（西北民族大学电气工程学院甘肃兰州730124）
摘要：针对目前高校采用的传统考勤存在的效率低、管理难度大等问题，为解决高校的考勤存在的弊端，实现考勤的科学化管理。本文提出一种基于无线传感器网络和ZigBee的学生考勤系统的设计方案，本设计以无线传感网络和ZigBee技术为核心，实现数据的实施高效传输，结合FRID射频识别技术和指纹采集技术，实现学生考勤的数据采集。进而实现学生考勤的智能化与现代化。
关键词：无线传感网路；ZigBee；指纹考勤；RFID
引言
随着信息技术的发展，高校的学生管理也迎来了一个新的时代，而学生考勤管理又是高校学生管理工作的重要工作之一。在学生考勤管理工作中引入现代的信息技术，能够有效提高高校学生管理工作水平。将无线传感网络和ZigBee技术应用于学生考勤管理工作中，能够极大提高学生管理工作中长期存在的管理难度大、监督管理不够等老大难问题。基于上述原因，本文提出了基于无线传感器网络和ZigBee的学生考勤系统的现代化学生管理方案，以期实现高校学生考勤管理的智能化、现代化、便捷化。
Ⅰ总体设计方案及选择
1.1总体系统设计
图1系统总体架构
本学生指纹考勤总体系统设计如上图所示，以无线通信模块为核心，通过FRID射频识别器和指纹采集器来获取有关学生个人信息必要数据，上传给网络协调节点和路由器节点，经无线通信模块到考勤机系统。稳压电源为整个系统提供稳定的低压直流电。考勤机系统可以实时把学生出勤的基本信息反馈给管理者。
1.2硬件设计
（1）系统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。在学生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机串口通信模块组成。
（2）系统无线传感器网络节点硬件电路的设计
本系统的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、考勤数据采集节点和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。
（3）考勤数据采集节点设计
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及时上传给路由器节点或网络协调器节点。
Ⅱ单元模块设计
2.1无线传感网络的设计
无线传感器网络通常包括传感器节点、汇聚节点和管理节点。是由一定数量的传感器件或者识别器件，能够通过自组织方式构成网络。传感器节点监测的数据沿着其他传感器节点逐跳地进行传输，经过多跳后路由到汇聚节点，最后通过互联网或卫星到达管理节点。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。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。
2.2ZigBee设计
ZigBee就是一种便宜的，低功耗的近距离无线组网通讯技术。是基于IEEE802.15.4标准的低功耗的局域网协议。是一种短距离、低功耗的无线通信技术。具有近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本等特点。ZigBee协调器，它往往比网络中其他节点的功能更强大，是整个网络的主控节点。它负责发起建立新的网络、设定网络参数、管理网络中的节点以及存储网络中节点信息等；ZigBee路由器可以参与路由发现、消息转发，通过连接别的节点来扩展网络的覆盖范围等；终端设备通过ZigBee协调器或者ZigBee路由器连接到网络，ZigBee终端设备能够以非常低的功率运行。具有很强的网络健壮性和系统可靠性。利用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，且使得无线网络组建灵活、布局简单、移动性强、扩展性好。
2.3FRID模块
射频识别技术，又称无线射频识别，是一种通信技术，俗称电子标签。可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。RFID技术主要是由射频卡、阅读器和数据管理系统三个主要部分构成的。系统的基本工作流程是：阅读器通过发射天线发送一定频率的射频信号，当射频卡进入发射天线工作区域时产生感应电流，射频卡获得能量被激活；射频卡将自身编码等信息通过卡内置发送天线发送出去；系统接收天线接收到从射频卡发送来的载波信号，经天线调节器传送到阅读器，阅读器对接收的信号进行解调和解码然后送到后台主系统进行相关处理；主系统根据逻辑运算判断该卡的合法性，针对不同的设定做出相应的处理和控制，发出指令信号控制执行机构动作。
可以在学生的一卡通的基础上增加FRID射频识别模块，更好的实现学生考勤的便捷性。
2.4指纹模块
指纹考勤方式相比于传统的考勤方式有三大优势：
1、防代签。传统的打卡、点名、查人数存在诸多弊端。高校的公共课人数较多，任课教师不能记住每位同学的名字及相貌，这就会存在代上课、代答道、代打卡等现象。而每个人的指纹都是世界上独一无二的，指纹考勤从根本上杜绝了学生虚假考勤的现象的发生。
2、高效率。点名、查人数等传统的考勤方式浪费任课教师的时间与精力。但如果采用指纹考勤的方式学生就可以在课前签到，任课教师也不必再去刻意注意每节课的考勤。节省了任课教师的时间与精力。
3、人性化。打卡考勤经常会出现由于学生忘记带卡而不能签到，这种情况导致的后果是学生本人已经到教室了，系统却认为他旷课了；但指纹签到则不会存在这种情况。指纹考勤相较于打卡考勤更加的人性化。
Ⅲ结束语
高校管理的智能化已经成为当今时代的一个必然的趋势，基于无线传感器网络和ZigBee的学生考勤系统就是基于此开发设计的，是传统的互联网和现代的物联网的一种应用。能够满足学生的考勤管理，打破传统考勤的管理布局，实现学生考勤的智能化和现代化。是高校信息化管理的一个重要组成部分。具有一定的市场价值。
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*基金项目：西北民族大学2017年度实验室开放项目（SYSKF-2017006）