間點后一小時還未到校。

（4）早退：學生上學時間點前到校，但放學時間點前離校。

4.2系統主程序流程

系統主程序首先需要將系統初始化，發送AT指令檢測GSM模塊是否能正常工作。調用實時時鐘子程序讀取時間，OLED顯示實時時間。調用刷卡功能子程序識別學生IC卡，學生進出校門刷卡，如果IC卡未注冊，LED燈閃爍，注冊學生IC卡，顯示學號信息。已注冊過的卡刷卡時顯示學生的學號以及時間，并將卡號發送給上位機，供上位機記錄處理信息。當學生遲到、曠課時發送AT指令至GSM模塊，發送短信至手機以便老師與家長能及時了解情況。系統主程序流程圖如圖6所示。

5整機演示結果

實現考勤，設置考勤時段，設置系統時間，RFID讀取IC卡，當IC卡未注冊時，LED燈閃爍，按下注冊按鍵可以實現IC卡的注冊，注冊完后學生刷卡顯示學生學號和刷卡時間，并發送卡號給上位機，如果學生到規定時間未進校刷卡，就發送短信給家長。

設置考勤時段如圖7所示，顯示屏左邊顯示的是考勤時段，右邊顯示的是實時時間。根據實際情況，學校分為夏時令和冬時令，所以設計為可手動更改考勤時段。注冊學生卡如圖8所示，顯示屏顯示的是學生學號。因為需要動態注冊，無法顯示中文，目前只能用數字顯示，數字代表著學號，與學生一一對應。學生刷卡顯示學生學號和刷卡時間如圖9所示，顯示屏第一行現實的是學生卡號，第二行顯示的是學生刷卡時的時間。

學生到規定時間未進校刷卡，發送短信給家長，當學生上課后十分鐘還沒未到學校刷卡時發送遲到短信給家長，如圖10所示;當學生上課后一小時還未到學校刷卡時發送曠課短信紿家長，如圖11所示。

5結論

本文設計的部分是中小學安全考勤系統的下位機設計。主要是以STC89C52單片機作為控制的核心，利用RFID模塊來進行學生IC卡的采集，當學生進出校門刷卡時，RFID模塊識別到學生IC卡，然后將IC卡號通過串口發給上位機，時鐘芯片為系統提供精確的時間基準，也可通過顯示屏來顯示學生信息和刷卡時間。當發現學生遲到、曠課時通過CSM模塊發送報警短信給家長，聯調上位機，將學生入校、離校信息保存在數據庫中，供老師查看，解決了匯總一學期考勤信息工作量大，統計煩瑣的問題，并且能夠及時、準確、高效反映中小學生安全考勤情況，具有一定實用性。