CN109741480A - 基于无线传感器网络的人员考勤系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于无线传感器网络的人员考勤系统，通过在出入口、以及施工现场内部需要进行人员定位的位置设置具有单向天线和全向天线的阅读器，现场工作人员佩戴标签，标签通过侦测阅读器的天线信号，以及接收信号的先后顺序返回相应信息，阅读器根据标签返回的信息判断标签佩戴人员的行进方向以及位置，识别准确度高，且系统结构简单，操作方便，成本低、易实施。

Description

基于无线传感器网络的人员考勤系统

技术领域：

本发明涉及一种考勤系统，特别是涉及一种基于无线传感器网络的人员考勤系统。

背景技术：

目前，人们对人员的进出流动以及现场级的安全监测的关注日益增加。现有技术中，识别人员的进出方向的方法主要为：在出入通道上出入方向上各安装多个阅读器，当携带标签的人员进入通道的监测区域时，若通道外面的 阅读器读到标签，则判定为进入；当通道里面的阅读器读到标签，则判定 为出去，标签本身不具备识别进出方向的能力。RFID系统采用多读头顺序关联法来判定进出方向，需要第三方设备 (通常称为前置机)来接收阅读器发送的标签序列号、读取标签的时间、阅读器ID号等信息，再根据读取标签序列号的先后顺序来判定进出方向，系统的构 成复杂，成本高；而且，阅读器容易发生漏读标签、读取时间错误等异常情况， 会导致进出方向判别错误。此外，将RFID芯片佩戴在工作人员身上如安全帽上，通过多个局部区域的多个射频定位器中离该人员最近的一个射频定位器激活，并对施工人员位置进行定位，并根据射频芯片的ID信息判断工作人员的身份，这种定位方式需设置多个阅读器，尤其当施工现场占地面积较大时对阅读器个数和射频标签的信号强度要求较高，且只能大致定位人员的方位，不能具体定位人员的方向，定位精度低。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种成本低、安装简单且定位精度高的基于无线传感器网络的人员考勤系统。

本发明的技术方案是：一种基于无线传感器网络的人员考勤系统，包括阅读器和有源标签，所述阅读器包括用于发送不同频率的射频信号F1和射频信号F2的第一射频发送器和第二射频发送器，第一射频发送器具有一单向辐射天线，所述第二射频发送器具有一全向辐射天线、至少一反射体，所述反射体和全向辐射天线设置于单向辐射天线的两侧，其中一路射频信号通过单向辐射天线发送，另一路射频信号通过全向辐射天线发送，使得两路射频信号分别覆盖于不同的地理区域上，并根据反射体区分成四个不同的覆盖区域，包括射频收发器和处理器的有源标签通过两路射频信号覆盖的地理区域、F2重叠区域、F1与F2重叠区域，射频收发器侦测所述阅读器发送的射频信号后将标签序列号以及反馈信号发送到阅读器，处理器根据同时侦测到的射频信号F1和射频信号F2、只接收到射频信号F2、接收到双向射频信号F2的先后顺序和信号强度，判定向阅读器返回的信号值，阅读器根据标签返回的信号值以及标签序号ID判断标签的行进方向以及位置。

所述标签采用间歇性侦测方式，定时侦测阅读器发送的射频信号，当标签侦测到射频信号F2时，就立即同时侦测射频信号F1，侦测不到F2就再次进入休眠。

有源标签同时检测到射频信号F1和射频信号F2时标签返回某一信号D，当有源标签只检测到射频信号F2时返回信号S，当有源标签检测到双向射频信号F2时返回信号K，阅读器根据接收到的信号判断有源标签所在方位，以及在预定时间内接收到的返回信号的顺序判断标签的行进方向。

所述射频信号F1的信号覆盖区的径向大于所述射频信号F2的信号覆盖区的径向，且两路射频信号覆盖的地理区域具有重叠覆盖区域和单独覆盖区域，且通过反射体在所述射频信号F2的信号覆盖区内反射出双向射频信号F2覆盖区域。

所述单向辐射天线为定向天线，所述全向辐射天线为偶极天线。

所述阅读器分别设置在出入口、以及施工现场内部需要进行人员定位的位置，所述有源标签佩戴在现场人员身上。

本发明的有益效果是：

1、本发明通过在出入口、以及施工现场内部需要进行人员定位的位置设置具有单向辐射天线和全向辐射天线的阅读器，用于检测标签佩戴人员的行进方向以及位置，识别准确度高，且系统结构简单，操作方便，成本低、易实施。

2、本发明单向辐射天线具有指向性，全向辐射天线具有全面性，通过检测标签通过一种天线覆盖区域、两种天线重叠区域及双向信号覆盖区域的前后顺序，判断标签的运动方向。

3、本发明标签采用间歇性侦测方式，定时侦测阅读器发送的射频信号。当标签侦测 到射频信号F2时，就立即同时侦测射频信号F1，侦测不到F2就再次进入休眠，降低电能的损耗。

4、本发明根据返回的信息S、D、K，判断其返回的ID标签佩戴人员的身份以及该人员处于S、D、K对应的方位，方便管理人员准确定位该人员的位置，必要的情况下通知该人员转移。

附图说明：

图1是阅读器天线单元的结构图；

图2是阅读器天线单元识别标签位置与方向的原理图。

具体实施方式：

实施例：参见图1和图2，图中，111-单向辐射天线，12-开口，113-全向辐射天线，112-反射体。101-射频信号F1单独覆盖区，103-射频信号F1和射频信号F2重叠覆盖区， 102-射频信号F2单独覆盖区,104-射频信号F2重叠覆盖区。

基于无线传感器网络的人员考勤系统，阅读器和有源标签；阅读器分别设置在出入口、以及施工现场内部需要进行人员定位的位置。

阅读器具有两路射频发送器，阅读器包括用于发送不同频率的射频信号F1和射频信号F2的第一射频发送器和第二射频发送器，第一射频发送器具有一单向辐射天线，第二射频发送器具有一全向辐射天线、至少一反射体，反射体和全向辐射天线设置于单向辐射天线的两侧，其中一路射频信号通过单向辐射天线发送，另一路射频信号通过全向辐射天线发送，使得两路射频信号分别覆盖于不同的地理区域上，全向辐射天线与反射体对应使用。所述有源标签佩戴在现场人员身上，包括一射频收发器，用于侦测所述阅读器发送的射频信号，以及将标签序列号以及对应信息发送到阅读器；以及处理器，用于根据所侦测到的射频信号F1和射频信号F2的先后顺序和信号强度，判定向阅读器返回的信号值。阅读器根据标签返回的信号值以及标签序号ID判断标签的行进方向以及位置。

下面结合图1和图2，对识别行进方向的工作原理进行详细说明。

图1是阅读器天线单元的结构图。阅读器的天线单元，具有一单向辐射天线、至少一反射体及一全向辐射天线113，该反射体112设置于该单向辐射天线的一侧，该全向辐射天线设置于该单向辐射天线的另一侧，且该单向辐射天线111的开口12对应该全向天线113。其中全向辐射天线113可采用偶极天线。

图2是阅读器天线单元识别标签位置与方向的原理图。将阅读器设置在位置O，位置O可以为需要对现场人员进行安全监视的地方或考勤出入口，阅读器通过两路射频发送器同时发送2个不同频率的射频信号，包括射频信号F1和射频信号F2。射频信号F1为定向天线发射的信号，其信号覆盖区为纺锤形，位于地理区域A中的扇形区域102；射频信号F2为全向辐射天线发射的信号，其信号覆盖区为面包圈型，位于地理区域A和地理区域B中圆形区域101，其中由于反射体的作用，部分射频信号F2返回与圆形区域101形成重叠区域104；且所述射频信号F1的信号覆盖区的径向，大于所述射频信号F2的信号覆盖区的径向，即射频信号F1的强度大于射频信号F2的强度。

为方便描述，本发明实施例将纺锤形的信号覆盖区简化为扇形，将面包圈 型的信号覆盖区简化为圆形。将反射形成的重复覆盖区域简化为三角形。如图2所示扇形区域102为射频信号 F1的信号覆盖区，位于地理区域A上。圆形区域101为射频信号F2 的信号覆盖区，三角形区域104为射频信号 F2重叠区域，其以地理区域A和地理区域B的分界线为中轴线，平均分布在地理区域A和地理区域B上。并且，扇形区域的半径大于圆形区域的半径。即图2所示的区域101只覆盖有射频信号F1，区域103同时覆盖有射频信号F1 和射频信号F2，区域102只覆盖有射频信号F2。

地理区域A和Ｂ可以分别代表施工现场的内外区域，如当区域A为施工现场的内部，区域Ｂ为施工现场的外部，则Ｏ点为出入口考勤点，当标签的行进方向是从地理区域B到地理区域A的方向时，标签先进入到区域101中的三角形区域104，此时侦测到双向射频信号F2而侦测不到射频信号F1；随后，标签进入到扇形区与圆形区的公共区域(即区域103)，标签侦测到射频信号F2也侦测到射频信号F1，即标签先检测到信号F2再检测到信号F1和F2。当标签既检测到全向辐射天线信号F2又检测到单向辐射天线信号F1时标签返回某一信号D且同时返回自身的序号ID，当标签只检测到全向辐射天线信号F2时返回信号S，且同时返回自身的序号ID，当标签处在三角形区域104中检测到双重信号F2时返回信号K，阅读器根据接收到的信号判断标签所在方位，以及在预定时间内接收到的返回信号的顺序判断标签的行进方向，此时，阅读器检测到该标签的ID以及信号DKS，则判断标签的行进方向为进入施工区域，即可完成上班打卡。当标签的行进方向是从地理区域A到地理区域B的方向时，标签先进入到区域103，此时标签侦测到射频信号F2也侦测到射频信号F1随后，标签进入到区域101，此时只侦测到射频信号F2而侦测不到射频信号F1；即标签先同时检测到信号F1和F2再只检测到信号F2，然后检测到双重F2信号，则阅读器检测到该标签的ID以及信号SDK，判断标签的行进方向为离开施工区域，即可完成下班打卡。按照同样的道理，也可以将区域A做为施工现场的外部，区域Ｂ为施工现场的内部。

此外，还可以阅读器设置在施工点等需要进行人员定位的位置，如建筑设备的拆卸或爆破点、需要使用塔吊等进行外里面设备安装的施工点，这些位置往往需要清散除重要施工人员外的其他人员，当阅读器检测到标签返回D信号时，即可根据其返回的ID判断标签佩戴人员的身份以及该人员处于A区域对应的方位，当接收到S信号时，则判断该人员处于B区域对应的方位，当接收到K信号时，则判断该人员处于B区域中的三角形区域104对应的方位。从而，方便管理人员准确定位该人员的位置，必要的情况下通知该人员转移。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种基于无线传感器网络的人员考勤系统，包括阅读器和有源标签，其特征是：所述阅读器包括用于发送不同频率的射频信号F1和射频信号F2的第一射频发送器和第二射频发送器，第一射频发送器具有一单向辐射天线，所述第二射频发送器具有一全向辐射天线、至少一反射体，所述反射体和全向辐射天线设置于单向辐射天线的两侧，其中一路射频信号通过单向辐射天线发送，另一路射频信号通过全向辐射天线发送，使得两路射频信号分别覆盖于不同的地理区域上，并根据反射体区分成四个不同的覆盖区域，包括射频收发器和处理器的有源标签通过两路射频信号覆盖的地理区域、F2重叠区域、F1与F2重叠区域，射频收发器侦测所述阅读器发送的射频信号后将标签序列号以及反馈信号发送到阅读器，处理器根据同时侦测到的射频信号F1和射频信号F2、只接收到射频信号F2、接收到双向射频信号F2的先后顺序和信号强度，判定向阅读器返回的信号值，阅读器根据标签返回的信号值以及标签序号ID判断标签的行进方向以及位置。

2.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的人员考勤系统，其特征是：所述标签采用间歇性侦测方式，定时侦测阅读器发送的射频信号，当标签侦测到射频信号F2时，就立即同时侦测射频信号F1，侦测不到F2就再次进入休眠。

3.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的人员考勤系统，其特征是：有源标签同时检测到射频信号F1和射频信号F2时标签返回某一信号D，当有源标签只检测到射频信号F2时返回信号S，当有源标签检测到双向射频信号F2时返回信号K，阅读器根据接收到的信号判断有源标签所在方位，以及在预定时间内接收到的返回信号的顺序判断标签的行进方向。

4.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的人员考勤系统，其特征是：所述射频信号F1的信号覆盖区的径向大于所述射频信号F2的信号覆盖区的径向，且两路射频信号覆盖的地理区域具有重叠覆盖区域和单独覆盖区域，且通过反射体在所述射频信号F2的信号覆盖区内反射出双向射频信号F2覆盖区域。

5.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的人员考勤系统，其特征是：所述单向辐射天线为定向天线，所述全向辐射天线为偶极天线。

6.根据权利要求1-5中任一所述的基于无线传感器网络的人员考勤系统，其特征是：所述阅读器分别设置在出入口、以及施工现场内部需要进行人员定位的位置，所述有源标签佩戴在现场人员身上。