基于ARM的GPRS射頻考勤機(jī)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

陳　峰　劉　明　劉遠(yuǎn)峰　文張斌

摘要：介紹了一種GPRS無(wú)線射頻考勤機(jī)設(shè)計(jì)方法。將華為GTM900B無(wú)線模塊與HID讀卡器統(tǒng)一于ARM微處理器硬件平臺(tái)，可滿足大范圍分散地域的統(tǒng)一考勤需求。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了可兼容WEIGAND26和WEIGAND34協(xié)議的讀卡程序、GPRS無(wú)線通信程序和其它軟件。在分散于湛江地區(qū)的多個(gè)移動(dòng)營(yíng)業(yè)廳實(shí)地應(yīng)用表明，該設(shè)備讀卡正確率高、響應(yīng)快，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和無(wú)線傳輸穩(wěn)定可靠。

關(guān)鍵：GPRSARM射頻考勤機(jī)WIEGAND

0引言

為了實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的“扁平化”管理，現(xiàn)代大公司往往謀求建立公司級(jí)別的統(tǒng)一考勤制度。然而，對(duì)于企業(yè)員工散布于大范圍地域的大公司來(lái)說(shuō)，現(xiàn)行的有線考勤系統(tǒng)往往存在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，統(tǒng)一考勤系統(tǒng)構(gòu)建困難等諸多難題。

本文將GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)單元與射頻接收端統(tǒng)一于ARM7微處理器平臺(tái)，設(shè)計(jì)了基于ARM的GPRS無(wú)線射頻考勤機(jī)，可有效滿足分散地域的大范圍統(tǒng)一考勤需求。

1基于ARM的GPRS無(wú)線射頻考勤機(jī)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由ARM微處理器、HID設(shè)頻模塊、GPRS無(wú)線模塊、外部實(shí)時(shí)時(shí)鐘和考勤記錄存儲(chǔ)單元五部分組成?？紤]到開(kāi)發(fā)周期、系統(tǒng)穩(wěn)定性等問(wèn)題，ARM微處理器采用西門(mén)子LPC2214微處理器芯片，HID射頻模塊采用成熟的ProcPoint公司6005B型HID讀卡器，GPRS無(wú)線模塊采用華為GTM9DOB內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議無(wú)線通信模塊?？紤]到系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1?？紤]到準(zhǔn)確計(jì)時(shí)和批量保存考勤數(shù)據(jù)的需要，擴(kuò)展了12C總線的外部時(shí)鐘芯片1337和采用備用電池供電的外部靜態(tài)ROM存儲(chǔ)單元CY62157ESL。

1.1 GPRS無(wú)線模塊相關(guān)電路設(shè)計(jì)GPRS模塊選用華為GTM900B帶TPC/IP協(xié)議的無(wú)線模塊。該無(wú)線模塊是一款三頻段GSM/GPRS無(wú)線模塊，支持標(biāo)準(zhǔn)的AT命令及增強(qiáng)AT命令，提供豐富的語(yǔ)音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)等功能。

由于該模塊通過(guò)RS232接口實(shí)現(xiàn)與主機(jī)的通信，因此選用了SP3243E作為232電平的轉(zhuǎn)換芯片。其接口電路見(jiàn)圖2。圖中左側(cè)所接電路為無(wú)線通信模塊的RS232接口，右側(cè)電路接入LPC2214微處理器芯片串口1相關(guān)管腳。

1.2基于WEIGAND協(xié)議的射頻讀卡器接口電路設(shè)計(jì)HID射頻模塊采用成熟的ProcPoint公司6005B型HID讀卡器。該讀卡器輸出信號(hào)支持WEIGAND26和WEIGAND34協(xié)議。

電路設(shè)計(jì)中，將LPC2214的P0.16和P0.20多路復(fù)用管腳功能設(shè)置為外部中斷0和外部中斷3，采用外部中斷的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)6005B型HID讀卡器DATA0和DATAl路數(shù)據(jù)每次讀卡過(guò)程26個(gè)或34個(gè)脈沖信號(hào)的采集。由于HID讀卡器輸出為標(biāo)準(zhǔn)TTL電平，ARM微處理器為低功耗CMOS電平，該處使用了74LV×4245電平轉(zhuǎn)換芯片，將5V標(biāo)準(zhǔn)輸入轉(zhuǎn)換為3.3V。

接口電路見(jiàn)圖3。圖中左側(cè)最上端兩個(gè)管腳為L(zhǎng)PC2214的輸入管腳，通過(guò)對(duì)74LV×4245的22腳接低電平實(shí)現(xiàn)輸入電壓轉(zhuǎn)換。

2基于ARM的GPRS無(wú)線射頻考勤機(jī)系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

軟件系統(tǒng)主要圍繞穩(wěn)定可靠的GPRS無(wú)線通信和兼容WEIGAND26和WEIGAND34協(xié)議的讀卡識(shí)別兩方面展開(kāi)。

2.1 GPRS無(wú)線通信軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)整個(gè)軟件體系如圖4所示，首先啟動(dòng)μc/OS—Ⅱ系統(tǒng)，建立主任務(wù)，進(jìn)行串口等的初始化，然后通過(guò)串口信號(hào)線驅(qū)動(dòng)Modem，AT指令集進(jìn)行一系列Modem參數(shù)設(shè)置，并撥號(hào)到GGSN，新建PPP任務(wù)進(jìn)行數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)商，得到IP，完成上網(wǎng)過(guò)程。此時(shí)可以建立發(fā)送數(shù)據(jù)任務(wù)，作為客戶端向網(wǎng)絡(luò)主機(jī)發(fā)送建立TCP連接請(qǐng)求，經(jīng)過(guò)2次握手成功后，雙方TCP連接狀態(tài)都到達(dá)ESTABUSH(建立連接)狀態(tài)，此時(shí)便可以將搜集到的數(shù)據(jù)(此處傳送利用壓力傳感器采集到的人的心率數(shù)據(jù))通過(guò)套接字傳輸回網(wǎng)絡(luò)主機(jī)，完成傳輸任務(wù)。接下來(lái)可以結(jié)束任務(wù)或等待下一次采集數(shù)據(jù)時(shí)間到，再次進(jìn)行傳輸。

2.2兼容WEIGAND26和WEIGAND34協(xié)議的HID射頻讀卡識(shí)別軟件設(shè)計(jì)WEIGAND(韋根)協(xié)議在數(shù)據(jù)的傳輸中只需兩條數(shù)據(jù)線，一條為DATA0，另一條為DATA1。協(xié)議規(guī)定，兩條數(shù)據(jù)線在無(wú)數(shù)據(jù)時(shí)均為高電平，如果DATA0為低電平代表數(shù)據(jù)0，DATA1為低電平代表數(shù)據(jù)1(低電平信號(hào)低于1V，高電平信號(hào)大于4V)。兩個(gè)脈沖間的時(shí)間間隔在200μs到20ms之間。

韋根26位輸出格式：

E ×××××××××××××××××××××××××××××0

其中，第1位E表示前12BIT偶校驗(yàn)碼，最后1位0表示后12BIT奇校驗(yàn)碼，第2位到第9位為區(qū)域碼，第10位到第25位為卡號(hào)。以上數(shù)據(jù)從左至右順序發(fā)送。高位在前。韋根34與韋根26的區(qū)別在于區(qū)域碼由8位擴(kuò)展到16位，首尾的校驗(yàn)碼均為16位而不是12位校驗(yàn)碼。

考慮到現(xiàn)有HID員工卡多為WEIGAND26

和WEIGAND34兩種格式，本文設(shè)計(jì)了可兼容兩種協(xié)議的讀卡程序。

程序流程見(jiàn)圖5。采用捕捉外部中斷的方式對(duì)DATA0和DATA1的脈沖計(jì)數(shù)，同時(shí)記錄脈沖間隔時(shí)間。當(dāng)脈沖間隔時(shí)間＞30ms時(shí)，認(rèn)為一次讀卡過(guò)程結(jié)束。若脈沖數(shù)等于26或34，作為WEIGAND26卡或WEIGAND34卡處理，記錄卡號(hào)和讀卡時(shí)間；否則，丟棄數(shù)據(jù)，通過(guò)顯示屏和喇叭發(fā)出刷卡失敗報(bào)警信息，提示考勤人員重新刷卡。

3系統(tǒng)應(yīng)用

系統(tǒng)于2008年7月投入試運(yùn)行，并與2008年8月通過(guò)驗(yàn)收。從試用結(jié)果看來(lái)，該考勤機(jī)對(duì)WEIGAND26和WEIGAND34協(xié)議的不同種類(lèi)HID卡均可正確識(shí)別，讀卡響應(yīng)快，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和無(wú)線傳輸穩(wěn)定可靠。

圖6為散布于湛江地區(qū)80個(gè)移動(dòng)營(yíng)業(yè)廳考勤機(jī)15天(21600分鐘)實(shí)際運(yùn)行在線率統(tǒng)計(jì)結(jié)果。從圖中可看出，除56號(hào)機(jī)等處于偏遠(yuǎn)地區(qū)，經(jīng)實(shí)際測(cè)試無(wú)線信號(hào)很弱的考勤機(jī)掉線時(shí)間較長(zhǎng)外，90％的考勤機(jī)在線率達(dá)90％以上，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠。

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