一种基于新型自动识别芯片的考勤系统——识读器的原理与设计[传感与控制]

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一种基于新型自动识别芯片的考勤系统——识读器的原理与设计

发布时间:2006年5月20日点击次数:413

来源: 作者:中国人民解放军信息工程大学（450002）白燕李清宝李国平

摘要：介绍一种基于新型自动识别芯片的单位考勤系统——识读器的硬件结构和设计原理,并给出了系统的工作过程。

关键词：识读器自动识别芯片考勤

随着邮政事业的飞速发展,邮政网络遍布乡村。因而,对邮政职工工作情况的考勤,则是一件很困难的事情。近年来,世界发达国家相继推出对于这种区域分散广、地域偏僻、操作和监督管理困难的领域实施监督的考勤系统。在国内市场上,单位考勤系统多采用IC卡识别技术,系统通过IC卡记录被考勤人员的工作情况,用单片机进行管理。考虑到邮政管理系统的特殊性,用传统思想研制的考勤系统难以满足需要。一种基于新型自动识别芯片iButtonＴＭ的考勤系统就是因此而设计的。

１iButtonＴＭ简介

是美国DALLAS公司生产的自动识别芯片。它采用不锈钢壳封装,与IC卡、磁卡相比,更适宜于在恶劣环境下工作,而且接口简单,可靠性更高。内部数据接口如图１所示。

具有以下主要特征：

（１）接口简单。只有一根地线和一根数据线,操作时,从数据线上窃取能量,或从嵌入的锂电池里获取能量。

（２）每个都有一个唯一的识别码。该识别码在产品出厂时,由厂家写入。其内部识别码具有8个字节,第一个字节是家族码,后面跟着6个字节的唯一串行码,用以区分同一家族中不同的,最后一个字节是CRC校验码。

（３）通过一线协议,采用内部自定时逻辑,在离散的时间片上完成命令和数据的传送。

２识读器的工作原理

基于IC卡的一般考勤系统,在考勤机上留有IC卡槽,工作人员使用IC卡接受考勤时,必须将IC卡插入考勤机的卡槽中,考勤机为其提供+5V工作电压。CPU通过控制IC卡上的CLK时钟输入端和I/O引脚,按照IC卡的读写时序,完成对IC卡的读写操作。这种考勤系统适宜于考勤机固定、IC卡流动的场合。而对于邮政系统中邮政职工的考勤,基于IC卡的考勤系统显得力不从心。因为一个邮政职工要管理多个邮箱,这些邮箱分布区域广。要求考勤机能够记录每个职工每天开取邮箱的时间,沿用老式IC卡考勤系统,显然是不切实际的。

鉴于这种新型自动识别芯片,它的封装形式非常适宜于恶劣环境下的操作,接口又简单,所以我们在开发邮政系统单位考勤系统时,选用了DS1990A为自动识别芯片。

在新型考勤系统中,将固定在邮箱中。职工开取邮箱时,手持识读器,用识读器主动碰触。当识读器确定已经和接触上时,便在一线总线上完成命令和数据的传送,识读器将该职工开取该邮箱的时间记入识读器。一定时间以后,再将识读器中记录的考勤结果通过传送接口送往微机,供考核人员考查。

３硬件结构与原理

识读器原理如图2所示。因为识读器采用电池供电,而且要求识读器的体积小,便于携带,所以在设计识读器时,要尽可能选取功耗低、体积小、集成度高的器件。

基于上述考虑,在该电路中,CPU采用DALLAS公司生产的DS5002。该单片机指令集与工业标准的8051兼容;在字节宽总线上可获得64K程序区和64K数据区;它具有锂电池后备功能,在无电源的情况下,依靠锂后备电池提供+3V电压来维持SRAM中的数据,保持时间可达十年之久。另外,该单片机还有较强的电源管理功能,能提供掉电复位、电源不足报警中断,可自动完成电源和后备电池的切换工作。同时,还能够在系统编程,使用起来非常方便。

存储器芯片选用东芝的M5M51008CVP。该存储器芯片容量为128K,采用CMOS工艺,具有高可靠性、高密度、低功耗等特性。数据保持电压2V,保持电流0.1μA(VCC=3.0V),非常适宜于电池后备的应用场合。

采用DS1302时钟芯片作为系统时钟。该芯片可提供系统的年、月、日、时、分、秒等时间参数,电压工作范围在+2.5V～+5.5V之间,且具有简单的３线串行接口。电压在2.5V时耗电小于300nA。

采用9V电池为系统提供电源,它通过DC-DC模块为单片机提供+5V工作电压。我们选用的DC-DC芯片在100μA负载时仅需15μA的静电流,非常适合于电池供电系统。

系统平时处于断电状态,功耗接近于0,当识读器与接触时,将识读器数据线上的高电平拉为低电平,使系统上电复位,开始工作。当识读器已经确定和接触上时,便按照一线协议开始对操作,读取的识别码,并从DS1302中读取当前的时间,将识别码和时间存储于SRAM中,之后系统自动断电。在系统工作过程中,若VCC≤VPFW(VPFW的典型值为4.31V）,即当电源电压不够时,DS5002会自动产生报警中断,以提醒用户及时更换电池。在系统断电时,由备用电池保护存放在SRAM中的程序和数据,并为系统时钟芯片DS1302提供+3V工作电压。

４系统的软件设计

系统软件设计流程如图3所示。

本设备是使用新型自动识别芯片的考勤系统,因为自动识别芯片具有IC卡所无法比拟的优点,所以其市场发展前景十分广阔,本例只是它众多实例中的一个。

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