基于GPRS和射頻IC卡的分布式考勤管理系統(tǒng)

　　大慶石油管道公司負責(zé)石油管道的維護和提供石油運輸?shù)膭恿Σ糠?，所以油泵工作站分布在廣袤的原野上。由于距離和工作強度的不同，事故突發(fā)性強，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。根據(jù)這種實際情況，采用總控中心和各考勤終端的總分模式，每個員工以射頻IC卡作為ID識別卡，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際情況。 

　　1 GPRS網(wǎng)絡(luò)  

　　GPRS 是基于現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)的，需要在現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)中增加一些節(jié)點，網(wǎng)關(guān)GPRS支持節(jié)點GGSN，服務(wù)GPRS支持節(jié)點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記錄移動設(shè)備的當前位置信息，并在移動設(shè)備和各種數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間完成移動分組數(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，因為它有很多優(yōu)勢：價格合理，中國移動公司提供的GPRS服務(wù)按照流量計費，也可采取包月的形式，價格低廉；傳輸速率高，實時性好，數(shù)據(jù)量大，GPRS可提供高達115 kbit／s的傳輸速率；接人時問短，分組交換接人時間少于1 s，基于IP協(xié)議，可提供強大的Internet接人能力；永遠在線，可靠性高，抗干擾能力強。 

　　2 系統(tǒng)總體設(shè)計  

　　根據(jù)實際需要確定以下系統(tǒng)工作流程：員工進入公司后，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)議編碼的射頻卡號并賦予一個員工編號，然后通過Internet發(fā)送給分散在各地的遠程終端，使其儲存員工的射頻IC卡號和員工編號，當員工在各個終端打卡時，終端記錄下打卡時間和員工編號，各終端定時分別通過GPRS模塊把定時段內(nèi)的員工登陸情況和終端編號發(fā)送給Internet上的總控中心，總控中心按員工編號存貯登陸情況，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)計的難點。文中采用SIMCOM 公司生產(chǎn)的GPRS模塊SIM300 -3j作為無線通信部分，其價格比同類模塊低廉，其且功能強大，內(nèi)嵌標準的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電平的標準異步串行口，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)計上不用專門的電平轉(zhuǎn)換芯片，只需采用三線制進行簡單連接，就可實現(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)計中需要特別注意以下幾點。 

　　電源部分：由于300采用3。4～4。5 V供電，低于3。4 V則自動關(guān)閉模塊，而且在進行TCP／IP傳輸時，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300模塊還要外置一個卡的卡座，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，而且還要在各信號線上串聯(lián)一個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)考慮的是射頻信號的損耗，做到越小越好。根據(jù)實地測量，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、實時時鐘模塊、EPROM存儲模塊和串行通信模塊都是作為一個考勤系統(tǒng)的通用模塊，圖中標注了采用的芯片。 

　　讀卡模塊采用標準的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)時間很短，所以應(yīng)該把讀卡器的DATA。線和DATA 信號異或后接MCU的中斷管腳，這樣可有效避免信號的丟失。  

　　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  

　　在以上的硬件基礎(chǔ)上進行軟件的編寫，采用標準C語言 實現(xiàn)主要功能：初始化各外圍的功能模塊，顯示當前的時間，提供系統(tǒng)的時鐘，存儲并通過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，難點在GPRS模塊設(shè)計部分，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復(fù)位開機，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的等待時間才可以發(fā)送標準的AT指令進行初始化控制，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，說明網(wǎng)絡(luò)登陸成功，這時就可以進行數(shù)據(jù)的傳輸。文中采用TCP協(xié)議進行傳輸，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  

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

　　注意：對于已經(jīng)建立的TCP鏈路，如果在一段時間內(nèi)沒有數(shù)據(jù)傳輸，這條鏈路就可能斷掉，所以在實際應(yīng)用中，如果需要維護這條鏈路，要每隔一段時間(實測得到，這里為5 min)發(fā)送一個心跳包來維系鏈路；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，很好地解決了對于工作點分散的企業(yè)考勤難的問題，實際應(yīng)用運行良好。對這一系統(tǒng)的考勤終端改造和上位機軟件升級，還可以很好地應(yīng)用于無線自動抄表系統(tǒng)、無人看守系統(tǒng)、遠程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等領(lǐng)域中。