基于射频识别技术的考勤系统.doc

目录摘要I目录II第一章 RFID的介绍11.1 RFID技术特点21.2 RFID系统的组成31.3 电子标签的内部结构41.3.1 阅读器41.3.2 天线51.3.3 中间件61.4 RFID系统工作原理71.5 RFID与其他自动识别技术81.5.1条形码技术81.5.2磁卡识别技术81.5.3生物识别技术91.5.4 RFID区别与其他自动识别技术的特点91.6 RFID的应用现状10第二章 需求分析112.1 系统开发目标112.2 系统总体规划112.2.1 用户特点112.2.2 系统功能122.2.3 系统UML建模142.3 可行性分析162.3.1技术可行性163.3.2 经济可行性17第三章 基于RFID的考勤系统设计的系统框图183.1 数据流程图193.1.1 用户登录模块213.1.2信息管理功能223.1.3 射频卡分配功能233.1.4员工出勤情况记录功能243.1.5 查询功能253.1.6 数据库管理功能253.2 数据库概念设计28第四章 系统实施304.1系统应用实例304.1.1考勤数据管理模块304.4.2排班管理模块304.4.3加班请假管理模块31第五章 总结31摘要本文研究和设计了一种基于射频识别（RFID）技术的考勤系统。 此系统是利用RFID技术随着计算机技术与网络技术的迅猛发展，考勤管理系统不断向着集成化、智能化网络化与分布式的方向发展。在各个企业中，企业员工的考勤工作不仅工作量大，而且时效性强。过去，企业多采用手工记录或打卡记录的方式进行管理，效率和透明度较差，并且也容易出错；随着射频识别技术的发展和企业信息化建设的进行，使用射频识别技术管理企业考勤工作也成为大势所趋，它为企业的考勤工作节约了第一章RFID的介绍1.1 RFID技术特点RFID是Radio Frequency Identification的缩写，即射频识别，俗称电子标签。它是用无线射频方式进行非接触双向通信,以达到识别目的并交换数据的一项新技术。它主要与当今数字化商务相适应,可以实现自动识别和远程监控及管理。其通信距离范围可从几厘米到几十米,而且依据读写方式不同,可以输入几千字节的数字信息,具有极高的保密性。 FRID技术的环境适应性强，可全天候、无接触地完成自动识别、跟踪和管理功能,且穿透能力和抗干扰能力强。RFID技术可识别高速运动物体，并可同时识别多个标签，操作快捷方便。因此， RFID 技术已在世界各地得到广泛应用，如工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理等众多领域。1.2 RFID系统的组成最基本的RFID系统由电子标签、读写器（阅读器）、天线三部分组成。而一个完整的RFID系统还需要管理软件。RFID的基本组成部分：RFID标签俗称电子标签，也称为应答器（Tag，Transponder, Responder）。电子标签是指由IC芯片和无线通信天线组成的超微型的小标签，其内置的射频天线用于和读写器进行通信。根据工作方式可分为主动式（有源）和被动式（无源）两大类。当RFID标签进入读写器的作用区域，就可以根据电感耦合原理（近场作用范围内）或电磁反向散射耦合原理（远场作用范围内）在标签天线两端产生感应电势差，并在标签芯片通路中形成微弱电流，如果这个电流强度超过一个阈值，就将激活RFID标签芯片电路工作，从而对标签芯片中的存储器进行读/写操作，微控制器还可以进一步加入诸如密码或防碰撞算法等复杂功能。RFID标签芯片的内部结构主要包括射频前端、模拟前端、数字基带处理单元和EEPROM存储单元四部分。电子标签内部结构如图所示.1.3 电子标签的内部结构1.3.1阅读器阅读器也称读写器、询问器（Reader，Interrogator），是对RFID标签进行读/写操作的设备，主要包括射频模块和数字信号处理单元两部分。读写器的频率决定了RFID系统工作的频段，其功率决定了射频识别的有效距离。读写器是RFID系统中最重要的基础设施。一方面，RFID标签返回的微弱电磁信号通过天线进入读写器的射频模块中转换为数字信号，再经过读写器的数字信号处理单元对其进行必要的加工整形，最后从中解调出返回的信息，完成对RFID标签的识别或读/写操作；另一方面，上层中间件及应用软件与读写器进行交互，实现操作指令的执行和数据汇总上传。在上传数据时，读写器会对RFID标签原子事件进行去重过滤或简单的条件过滤，将其加工为读写器事件后再上传，以减少与中间件及应用软件之间数据交换的流量，因此在很多读写器中还集成了微处理器和嵌入式系统，实现一部分中间件的功能，如信号状态控制、奇偶位错误校验与修正等。读写器内部结构如图所示.1.3.2天线天线（Antenna）是RFID标签和读写器之间实现射频信号空间传播和建立无线通讯连接的设备。RFID系统中包括两类天线，一类是RFID标签上的天线，由于它已经和RFID标签集成为一体，因此不再单独讨论，另一类是读写器天线，既可以内置于读写器中，也可以通过同轴电缆与读写器的射频输出端口相连。目前的天线产品多采用收发分离技术来实现发射和接收功能的集成。天线在RFID系统中的重要性往往被人们所忽视，在实际应用中，天线设计参数是影响RFID系统识别范围的主要因素。1.3.3 中间件 中间件（Middleware）是一种面向消息的、可以接受应用软件端发出的请求、对指定的一个或者多个读写器发起操作并接收、处理后向应用软件返回结果数据的特殊化软件。中间件在RFID应用中除了可以屏蔽底层硬件带来的多种业务场景、硬件接口、适用标准造成的可靠性和稳定性问题，还可以为上层应用软件提供多层、分布式、异构的信息环境下业务信息和管理信息的协同。中间件的内存数据库还可以根据一个或多个读写器的读写器事件进行过滤、聚合和计算，抽象出对应用软件有意义的业务逻辑信息构成业务事件，以满足来自多个客户端的检索、发布/订阅和控制请求。1.4 RFID系统工作原理由读写器通过发射天线发送特定频率的射频信号，当电子标签进入发射天线有效工作区域是产生感应电流，从而获得能量被激活，使电子标签将自身编码信息通过内置射频天线发送出去：读写器的接受天线接收到从标签（射频卡）发送过来的调制信号，经天线调节器传送到读写器信号处理模块，经解调和解码后将有效信息送至后台主机系统进行相关处理：主机系统根据逻辑运算判断该卡的合法性，识别该标签的身份，针对不同的设定做出相应的处理和控制，最终发出指令信号控制读写器完成不同的读写操作。一套完整的RFID系统，是由阅读器（Reader）与电子标签（Tag）也就是所谓的应答器（Transponder）以及应用软件系统三部分组成，其工作原理是Reader发射一特定频率的无线电波能量给Transponder，用以驱动Transponder电路将内部的数据送出，此时Reader便依序接收解读数据，送给应用程序做相应的处理。1.5 RFID与其他自动识别技术 自动识别技术近些年来的发展可以称得上是日新月异，它已成为集计算机、光、机电、通信技术为一体的高新技术学科。目前，常见的自动识别技术包括了条形码技术、射频识别技术、磁卡识别技术、生物统计技术等。1.5.1条形码技术条形码是在1949年首先提出的。它算得上是最古老最成熟的一种识别技术，它也是自动识别技术中应用最广泛和最成功的技术。由于条形码成本较低，有完善的标准体系，已在全球散播，所以已经被普遍接受。条形码是由宽度不同、反射率不同的条和空，按照一定的编码规则(码制)编制成的，用以表达一组数字或字母符号信息的图形标识符。即条形码是一组粗细不同，按照一定的规则安排间距的平行线条图形。它的基本工作原理为：由光源发出的光线经过光学系统的照射到条形码符号上面，被反射回来的光经过光学系统成像在光电转换器上，使之产生电信号，信号经过电路放大后产生模拟电压，它与照射到条码符号上被反射回来的光成正比，再经过滤波、整形，形成与模拟信号对应的方波信号，经译码器解释为计算机可以直接接受的数字信号。然而，随着数据采集环境逐渐变得苛刻，同时数据质量的要求逐渐提高，条形码本身所具有的一些缺点也逐渐开始限制其应用范围。例如：只能近距离读取静态物体，对于移动中的物体不能进行识别。条形码存储容量较小：一张条形码只能存储十几个字符的信息，所以只能识别生产者和产品，并不能辨认具体的商品，贴在所有同一种产品包装上的条形码都一样，无法辨认哪些产品先过期：读取速度慢：读取一次需要2秒以上的时间，对于产品数量较为集中的库存，数据采集无疑是件非常繁重的任务；不可以批量读取，条形码一次只能读取一个条形码信息；环境适应性低：当条形码受损或被弄脏后，扫描仪就无法辨认目标。1.5.2磁卡识别技术我们常用的磁卡式通过磁条记录信息。磁条技术应用了物理学和磁力学的基本原理。磁卡技术的优点是数据可读写，即具有现场改变数据的能力：数据的存储一般能满足需要；使用方便，成本低廉。这些优点使得磁卡技术的应用领域十分广泛，如信用卡、银行ATM卡、现金卡(如电话磁卡)、机票、公交汽车票、自动售货卡等。磁卡技术的缺点是数据存储的时间长短受磁性粒子极性的耐久性限制，使用寿命短；信息容量小，常常依赖于外界的数据库；另外，磁卡存储数据的安全性一般较低，如磁卡不小心接触磁性物质就可能造成数据的丢失和混乱。1.5.3生物识别技术 生物识别技术是指通过计算机利用人类自身生理或行为特征进行身份认定的一种技术，如指纹识别和虹膜识别技术等。生物识别技术广泛用于安全控制领域。由于人体特征具有不可复制的特性，这一技术的安全系数较传统意义上的身份验证机制有了很大的提高。然而技术的成本和复杂性一度限制了这种系统的应用，随着技术的发展，系统的成本持续下降，而系统的性能不断提高，生物识别技术在其它领域的应用也将逐渐扩大，它在不断增长的信息世界中的地位也会越来越重要。1.5.4 RFID区别与其他自动识别技术的特点RFID技术具有很多其他识别技术无法比拟的优势，但同时，它还具有一些短期内无法解决的问题存在，从而使其普及范围和速度受阻。RFID技术优势为：1)可对高速移动的物体进行远距离识别；2)未接触自动识别，克服了其他识别技术需要近距离接触读取的缺点；3)编码容量大，实现了单一物品的唯一编码识别，能够对单品进行跟踪管理；4)可实现批量数据的瞬时同时读取，适应了信息量大幅增长而读取速度要求更快的现状； 5)可读可写，双向通信实现了信息的动态管理。同时，可多次读写，能够循环使用，有效利用了资源；6)更为智能，位置报警功能使其其它识别技术所不能实现的；7)环境适应性强，具有更为广泛的应用领域。其典型应用于身份识别、防伪、商业供应链、公共交通管理、物流管理等。RFID技术存在的问题：对于大规模推广来说，RFID标签和识读设备的价格显得过高，其普及应用尚待时日。使用RFID全部的功能，不仅需要硬件(标签和读写器等)制造、无线数据通讯与网络、数据加密、自动数据收集与数据挖掘等技术，还必须与企事业的企事业资源计划(ERP)结合起来。这种复杂的应用技术环境不可能一步到位。1.6 RFID的应用现状RFID作为一种自动无线识别和数据获取技术，已经使用了多年，应用领域越来越多。按照工作频率的不同，RFID标签可以分为低频(LF)、高频(HF)、超高频(UHF)和微波等不同种类。工作频率范围为30kHz300kHz低频段射频标签，其阅读距离一般小于1米。其典型应用有：动物识别、工具识别、电子闭锁防盗等。中高频段射频标签的工作频率一般为3MHz30MHz。典型工作频率为13.56MHz。其阅读距离一般情况下也小于1米。由于可方便地做成卡状，中频标签广泛应用于电子车票、电子身份证、电子闭锁防盗、小区物业管理、大厦门禁系统等。微波射频标签，其典型工作频率有433.92MHz、862(902)MHz928MHz、2.45GHz、5.8GHz。相应的射频识别系统阅读距离一般为4m6m，最大可达10m以上。超高频标签主要用于铁路车辆自动识别、集装箱识别，还可用于公路车辆识别与自动收费系统中。在实际应用中，比较常用的是13.56MHz、860MHz960MHz、2.45GHz等频段。我国在125KHz、13.56MHz等LF和HF频段RFID标签芯片设计方面的技术比较成熟，HF频段方面的设计技术接近国际先进水平，已经自主开发出符合ISO14443 Type A、Type B和ISO15693标准的RFID芯片，并成功地应用于交通一卡通和第二代身份证等项目中。第二章 需求分析一个成功的系统必须从做好系统需求分析了解用户需求是系统开发的基础，本系统旨在设计一套基于RFID技术的考勤数据采集及管理的信息系统。针对这一系统开发目标，分析了系统的用户特点及其业务流程，并在此基础上划分了系统模块，来分别实现系统功能。最后对系统的可行性进行了分析研究。2.1 系统开发目标 系统的目标是紧紧围绕企事业单位中考勤管理部门的内容来确定的，要为实现及时、完整、准确而有效的信息服务，提高工作效率和业务水平，降低成本，是各部门及其下属机构能够协调、有序、规范运行，提高企事业单位的工作效率。作为一套完整的基于RFID技术的考勤系统，系统由考勤机和计算机来共同搭建，考勤机完成对考勤数据的记录，并能长时间保存。计算机则是完成考勤相关数据的采集工作，以及从考勤机上采集考勤记录，并且对考究记录进行处理、保存。对已有的记录可以按照需求形成详细的考勤图表、报表，最后能够对形成的考勤图表、报表进行打印输出。另外，还要保证可以实现考勤机同计算机之间可靠的通信，完成数据和命令的传输。具体包括以下内容：1)开发一套可及时准确地处理大量考勤数据，实时地进行考勤数据审核和分析的考勤管理系统。结构上要易于扩充、维护，并具有良好的人机交互性。2)实现企事业单位内部数据一致化，数据资源的高度共享。利用网络的优势做到信息的无错快捷传递，提高工作效率，健全各部门的信息化管理。3)建立一套全面的查询机制。各种考勤资料以及相关信息的检索统计，上级管理人员能够通过检索出的数据进行相关分析，提供一定的辅助决策功能。4)技术上采用BIS模式，为系统的维护、扩展、更新以及数据的维护和存储打下良好的基础。2.2 系统总体规划2.2.1用户特点考勤管理系统的用户是企事业单位中的考勤管理部门，使用考勤数据的有主要以下几个职能部门和人员：1)各部门领导：查看本部门员工的考勤情况。2)行政部门：负责考勤信息的采集、整理、记录等工作。3)人力资源部门：负责考勤信息的复查与管理工作。4)财务部门：根据考勤统计情况制作员工工资报表。2.2.2系统功能 考勤软件系统用于对接受的考勤记录进行处理、统计分析，从而可以完成如下功能：灵活地设置作息时间、管理类别，管理软件据此自动计算持卡人考勤、加班、迟到、矿工等数据统计；随时查询任何人的考勤情况；自动生成报表。根据功能系统可以分为以下几个模块：考勤模块、维护模块。如图所示。(1)考勤模块考勤模块主要实现对持卡员工的考勤。当持卡员工在通过电子标签读写器前并且读卡器收到信号时，将读取的卡号、当前时间和登记信息等发往数据采集处理单元，数据采集单元迅速完成此次考勤处理，包括记录签到时间及离开时间等信息。1)考勤数据管理 考勤软件可以从各种考勤机系统自动导入刷卡数据，还可以实现登录网页做考勤签到、签退。系统读取终端设备考勤记录不会丢失，能将所有考勤记录准确的读取到考勤数据库，而且数据库设计容量超大，能够持久存储考勤记录，而且支持备份历史刷卡记录。2)排班管理针对上班时间具有周期性规律的员工，可以进行周期排班；一个部门下员工上班时间一样，可以对部门进行排班；如果某些员工上班时间一样，可以将员工分组，进行批量排班；如果上班时间不规则，可以按日排班或者从Excel里导入排班，或者免排班，系统在分析时根据最接近的班次进行处理。3)加班请假管理员工可以从自助平台提交请假申请、加班申请；系统根据提交的请假时长、假别、所适用批假级别、员工所属部门自动选择对应的批假流程。请假类别、加班类别可以随意设置；员请年假，会提示可用年假天数；员工请倒休假，须选择往日加班记录，用于对应。4)加班请假审批具有批假权限的人登录系统后，可以进行加班、请假审批；如果一个假单需要多人审批，并且有顺序，只有前边的人审批通过后边的人才能进行审批；所有人都审批通过，加班、请假有效；同一级审批可以设置多人，只要有一入通过该级审批即通过。加班、请假审批人可以开启审批提醒，当有加班、请假单需要审批时，弹出消息提醒。5)考勤查询统计请假汇总报表包括：应出勤(小时、天)、实出勤(小时、天)、缺勤时长、各种请假时长、种加班时长等；迟到、早退报表：每位员工每天迟到早退汇总表；员工日出勤报表：每位员工每日出勤明细，可以按月导出，每位员工一页，便于打印；出勤异常报表：每位员工一段时间内出勤异常情况，包括迟到、早退、缺勤等；出勤对比：各部门之间出勤率对比；(2)维护模块维护模块主要是基础信息的维护以及权限维护，如管理员工的档案，包括员工卡号、姓名、部门、职务等信息，也包括对IC卡的操作，例如发卡、挂失、注销等，一旦员工信息发生变化及时修改员工信息；系统可满足各种角色使用不同的权限，完成不同的工作。可以按不同角色的划分不同的权限。1)权限管理考勤软件权限设置很灵活，可满足各种角色使用不同的权限，完成不同的工作。比如可以按如下设置不同角色的权限：领导登录系统后，可以查看实时考勤签到、签退、迟到、早退、旷工、请假等情况，也可以查看考勤分析结果报表，还可以进行请假、加班审批。考勤管理员登录后，可以设定班次、排班、调班、补录刷卡、考勤分析统计、做考勤异常处理、导出报表等：普通员工登录后，可以管理自己的请假、加班，可以查看考勤记录、考勤汇总结果系统管理员登录后可以修改系统设置等。2)挂失注销对IC卡的发卡、挂失、注销操作。3)用户信息管理管理员工的档案，包括员工卡号、姓名、部门、职务等信息；新进员工添加，离职员工注销。3.2.3系统UML建模通过对用户进行需求分析，依据项目的业务流程图和数据流程图以及项目中涉及的各级操作人员，通过分析，识别出系统中的所有用例和角色；接着分析系统中的各个角色和用例之间的联系，在画出系统的用例图，同时勾画系统的概念模型，描述概念层类图和活动图。1)确定系统的范围和边界。考勤管理系统用于企事业单位人事部门的日常管理活动。它和财务部门的薪资系统存在系统关联，薪资系统从考勤系统中获得数据生成薪资信息。2)定义活动者。根据系统的职责范围和需求可以确定活动者。考勤管理系统涉及到得用户包括执行考勤工作的考勤管理人员、参加考勤的企事业单位所有员工。3)定义用例。有考勤管理人员先定义考勤规则，主要包括考勤项目的管理、奖惩措施的制定和奖惩指标的量化定义；普通员工通过提出请假、销假和加班的申请，并通过管理人员的审核，每逢月末，管理人员将考勤机种的数据导入考勤系统中，结合请假、销假和加班的审核数据，形成月末考勤数据的个人和部门汇总，以此为依据制定奖罚规则，计算出本月的员工考勤奖罚金额提交给财务部门3.3可行性分析3.3.1技术可行性本系统是一个通用型的考勤管理信息系统。根据考勤管理在各行业的管理工作具有一定的共性，而不同行业之间又会存在差异的特点，该系统在使用前可以根据各行业考勤管理工作的特点进行系统初始化，以定制出适合本行业，甚至本企业的系统。 本系统采用的都是一些高端的技术，但是这些技术都是已经成熟了的技术，所以在工程的开发和实施过程中遇到的问题一般都可以得到解决。本系统应用了Oracle的分布式数据库功能技术等多项技术，这些技术在国内的一些企业应用中都使用过，是一些成熟可靠的技术，可以完成本系统所需功能，满足用户的需求。2.3.2经济可行性由于本系统能够准确、快速收集考勤信息，并能够准确地统计分析考勤数据资料，改变了过去那种手工处理的管理模式，将全面可靠的信息作为决策的依据，从而提高企业管理的效率，增加了企业的经济效益。通过该系统，可以加速企业内部信息的收集、处理。同时，增强了数据资源共享，实现了数据资源使用的一致性，提高了数据处理的及时性、准确性，使得企业各部门之间能够依据同一数据资源做出决策。第三章 基于RFID的考勤系统设计的系统框图3.1 数据流程图数据流图（DFD）是用来描绘信息流和数据从输入移动到输出的过程中所经受的变换，下面两图分别为本文所设计系统的顶层数据流图和中间层数据流图 顶层数据流图中间层数据流图系统结构总图3.1.1 用户登录模块用户身份验证流程图信息管理功能在这个功能模块中，又有员工信息的添加、修改、删除，以及部门的添加和删除。员工信息添加流程图3.1.3 射频卡分配功能射频卡分配流程图3.1.4员工出勤情况记录功能出勤情况主要由考勤机来记录，然后由系统自动统计和分析，但是也有人工添加的功能，以备特殊情况的处理。但以只能考勤为主智能考勤流程图3.1.5 查询功能查询功能方便用户根据某项条件快速的找到自己所需要的信息，例如符合条件的员工信息，符合条件的IC卡信息和符合条件的员工考勤信息等。考勤信息查询流程图3.1.6 数据库管理功能数据库管理功能能帮助一些不会使用SQL Server 2005关系型数据库的用户方便的对数据进行附加、恢复、备份和压缩。系统模块设计系统管理模块修改密码重新登录邮件发送网上搜索Gaimi.csYoujian.csDenglu.cs系统管理模块修改密码重新登录邮件发送网上搜索Gaimi.csYoujian.csDenglu.cs系统管理模块修改密码重新登录邮件发送网上搜索Gaimi.csYoujian.csDenglu.cs系统管理模块修改密码重新登录邮件发送网上搜索Gaimi.csYoujian.csDenglu.cs系统管理模块修改密码重新登录邮件发送网上搜索Gaimi.csYoujian.csDenglu.cs3.2 数据库概念设计1)由于在系统的登录及权限涉及到不同的用户，为了区分用户和方便管理，规划出用户信息实体。如图所示2）当进行考勤时，需要对每天的考勤信息进行处理，需要进行考勤的填报工作，根据考勤的相关信息规划出了考勤记录信息实体，图如所示3）在查询模块中由于要了解一个月中每个学生出勤情况进行一个统计，因此规划出了考勤信息月统计信息实体，如图所示。4）射频卡是每个员工身份唯一标识工号的载体，根据射频卡的相关信息规划出了射频卡信息实体，如图所示。