基于单片机的考勤管理系统毕业设计+程序附录.docx

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基于单片机的考勤管理系统毕业设计+程序附录

摘要

“考勤管理系统”是以RFID射频卡为信息识别载体的适用于企业单位或学校的考勤管理系统。

本系统可使用人单位摆脱繁琐、低效的签到模式。

识别工作不受环境的影响，操作方便快捷，具有防污、防水、加密存储等优点。

结合网络通信技术和单片机技术，实现了企业和单位的自动考勤和对考勤数据的分析处理，节约了考勤时间，提高了考勤效率并提高了考勤的准确率，促进了企业单位的考勤管理信息化水平的发展。

硬件部分我们采用瑞士微电生产的EM4095构成的射频读卡电路。

该芯片具有成本低，工作稳定，精确的采样点等优点。

单片机采用51系列。

通过CAN总线方式与单片机互相通信。

读卡电路输出信号有单片机识别出卡号利用单片机与上位机之间进行232通信，实时上传数据，传送到PC机行处理。

PC主要实现功能进行检测卡号数据。

硬件部分我们采用瑞士微电生产的EM4095构成的射频读卡电路。

该芯片具有成本低，工作稳定，精确的采样点等优点。

单片机采用51系列的AT89C52。

软件部分分为读卡识别、CAN通信、AT89C52单片机与上位机通信、报警，PC方检测处理等。

本设计采用的单片机开发环境为：

AVR开发环境为CodeVisionAVRCCompiler，AT89C52开发环境为KeiluVision2。

关键词：

考勤管理系统；射频技术；单片机；CAN通信；232通信；SPI通信。

Abstract

"AttendanceManagementSystem"isbasedonRFIDradiofrequencyidentificationcardinformationcarrierforbusinessorschoolattendancemanagementsystem.Thesystemcanuseoneunittogetridofcumbersome,inefficientattendancepatterns.Identificationworkfromtheenvironment,easytooperate,withastainresistant,waterproof,encryptedstorageandsoon.Combinedwithnetworkcommunicationtechnologyandsingle-chiptechnology,theenterprisesandunitsofautomaticattendanceandattendancedataanalysisandprocessing,savingtimeandattendancetime,improveefficiencyandincreaseattendanceattendanceaccuracy,promotetheenterpriseinformationmanagementunitsattendancelevelofdevelopment.

WeusethehardwarepartoftheSwissmicro-electricproductionconstitutedEM4095RFreadercircuitry.Thechiphasalowcost,stable,accuratesamplingpoints,andsoon.Microcontrollerwith51series.WaywiththemicrocontrollerthroughtheCANbuscommunicatewitheachother.Readercircuitoutputsignalsusingmicrocontrollermicrocontrolleridentifiesthecardnumberbetween232andPCcommunication,real-timeuploaddatatransfertoaPCforprocessing.ThemainachievementoffunctionaltestingPCcarddata.

WeusethehardwarepartoftheSwissmicro-electricproductionconstitutedEM4095RFreadercircuitry.Thechiphasalowcost,stable,accuratesamplingpoints,andsoon.SCMSeries51AT89C52.

Softwarepartisdividedintoreaderidentification,CANcommunication,AT89C52microcontrollerandPCcommunication,alarm,PCsidedetectionprocessing.

Thisdesignusesamicrocontrollerdevelopmentenvironment:

AVRdevelopmentenvironmentforCodeVisionAVRCCompiler,AT89C52developmentenvironmentfortheKeiluVision2.

Keywords:

AttendanceManagementSystem;RFTechnology;SCM;CANCommunication;232;SPICommunication.

第一章绪论

背景

考勤管理系统的研究背景

随着信息化建设的不断发展，磁卡得到普遍的推广，大部分采用RFID射频技术，通过射频信号自动识别目标对象获取数据，识别工作不受环境的影响，操作方便快捷，具有防污、防水、加密存储等优点，较传统的接触式IC卡，具有明显的优势，被广泛应用在身份识别、消费等各项服务上，为企业或单位的管理以及人们的生活提供极大的便利。

然而，在考勤管理方面，大多依然采用传统的签名签到的方式进行考勤，特别是在较大企业的签到管理上更是混乱。

另外，传统签到的考勤方式既浪费时间，也给考勤数据的统计分析带来了诸多麻烦。

本设计借助射频技术，结合网络通信技术和单片机技术，实现了企业和单位的自动考勤和对考勤数据的分析处理，节约了考勤时间，提高了考勤效率，促进了企业单位的考勤管理信息化水平的发展。

国内外的研究现状

目前，在考勤管理系统方面，国外早在多年之前就进行了相关的研究和设计，现在已经在其单位和企业得到了较为广泛的普及，而我们国内，因为相关研究起步较晚，相关研究尽管达到同国外相同的水平，但是成本较高，许多单位和企业认识进行传统方式的考勤管理。

只有在一些规模较大的单位和企业才能实现无线射频卡的考勤管理系统。

总体方案

设计思路

本次设计要设计基于单片机的考勤管理系统设计,主要的过程是用读卡器识别出射频卡唯一标签，将数据通过单片机传送至PC机，进行签到处理。

硬件选择

硬件部分我们采用瑞士微电生产的EM4095构成的射频读卡电路。

该芯片具有成本低，工作稳定，精确的采样点等优点。

单片机采用51系列。

读卡电路输出信号有单片机识别出卡号，传送到PC机行处理。

PC主要实现功能进行检测卡号数据。

软件描述

软件部分主要是实现读卡电路与单片机之间数据的通信。

设计优势

本次设计与传统考勤管理系统相比，具有快捷便利，有利于对考勤数据的整理，减少考勤管理时间，避免了考勤过程中的人为因素，充分体现了考勤管理的公平公正，减少了没有必要的人事纠纷。

与其他电子类考勤宽利系统相比，所选用的硬件都是性价比较高的，在保证系统签到准确方便，工作稳定的同时，降低企业和单位在考勤管理方面的开支。

预期效果

基于单片机的考勤管理系统，核心器件是单片机，单片机作为主控制器，并辅以射频卡，CAN总线等技术，实现预期的刷卡人用射频卡在射频识别读卡器上进行刷卡，利用单片机与射频识别读卡器之间进行通信，进而识别认证出刷卡人身份，在这个时候单片机配以时钟模块，这样就可以将时间与认证的数据包一起上传到PC机，这样就保证PC机的远程监控。

本课题设计出来的系统为企业和单位提供了较为科学的、可靠的考勤管理方法，是现代化企业考勤管理的最佳模式。

第二章硬件部分设计

系统框图

图2.0系统框图

2.1EM4095射频芯片部分

2.1.1射频芯片选型依据

选型的三大原则:

1.符合国家标准　　

　　目前RFID技术并没有一个国际统一的标准。

美国的电子产品代码（EPC）全球协会正在制定美国的电子产品代码无线接口协议。

而因为其在世界微电子行业一流的基础，日本很有可能会制定自己的协议标准。

另一方面，我国的RFID标准也正在由电子标签国家标准工作组制定。

　　因此，在选择射频识别方案的时候，必须考虑具体应用所在的国家环境和标准。

在当今全球化的生产中，产业链很可能会跨越多个国家，那么产业链的管理系统就需要考虑到各个国家的有关标准，避免不必要的法律纠纷。

2.适合应用环境　　

　　RFID系统的工作频率是射频识别读写器发送射频信号时所使用的频率，RFID系统按照频率的不同可以分为低频、高频和超高频几种。

高频系统识别距离长、读写数据速率高，而低频和中频系统作用距离短、成本低。

RFID系统就基本的工作原理来说，射频识别系统还可以分为全双工系统和半双工系统以及时序系统。

射频识别的标签也可以分为有源和无源两种。

　　其应用场合的不同决定了不同的射频识别系统。

因此在开始进行方案选型的时候，用户需要根据自身的使用环境，选择最适合的系统方案，防止资金的浪费。

3.与现有系统的结合

　　企业的信息化管理与供应链管理系统息息相关的，因此具体的射频识别方案必须能够与企业现在拥有的信息系统（例如ERP）相兼容。

因此，世界上的大部分ERP提供商都拥有或者正在开发属于自己的基于射频识别的供应链管理方案，来大大降低由于兼容性所引起的不必要的风险。

2.1.2EM4095射频芯片简介

EM4095是用于RFID（射频识别）的CMOS集成收发器电路基站芯片，它具有有以下功能；

可以利用载波来驱动天线；

用于可读写应答器的AM调制磁场；

对从天线传输来应答器的AM调制磁场；

和微处理器通过简单接口通讯；

一.优点：

1.外部器件少，成本低；

2.性能稳定；

3.更宽的可靠的的AM调节；

4.可变参数只有2个，所以系统分析和设计更加容易；

5.精确的采样点；

6.使用简单；

7.低功耗；

8.具有同步时钟信号输出：

可以轻松的得到头部信息。

二.特点：

1.锁相环系统是集成的，从而使自适应载波频率与天线谐振频率相配。

2.不需要外部晶振；

3.载波频率范围是100到150KHz；

4.驱动天线的方式是用桥驱动直接驱动；

5.进行数据传输的方式是以OOK（100%AM调节）；

6.进行数据传输的方式是用外部可调整系数的单端驱动器以AM调制；

7.兼容多种应答器协议；

8.睡眠模式1µA；

9.40至85°C温度范围；

2.1.3EM4095结构原理

图2.1EM4095框图

原理分析：

用来操作设备的是EM4095的引脚SHD和MOD。

当SHD为高电平时，EM4095为睡眠模式，电流消耗为最小。

在上电的时候，SHD必须是高电平输入，来使初始化操作正确。

当SHD为低电平的时候，回路可以发射射频场，并且开始对天线上的振幅调制信号进行解调。

用来对125KHz射频信号进行调制的是引脚MOD。

当在该引脚上施加高电平的时候，天线驱动将被阻塞，进而电磁场会关掉；当在该引脚上施加低电平的时候，片上VCO将进入自由运行模式，没有经过调制的125KHz的载波将出现在天线上。

EM4095用作只读模式，引脚MOD没有使用，将它连接至VSS。

环滤波、电压控制振荡器和相比较模块加在一起组成锁相环。

为了使DEMOD_IN引脚上得到的电压是天线的真实电压，使用外部电容分压。

锁相环将载波频率锁定在天线的谐振频率上。

因为天线种类的不同，在100kHz到150kHz之间的范围内系统谐振频率都是可以的。

当谐振频率落在100kHz到150kHz之间的时候，就会被锁相环锁定。

接收模块解调的输入信号是天线上的电压信号。

接收链路的输入信号用的是DEMOD_IN引脚。

该输入信号的级别应该比VDD-0.5V低，比VSS+0.5V高。

输入信号的级别可以通过外部电容分压来进行调节。

一定要通过较小的谐振电容来补偿分压器增加的电容。

直流偏置取消、带通滤波还有比较器组成接收电路。

通过内部电阻把DEMOD_IN上的直流电压信号设置在AGND引脚上。

采样AM信号，通过VCO时钟来同步，CDEC电容移除所有信号中的直流部分。

通过进一步的滤波，余下的载波信号、二阶高通滤波器还有CDC2所带的低频和高频噪声被移除。

接收信号通过放大和滤波处理，传输到异步比较器，比较器的输出缓存至DEMOD_OUT。

DVDD脚和VDD连接，DVSS脚和VSS连接。

VDD和VSS上的电压降并不是流过管脚DVDD和DVSS电流产生的电压降。

避免了因为天线驱动器产生的电源尖峰。

如果我们对VSS管脚还有VDD管脚进行隔离，这也是可以有效果的。

连接到相同VSS上的电容都应该是跟DC2/AGND/DMOD_IN管脚有关连的。

天线驱动使用提供VSS和VDD的电源的驱动器ANT，任何电源的变化和外界的噪声都会很严重的对天线谐振回路产生影响。

我们尤其要注意的是频率为20kHz的噪声，因为EM4095就是在这个频率上响应信号的。

我们可以把在管脚AGND上电容的值从220nF调至1uF。

因为要想减小接收的噪声，电容值越大越好。

A我们可以利用外部电容和内部电阻（2KΩ）对GND电压来滤波。

从驱动器ANT里发出的电流值的大小是不受EM4095限制的。

在天线谐振回路的设计上，务必要求最大电流不可以高于250mA。

如果这个值超过了250mA，则说明天线的品质因数有问题，必须使用串联电阻的方法进行限制。

务必使控制NMOS门的信号以及MOD信号一起调为低电平，该信号要想变为置高电平，必须是在调制天线的振幅之后。

如果天线的品质因数较高，天线上的电压可以比正常高一些。

要想提升读取的灵敏性，可以用外部检测回路来实现。

2.1.4磁卡与EM4095之间ISO14443协议

此次课题需要开发的射频识别卡读写设备是基于ISO/IEC14443TypeA标准的[6]和[7]。

由四个部分组成的ISO/IEC14443协议将卡定义为2种类型，TypeA以及TypeB。

TypeA以及TypeB的区别主要是在调制方式和编码方式上的不同。

调制方式上A型和B型的主要差别是，A型数据传输与微处理器工作是不能同时进行的，而B型数据传输与微处理器工作是可以同时进行的。

编码方式上A型和B型的区别主要是，A型必须用专门的硬件解码进行解码，而B型易于进行软件解码。

协议

ATQ对请求的应答

ATQA对A型卡请求的应答

ATQB对B型卡请求的应答

ATR对重新启动的请求的应答

ATS对选择请求的应答

ATQ-ID对ID号请求的应答

CRC环检验码

RATS对选择应答请求

REQA对A型卡的请求

REQB对B型卡的请求

REQ-ID请求ID号

RESEL重新选择的请求

卡片返回的代码说明：

0x00:

对指定地址的访问被拒绝

0x01:

CRC或奇偶校验错误

0x04:

交易:

溢出错误

其它命令:

对指定地址的访问被拒绝

0x05:

CRC或奇偶校验错误

0x0A:

确认

基本命令：

REQUEST

控制单元射频卡

Command:

0x26or0x52

0x26:

IDLE模式，只选择天线范围内IDLE模式的卡片

0x52:

ALL模式，选择天线范围内所有卡片

Len:

0

射频卡控制单元

Len：

2

Data[0]：

_TagType（低字节）0x04

Data[1]：

_TagType（高字节）0x00

在重新选择卡片时必须执行request操作。

ANTICOLL

控制单元射频卡

Command:

0x93

Len:

1

Data[0]:

0x20NVB

射频卡控制单元

Len:

5

Data[0]:

_Snr（LL）

Data[1]:

_Snr（LH）

Data[2]:

_Snr（HL）卡片系列号

Data[3]:

_Snr（HH）

Data[4]:

BCC

此操作必须紧随在request操作后执行.如果被选的卡片的系列号已知，可

以不用执行此操作

SELECT

控制单元射频卡

Command:

0x93

Len:

6

Data[0]:

0x70

Data[1]:

_Snr（LL）

Data[2]:

_Snr（LH）

Data[3]:

_Snn（HL）

Data[4]:

_Snr（HH）卡片系列号（UID）

Data[5]:

BCC

射频卡控制单元

Len:

1

Data[0]:

_Size（卡片容量值：

0x08或0x88）

AUTHENTICATION

控制单元射频卡

Command:

0x60or0x61

Len:

2

Data[0]:

0x60or0x61（0x60使用KEYA作验证，0x61使KEYB作验证）

Data[1]:

_SecNr（扇区号）*4（即每个扇区的块0的块地址）

射频卡控制单元

Len:

0

如果读写模块中的密码与卡片中的密码相匹配，则可以进行读、写等操作。

HALT

控制单元射频卡

Command:

0x50

Len:

0

射频卡控制单元

Len:

0

将操作后的卡片置于halt模式。

如果又要对卡片操作，必须重新执行

request操作。

READ

控制单元射频卡

Command:

0x30

Len:

1

Data[0]:

_Adr块地址（0～63）

射频卡控制单元

Len:

16

Data[0]:

数据块的第一字节:

Data[15]：

数据块的最后一个字节

WRITE

控制单元射频卡

Command:

0xA0

Len:

17

Data[0]:

_Adr要写入数据的块地址（1～63）

射频卡控制单元

Len：

4Bit

DATA[0]:

0x0A（ACK）

Data[1]:

要写入卡片中的第一个数据:

Data[16]:

要写入卡片中的最后一个数据

射频卡控制单元

Len:

4Bit

DATA[0]:

0x0A（ACK）

INCREMENT

控制单元射频卡

Command:

0xC1

Len:

5

Data[0]:

_Adr数值块的地址

射频卡控制单元

Len:

4Bit

DATA[0]:

0x0A（ACK）

Data[1]:

_Value（LL）

Data[2]:

_Value（LH）

Data[3]:

_Value（HL）

Data[4]:

_Value（HH）要增加的数值

射频卡控制单元

Len:

0

DECREMENT

控制单元射频卡

Command:

0xC0

Len:

5

Data[0]:

_Adr数值块的地址

射频卡控制单元

Len:

4Bit

DATA[0]:

0x0A（ACK）

Data[1]:

_Value（LL）

Data[2]:

_Value（LH）

Data[3]:

_Value（HL）

Data[4]:

_Value（HH）要减少的数值

射频卡控制单元

Len:

0

RESTORE

控制单元射频卡

Command:

0xC2

Len:

6

Data[0]:

_Adr数值块的地址

射频卡控制单元

Len:

4Bit

DATA[0]:

0x0A（ACK）

Data[1]:

0x00

Data[2]:

0x00

Data[3]:

0x00

Data[4]:

0x00

射频卡控制单元

Len:

0

此操作相当于执行decrement（0）。

TRANSFER

控制单元射频卡

Command:

0xB0

Len:

1

Data[0]:

Adr要传输数据的卡片块地址

射频卡控制单元

Len:

4Bit

DATA[0]:

0x0A（ACK）

2.1.5EM4095与单片机连接原理图

本课题中进行通信方式应用了SPI方式，EM4095的SPI片选信号、SPI时钟、SPI口输出、SPI口输入引脚分别与单片机的P1.0、P1.1、P1.2、P3.3相对应。

天线发发射出的是频率为的134.2KHZ的调制信号。

图2.2EM4095与单片机连接原理图

2.2AVR单片机部分

2.2.1单片机选型依据

本设计采用以AVR单片机为核心，选型AVR单片机主要是因为AVR单片机

具有以下特点：

1.速度快：

运用大型快速存储寄存器以及快速单周期指令的AVR单片机。

累加器用32个通用寄存器代代替，这样就取消了以往累加器和存储器之间的数据传送，一条指令访问两个独立的寄存器，在一个时钟周期内就能得到执行。

与常规CISC微控制器相比，代码效率快了十倍。

2.性价比较高

AVR单片机中的引脚,既有较多的器件也有较少的器件，在用户进行选择的时候给了很多方便。

AVR单片机的程序存储器还有数据存储器是不在一起的，想要访问程序存储器和数据存储器可以直接访问。

AVR单片机片内的资源与其他类型的单片机相比较为丰富。

为我们在硬件设计上提供了许多方便。

AVR单片机的保密强度非常高。

因为有多层密码保护锁死功能的程序存储器FLASH，所以解密基本是不可能的。

3.系统内可重新编程

AVR单片机片内可以进行系统内重新编程,这样对于老产品的维护就会很方便，同时对于新产品的开发，也有了很大的便利。

4.工作电压范围宽、抗干扰能力强

AVR单片机内部自带5V转3.3V电路，工作电压范围宽，其在使用过程中，应用的范围较广，适应性特别强。

抗干扰的能力也为用户的使用提供了许多方便。

2.2.2ATMEL单片机简介

本设计采用ATMEL系列单片机，AT89C52是一个CMOS8位的性能高，电压低的一种单片机，片内含有可以重复擦写的Flash只读程序存储器，还带有随机存取数据存储器（RAM）。

采用的是ATMEL公司特有的密度高、非易失性存储的技术进行生产。

并且可以兼容标准MCS-51的指令系统。

单片机内通用的8位中央处理器以及Flash存储单元在片内也被安置，此种型号的单片机在电子技术行业内的应用较为广泛。

ATMEL128L单片机内部主要包括：

1个8位CPU；

128K系统内可编程FLASH；

4K字节的EEPROM，4K字节的SRAM；

53个IO口线；

32个通用寄存器；

实时时钟RTC；

一个灵活的具有比较功能和PWM功能的定时器/计数器；

两个UART；

8通道10位ADC；

具有内部振荡器的可编程看门狗定时器；

SPI串行接口；

六中通过软件形式的省电模式；

2.2.3AT89C52原理图部分

原