基于GPRS網(wǎng)絡(luò)和RFIC卡的分布式考勤管理系統(tǒng)設(shè)計(jì) - 全文

大慶石油管道公司負(fù)責(zé)石油管道的維護(hù)和提供石油運(yùn)輸?shù)膭?dòng)力部分，所以油泵工作站分布在廣袤的原野上。由于距離和工作強(qiáng)度的不同，事故突發(fā)性強(qiáng)，員工頻繁更替在各工作站工作，出勤和崗位工資就非常難以統(tǒng)計(jì)。根據(jù)這種實(shí)際情況，采用總控中心和各考勤終端的總分模式，每個(gè)員工以射頻IC卡作為ID識(shí)別卡，通信媒介采用GPRS網(wǎng)絡(luò)，適合管道公司的工作站分布廣泛的實(shí)際情況。

1 GPRS網(wǎng)絡(luò)

GPRS 是基于現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的，需要在現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)中增加一些節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)關(guān)GPRS支持節(jié)點(diǎn)GGSN，服務(wù)GPRS支持節(jié)點(diǎn)SGSN。 GGSN在GPRS網(wǎng)絡(luò)和公用數(shù)據(jù)網(wǎng)之間起關(guān)口站的作用，它可以和多種不同的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)連接；SGSN記錄移動(dòng)設(shè)備的當(dāng)前位置信息，并在移動(dòng)設(shè)備和各種數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間完成移動(dòng)分組數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，為服務(wù)區(qū)內(nèi)所有用戶提供雙向分組路由。GPRS網(wǎng)絡(luò)框圖如圖1所示。

圖1 GPRS網(wǎng)絡(luò)框圖

本系統(tǒng)采用GPRS網(wǎng)絡(luò)作為通信媒介，因?yàn)樗泻芏鄡?yōu)勢：價(jià)格合理，中國移動(dòng)公司提供的GPRS服務(wù)按照流量計(jì)費(fèi)，也可采取包月的形式，價(jià)格低廉；傳輸速率高，實(shí)時(shí)性好，數(shù)據(jù)量大，GPRS可提供高達(dá)115 kbit／s的傳輸速率；接人時(shí)問短，分組交換接人時(shí)間少于1 s，基于IP協(xié)議，可提供強(qiáng)大的Internet接人能力；永遠(yuǎn)在線，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

根據(jù)實(shí)際需要確定以下系統(tǒng)工作流程：員工進(jìn)入公司后，首先用總控中心軟件通過串行口控制發(fā)卡器發(fā)卡，即總控中心軟件讀取Wiegand 26 bits 協(xié)議編碼的射頻卡號(hào)并賦予一個(gè)員工編號(hào)，然后通過Internet發(fā)送給分散在各地的遠(yuǎn)程終端，使其儲(chǔ)存員工的射頻IC卡號(hào)和員工編號(hào)，當(dāng)員工在各個(gè)終端打卡時(shí)，終端記錄下打卡時(shí)間和員工編號(hào)，各終端定時(shí)分別通過GPRS模塊把定時(shí)段內(nèi)的員工登陸情況和終端編號(hào)發(fā)送給Internet上的總控中心，總控中心按員工編號(hào)存貯登陸情況，并根據(jù)他們的登陸終端的不同賦予不同工資權(quán)值，做到工資和考勤的管理。系統(tǒng)構(gòu)成如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)構(gòu)成簡圖

3 硬件終端的構(gòu)成

根據(jù)系統(tǒng)的需要，各終端基于GPRS網(wǎng)絡(luò)的通信是系統(tǒng)硬件終端設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。文中采用SIMCOM 公司生產(chǎn)的GPRS模塊SIM300 -3j作為無線通信部分，其價(jià)格比同類模塊低廉，其且功能強(qiáng)大，內(nèi)嵌標(biāo)準(zhǔn)的 TCP／IP協(xié)議，使控制MCU端無需涉及復(fù)雜的TCP／IP協(xié)議棧的編寫；提供1TrL電平的標(biāo)準(zhǔn)異步串行口，這樣MCU和模塊的通信就是簡單的串行通信。由于采用TTL電平，在硬件設(shè)計(jì)上不用專門的電平轉(zhuǎn)換芯片，只需采用三線制進(jìn)行簡單連接，就可實(shí)現(xiàn)可靠的通信；外圍資源豐富，具備A／D、SPI、音頻、麥克接口等；通用、簡單、易上手的AT指令覆蓋GPRS所有功能，提高開發(fā)速度。但是，在300的外圍電路設(shè)計(jì)中需要特別注意以下幾點(diǎn)。

電源部分：由于300采用3。4～4。5 V供電，低于3。4 V則自動(dòng)關(guān)閉模塊，而且在進(jìn)行TCP／IP傳輸時(shí)，消耗的功率很大，所以要求電源必須能提供2A的峰值電流。這就要求電源模塊在提供2 A電流的情況下還要有很小的壓降，還要注意整個(gè)系統(tǒng)的其他器件都是用5 V供電。所以穩(wěn)壓芯片的輸入電壓和輸出電壓差要小于1 V，這樣才能使系統(tǒng)用一個(gè)電源供電，減小干擾。通過比較，選擇MICREL公司生產(chǎn)的可調(diào)電壓穩(wěn)壓芯片MIC29302bu這款芯片提供3 A的輸出能力，而且滿負(fù)載的壓降只有350mv，輸入和輸出之間只要滿足I V的壓差就可工作，完全滿足系統(tǒng)的需要。

對(duì)300模塊還要外置一個(gè)卡的卡座，為了防止靜電損壞，在靠近SIM片座各引腳的位置放置瞬變電壓抑制二極管，而且還要在各信號(hào)線上串聯(lián)一個(gè)20 Q的電阻，起到匹配作用。

SIM300的最關(guān)鍵部分是天線和射頻轉(zhuǎn)接線的選取。射頻連接線應(yīng)考慮的是射頻信號(hào)的損耗，做到越小越好。根據(jù)實(shí)地測量，射頻連接線的插入損耗在GSM900通訊網(wǎng)絡(luò)中小于1 dB才可以采用。天線的阻抗50 Q，收發(fā)駐波比小于2。根據(jù)以上要求采用日本Murata公司的MM9329—2700B射頻頻轉(zhuǎn)接器和通用的棒形天線。液晶顯示模塊、實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊、EPROM存儲(chǔ)模塊和串行通信模塊都是作為一個(gè)考勤系統(tǒng)的通用模塊，圖中標(biāo)注了采用的芯片。讀卡模塊采用標(biāo)準(zhǔn)的Wiegand26bits 只讀讀卡器，讀卡器輸出Wiegand26bits編碼的數(shù)據(jù)，如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)信號(hào)波形圖

由波形圖可知，26 bits的0和1是由DATAo和DATA 交替低電平確定的，而且有效數(shù)據(jù)持續(xù)時(shí)間很短，所以應(yīng)該把讀卡器的DATA。線和DATA 信號(hào)異或后接MCU的中斷管腳，這樣可有效避免信號(hào)的丟失。

綜上所述，硬件終端的框圖如圖4所示。

圖4 硬件終端框圖

4 軟件設(shè)計(jì)

在以上的硬件基礎(chǔ)上進(jìn)行軟件的編寫，采用標(biāo)準(zhǔn)C語言 實(shí)現(xiàn)主要功能：初始化各外圍的功能模塊，顯示當(dāng)前的時(shí)間，提供系統(tǒng)的時(shí)鐘，存儲(chǔ)并通過GPRS模塊發(fā)送員工打卡的參數(shù)等。具體的簡化流程圖如圖5所示。在軟件編寫時(shí)，難點(diǎn)在GPRS模塊設(shè)計(jì)部分，主要包括：模塊的初始化和數(shù)據(jù)的TCP傳輸。模塊初始化方面采用上電自動(dòng)復(fù)位開機(jī)，初始化要完成GPRS網(wǎng)絡(luò)登陸的初始化過程。MCU通過串行口發(fā)送AT命令來完成。

AT+CGDCONT： 定義pdp上下文

AT+CGAT-F；連接gprs網(wǎng)絡(luò)

AT+CGREG；GPRS網(wǎng)的登陸狀

圖5 考勤終端簡化流程圖

注意：在上電后要保持至少3 S的等待時(shí)間才可以發(fā)送標(biāo)準(zhǔn)的AT指令進(jìn)行初始化控制，否則，發(fā)送的AT命令將無效。在以上命令的返回值都為OK 時(shí)，說明網(wǎng)絡(luò)登陸成功，這時(shí)就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。文中采用TCP協(xié)議進(jìn)行傳輸，這樣可保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。利用下面的AT¨ 命令完成。

AT+CIPSTART；建立TCP／UDP連接

AT+CIPSEND；發(fā)送數(shù)據(jù)

AT+CIPCLOSE；關(guān)閉TCP連接

上位機(jī)總控中心軟件采用VB編寫，軟件利用Winsockl6j控件編程。對(duì)SIM300的指定的上位機(jī)端口進(jìn)行監(jiān)聽，隨時(shí)接受傳輸數(shù)據(jù)。

注意：對(duì)于已經(jīng)建立的TCP鏈路，如果在一段時(shí)間內(nèi)沒有數(shù)據(jù)傳輸，這條鏈路就可能斷掉，所以在實(shí)際應(yīng)用中，如果需要維護(hù)這條鏈路，要每隔一段時(shí)間（實(shí)測得到，這里為5 min）發(fā)送一個(gè)心跳包來維系鏈路；也可在傳輸數(shù)據(jù)前用AT+CIPSTATUS命令來檢測網(wǎng)絡(luò)狀況，發(fā)現(xiàn)斷開后，重新初始化鏈路。

5 結(jié)束語

把GPRS模塊SIM300和射頻IC卡應(yīng)用于這套分布式考勤系統(tǒng)中，很好地解決了對(duì)于工作點(diǎn)分散的企業(yè)考勤難的問題，實(shí)際應(yīng)用運(yùn)行良好。對(duì)這一系統(tǒng)的考勤終端改造和上位機(jī)軟件升級(jí)，還可以很好地應(yīng)用于無線自動(dòng)抄表系統(tǒng)、無人看守系統(tǒng)、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等領(lǐng)域中。