一种基于无线传感器网络的校园考勤系统

摘要

本发明公开了一种基于无线传感器网络的校园考勤系统，包括分别安置在校园的多个考勤区域、用于采集相应考勤区域的考勤数据并将相应考勤数据上传至考勤上位机系统的多个数据采集设备，用于接收所述多个数据采集设备上传的相应考勤数据并进行处理的考勤上位机系统，以及基于ZigBee技术的无线传感器网络拓扑结构设置、与多个考勤区域相对应、且用于所述多个数据采集设备与考勤上位机系统之间进行通信的分布式网状网络节点。本发明所述基于无线传感器网络的校园考勤系统，可以克服现有技术中布线困难、组网不灵活和移动性差等缺陷，以实现布线方便、组网灵活和移动性好的优点。

说明书

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体地，涉及一种基于无线传感器网络的校园考勤系 统。

背景技术

校园考勤系统是一套管理学生上下课、教师员工上下班考勤记录等情况的管理系 统，是由考勤硬件和考勤软件相结合的产品。传统的考勤方式如手工签到方式效率低， 统计困难；而诸如使用IC卡或磁卡考勤方式的考勤系统虽然效率和信息化水平有所 提高，但是利用线缆连接的考勤机布线困难，组网不灵活，移动性差^[1]。随着无线通 信技术的发展，特别是基于ZigBee的无线传感网络技术的出现解决了传统有线校园 考勤系统的不足。

无线传感器网络是由一定数量的传感器件或者识别器件，以自组织和多跳方式构 建而成的一种无线网络，目的是对无线网络覆盖区域的监测对象，进行相应的感知、 识别和采集处理，并把获得的监测信息数据通过无线方式传送给使用者^[2]。以无线传 感器网络技术为基础而构建的网络系统，具备网络组建灵活、低功耗、低成本、采集 数据传输稳定可靠、可移动性和实时性强等优点，特别适合应用于校园考勤系统的设 计^[3]。由于校园考勤管理中，对于学生上下课的考勤和教师员工上下班的考勤要求有 一定区别，特别是某些特定岗位如安保人员的考勤要求更加严格，所以需要在不同考 勤场合分别使用指纹考勤系统和射频卡考勤系统。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在布线困难、组网不灵活 和移动性差等缺陷。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种基于无线传感器网络的校园考勤系 统，以实现布线方便、组网灵活和移动性好的优点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于无线传感器网络的校园考 勤系统，包括分别安置在校园的多个考勤区域、用于采集相应考勤区域的考勤数据并 将相应考勤数据上传至考勤上位机系统的多个数据采集设备，用于接收所述多个数据 采集设备上传的相应考勤数据并进行处理的考勤上位机系统，以及基于ZigBee技术 的无线传感器网络拓扑结构设置、与多个考勤区域相对应、且用于所述多个数据采集 设备与考勤上位机系统之间进行通信的分布式网状网络节点。

进一步地，所述分布式网状网络节点，包括设置在相应考勤点、且用于将相应考 勤点数据采集设备采集的考勤数据转发至路由器节点的考勤数据采集节点，设置在由 多个临界考勤点构成的考勤区域、且用于将来自临界设置的多个考勤数据采集点转发 的考勤数据二次转发至网络协调器节点的路由器节点，以及设置在多个路由器节点与 考勤上位机系统之间、且用于将多个路由器节点转发的考勤数据三次转发至考勤上位 机系统的网络协调器节点。

进一步地，所述考勤点，包括教学楼和/或办公楼和/或图书馆。

进一步地，由所述网络协调器节点、路由器节点和考勤数据采集节点形成的无线 传感器网络，包括无线通信模块；所述无线通信模块以ZigBee无线单片机系列芯片 CC2430为核心元件。

进一步地，所述网络协调器节点，包括CC2430无线通信模块，以及分别与所述 CC2430无线通信模块连接的天线模块、电源模块、简易输入按键模块、LED显示模 块和PC机串行接口模块组成；所述网络协调器节点主要用于收集来自考勤数据采集 节点或路由器节点发来的数据，并上传至考勤上位机系统进行处理。

进一步地，所述路由器节点，包括CC2430无线通信模块，以及分别与所述CC2430 无线通信模块连接的天线模块、电源模块、简易输入按键模块、LED显示模块和PC 机串行接口模块组成；所述路由器节点主要用于收集来自考勤数据采集节点发来的数 据，并转发传送给网络协调器节点。

进一步地，所述考勤数据采集节点，包括CC2430无线通信模块，分别与所述 CC2430无线通信模块连接的天线模块、电源模块、简易输入按键模块、LED显示模 块、考勤数据采集传感器设备和相关接口电路组成；所述考勤数据采集节点主要用于 通过指纹采集器和RFID射频识别器采集考勤数据，并把数据及时上传给路由器节点 或网络协调器节点。

进一步地，所述数据采集设备，包括配合设置的指纹采集器和RFID射频识别器； 相应考勤数据采集节点通过指纹采集器和RFID射频识别器，把读取得到的考勤数据 通过无线传感器网络进行发送，由路由器节点或网络协调器节点接收数据，并上传给 考勤上位机系统进行处理。

进一步地，所述考勤上位机系统，包括考勤上位PC机；通过考勤数据采集节点 获得的考勤信息，由无线传感器网络上传至考勤上位PC机，完成对无线网络中各考 勤数据采集节点数据的分析与处理；

所述考勤上位PC机，用于完成对考勤数据的收集和整理，并对不同权限的用户 信息进行管理，最后按照考勤规则对考勤数据进行分析和处理，形成相关报表。

本发明各实施例的基于无线传感器网络的校园考勤系统，由于包括分别安置在校 园的多个考勤区域、用于采集相应考勤区域的考勤数据并将相应考勤数据上传至考勤 上位机系统的多个数据采集设备，用于接收多个数据采集设备上传的相应考勤数据并 进行处理的考勤上位机系统，以及基于ZigBee技术的无线传感器网络拓扑结构设置、 与多个考勤区域相对应、且用于多个数据采集设备与考勤上位机系统之间进行通信的 分布式网状网络节点；可以以CC2430芯片为核心，结合指纹识别技术、RFID射频识 别技术和无线通信技术，实现对考勤现场数据的实时录入、多点采集和无线传输等功 能；从而可以克服现有技术中布线困难、组网不灵活和移动性差的缺陷，以实现布线 方便、组网灵活和移动性好的优点。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变 得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实 施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明基于无线传感器网络的校园考勤系统的总体结构示意图；

图2为本发明基于无线传感器网络的校园考勤系统中无线通信模块的硬件电路原 理图；

图3为本发明基于无线传感器网络的校园考勤系统中无线传感器网络节点的硬件 电路结构图；

图4为本发明基于无线传感器网络的校园考勤系统中无线网络节点的软件设计流 程图；

图5为本发明基于无线传感器网络的校园考勤系统中考勤上位机系统的软件结构 图；

图6为本发明基于无线传感器网络的校园考勤系统中考勤系统界面示意图。

结合附图，本发明实施例中附图标记如下：

1-考勤上位机系统；2-网络协调器节点；3-路由器节点（对应考勤区域）；4-考勤 数据采集节点（对应教学楼、办公楼和图书馆等）。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实 施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

针对传统校园考勤系统存在有线布局难和移动性差等缺点，根据本发明实施例， 如图1-图6所示，提供了一种基于无线传感器网络的校园考勤系统，具体为一种以 ZigBee无线传感器网络技术为基础的校园考勤系统。该基于无线传感器网络的校园考 勤系统，以CC2430芯片为核心，结合了指纹识别技术、RFID射频识别技术和无线通 信技术，实现了对考勤现场数据的实时录入、多点采集和无线传输等功能。该基于无 线传感器网络的校园考勤系统，充分结合ZigBee无线传感网络技术、指纹识别技术 和RFID射频识别技术；经测试，该基于无线传感器网络的校园考勤系统，具有组网 灵活、移动性强、安装简单和扩展性好等优点，能够满足企事业单位考勤监测的要求， 具有广阔的应用前景。

本实施例的基于无线传感器网络的校园考勤系统，要求对师生员工进行身份识别 和考勤记录，对学生上课出勤情况和教师上班行踪进行登记，因此需要把校园的教学 楼、办公楼和图书馆等场所分为若干考勤区域，分别安置数据采集设备，并通过数据 采集设备对师生进行考勤记录并把数据传送给考勤上位机系统（如考勤上位机系统 1）。根据基于ZigBee技术的无线传感器网络拓扑结构的形式和特点^[4]，校园考勤系 统采用网状结构（分布式结构），把网络节点分为三种类型：网络协调器节点（如网 络协调器节点2）、路由器节点（如路由器节点3，与考勤区域对应）和考勤数据采 集节点（如考勤数据采集节点4，可以与教学楼、办公楼和图书馆等对应）。校园考 勤系统的总体结构如图1所示。

本实施例的基于无线传感器网络的校园考勤系统，硬件设计说明如下：

⑴基于无线传感器网络的校园考勤系统的无线通信模块硬件电路的设计：

无线通信模块作为无线传感器网络核心部件之一，其主要芯片的选型和硬件电路 的设计对整个无线网络系统性能影响极其重要。本发明实施例选用由TI公司推出的 全新概念新一代ZigBee无线单片机系列芯片CC2430，它是一款真正符合 IEEE802.15.4标准的片上SOC ZigBee产品。CC2430除了包括RF收发器外，还集成 增强型工业标准的8位8051微控制器内核、32/64/128KB的Flash内存、8KB的RAM， 以及含有ADC、DMA、看门狗等。CC2430可工作在2.4GHz频段，采用低电压供电 且功耗很低（接收数据时为27mA，发送数据时为25mA），具有短时延、网络容量 大，短距离射频传输系统成本低、功耗小，适于电池长期供电，具有硬件加密、安全 可靠、组网灵活、抗毁性强等特点[5]。因此，选用CC2430作为网络协调器节点、路 由器节点和考勤数据采集节点的无线通信模块核心芯片，将发挥整个系统最好的性能 和工作效率。

⑵基于无线传感器网络的校园考勤系统的无线传感器网络节点硬件电路的设计：

无线传感器网络节点以基于CC2430芯片的无线通信模块为核心，扩展相关的硬 件电路构成无线传感器网络的硬件平台。本发明实施例的无线传感器网络节点按照功 能划分为网络协调器节点、路由器节点和考勤数据采集节点三种，其硬件电路核心部 分均采用CC2430无线通信模块，同时根据不同节点功能而设计不同的外围硬件电路。

在校园考勤系统中，网络协调节点的主要功能是收集来自考勤数据采集节点或路 由器节点发来的数据，并上传至考勤上位机系统进行处理，因此该类型节点由CC2430 无线通信模块、天线模块、电源模块、简易输入按键模块、LED显示模块和PC机串 行接口模块组成，如图3所示结构图的①和②部分。路由器节点主要功能是收集来自 考勤数据采集节点发来的数据，并转发传送给网络协调器节点，因此该类型节点由 CC2430无线通信模块、天线模块、电源模块、简易输入按键模块和LED显示模块组 成，如图3所示结构图的①部分。考勤数据采集节点主要功能是通过指纹采集器和 RFID射频识别器采集考勤数据，并把数据及时上传给路由器节点或网络协调器节点， 因此该类型节点由CC2430无线通信模块、天线模块、电源模块、简易输入按键模块 和LED显示模块，以及考勤数据采集传感器设备和相关接口电路组成，如图3所示 结构图的①、②和③部分。

上述实施例的基于无线传感器网络的校园考勤系统，软件设计说明如下：

⑴无线传感器网络节点软件的设计

在上述实施例本实施例的基于无线传感器网络的校园考勤系统中，无线传感器网 络节点按实际应用和功能，可分为网络协调器节点、考勤数据采集节点以及路由器节 点三种类型，这些节点软件在上电运行时都需进行初始化操作，然后再根据不同节点 的功能运行相关程序。对于网络协调器节点，首先应创建网络，允许路由器节点或考 勤数据采集节点加入该无线网络，然后接收来自下一层节点的数据并上传至上位机。 对于路由器或考勤数据采集节点，则在发现网络后申请加入网络，然后路由器节点则 接收来自考勤数据采集节点的数据并上传至网络协调器节点；而考勤数据采集节点则 通过考勤设备采集数据，发送至路由器或网络协调器节点。无线网络节点软件设计流 程如图4所示。

⑵考勤上位机系统的设计

通过考勤数据采集节点获得的考勤信息，由无线传感器网络上传至考勤上位PC 机，根据校园考勤系统的功能要求，设计考勤上位机系统软件，完成对无线网络中各 考勤数据采集节点数据的分析与处理。考勤上位机系统完成对考勤数据的收集和整 理，并对不同权限的用户信息进行管理，最后按照考勤规则对考勤数据进行分析和处 理，形成相关报表。如图5所示为考勤上位机系统软件结构图。

上述实施例的基于无线传感器网络的校园考勤系统，实验验证说明如下：

⑴无线传感器网络程序操作

使用ZigBee技术对CC2430进行编程和操作，首先对网络协调器节点编入代码组 建网络：

void ZDO_CreateNet(unsigned char log_Mod,devInitial_Modes_t Initial_Mode, unsigned char beginOrder,unsigned char mainframeOrder)

{devStatus=DEY_COOL_STARTING;

ret_zg=NAME_NetworkFormedRequest(zg_ConfigPingID,zg_DefaultAlleywayList,

zg_DefaultBeginingScanDuration,beginOrder,mainframeOrder,zg_false);

……}；

对路由器节点或考勤数据采集节点编入代码，使节点能够加入无线网络：

void ZDO_ConnectNet(unsigned char log_Mod,devInitial_Modes_t Initial_Mode, unsigned char beginOrder,unsigned char mainframeOrder)

{devStatus=DEY_NXK_DISC;

ret_zg=NAME_NetworkDiscoedRequest(zg_DefaultAlleywayList,zg_DefaultBeginin  gScanDuration);

……}

完成无线传感器网络的组网，并完成路由器节点和考勤数据采集节点加入网络。 考勤数据采集节点通过指纹采集器和RFID射频识别器，把读取得到的考勤数据通过 无线传感器网络进行发送，由路由器节点或网络协调器节点接收数据，并上传给考勤 上位机系统进行处理：

void zb_HandedAskEvent(unsigned int incident)

{unsigned char f_Data[2];

if(incident&ZG_STARTING_EVT)

{zg_BeginRequest();}

if(incident&ZG_REPORTING_TEMP_EVT)

{f_Data[0]=f_RECORD_REPORT;

f_Data[1]=zg_App_ReadRecord();

zg_SendRecordRequest(0xFFFE,SENSOR_READ_Com_ID,2,f_Data,0, ZG_RED_REQUEST,0);

ask_start_timerTx(zg_TaskedID,ZG_REPORTING_TEMP_EVT,zg_TempRecordPeri od);}

if(incident&ZG_FINDING_COLLECT_EVT)

{//Searched and binded to a right zg_device

zg_Bind_to_Device(TRUE,SENSOR_READ_Com_ID,(unsigned char*)NULL);}

……}

⑵考勤系统界面实现

本发明实施例的基于无线传感器网络的校园考勤系统，考勤系统界面使用Visual  Basic语言编写完成，上位机考勤系统可以收集考勤数据，进行考勤录入和查询，还 可以对考勤相关数据进行修改和汇总。通过考勤系统界面，能够方便对考勤数据进行 管理，按照考勤规则对数据进行分析和处理，形成相关表格。考勤系统界面示意图如 图6所示。

经过系统的安装和调试，本发明上述各实施例的基于无线传感器网络的校园考勤 系统，实现了对学生及教职员工考勤数据采集的智能化、网络化和信息化。系统利用 新一代ZigBee技术的优势和特点，构建了校园无线传感器网络，扩大了考勤数据采 集点的覆盖面，并且使得无线网络组建灵活、布局简单、移动性强、扩展性好，提高 了网络通信的可靠性以及降低了组网硬件成本，满足校园考勤系统的功能要求。因此， 本发明实施例中的无线传感器网络设计方案，在企事业单位考勤监测领域有较大的实 用参考价值。

[参考文献]

[1]陈侃.校园考勤系统的设计与实现[J].计算机光盘软件与应用，2013，(2).

[2]潘伟，黄东.基于Zigbee技术的无线传感网络研究[J].计算机技术与发展，2008， 18(9).

[3]李善仓，张克旺.无线传感器网络原理与应用[M].北京：机械工业出版社，2008.

[4]王海涛.无线传感网络中的分簇算法综述[J].传感器世界，2011，(4).

[5]高守玮，吴灿阳.ZigBee技术实践教程：基于CC2430/31的无线传感器网络解 决方案[M].北京：北京航空航天大学出版社，2009.

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明， 尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依 然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等 同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应 包含在本发明的保护范围之内。