非接觸式無(wú)線(xiàn)巡更系統的應用設計

非接觸式無(wú)線(xiàn)巡更系統能夠在規定的值勤時(shí)間按照嚴格的巡更路線(xiàn)和巡更時(shí)間段，在有效時(shí)間段采集、保存巡邏人員讀巡更點(diǎn)的時(shí)間和巡更點(diǎn)信息；在非有效時(shí)間內，有人讀巡更點(diǎn)時(shí)檢驗巡更點(diǎn)是否有效、是否在允許的時(shí)間段，巡更點(diǎn)有效且在允許的時(shí)間段則進(jìn)行相應的標記，并保存該巡更事件的良好情況，否則標記為違紀行為提示信息。

　　它可識別不同類(lèi)別的標簽（巡更點(diǎn)），控制不同值勤人員的巡邏時(shí)間及允許的值勤范圍和路線(xiàn)等；可以完成巡邏人員登記操作，也可對不同值勤人員的巡邏時(shí)間及允許的值勤范圍、路線(xiàn)等進(jìn)行設定，以有效地控制巡邏有效性。系統配有便捷的上位機管理軟件，可完成設定、查詢(xún)、統計和自動(dòng)生成報表等功能，方便管理人員按部門(mén)或日期查詢(xún)統計出勤、出差、請假等各種記錄，真正實(shí)現考勤巡更情況的自動(dòng)化管理。擁有硬件管理員權限的人員可對巡更機進(jìn)行各種硬件設置，通過(guò)按鍵和液晶顯示器上的菜單選項設置巡更機。另外，作為一個(gè)獨立的手持系統，巡更機能完成采集、保存和查詢(xún)數據等操作，并且耗電少、配有可重復充電的大容量電池，可持續長(cháng)時(shí)間正常工作。

　　系統硬件設計

　　１　系統總體結構

　　非接觸式無(wú)線(xiàn)巡更系統由ＰＣ、巡更機、ＲＳ２３２／�。矗福导埃眨粒遥赞DＵＳＢ接口設備、巡更點(diǎn)標簽等部分組成。ＰＣ安裝數據庫管理系統和值勤人員考勤管理軟件，通過(guò)ＲＳ２３２、ＲＳ４８５或ＵＳＢ接口與巡更機相聯(lián)接，對巡更機進(jìn)行各種設置，從巡更機上采集考勤數據，對考勤數據進(jìn)行處理，包括設置巡邏點(diǎn)信息、修改和讀取巡更機內記錄、進(jìn)行數據分析統計和查詢(xún)，以及生成各種報表等。巡更機的主要功能是記錄值勤人員信息和采集巡更點(diǎn)巡邏時(shí)采集的數據，由單片機、　存儲器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、讀巡更點(diǎn)接口模塊、按鍵輸入、液晶顯示等模塊組成。巡更機結構如圖１所示。 

　　圖１　系統硬件結構圖

　　２　控制模塊

　　巡更機的處理器采用ＡＴ８９Ｓ５２單片機，它具有價(jià)格低廉、功耗低等特點(diǎn)，非常適合用在該系統中。ＡＴ８９Ｓ５２的Ｐ０口與三態(tài)地址鎖存器形成地址總線(xiàn)的低８位Ａ０～Ａ７，以及數據總線(xiàn)Ｄ０～Ｄ７；ＡＴ８９Ｓ５２的Ｐ２口作為地址總線(xiàn)的高８位，即Ａ８～Ａ１５。Ｐ１口和Ｐ３口用作其他Ｉ／Ｏ信號端，包括串行數據端口及ＳＰＩ接口。

　�。场∩漕l無(wú)線(xiàn)接口模塊

　　射頻無(wú)線(xiàn)模塊是單片機與無(wú)線(xiàn)標簽之間的通信接口，用于發(fā)送控制命令并讀取無(wú)線(xiàn)標簽上的信息。無(wú)線(xiàn)模塊芯片采用�。桑粒矗矗玻�，ＩＡ４４２１是全集成的低功耗、多頻道ＦＳＫ收發(fā)器，在無(wú)須申請注冊的４３３Ｍ、８６８Ｍ、９１５Ｍ頻段的設計應用完全符合ＦＣＣ和ＥＴＳＩ認證相關(guān)規定。ＩＡ４４２１能夠產(chǎn)生一個(gè)時(shí)鐘信號給微控制器使用，從而避免使用兩個(gè)晶振。在低功率應用中，ＩＡ４４２１內部的喚醒定時(shí)器支持低功耗工作，其待機（Ｓｔａｎｄｂｙ）電流僅為０．３μＡ。ＩＡ４４２１與微控制器的接口電路如圖２所示。 

　　圖２　無(wú)線(xiàn)模塊與微控制器接口圖

　　４　串口轉ＵＳＢ模塊

　　該模塊用于實(shí)現巡更機與ＰＣ之間的數據通信。本系統中采用了一片�。茫龋常矗保�，提供串口轉ＵＳＢ接口，方便無(wú)串口的ＰＣ通過(guò)ＵＳＢ接口進(jìn)行數據交換，支持單機運行和聯(lián)機使用。其中ＲＸＤ、ＴＸＤ作為數據的Ｉ／Ｏ通道連接單片機串口，完成單片機與ＰＣ之間數據讀取操作。

　　５　存儲器模塊

　　本系統采用ＳＳＴ２５ＶＦ０４０�。疲欤幔螅璐鎯ζ�，其存儲空間為４Ｍｂ，主要存儲巡更機采集到的標簽數據、操作人員、采集時(shí)間等信息。由于采用雙向高速ＳＰＩ總線(xiàn)進(jìn)行傳輸，只需三根數據線(xiàn)加片選線(xiàn)就可進(jìn)行數據讀寫(xiě)操作，提供數十兆的總線(xiàn)速率，同Ｉ２Ｃ總線(xiàn)相比只再加幾根片選線(xiàn)，就可掛接更多的ＳＰＩ接口器件，既大大節省了地址數據Ｉ／Ｏ，又提高了系統的總線(xiàn)效率。

　�。丁r(shí)鐘鐵電存儲緩沖模塊

　　該模塊為系統提供可靠的時(shí)間和數據緩沖區域。ＦＭ３３１６鐵電存儲器提供內置的實(shí)時(shí)時(shí)鐘（ＲＴＣ）模塊，只要設置好當前時(shí)間，就可以有效使用其內部的日歷和周歷。ＦＭ３３１６內部具有１６Ｋｂ的非易失性鐵電存儲單元，可用來(lái)保存通信接口的地址、讀卡時(shí)間、讀標簽數據等數據。ＦＭ３３１６提供可編程定時(shí)周期控制信號以刷新ＬＣＤ顯示器的時(shí)間顯示，觸發(fā)引腳接單片機外部中斷引腳，在外部中斷服務(wù)程序中刷新ＬＣＤ顯示器的時(shí)間顯示。ＦＭ３３１６提供雙向ＳＰＩ總線(xiàn)進(jìn)行傳輸接口，只需增加一條片選線(xiàn)就能掛載在已有的ＳＰＩ雙向總線(xiàn)上。ＦＭ３３１６通過(guò)ＳＰＩ總線(xiàn)與單片機之間進(jìn)行的地址和數據進(jìn)行傳輸，通過(guò)ＳＰＩ總線(xiàn)單片機可輕松設定和修改系統時(shí)間，將人員信息和讀標簽數據先保存起來(lái)，避免對Ｆｌａｓｈ的頻繁操作，提高系統壽命和可靠性。

　　７　無(wú)線(xiàn)電子標簽

　　無(wú)線(xiàn)電子標簽是集單片機、射頻無(wú)線(xiàn)模塊接口、存儲單元、天線(xiàn)、電源電路等模塊為一體的小型無(wú)線(xiàn)射頻系統，是巡更機系統的簡(jiǎn)化，其核心是射頻無(wú)線(xiàn)模塊接口。

　　系統軟件設計

　　單片機控制軟件由ＦＭ３３１６驅動(dòng)模塊、Ｆｌａｓｈ讀寫(xiě)驅動(dòng)模塊、ＬＣＤ驅動(dòng)模塊、鍵盤(pán)處理模塊、　串口轉ＵＳＢ通信模塊、無(wú)線(xiàn)通信控制模塊協(xié)議、命令處理以及菜單處理模塊組成。其中，設計鍵盤(pán)處理模塊和無(wú)線(xiàn)通信控制模塊協(xié)議控制軟件是難點(diǎn)，下面將對這兩個(gè)模塊的實(shí)現方法作具體的介紹。

　　１　鍵盤(pán)處理模塊

　　系統設置了１６鍵的鍵盤(pán)用于實(shí)現人機交互。用戶(hù)可以通過(guò)鍵盤(pán)直接設置和查詢(xún)考勤機的相關(guān)參數。１６個(gè)按鍵分為４排，在�。校笨诟撸次缓偷停次坏倪壿嬁刂葡螺喠鲯呙�。對應代表�。啊埂∈畟�(gè)數字鍵及“Ｓｅｔ”等６個(gè)功能鍵。按鍵連接及分布如圖３所示。 

　　圖３�。础粒存I盤(pán)接口圖

　　先從Ｐ１口的高４位輸出低電平，低４位輸出高電平，從Ｐ１口的低４位讀取鍵盤(pán)狀態(tài)。再從Ｐ１口的低４位輸出低電平，高４位輸出高電平，從Ｐ１口的高４位讀取鍵盤(pán)狀態(tài)。將兩次讀取結果組合起來(lái)就可以得到當前按鍵的特征編碼。使用上述方法可得到１６個(gè)鍵的特征編碼。 

　　將１６個(gè)鍵的特征編碼按順序排成一張表，然后用當前讀得的特征編碼來(lái)查表，當表中有該特征編碼時(shí)，它的位置就是對應的順序編碼。鍵盤(pán)掃描程序流程圖如圖４所示。 

　　圖４　鍵盤(pán)掃描程序流程圖

　　２　無(wú)線(xiàn)通信控制協(xié)議模塊

　　無(wú)線(xiàn)通信模塊用于實(shí)現巡更機與巡更點(diǎn)電子標簽的通信，巡更機可以通過(guò)天線(xiàn)發(fā)送無(wú)線(xiàn)信號命令對巡更點(diǎn)電子標簽進(jìn)行操作，如設置和讀取電子標簽地址編碼、地點(diǎn)等信息。巡更機通過(guò)無(wú)線(xiàn)射頻信號發(fā)送控制巡更點(diǎn)電子標簽的命令包，等待電子標簽的確認信號，電子標簽收到巡更機發(fā)送來(lái)的信號立即返回確認信號，若巡更機沒(méi)有在規定的時(shí)間內收到確認信號，則重新發(fā)送命令。電子標簽收到命令后立即可進(jìn)行相應處理，再通過(guò)無(wú)線(xiàn)射頻信號將結果返回給巡更機并等待巡更機的確認信號，若電子標簽沒(méi)有在規定的時(shí)間內收到確認信號，則巡更機重新發(fā)送命令和數據信息。

　　下面介紹無(wú)線(xiàn)射頻通信的實(shí)現。巡更機發(fā)送的命令數據包格式為：同步字節－命令字－標簽地址－參數長(cháng)度－參數－校驗和。圖５為巡更機發(fā)送命令執行結果時(shí)的命令及數據流程圖。 

　　圖５　發(fā)送命令及數據流程圖

　　無(wú)線(xiàn)射頻電子標簽成功接收命令后立刻執行，并向巡更機返回執行結果狀態(tài)信息。返回的命令數據包格式為：　同步字節－命令字－標簽地址－命令執行成功或失�。祷孛顖绦薪Y果的長(cháng)度－校驗和。圖６為電子標簽接收命令及數據包后響應狀態(tài)轉換過(guò)程。 

　　圖６　接收命令及數據包響應狀態(tài)轉換過(guò)程

　　無(wú)線(xiàn)射頻電子標簽的處理程序有兩個(gè)：一個(gè)是設定標簽地址及標簽內其他數據信息（Ｓｅｔ�。校颍铮悖澹螅螅�，另一個(gè)是讀取標簽地址及標簽內其他數據信息（Ｒｅａｄ�。校颍铮悖澹螅螅┎⑦@些數據通過(guò)無(wú)線(xiàn)射頻信號發(fā)送給巡更機。這兩個(gè)程序的進(jìn)入是通過(guò)命令字來(lái)判斷的，判斷處理過(guò)程對應為配置改寫(xiě)設置（Ｓｅｔ�。茫铮睿妫椋纾┖蛿祿x�。ǎ遥澹幔洹。模幔簦幔�。系統程序將這些操作結束后同樣要通過(guò)無(wú)線(xiàn)射頻信號將其狀態(tài)碼告知巡更機系統，以便于巡更系統進(jìn)入下一工作狀態(tài)。標簽地址信息是為了區別在巡更機無(wú)線(xiàn)覆蓋范圍內多個(gè)標簽而設定的區別碼，這樣可以有效避免誤碼和多個(gè)標簽競爭出錯的發(fā)生。

　　３　管理軟件設計

　　系統管理軟件是在Ｗｉｎｄｏｗｓ�。兀协h(huán)境下，采用Ｖｉｓｕａｌ�。拢幔螅椋汩_(kāi)發(fā)設計的，功能全面且用戶(hù)界面友好。功能模塊包括系統設置、巡更機控制、巡更記錄和考勤統計，其結構框圖如圖７所示。 

　　圖７　管理軟件結構框圖

　　結束語(yǔ)

　　非接觸式無(wú)線(xiàn)巡更系統的設計與開(kāi)發(fā)使得巡更過(guò)程中數據的采集、處理和維護更加簡(jiǎn)單，手動(dòng)設置巡更規則、對數據庫中的數據進(jìn)行統計查詢(xún)和自動(dòng)生成各種報表等巡邏人員的考勤管理工作變得方便迅捷。本文介紹的非接觸式無(wú)線(xiàn)巡更系統具有良好的性能，特別是在通用性、穩定性方面表現突出，硬件設計可擴展性好，運行穩定。實(shí)踐證明系統的功能完全滿(mǎn)足了設計要求。

非接觸式無(wú)線(xiàn)巡更系統的應用設計