CN103810766A - 基于ZigBee技术的无线考勤系统 - Google Patents
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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
技术领域
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
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。
无线技术的发展先后出现了蓝牙、WIFI、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。
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
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。
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。
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。
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RAM。
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。
其中，所述ARM单片机人机交互单元包括ARM嵌入式芯片、LCD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。
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。
本发明相比较于现有技术，具有如下有益效果：
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、Wi-Fi、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。
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。
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。
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
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。
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。
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。
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
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。
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。
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。
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。
ARM单片机人机交互单元包括ARM嵌入式芯片、LCD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。
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。
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1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。
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。
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。
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。
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、LCD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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