基于GPRS和射频IC卡的分布式考勤管理系统

大庆石油管道公司负责石油管道的维护和提供石油运输的动力部分，所以油泵工作站分布在广袤的原野上。由于距离和工作强度的不同，事故突发性强，员工频繁更替在各工作站工作，出勤和岗位工资就非常难以统计。根据这种实际情况，采用总控中心和各考勤终端的总分模式，每个员工以射频IC卡作为ID识别卡，通信媒介采用GPRS网络，适合管道公司的工作站分布广泛的实际情况。 

　　1 GPRS网络  

　　GPRS 是基于现有的GSM网络实现的，需要在现有的GSM网络中增加一些节点，网关GPRS支持节点GGSN，服务GPRS支持节点SGSN。GGSN在GPRS网络和公用数据网之间起关口站的作用，它可以和多种不同的数据网络连接；SGSN记录移动设备的当前位置信息，并在移动设备和各种数据网络之间完成移动分组数据的发送和接收，为服务区内所有用户提供双向分组路由。GPRS网络框图如图1所示。  

图1 GPRS网络框图 

本系统采用GPRS网络作为通信媒介，因为它有很多优势：价格合理，中国移动公司提供的GPRS服务按照流量计费，也可采取包月的形式，价格低廉；传输速率高，实时性好，数据量大，GPRS可提供高达115 kbit／s的传输速率；接人时问短，分组交换接人时间少于1 s，基于IP协议，可提供强大的Internet接人能力；永远在线，可靠性高，抗干扰能力强。 

　　2 系统总体设计  

　　根据实际需要确定以下系统工作流程：员工进入公司后，首先用总控中心软件通过串行口控制发卡器发卡，即总控中心软件读取Wiegand 26 bits协议编码的射频卡号并赋予一个员工编号，然后通过Internet发送给分散在各地的远程终端，使其储存员工的射频IC卡号和员工编号，当员工在各个终端打卡时，终端记录下打卡时间和员工编号，各终端定时分别通过GPRS模块把定时段内的员工登陆情况和终端编号发送给Internet上的总控中心，总控中心按员工编号存贮登陆情况，并根据他们的登陆终端的不同赋予不同工资权值，做到工资和考勤的管理。系统构成如图2所示。 

图2 系统构成简图 

3 硬件终端的构成  

　　根据系统的需要，各终端基于GPRS网络的通信是系统硬件终端设计的难点。文中采用SIMCOM 公司生产的GPRS模块SIM300 -3j作为无线通信部分，其价格比同类模块低廉，其且功能强大，内嵌标准的TCP／IP协议，使控制MCU端无需涉及复杂的TCP／IP协议栈的编写；提供1TrL电平的标准异步串行口，这样MCU和模块的通信就是简单的串行通信。由于采用TTL电平，在硬件设计上不用专门的电平转换芯片，只需采用三线制进行简单连接，就可实现可靠的通信；外围资源丰富，具备A／D、SPI、音频、麦克接口等；通用、简单、易上手的AT指令覆盖GPRS所有功能，提高开发速度。但是，在300的外围电路设计中需要特别注意以下几点。 

　　电源部分：由于300采用3。4～4。5 V供电，低于3。4 V则自动关闭模块，而且在进行TCP／IP传输时，消耗的功率很大，所以要求电源必须能提供2A的峰值电流。这就要求电源模块在提供2 A电流的情况下还要有很小的压降，还要注意整个系统的其他器件都是用5 V供电。所以稳压芯片的输入电压和输出电压差要小于1 V，这样才能使系统用一个电源供电，减小干扰。通过比较，选择MICREL公司生产的可调电压稳压芯片MIC29302bu这款芯片提供3 A的输出能力，而且满负载的压降只有350mv，输入和输出之间只要满足I V的压差就可工作，完全满足系统的需要。 

　　对300模块还要外置一个卡的卡座，为了防止静电损坏，在靠近SIM片座各引脚的位置放置瞬变电压抑制二极管，而且还要在各信号线上串联一个20 Q的电阻，起到匹配作用。  

　　SIM300的最关键部分是天线和射频转接线的选取。射频连接线应考虑的是射频信号的损耗，做到越小越好。根据实地测量，射频连接线的插入损耗在GSM900通讯网络中小于1 dB才可以采用。天线的阻抗50 Q，收发驻波比小于2。根据以上要求采用  
日本Murata公司的MM9329—2700B射频频转接器和通用的棒形天线。  

　　液晶显示模块、实时时钟模块、EPROM存储模块和串行通信模块都是作为一个考勤系统的通用模块，图中标注了采用的芯片。 

　　读卡模块采用标准的Wiegand26bits 只读读卡器，读卡器输出Wiegand26bits编码的数据，如图3所示。 

图3 数据信号波形图

由波形图可知，26 bits的0和1是由DATAo和DATA 交替低电平确定的，而且有效数据持续时间很短，所以应该把读卡器的DATA。线和DATA 信号异或后接MCU的中断管脚，这样可有效避免信号的丢失。  

　　综上所述，硬件终端的框图如图4所示。 

图4 硬件终端框图

4 软件设计  

　　在以上的硬件基础上进行软件的编写，采用标准C语言 实现主要功能：初始化各外围的功能模块，显示当前的时间，提供系统的时钟，存储并通过GPRS模块发送员工打卡的参数等。具体的简化流程图如图5所示。在软件编写时，难点在GPRS模块设计部分，主要包括：模块的初始化和数据的TCP传输。模块初始化方面采用上电自动复位开机，初始化要完成GPRS网络登陆的初始化过程。MCU通过串行口发送AT命令来完成。 

　　AT+CGDCONT： 定义pdp上下文  
　　AT+CGAT-F；连接gprs网络  
　　AT+CGREG；GPRS网的登陆状 

图5 考勤终端简化流程图

注意：在上电后要保持至少3 S的等待时间才可以发送标准的AT指令进行初始化控制，否则，发送的AT命令将无效。在以上命令的返回值都为OK时，说明网络登陆成功，这时就可以进行数据的传输。文中采用TCP协议进行传输，这样可保证数据传输的可靠性。利用下面的AT¨ 命令完成。  

　　AT+CIPSTART；建立TCP／UDP连接   
　　AT+CIPSEND；发送数据   
　　AT+CIPCLOSE；关闭TCP连接  

　　上位机总控中心软件采用VB编写，软件利用Winsockl6j控件编程。对SIM300的指定的上位机端口进行监听，随时接受传输数据。 

　　注意：对于已经建立的TCP链路，如果在一段时间内没有数据传输，这条链路就可能断掉，所以在实际应用中，如果需要维护这条链路，要每隔一段时间(实测得到，这里为5 min)发送一个心跳包来维系链路；也可在传输数据前用AT+CIPSTATUS命令来检测网络状况，发现断开后，重新初始化链路。 

　　5 结束语   

　　把GPRS模块SIM300和射频IC卡应用于这套分布式考勤系统中，很好地解决了对于工作点分散的企业考勤难的问题，实际应用运行良好。对这一系统的考勤终端改造和上位机软件升级，还可以很好地应用于无线自动抄表系统、无人看守系统、远程数据采集系统等领域中。