疫情期间的基于Arduino智能考勤终端设计

王 淦，朱玉杰，黄天棋，黎冰冰，王一龙

（东北林业大学 工程技术学院，黑龙江 哈尔滨 150036）

0 引 言

随着大数据时代的到来，大学信息化迎来了新的需求变化。考勤是学校在管理过程中颇为重要的一项内容，能够对学生课堂纪律起到监督的作用，这个问题在疫情期间更是引起高校重点关注。由于大学生的学习、生活等各方面具有群体聚集性，一旦出现重大疫情，就会造成病毒在学生之间迅速地发生传播，从而造成严重的后果[1]。

因此，高校如何在减少接触、保证学生健康和克服传统考勤方式的弊病的前提下，安全高效地进行考勤管理就是个亟需解决的问题。并且设计出既可以满足疫情期间学生健康管理要求，又可以高效、简单进行考勤管理的终端就非常有必要，以此来满足疫情期间高校甚至公司的考勤管理。基于此，本文设计了一种基于Arduino智能考勤终端。

1 终端整体设计

本终端的主要功能是满足疫情期间的高校学生的考勤，对学生进行指纹签到和体温检测，并将数据传送至OneNET，管理者可以通过网站或者小程序进行一个数据查看。该终端以Arduino mega2560开发板作为主控器，利用指纹识别模块、红外体温检测模块实现考勤信息的采集，利用校园中的WiFi，通过ESP8266无线模块传送至OneNET进行数据储存以及后续的数据处理。智能考勤终端总体结构如图1所示。

2 硬件设计

2.1 Arduino mega2560开发板

本文终端选用Arduino mega2560作为控制主板。与其他STM等单片机相比，Arduino板具有相对完整的生态环境和开源免费的IDE程序编辑软件[2]，它构建于开放原始码simple I/O介面版，不需要复杂的Linux系统，在Windows环境下，使用C语言和IDE便可进行开发。借助开源的Arduino库函数完成程序代码的编写，并在程序上传到Arduino电路板后，主控板会根据程序实现各模块的协调工作。Arduino mega2560主控制器拥有54路数字输入/输出口，闪存也达到了256 KB，可以运行更加复杂的程序，这也使其具有了更好的拓展性和二次开发性，利于与各传感器模块连接来实现预期功能[3]。

图1 智能考勤终端总体结构

2.2 FM-180型指纹模块

在进行指纹识别分析工作时，程序的工作步骤是采集—存储—计算—处理[4]。FM-180型电容式指纹模块，具有以下几种优点：体积小、低功耗，指纹扫描精度高，在干湿环境均可采集出有效图像，电容式适用性强，有着高性能的处理算法[5]。该模块扩展性和二次开发性优良，通过调用库函数可以很快捷的与Arduino主板进行编程开发。指纹比对结果将反馈至Arduino主板，并进行上传。

2.3 SMTIR9901红外温度传感器

本文选用的是硅基红外传感器—SMTIR9901红外温度传感器，可以通过红外检测，经算法得出人的温度，再将数据信息变成JSON数据流传递至Arduino主控板。

2.4 ESP8266无线传输模块

ESP8266是由上海乐鑫信息科技开发的集成无线芯片，其功能强大成本低，可以进行二次开发[6]。如今有多家厂商在做ESP8266芯片的开发和芯片的开发服务，方便开发者可以开发出创新独特的智能产品，此外价格较低、性能稳定也是其受到较大关注的原因[7-8]。本文终端中Arduino主板利用AT指令进行控制，使用ESP8266的STA模式，利用IDE软件在程序中编入学校WiFi的参数，使其与互联网相连，向OneNET平台传输考勤数据和体温数据。

3 终端软件设计

3.1 系统流程

云平台的创建和应用是一个复杂的过程，但中国移动物联网为用户提供了一个开放的、简便实用的平台，即OneNET云平台。它将过于复杂的云服务器技术细节隐去，还广泛适配各种主流网络协议，支持各类智能硬件的快速接入和数据分析服务，显著地降低了物联网技术创新的成本[9]。

Arduino mega2560板和ESP8266无线传输模块的程序编写可以由IDE软件来实现。程序的功能是为了实现将各个传感器采集的信息变成JSON数据流，并在无线传输模块与OneNET的的数据连接和传输。终端软件设计流程如图2所示。

图2 终端软件设计流程

3.2 数据传输

EDP、MQTT和HTTP等主流网络协议，OneNET云平台都支持连接，可轻松实现设备的接入与管理[10]。本终端采用HTTP协议，查询OneNET开发手册的库函数，合成POST请求头：

4 本项目的创新点

本文设计的基于Arduino和OneNET的智能考勤终端有以下几个创新点：

（1）利用FM-180型指纹识别模块，在很大程度上可以防止替签等虚假签到信息的出现；

（2）考虑疫情这个特殊时期，加入了红外体温检测模块，可以在签到时让学生知道的体温是否正常，利于疫情期间的学生健康管理；

（3）可以解放任课老师和负责查课的学生组织，做到无接触、高效率完成考勤任务；

（4）教师可以通过网页或者小程序对OneNET平台上的考勤数据进行查看。

5 结 语

本文针对疫情这个关键的时期，设计了一款智能考勤终端。该终端可以实现检测学生体温和指纹签到的功能，无接触、高效完成考勤作业，方便教师进行考勤管理，符合疫情期间学生的健康管理要求。