基于RFID的开放式实验考勤管理系统

汪 庆 俞 磊 杜 炜 张璐瑶

(安徽中医药大学医药信息工程学院，合肥 230012)

高校实验室是高校培养学生开展实践学习和科学研究的主要基地。在实验课程教学中，学生平时实验出勤情况与成绩评定有着密切的联系。传统的随机抽样点名会让学生存侥幸心理，全部点名势必占用一定的教学时间，不利于实验教学的开展。

安徽中医药大学医药信息工程学院实验中心目前已建有20多个实验室，涉及计算机硬软件、网络、大学物理等多门课程的实验，使用传统的学生考勤管理模式已经很难满足现今实验室信息化管理的需要。如果在实验教学管理中使用RFID方式对实验室进出人员的数据进行记录分析，必定会提高实验教学管理的效率，节省教师的时间，使其能更集中精力教学。

1 实验教学管理系统架构

本系统是在长时间的实验教学调查后，根据高校实验教学的实际情况，提出的一个实用的软硬件结合系统，旨在解决目前高校实验室大幅度扩建后的实验教学管理和安全管理等日益突出的问题。系统搭建了硬件和软件平台，涉及硬件连接调试、数据库管理、IC卡信息的读取和写入等，利用RFID技术对实验教学情况进行监督管理。本次着重研究了RFID卡串口通讯读写实现的方法，以及读卡写卡过程控制，涉及的数据库相关操作不再赘述。

安徽中医药大学现有一卡通系统包括食堂消费系统、图书借阅系统、宿舍出入控制系统、洗浴打水信息管理系统。学生可以通过连接银行的自助圈存终端进行充值，发卡和补卡可以通过学校一卡通管理部门进行办理，学校利用现有的数字平台进行个人消费和行为管理。实验室教学管理则可以直接利用现有校园RFID一卡通卡号信息作为媒介，将学生卡号与学号信息一一对应，结合RFID读卡设备进行串口通讯即可实现实验室信息管理，实现实验室进出的数据管控。每个实验室由1个RFID读卡器和1个管理工作站客户端构成，可以由当堂实验课老师进行管理。此外，在整个实验室的局域网里需要1个服务器工作站提供数据库服务，学生的RFID卡可以作为身份认证标识。

本次的主要研究工作是基于RFID技术的实验考勤管理系统的设计、调试与实现。其中，系统硬件包括RFID读卡器、写卡器和RFID射频卡的选型、测试；系统软件包括RFID读卡器上位机软件设计、读写卡功能的实现，数据库设计。整个系统应具备以下基本功能：

(1) 能够读取学生卡信息，包括学号、姓名、头像等，便于核对。

(2) 管理学生的实验课考勤记录，便于统计学生的出勤情况。

(3) 能够对学生的信息进行维护。

(4) 能够对学生卡信息进行维护和管理，包括补卡，发新卡，核对卡信息等。

2 硬件设备选型

RFID技术广泛应用于各种身份识别认证等场合，如校园一卡通系统[1]、物流跟踪[2]、药品食品溯源[3-4]、不停车收费[5]等。目前RFID技术已经比较成熟，技术可行性较高。本系统选用的硬件设备为明华RF系列非接触式MRF-35型IC卡读写器[6]和M1型RFID射频卡。

RFID读写器的基本工作原理是读写器向M1卡发一组固定频率的电磁波，卡片内含有一个与读写器发射频率相同的LC 串联谐振电路，在电磁波的激励作用下，LC 谐振电路共振使得电容电荷，通过单向导通的电子泵电荷送到另一个电容内，当M1卡的电容电荷达到2 V时，就可以发送或接收数据。

3 软件平台的设计与实现

3.1 总体功能设计

整个实验教学管理系统由2个子系统构成，分别是考勤子系统和管理子系统。

3.1.1 考勤子系统

考勤子系统承担本实验室内的考勤工作任务，由考勤服务工作站和考勤机组成，其通过RS232串口相互连接。工作站可以由实验室教师的PC机安装考勤客户端软件提供考勤服务。考勤机可以使用前述硬件选型，采用明华MRF-35型IC卡读写器。射频卡选用M1型空白RFID卡。考勤端主要功能模块：

(1) 读取刷卡人信息，即学生的信息，包括照片信息，防止代刷、替刷；

(2) 查看本实验室当前实验课的考勤记录；

(3) 管理尚未上传到服务器的考勤数据。

3.1.2 管理子系统

管理子系统承担用户RFID卡信息的维护，数据库的数据管理。由管理服务工作站和IC卡读写设备组成，通过RS232串口相互连接。管理服务工作站可以由管理人员的工作PC机安装管理客户端软件提供管理服务。IC卡读写设备也可以使用前述硬件选型，采用明华MRF-35型IC卡读写器。射频卡可以选用M1型空白RFID卡。管理端主要功能模块有4个。

(1) 学生信息的维护和管理，其属性包括学院、专业、年级、班级、姓名、性别等。

(2) 课表信息的维护和管理，其属性包括实验课的周次起止时间、课程名称等。

(3) 打卡时间的维护和管理，通过记录每天实验课的开始和结束时间，来控制打卡的具体时间段。比如：实验课第1节课的开始时间为8:30，则设定刷卡有效时间为8:00—8:30，其他时间则判定为迟到，没有刷卡记录则判定为旷课。其他实验课开始时间以此类推。

(4) 学生卡信息的维护和管理，其包括4个子功能。

①仅从卡读取信息。读取当前M1卡中的信息内容，查看学生资料。

②仅从数据库读信息。将学生对应的学号从数据库中调出查看，确认卡片中的内容是否有误。

③仅把信息写入卡。若学生丢失卡，数据库内容无需维护，补办卡只需写一张新卡即可。

④仅把信息写入数据库。这是对于第1次发新卡的情况，需要完成③④步骤，即先把学生信息写入卡，然后添加该学生信息到数据库。

系统总体功能模块设计如图1所示。

图1 系统总体功能模块设计

3.2 功能模块的实现

3.2.1 RFID卡读写功能的实现

读写器提供的SDK文件有3个：动态链接库mwrf32.dll，库文件mwrf32.lib，头文件mwrf32.h，通过在程序中调用设备提供的接口函数实现相应的功能。VC++6.0开发平台中使用C++语言调用动态库的步骤如下：

(1) 在.CPP中包含mwrf32.h头文件；

(2) 在工程文件中加入mwrf32.lib文件。

使用C++语言实现读写器对IC卡的读写过程如下：

Step 1：icdev = rf_init(m_Port,m_baund);初始化端口号m_Port，波特率m_baund；

Step 2：st = rf_get_status(icdev,_Status);

Step 3：m_key = "FFFFFFFFFFFF";

st = rf_load_key(icdev,m_keymode,Sec,key);

st = rf_authentication(icdev,m_keymode,Sec);

Step 4：st = rf_read(icdev,Sec*4,data);若为读卡,则执行该行；

st = rf_write(icdev,Sec*4,data);若为写卡,则执行该行；

Step 5：rf_exit(icdev)。

3.2.2 客户端读卡考勤模块的实现

客户端读卡考勤设计如图2所示，该界面主要功能是实现本实验室的刷卡管理，由实验课老师即普通用户进行管理。数据库默认为服务器断开，手动连接后文本框会提示“SQL server connected!”。学生在规定时间内将卡片放置于IC卡刷卡器上面时，刷卡界面会显示学生的详细信息并伴随着蜂鸣器“滴”的一声提示刷卡成功。实验课老师可以点击“刷卡记录”查看本次实验课的学生刷卡考勤情况。

图2 客户端读卡考勤界面

3.2.3 管理端读卡与写卡模块的实现

管理端读卡与写卡功能设计如图3所示，该界面主要功能是由管理员实现IC卡管理。可实现以下功能：(1) 左侧为读取信息模块，根据参数设置，当前学生卡信息可以采取从当前IC卡读取或者从数据库读取的方式(方便验证IC卡和数据库的信息一致性)；(2) 右侧为写入信息模块，也有2种方式，即将对话框中的信息写入IC卡或者写入到数据库中(单独写卡功能是为了处理卡片丢失办新卡的情况)。

4 结 语

针对高校实验教学考勤工作问题，采用无线射频卡为身份认证媒介，实现了基于RFID的实验考勤管理原型系统。该系统可融入现有的校园一卡通平台，软硬件实现线路具有较高的可行性，能够解决高校实验教学的智能考勤管理问题，使得教师学生主要精力用于教学和实验，有助于提高实验教学质量与效率，可以在一定程度上解决开放式实验室的管理问题。

图3 管理端读卡和写卡界面