中小学安全考勤系统下位机的设计与实现

林梅燕

摘要：目前中小学生的安全问题关已成为学校工作的首位，做好考勤工作则是学生安全管理工作的重中之重，而传统的考勤存在延时性、效率低等缺点，且目前的线上签到技术也不适合中学生禁止带手机的情况。针对以上问题本文提出一款基于RFID射频识别技术的学生考勤系统下位机设计，该系统采用以STC89C52单片机为主控，主要包括MFRC522模块、DS1302时钟芯片、OLED显示屏和SIM800C模块，实现身份标签、实时显示学生信息、利用GSM模块进行远程预警，使得家长能及时了解学生情况等功能，能够及时、准确、高效反映中小学生安全考勤情况。

关键词：安全考勤系统;RFID模块;GSM模块;下位机

中图分类号：TN914 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2020）12-0229-03

1引言

一直以来，中小学生在校外安全事故都处于多发期，危险事故的发生给社会带来了恶劣的影响，更是给他们的家庭带来了不幸。中小学生的人身安全问题是社会问题的重中之重。学校应重视学生的安全管理，便需要学校老师和家长及时掌握学生的安全情况。但是因为在校学生人数过多，在校内流动性大，中小学教师人数较少，管理范围宽，管理难度大，老师要在授课的同时及时掌握班级所有学生的到校情况非常之难，学生未及时到校，发生了事件，未能及时通知家长掌握学生具体安全情况，且目前为了中小学生认真学习，禁止学生用手机，无法用到线上签到技术，这些都是学生安全管理工作的主要困难之处。

因此，本系统提出一个根据实际教学情况开发的具有实用性的中小学生安全考勤系统，该系统中小学安全考勤系统是利用射频识别（RFID）技术和计算机信息处理技术开发而成的综合信息管理系统。采用RFID技术，在学校大门安装考勤机，学生进出时刷IC卡。考勤机将IC卡信息有线传输至上位机，系统经过处理后可判断具体信息，同时将学生入校、离校信息保存在数据库中，可供老师查看，解决了汇总一学期考勤信息工作量大，统计烦琐的问题。

该考勤系统分为两部分上位机和下位机，本文主要负责下位机设计，实现学生考勤信息的采集并能及时发现考勤异常发送短信给家长或老师等功能。

2系统总体构成

中小学安全考勤系统的下位机设计主要由主控模块、RFID模块、GSM模块、继电器模块、实时时钟、显示模块、USB转串口模块和按键组成的。主控模块由单片机完成最小系统构成，通过RFID模块来进行学生IC卡的采集，当学生进出校门刷卡时，RFID模块识别到学生IC卡，然后将IC卡号通过串口发给上位机，实时时钟为系统提供精确的时间基准，也可通过OLED显示屏来显示学生信息和刷卡时间。当发现学生迟到、旷课时通过GSM模块发送报警短信给家长。实时时钟为系统提供精确的时间基准，显示模块显示学生信息和刷卡时间，GSM模块发送短信，USB转串口模块将数据发送给上位机。系统总体设计方案如图1。

3系统硬件设计

主要介绍主控制器STC89C52最小系统、RFID模块、GSM模块、USB转串口模块的硬件设计，实现对学生考勤信息的管理。

3.1STC89C52最小系统电路

STC89C52单片机由5V的电源供电。P0.0-P0.1口接按键Keyl和Key2。P0.6-P0.7接OLED显示屏时钟线SCL和双向数据线SDA。P2.1-P2.3口接时钟芯片DS1302串行时钟SCLK、数据输入/输出引脚10和RST复一脚。P3.0-P3.1口接GSM模块数据口T-RX和T-TX。P3.5-P3.6口分别接蓝、红色LED灯。P3.7口接继电器输出触点的公共端子。单片机的最小系统电路通过RST口接复位电路，共同组成。复位电路的复位方式有三种：（1）在RST和正极电源之间放置一个开关，通电后RST上输入高电平即可实现手动复位。（2）单片机上电时候会自动复位一次。（3）在程序运行过程中，在有必要的时候，通过程序来控制单片机复位。单片机最小系统电路如图2所示。

3.2RFID模块

RFID模块电路设计如图3所示。引脚1与LM1117-3.3V的芯片连接，因为模块采用电压为3.3V。该系统由5V的电源供电，故加一块LM1117-3.3V的芯片可以把5V转为3.3V。引脚2与单片机P1.2连接，用来完成初始化操作。MF RC522模块是射频卡和单片机通信的桥梁，其使用的是SPI接口，引脚5、6、7、8与分别与单片机引脚P1.6、P1.5、P1.4、P1.3连接进行通信。在SPI通信中，单片机作为主机，MF RC522模塊作为从机，SPI的时钟由主机SCK产生，数据通过MOSI从单片机传输到MFRC522模块，通过MISO从MF RC522模块发送回单片机，片选信号在数据写入期间保持低电平;在无数据时保持高电平。

3.3GSM模块

GSM模块与单片机的通信采用串口协议，TTL电平控制接口，可以直接接单片机串口电平逻辑。GSM模块电路图如图4所示，引脚2-3与单片机RXD、TXD连接，实现与单片机的通信。

3.4USB转串口模块

本系统采用了USB转串口通信给电脑上位机。串口插针电路图如下图5所示。引脚1和引脚2分别与单片机、TXD和RXD相连，实现USB转TTL串口，将数据传输给PC机。

4系统软件设计

4.1逻辑判断原理分析

根据学校实际情况进行分析处理，本系统逻辑判断分为四种情况：

（1）正常：学生上学时间点前到校，放学时间点后离校。

（2）迟到：学生上学时间点十分钟后还未到校，放学时间点后离校。

（3）旷课：学生上学时间点后一小时还未到校。

（4）早退：学生上学时间点前到校，但放学时间点前离校。

4.2系统主程序流程

系统主程序首先需要将系统初始化，发送AT指令检测GSM模块是否能正常工作。调用实时时钟子程序读取时间，OLED显示实时时间。调用刷卡功能子程序识别学生IC卡，学生进出校门刷卡，如果IC卡未注册，LED灯闪烁，注册学生IC卡，显示学号信息。已注册过的卡刷卡时显示学生的学号以及时间，并将卡号发送给上位机，供上位机记录处理信息。当学生迟到、旷课时发送AT指令至GSM模块，发送短信至手机以便老师与家长能及时了解情况。系统主程序流程图如图6所示。

5整机演示结果

实现考勤，设置考勤时段，设置系统时间，RFID读取IC卡，当IC卡未注册时，LED灯闪烁，按下注册按键可以实现IC卡的注册，注册完后学生刷卡显示学生学号和刷卡时间，并发送卡号给上位机，如果学生到规定时间未进校刷卡，就发送短信给家长。

设置考勤时段如图7所示，显示屏左边显示的是考勤时段，右边显示的是实时时间。根据实际情况，学校分为夏时令和冬时令，所以设计为可手动更改考勤时段。注册学生卡如图8所示，显示屏显示的是学生学号。因为需要动态注册，无法显示中文，目前只能用数字显示，数字代表着学号，与学生一一对应。学生刷卡显示学生学号和刷卡时间如图9所示，显示屏第一行现实的是学生卡号，第二行显示的是学生刷卡时的时间。

学生到规定时间未进校刷卡，发送短信给家长，当学生上课后十分钟还没未到学校刷卡时发送迟到短信给家长，如图10所示;当学生上课后一小时还未到学校刷卡时发送旷课短信绐家长，如图11所示。

5结论

本文设计的部分是中小学安全考勤系统的下位机设计。主要是以STC89C52单片机作为控制的核心，利用RFID模块来进行学生IC卡的采集，当学生进出校门刷卡时，RFID模块识别到学生IC卡，然后将IC卡号通过串口发给上位机，时钟芯片为系统提供精确的时间基准，也可通过显示屏来显示学生信息和刷卡时间。当发现学生迟到、旷课时通过CSM模块发送报警短信给家长，联调上位机，将学生入校、离校信息保存在数据库中，供老师查看，解决了汇总一学期考勤信息工作量大，统计烦琐的问题，并且能够及时、准确、高效反映中小学生安全考勤情况，具有一定实用性。