CN103810766A - 基于ZigBee技术的无线考勤系统 - Google Patents

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孔令成
吴烈国
张志华
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常州先进制造技术研究所
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Abstract

本发明属于无线传感网络通信设备技术领域,具体涉及一种基于ZigBee技术的无线考勤系统。目的是为了克服现有考勤机数据传输中存在的不足,能够轻易实现无线式的楼宇多考勤机的互联。本发明包括ZigBee终端数据采集节点、协调器节点和ARM嵌入式人机交互单元。本发明所提出的一种基于ZigBee技术的无线考勤系统,保证了数据的可靠和实时传输,减少了投资和维护费用,实现无线式的多考勤机互联。可以灵活运用到多种场合。

Description

基于Z i gBee技术的无线考勤系统
技术领域
[0001] 本发明属于无线传感网络通信设备技术领域,具体涉及一种基于ZigBee技术的无线考勤系统。
背景技术
[0002] 考勤系统在各种企事业单位广泛应用,在企事业单位管理系统中有着十分重要的意义。而传统的考勤系统一般都需要自己建设并维护有线电缆,投资维护费用较高,且有线的数据传输方式在很大程度上限制了应用场合的拓展,如对大型工厂区间之间的数据传输不使,每次打卡需要跑到固定的位置,耗费员工一定时间。而且在遇到需要进行室内装潢时,传统的考勤机设备不易拆卸。我们需要打卡地点灵活方便,实现多地共联的考勤方式,成本更低的考勤设备。
[0003] 无线技术的发展先后出现了蓝牙、WIF1、GPRS, ZigBee等通信技术。ZigBee是一种新兴的短距离、低功耗、低数据速率、低成本、低复杂度的无线网络技术。ZigBee无线可使用的频段有3个,分别是2.4GHz的ISM频段、欧洲的868MHz频段、以及美国的915MHz频段,而不同频段可使用的信道分别是16、1、10个,在中国采用2.4G频段,是免申请和免使用费的频率。ZigBee无线的传输带宽在20-250KB/S范围,适合传感器数据采集和控制数据的传输,ZIGBEE在物理层采用高处理增益的直序/频率快变DS/FA技术,使得其具有很强的抗干扰能力。
[0004]目前,传统的有线监测和控制方式正被新技术所取代,有线的非功率传送的通讯和监测系统由于线路安装和维护成本高昂,随着时间的推移可靠性难以保证,而且网络组织一经安装完毕难以更改,除非再次布网,而无线的通讯和控制传送网络由于低成本、低功耗、组网方便正日益得到广泛的应用。由于ZigBee技术的传输距离能够达到200-300米,如果在中间配置上一个路由器中继节点,更是能够使网络的传输距离加大。因此简单的一个ZigBee网络就能够非常好的应用在楼宇自动化上。在本无线考勤机系统中,由于考虑通信距离不是非常远,因此没有使用到路由器节点。
发明内容
[0005] 本发明要解决的技术问题是提供一种基于ZigBee技术的低成本,而又灵活可靠的考勤系统,解决了传统的考勤系统需要自己建设并维护有线电缆,打卡地点单一且固定的问题。
[0006] 为解决上述技术问题,本发明所采用的技术方案是:一种基于ZigBee技术的无线考勤系统,该系统包括ZigBee终端数据采集节点、协调器节点以及ARM单片机人机交互单元,所述ZigBee终端数据采集节点和协调器节点的节点之间采用IEEE802.15.4标准的ZigBee协议进行无线通信,所述ZigBee终端数据采集节点采集打卡人员的考勤数据,所述协调器节点建立考勤机的互联网络,并可接受所述ZigBee终端数据采集节点的入网请求,同时负责与所述ARM单片机人机交互单元的通信。[0007] 其中,所述ZigBee终端数据采集节点包括电源模块、嵌入式处理器、信息采集模块、增益天线、射频接口电路、RS232通信接口、外围扩展接口电路、JTAG仿真接口电路。
[0008] 其中,所述ZigBee终端数据采集节点的微处理器型号是CC2530F256芯片,其集成了 2.4GHZ通信标准IEEE802.15.4的兼容RF收发器、在线可编程Flash存储器以及8KB的RAM0
[0009] 其中,所述协调器节点的数据传输串口转USB所用集成电路为PL2303电路。
[0010] 其中,所述ARM单片机人机交互单元包括ARM嵌入式芯片、IXD可触摸屏幕、外围扩展接口电路,所述ARM嵌入式芯片的型号为STM32F107VCT6。
[0011] 其中,所述ZigBee终端数据采集节点之间数据传输采用Z-stack协议栈,所述Z-stack协议栈集成各层API函数并实现系统的建立以及撤销。
[0012] 本发明相比较于现有技术,具有如下有益效果:
[0013] 1、本系统节点之间使用IEEE802.15.4无线标准和ZigBee通信协议进行通信,对客户来说ZigBee协议免专利费用,所采用的CC2530芯片性价比很高。相比于其他无线通信技术,如UDP、蓝牙、W1-F1、红外等技术,具有功耗低、数据传输安全可靠、实现成本低等优势。
[0014] 2、ZigBee终端数据采集节点采集数据后,通过ZigBee网络通道把数据传输给协调器节点,协调器节点通过串口把数据送给ARM单片机人机交互单元。整个数据的传输过程,采用AES安全加密机制和CSMA-CA数据冲突避免机制,网络实现自组网。
[0015] 3、CC2530芯片和STM32F107VCT芯片均可使用唤醒机制,这样不仅保证了数据传输的可靠性,同时能够降低功耗。
[0016] 4、本发明无须物理布线,考勤系统数据采集地点灵活,实现多地点考勤互联。多地点而又共享数据中心的考勤方式,方便工作人员的考勤记录工作。特别适用于规模较大的企业单位。
附图说明
[0017] 图1是本发明基于ZigBee技术的无线考勤系统的协调器考勤系统的原理框图。
[0018] 图2是本发明基于ZigBee技术的无线考勤系统的ZigBee节点核心电路原理图。
[0019] 图3是本发明基于ZigBee技术的无线考勤系统的协调器的串口转USB电路。
[0020] 图4是本发明基于ZigBee技术的无线考勤系统的协调器的工作流程图。
具体实施方式
[0021] 下面结合附图对本发明的技术方案、工作原理作进一步解释说明。
[0022] 如图1至图4所示的,一种基于ZigBee技术的无线考勤系统,该系统包括ZigBee终端数据采集节点、协调器节点以及ARM单片机人机交互单元,所述ZigBee终端数据采集节点和协调器节点的节点之间采用IEEE802.15.4标准的ZigBee协议进行无线通信,所述ZigBee终端数据采集节点采集打卡人员的考勤数据,所述协调器节点建立考勤机的互联网络,并可接受所述ZigBee终端数据采集节点的入网请求,同时负责与所述ARM单片机人机交互单元的通信。协调器节点检查网络环境,通告网络的PAN ID以及协调器节点的64位MAC地址,然后选择一个空闲信道,建立网络,等待其它节点设备的入网请求。ZigBee终端数据采集节点搜索ID号,找到协调器节点建立的网络,发送请求加入网络指令。该ZigBee终端数据采集节点加入到网络后,向协调器节点发送数据。整个数据的发送过程使用AES加密算法,数据传输安全可靠。为节省能量消耗,ZigBee终端数据采集节点使用唤醒机制,延长电池使用时间。
[0023] 所述ZigBee终端数据采集节点包括电源模块、嵌入式处理器、信息采集模块、增益天线、射频接口电路、RS232通信接口、外围扩展接口电路、JTAG仿真接口电路。所述ZigBee终端数据采集节点的微处理器型号是CC2530F256芯片,其集成了 2.4GHZ通信标准IEEE802.15.4的兼容RF收发器、在线可编程Flash存储器以及8KB的RAM。所述协调器节点的数据传输串口转USB所用集成电路为PL2303电路。
[0024] 电源模块主要用于给整个ZigBee终端数据采集节点供电,这里采用两节5号干电池进行供电。CC2530微处理器是一个真正的用于IEEE802.15.4标准的ZigBee协议和RF4CE应用的片上系统(SoC)解决方案。CC2530微处理器特别适合用于超低功耗的场合,这是由它的多种运行模式所保证,不同运行模式间的短的转换时间更加保证了它的低功率消耗。增益天线保证了数据传输的可靠性:外围接口电路保证了芯片功能的良好扩展性,方便集成其他传感器模块用于该节点。JTAG接口电路主要用于节点运行程序的更新烧录,固件升级。ZigBee终端数据采集节点和协调器节点还有不同之处,其中协调器节点集成了串口转USB芯片,并能够使用USB 口对其供电,这是数据采集节点所不具备的。二者运行的程序固件也不一样,这由它们所充当的网络角色所决定。
[0025] ARM单片机人机交互单元包括ARM嵌入式芯片、IXD可触摸屏幕、外围扩展接口电路。所述ARM嵌入式芯片的型号为STM32F107VCT6,该芯片基于ARMV7架构的Cortex_M3内核,主频为72MHZ,内部还有256K字节的Flash和64K字节的SRAM。该芯片性价比极高,扩展应用接口丰富。在考勤机系统中,充当人机交互单元的数据处理中心,负责和协调器通信,以及人机交互的实时性数据处理。LCD可触摸屏用于显示考勤人员的考勤信息,并可通过触摸屏控制整个系统的运行。外围接口电路提供ARM单片机人机交互单元与协调器节点之间的串口通信,并可以灵活地添加其他模块。
[0026] 所述ZigBee终端数据采集节点之间数据传输采用Z-stack协议栈,所述Z-stack协议栈集成各层API函数并实现系统的建立以及撤销。
[0027] 首先协调器节点检测自身硬件系统,扫描所制定的信道,并选择I个最小能量的信道,最后在其中一个信道上形成网络。协调器节点根据自身的IEEE地址建立一个随机的ID号。经过以上步骤的配置,格式化网络。终端数据采集节点启动后,将扫描制定的信道,加入协调器节点建立的网络。当有新的数据采集节点加入网络,由协调器负责分配网络地址。整个网络顺利运行后,ZigBee终端数据采集节点将所需的考勤数据,通过ZigBee网络发送到协调器节点。再由协调器节点通过串口,将数据发送到ARM单片机人机交互单元。
[0028] 图2所示为ZigBee终端数据采集节点的原理图,ZigBee终端数据采集节点的电路核心单元是嵌入式处理器CC2530 ;供电电路使用电容去耦,保证供电电路的信号噪声低;外围晶振电路,保证系统的时钟信号稳定;增益电线电路,进一步增大数据的传输距离。
[0029] 图3所示是协调器节点特有的串口转USB电路,该电路主要是用于在调试的时候,用PC机观察串口数据,以及充当节点电源。
[0030] 图4所示是协调器节点的工作流程图,协调器是网络的建立者和维护者,在整个通讯系统中占有重要地位。
[0031] 显然,本发明的上述实施方式仅是为说明本发明所作的举例,而并非是对本发明实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以容易的做出其它形式上的变化或者替代,而这些改变或者替代也将包含在本发明确定的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于ZigBee技术的无线考勤系统,其特征在于:该系统包括ZigBee终端数据采集节点、协调器节点以及ARM单片机人机交互单元,所述ZigBee终端数据采集节点和协调器节点的节点之间采用IEEE802.15.4标准的ZigBee协议进行无线通信,所述ZigBee终端数据采集节点采集打卡人员的考勤数据,所述协调器节点建立考勤机的互联网络,并可接受所述ZigBee终端数据采集节点的入网请求,同时负责与所述ARM单片机人机交互单元的通信。
2.根据权利要求1所述的基于ZigBee技术的无线考勤系统,其特征在于:所述ZigBee终端数据采集节点包括电源模块、嵌入式处理器、信息采集模块、增益天线、射频接口电路、RS232通信接口、外围扩展接口电路、JTAG仿真接口电路。
3.根据权利要求2所述的一种基于ZigBee技术的无线考勤系统,其特征在于:所述ZigBee终端数据采集节点的微处理器型号是CC2530F256芯片,其集成了 2.4GHZ通信标准IEEE802.15.4的兼容RF收发器、在线可编程Flash存储器以及8KB的RAM。
4.根据权利要求1所述的基于ZigBee技术的无线考勤系统,其特征在于:所述协调器节点的数据传输串口转USB所用集成电路为PL2303电路。
5.根据权利要求1所述的基于ZigBee技术的无线考勤系统,其特征在于:所述ARM单片机人机交互单元包括ARM嵌入式芯片、IXD可触摸屏幕、外围扩展接口电路,所述ARM嵌入式芯片的型号为STM32F107VCT6。
6.根据权利要求1所述的基于ZigBee技术的无线考勤系统,其特征在于:所述ZigBee终端数据采集节点之间数据传输采用Z-stack协议栈,所述Z-stack协议栈集成各层API函数并实现系统的建立以及撤销。
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