疫情期間的基于Arduino智能考勤終端設計

王 淦，朱玉杰，黃天棋，黎冰冰，王一龍

（東北林業(yè)大學 工程技術學院，黑龍江 哈爾濱 150036）

0 引 言

隨著大數(shù)據(jù)時代的到來，大學信息化迎來了新的需求變化。考勤是學校在管理過程中頗為重要的一項內(nèi)容，能夠?qū)W生課堂紀律起到監(jiān)督的作用，這個問題在疫情期間更是引起高校重點關注。由于大學生的學習、生活等各方面具有群體聚集性，一旦出現(xiàn)重大疫情，就會造成病毒在學生之間迅速地發(fā)生傳播，從而造成嚴重的后果[1]。

因此，高校如何在減少接觸、保證學生健康和克服傳統(tǒng)考勤方式的弊病的前提下，安全高效地進行考勤管理就是個亟需解決的問題。并且設計出既可以滿足疫情期間學生健康管理要求，又可以高效、簡單進行考勤管理的終端就非常有必要，以此來滿足疫情期間高校甚至公司的考勤管理。基于此，本文設計了一種基于Arduino智能考勤終端。

1 終端整體設計

本終端的主要功能是滿足疫情期間的高校學生的考勤，對學生進行指紋簽到和體溫檢測，并將數(shù)據(jù)傳送至OneNET，管理者可以通過網(wǎng)站或者小程序進行一個數(shù)據(jù)查看。該終端以Arduino mega2560開發(fā)板作為主控器，利用指紋識別模塊、紅外體溫檢測模塊實現(xiàn)考勤信息的采集，利用校園中的WiFi，通過ESP8266無線模塊傳送至OneNET進行數(shù)據(jù)儲存以及后續(xù)的數(shù)據(jù)處理。智能考勤終端總體結(jié)構如圖1所示。

2 硬件設計

2.1 Arduino mega2560開發(fā)板

本文終端選用Arduino mega2560作為控制主板。與其他STM等單片機相比，Arduino板具有相對完整的生態(tài)環(huán)境和開源免費的IDE程序編輯軟件[2]，它構建于開放原始碼simple I/O介面版，不需要復雜的Linux系統(tǒng)，在Windows環(huán)境下，使用C語言和IDE便可進行開發(fā)。借助開源的Arduino庫函數(shù)完成程序代碼的編寫，并在程序上傳到Arduino電路板后，主控板會根據(jù)程序?qū)崿F(xiàn)各模塊的協(xié)調(diào)工作。Arduino mega2560主控制器擁有54路數(shù)字輸入/輸出口，閃存也達到了256 KB，可以運行更加復雜的程序，這也使其具有了更好的拓展性和二次開發(fā)性，利于與各傳感器模塊連接來實現(xiàn)預期功能[3]。

圖1 智能考勤終端總體結(jié)構

2.2 FM-180型指紋模塊

在進行指紋識別分析工作時，程序的工作步驟是采集—存儲—計算—處理[4]。FM-180型電容式指紋模塊，具有以下幾種優(yōu)點：體積小、低功耗，指紋掃描精度高，在干濕環(huán)境均可采集出有效圖像，電容式適用性強，有著高性能的處理算法[5]。該模塊擴展性和二次開發(fā)性優(yōu)良，通過調(diào)用庫函數(shù)可以很快捷的與Arduino主板進行編程開發(fā)。指紋比對結(jié)果將反饋至Arduino主板，并進行上傳。

2.3 SMTIR9901紅外溫度傳感器

本文選用的是硅基紅外傳感器—SMTIR9901紅外溫度傳感器，可以通過紅外檢測，經(jīng)算法得出人的溫度，再將數(shù)據(jù)信息變成JSON數(shù)據(jù)流傳遞至Arduino主控板。

2.4 ESP8266無線傳輸模塊

ESP8266是由上海樂鑫信息科技開發(fā)的集成無線芯片，其功能強大成本低，可以進行二次開發(fā)[6]。如今有多家廠商在做ESP8266芯片的開發(fā)和芯片的開發(fā)服務，方便開發(fā)者可以開發(fā)出創(chuàng)新獨特的智能產(chǎn)品，此外價格較低、性能穩(wěn)定也是其受到較大關注的原因[7-8]。本文終端中Arduino主板利用AT指令進行控制，使用ESP8266的STA模式，利用IDE軟件在程序中編入學校WiFi的參數(shù)，使其與互聯(lián)網(wǎng)相連，向OneNET平臺傳輸考勤數(shù)據(jù)和體溫數(shù)據(jù)。

3 終端軟件設計

3.1 系統(tǒng)流程

云平臺的創(chuàng)建和應用是一個復雜的過程，但中國移動物聯(lián)網(wǎng)為用戶提供了一個開放的、簡便實用的平臺，即OneNET云平臺。它將過于復雜的云服務器技術細節(jié)隱去，還廣泛適配各種主流網(wǎng)絡協(xié)議，支持各類智能硬件的快速接入和數(shù)據(jù)分析服務，顯著地降低了物聯(lián)網(wǎng)技術創(chuàng)新的成本[9]。

Arduino mega2560板和ESP8266無線傳輸模塊的程序編寫可以由IDE軟件來實現(xiàn)。程序的功能是為了實現(xiàn)將各個傳感器采集的信息變成JSON數(shù)據(jù)流，并在無線傳輸模塊與OneNET的的數(shù)據(jù)連接和傳輸。終端軟件設計流程如圖2所示。

圖2 終端軟件設計流程

3.2 數(shù)據(jù)傳輸

EDP、MQTT和HTTP等主流網(wǎng)絡協(xié)議，OneNET云平臺都支持連接，可輕松實現(xiàn)設備的接入與管理[10]。本終端采用HTTP協(xié)議，查詢OneNET開發(fā)手冊的庫函數(shù)，合成POST請求頭：

4 本項目的創(chuàng)新點

本文設計的基于Arduino和OneNET的智能考勤終端有以下幾個創(chuàng)新點：

（1）利用FM-180型指紋識別模塊，在很大程度上可以防止替簽等虛假簽到信息的出現(xiàn)；

（2）考慮疫情這個特殊時期，加入了紅外體溫檢測模塊，可以在簽到時讓學生知道的體溫是否正常，利于疫情期間的學生健康管理；

（3）可以解放任課老師和負責查課的學生組織，做到無接觸、高效率完成考勤任務；

（4）教師可以通過網(wǎng)頁或者小程序?qū)neNET平臺上的考勤數(shù)據(jù)進行查看。

5 結(jié) 語

本文針對疫情這個關鍵的時期，設計了一款智能考勤終端。該終端可以實現(xiàn)檢測學生體溫和指紋簽到的功能，無接觸、高效完成考勤作業(yè)，方便教師進行考勤管理，符合疫情期間學生的健康管理要求。