袁高腾 基于RFID技术的学生考勤系统

学生考勤系统由硬件和软件两个部分构成。硬件部分主要是能够实现读取卡号，显示相关学生信息，以及能够传输和接收相关信息。软件部分包括操作界面和数据库处理两个内容，操作界面主要是相关内容的显示，包括登录和操作两个内容。操作页面由显示学生信息，显示课程信息，学生考勤信息页面，考勤操作页面，教师信息页，开课设置页面等六个页面组成。数据库处理是用来处理对老师，学生，课程管理以及上课考勤等相关信息的处理。
系统的硬件部分，根据调查市场上现有的RFID考勤系统，需要读卡器和PC直接连接，造成使用非常不方便。为了解决这一问题，本设计打算采用无线通信技取代传统的有线通信。读卡器端直接放置在教室门口，学生在班级门口时，就能刷卡进入班级。因此本设计硬件的相关模块包括:电源模块，刷卡提示模块，显示模块，无线通信模块，射频卡识别模块以及控制模块。电源模块用来给系统供电，因为系统中各部分工作电压不同，电压模块能解决相关问题。刷卡提示模块是利用蜂鸣器或发光二极管等提示，当刷卡成功时能发出提示声音或指示灯发光。显示部分是利用相关液晶屏显示学生的相关信息以及系统工作情况。无线通信模块，系统能够将读取的射频卡号发送给上位机，也能接收上位机发出的信息。射频卡识别模块能够读取相关卡号，并能传送至主控制芯片。控制模块，利用相关芯片对给部分进行控制处理，完成系统硬件功能。

软件部分能够实现对老师的添加，老师可以对学生进行添加，删除，修改，查看。同时也能添加和删除相关课程，查询每门课学生人数，出勤情况，同时也能及时查看学生刷卡情况，能够看到学生照片用以对比学生信息。

系统模型设计过程如下，老师可以通过对上位机的操作，完成相关课程的开课，以及选择相关学生，学生通过刷卡完成上课考勤，老师通过对相关信息的筛选完成学生上课信息的查看，相关模型图如图1所示。

图1 系统模型图

系统采用STC公司IAP15W4K58S4单片机作为主控制芯片、采用ESP8266作为WIFI通信模块、RFID-RC522为读卡器的标签、1602液晶显示模块，此外还需解决电源供电模块间工作电压不一致等问题，USB转TTL串口以及按键，LED提示等电路设计，系统的结构如图2所示。

图2 系统硬件结构图

初始化包括初始化单片机，液晶屏以及RFID，过程中系统液晶屏会显示“RFID System”在完成初始化后则显示“connect server..”。初始化程序如下：

 init_system();           //初始化系统单片机

 init_lcd();              //初始化液晶屏，并清屏

  fill_screen();

 sprintf(lcd_line1,"RFID System");

 write_string(lcd_line1,1,1);

 sprintf(lcd_line2,"connect server..");

 write_string(lcd_line2,2,1);

 init_rfid_system();      //初始化RFID

 WDT_CONTR = 0x37;      //开启看门狗

看门狗的功能是为了防止程序非正常工作时，从新回到系统上电状态，在程序调试和运行过程都有着很重要的意义。

完成相关初始化后，即调用加入wifi程序，需要对此进行判断，是否加入成功，若加入成功，即可继续操作，若没有成功，则继续加入wifi的程序。相关代码如下：

if (setup_wifi_dev()) {

   Serial_println("wifi device ok!");

      wifi_dev_ok= 1;

      LED1= 0;                  //网络连接成功,LED1亮

      fill_screen();

   sprintf(lcd_line1,"RFID System");

   write_string(lcd_line1,1,1);

   sprintf(lcd_line2,"Ready!");

   write_string(lcd_line2,2,1);

  }else {

   Serial_println("wifi device error!");

      while(1) {

        DelayMS(5000);    //延时5秒，重启设备

        return;

      }

  }

成功加入WIFI后，进行清屏等相关操作，然后进入死循环，执行读卡，向服务器发送数据等操作，为了防止长时间不用而产生的掉线，做了一个网络心跳操作，即定期向服务器发送不相干的操作保证网络连接相关程序如下：

while (1) {

   WDT_CONTR = 0x37;            //开启看门狗

   process_rfid_event();       //RFID系统扫描卡片  

   if (time0_flag == 1) {

        fill_screen();

     sprintf(lcd_line1,"RFID System");

     write_string(lcd_line1,1,1);

     sprintf(lcd_line2,"Ready!");

     write_string(lcd_line2,2,1);        

        time0_flag = 0;        

        LED2 = ~LED2;   //状态指示灯 闪烁

        if (send_heartbeat_time_interval_action--<= 0) {  //定期发送网络心跳包给服务器

             send_heartbeat_time_interval_action=  send_heartbeat_time_interval; //设置计数初值

        if(send_heartbeat_data_to_server() == 0) { //发送数据异常，重启系统

               goto START;

             }

        }  

      }    

      if(recv_valid_data) {       //判断标志位 是否接收到网络数据

        if (g_i < 32)                   //判断wifi是否有 有效数据

          continue;

        recv_valid_data = 0;

        Serial_println(g_Rec_Buf);

        if (Hand("+IPD,")) {   //接收到有效数据

             parse_buf();         //处理接收到的网络数据

        }

        if (Hand("CLOSED")) {        //接收到客户端断开信息

          CLR_Buf();

          LED2 = 1;       //灭 第2个指示灯

             g_connect_online= 0;

             Serial_println("devdisconnect");

             gotoSTART;

        }

      }

本设计是针对高校学生考勤，所以它的数据量不是特别的大，在设计时考虑到低成本、高性能的特点决定使用MYSQL数据库,同时针对系统的工作原理，对数据库进行了优化设计。

在数据库的概念设计中，我们通常用E-R图来表示实体与实体属性和实体之间的关系，通过E-R图来描述现实世界的实体，这样即使不了解系统设计的人也能理解数据库设计。

本系统的数据库一共设计了6张数据库表，数据库名为rfidsys。

1.teacher(教师表)：该表用于存储系统教师的信息以及登录账号和密码。内容如下面信息表4-1所示。

表4-1 teacher

序号	名称	别名	类型	长度	主外键
1	idteacher	教师编号	INT	11	Primary key
2	name	教师姓名	Varchar	45
3	sex	教师性别	Varchar	2
4	username	登录名	Varchar	45
5	passwd	密码	Varchar	45
6	age	年龄	INT	11

2.studentinfo(学生信息表)：该表用于存储系统的学生信息，内容如下面信息表4-2所示。

表4-2 studentinfo

序号	名称	别名	类型	长度	主外键
1	idstudentinfo	学生编号	Int	11	Primar key
2	name	姓名	Varchar	45
3	no	学号	Int	45
4	rfidno	校园卡号	Varchar	45
5	sex	性别	Varchar	2
6	ago	年龄	Varchar	11
7	class	班级	Varchar	45
8	py	姓名拼音	Varchar	45

3.classinfo(班级信息表)：该表用于存班级信息，如表4-3所示。

表4-3 classinfo

序号	名称	别名	类型	长度	主外键
1	idclassinfo	班级编号	int	11	Primar key
2	name	班级名	Varchar	45
3	classnum	教室号	int	11

4.teacherlesson (老师上课表)：用于存储老师上课情况，如表4-4所示。

表4-4 teacherlesson

序号	名称	别名	类型	长度	主外键
1	id teacherlesson	id号	Int	11	Primar key
2	teacherid	教师编号	Int	11	Foreign key
3	classid	班级号	INT	11
4	lessonnum	课时	INT	11
5	isover	出勤	Int	11
6	readydt	准备上课	DATATIME
7	begindt	开始上课	DATATIME
8	enddt	结束上课	DATATIME

5.classsetup(设置上课表)：该表用于存储班级设置的信息，如表4-5下面的信息所示。

表4-5 classsetup

序号	名称	别名	类型	长度	主外键
1	idclasssetup	设置id	Int	11	Primary key
2	teacherid	教师id	INT	11
3	studentid	学生id	INT	11	Foreign key
4	classindex	课时	Int	11
5	studentrecord	出勤记录	INT	11
6	recorddt	记录时间	DATATIME
7	lessonindex	课时	INT	11

6.addclass(添加班级表)：该表用于存储班级信息，如表4-6所示。

表4-6 addclass

序号	名称	别名	类型	长度	主外键
1	idaddclass	id	Int	11	Primary key
2	classname	班级名	Varchar	45

初始化数据库包括设置数据库的用户名，登录密码连接成功后打开数据库，相关代码如下：

public void init_db_system()

       {

           string connStr ="server=localhost;user=root;database=rfidsys;port=3306;password=123456;";

           conn = new MySqlConnection(connStr);

           try {

                conn.Open();

                connected_db = true;

           }catch(Exception e) {

                connected_db = false;

           }

       }

查询数据库使用MySqlCommand来查询，关闭数据库使用相关函数 conn.Close();来关闭数据库，登录界面判断用户名代码如下：

string strSQL = "select count(*) fromteacher where name = '" + strName + "' and passwd = '" +strPasswd + "'";

           if (publicClass.query_sql_scalar(strSQL) != 1)

           {

                MessageBox.Show("错误的用户名或者密码?");

                return;

           }

           publicClass.uninit_db_system();

           MainForm mainForm = new MainForm();

           mainForm.strTeacherUserName = strName;

           mainForm.Show();

           Hide();