基于RFID技术的实验室学生考勤系统设计 中期报告 - 图文 - 下载本文

河北工业大学本科毕业设计(论文)中期报告

河北工业大学本科毕业设计(论文)中期报告

毕业设计(论文)题目:基于RFID技术的实验室学生考勤系统设计 专业(方向):通信工程

学 生 信 息: 学号: 102184 姓名: 梁小龙 班级:通信103 指导教师信息: 教师号: 姓名: 郭志涛 职称:副教授 报告提交日期:2014年4月16日

内容要求:(①毕业设计中期报告要求提交阶段设计成果或实验结果;②毕业论文中期报告要求提交实地(现场)调研研究报告)

一.课题简介

随着校园信息化建设快速发展和射频识别技术的成熟,校园一卡通在各大中小学校得到普遍的应用,校园一卡通采用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,防污、防水、加密存储,被广泛应用在身份识别、校内消费等各项校园服务上,为学校的管理以及学生生活提供极大的便利。

然而,随着高等学校对于实践环节的加强,学生进入实验室的频率也不断增加,在学生考勤管理方面,大多依然采用传统的点名或学生签到的方式进行考勤,特别是在实验室考勤的管理上更是混乱。另外,点名和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不便。借助校园一卡通,结合网络通信技术和单片机技术,可以实现实验室学生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,促进实验室学生考勤管理信息化水平的发展。

本课题是基于RFID技术设计一套实验室考勤系统,主要功能是对学生在实验室的出勤情况进行收集、记录、存储和管理。该系统采用51单片机实现对RFID射频前端的读写操作及串口的数据通信,并通过液晶屏显示读取的学生信息,实现对学生出勤情况的记录及后台管理。该系统包括一个或多个基于单片机的出勤管理终端安装在实验室门口,和一台计算机用于管理出勤管理终端和记录,统计及管理学生出勤数据。计算机通过串口实现与出勤管理终端数据通讯。系统终端采用MFRC522非接触式读写卡系列芯片,并通过51单片机对MFRC522读写卡进行操作,并将读取到的学生信息通过终端上的显示屏显示出来。

二.课题工作进展

在完成了前期对文献资料的查询搜集、整理、学习后,开始转入中期工作,即分阶段、分模块地设计、调试整个系统。在这期间,了解并熟悉了单片机内部结构、引脚功能、工作方式、串行接口和中段系统等,以及学习熟悉了KEIL软件开发环境;了解并熟悉了MFRC522的模块结构、接口电路、工作方式等内容;了解并熟悉单片机与MFRC522的SPI接口通信的相关内容;了解了射频卡的内部结构及其工作方式。在

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已经了解全系统的基础上,进行分模块设计调试。

本课题所设计的内容,需要在完成硬件电路设计的基础上,应用Keil软件,编写、调试、最终实现软件部分的设计。

三.课题实施方案

如图1所示,该系统主要分为三部分:单片机最小系统模块、读写卡模块、显示模块。系统采用单片机最小系统,对每个模块进行控制、数据传输等。第一,通过单片机模拟的SPI接口对读写卡内部寄存器进行配置,进而实现对读写卡的控制,实现单片机与读写卡模块之间、读写卡模块与射频卡之间的通信。第二,单片机与液晶屏之间采用串口连接,这样可以有效利用单片机接口资源,单片机将从读写卡中读到的数据以串口的形式传输至液晶屏,并通过液晶屏准确的显示出来。第三,单片机再将数据传送至液晶屏显示的同时,还会将数据通过内部的串口接口发送至上位机,通过上位机编程,对接收到的数据进行处理。

液晶显示串口

单片机 SPI 读写卡

图1基于RFID的实验室考勤系统框图

四.工作汇报

在研究本课题工作过程中,先设计调试各个模块电路,再各个模块电路均无误后,在进行整体电路的调试。

1.硬件电路设计

1.1 单片机最小系统硬件设计

单片机最小系统原理图如图2所示,系统工作电压为3V,所以选择的单片机的工作电压也是3V。我选择的单片机是STC12LE5204AD,该款单片机的工作电压为2.2-3.6V,封装为DIP20,体积小,可以满足系统要求。另外这款单片机采用增强型8051内核,运行速度快,比普通的8051快6-12倍,而且功耗低,抗干扰能力极强。因为STC12LE5201系列单片机的灌电流最大可达20mA,所以单片机引脚可以直接低电平驱动发光二极管与蜂鸣器。

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图2 单片机最小系统硬件原理图

1.2 MFMFRC522模块硬件电路设计

MFMFRC522是应用于13.56MHz 非接触式通信中高集成度读写卡系列芯片中的一员,与MFRC500、MFRC530等其他读写卡芯片相比,MFRC522工作电压低,电压为2.5-3.6V;体积小,可以减小PCB板的面积,便于携带使用;成本低,MFRC522的价格相对于其他读写卡芯片是比较低廉的。另外,它与主机间的通信采用连线较少的串行通信,且可根据不同的用户需求,选取SPI、I2C 或串行UART(类似RS232)模式之一,有利于减少连线,可以充分利用单片机引脚资源。因此读写卡芯片我选择了MFRC522。

MFRC522模块原理图如图3所示,该模块采用3V电压供电,MFRC522与单片机间采用的SPI接口进行数据通信。在SPI通信中,MFRC522模块用作从机,单片机用作主机,SPI时钟SCK由主机产生。数据通过MOSI线从单片机传输到MFRC522,通过MISO线从MFRC522发回到单片机,如图4所示。

图3 MFRC522模块原理图

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单片机 SCK MOSI MISO NSS 图4 SPI接口

MFRC522 SCK MOSI MISO NSS 1.3 显示模块

常见的显示元件有数码管、1602液晶屏、12864液晶屏。驱动数码管需要的单片机引脚数量太多,对于封装为DIP20的单片机显然不合适。1602与12864均支持串口通信,需要的引脚数量可以很少,12864与1602相比,可以显示汉字,显示功能更强大,在人机交互方面效果更好。因此我采用的12864液晶屏。显示模块原理图如图5所示,12864与液晶屏采用串口连接方式,与单片机的连线仅有3跟。

图5 显示模块原理图

1.4 系统原理图

将各个模块组合在一起,便构成了基于RFID的实验室考勤系统原理图,如图6所示:

图6 基于RFID的实验室考勤系统原理图

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2.软件测试

2.1单片机最小系统的测试

按照电路原理图,将单片机最小系统焊接完成后,对其进行检测。通过编写一段可运行程序,来点亮绿色发光二极管进行验证。

如图4所示:程序下载后,红色发光二极管发光,说明电路焊接没有问题;绿色发光二极管发光,说明程序运行正确,单片机工作正常。

图4 最小系统正常运行测试图

2.2 MFRC522模块的测试

通过编写程序,配置MFRC522内部寄存器,实现MFRC522的识别射频卡的功能,如果识别,绿色发光二极管将发光,同时蜂鸣器响,如图7所示:

图7 MFRC522检测结果

经测试发现绿色发光二极管可以正常发光,蜂鸣器发声,证明MFRC522可以正常工作。

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河北工业大学本科毕业设计(论文)中期报告 2.3 12864液晶屏的调试 12864液晶屏与单片机采用串口方式进行数据通信,此模块利用单片机开发板进行显示程序的编写与调试。程序下载后显示结果如图8所示:

图8 液晶显示

五.工作计划

第九周:继续调试MFRC522模块,完全实现MFRC522对识别、读写功能,成功读取射频卡内数据。 第十周:改写调试液晶屏的显示程序,美化液晶屏显示界面,使人机交互界面达到一个良好的效果。调试串口程序,并通过串口调试助手,将RC522模块读取的射频卡数据显示出来观察。 第十一周:优化整体设计,完成整机调试,完成基于RFID的实验室考勤系统。 第十二周:整理设计内容、分析实验结果、撰写论文初稿。 第十三周:根据指导老师意见修改论文初稿,并提交论文初稿。

第十四周:根据指导老师意见修改论文,并提交设计论文定稿,准备答辩。

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