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基于RFID的考勤系统 – 电路、工作原理、源代码

在本文中，我们实现了两个不同的基于RFID的考勤系统项目，分别使用 8051微控制器 和 AVR(ATmega8)微控制器。

高校中的考勤通常是基于纸质记录的，这有时可能会导致错误。手动点名会消耗大量时间。因此，本文提出的考勤系统使用 RFID 技术实现自动考勤。

在该系统中，每个学生都会被分配一个RFID标签。控制单元位于学院内部。当卡片放置在读卡器附近时，系统将自动记录考勤。本文将对此进行详细说明。

但在阅读本文之前，请先了解如何将 LCD与AVR微控制器接口连接，因为在本电路中也包含了这一部分。

1. 概述​

  • 电路构建与输出视频

  • DIY项目套件：基于RFID的考勤系统

2. 基于RFID的考勤系统电路原理​

基于RFID的考勤系统由 RFID读卡器、RFID标签、LCD显示屏 和 微控制器单元 组成。RFID模块可以通过 USART 接口与微控制器连接。数据从RFID卡传输到读卡器，再从读卡器传输到微控制器。

射频识别技术被广泛应用于多种场景。RFID标签分为两种类型：

  1. 无源标签（Passive Tag）
  2. 有源标签（Active Tag）

无源标签内部存储一个13位数字ID，而有源标签是 可读写标签，即可以从标签读取数据，也可以向标签写入数据。本项目中使用的是 无源标签。

在实际应用中，可以为学生分配 有源标签，并将其学号写入标签中。RFID读卡器内部包含一组 铜线圈，其作用相当于 天线。

当标签靠近读卡器时，由于 互感能量的感应，数据会被传输到读卡器。然后，读卡器将数据传输到微控制器。微控制器会持续检测是否接收到数据，一旦接收到数据，就会将其与数据库进行比较。

如果标签被认证，微控制器将记录考勤。本文还提供了 基于RFID考勤系统的演示视频。

3. 电路1：基于AVR的RFID考勤系统电路​

3.1 电路原理图​

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3.2 电路元件​

  • ATmega8微控制器

  • RFID读卡器

  • RFID标签

  • LCD显示屏

3.3 电路设计​

该RFID考勤系统的电路设计非常简单。RFID读卡器包含 TX（发送） 和 RX（接收） 引脚，这些引脚分别连接到微控制器的 PD0 和 PD1 引脚。

  • VCC 连接到5V
  • GND 连接到地

如果模块没有可用的引脚，可以使用 DB9连接器 进行连接。

  • PD0 为接收引脚（RX）
  • PD1 为发送引脚（TX）

3.3.1 RFID与USART通信​

RFID模块通过 USART 与微控制器通信。USART是 通用同步与异步接收/发送器（Universal Synchronous and Asynchronous Receiver and Transmitter）的缩写。

数据可以通过 UART 从RFID模块串行传输到微控制器。ATmega8 内部集成USART寄存器，必须在程序中声明这些寄存器以实现串行收发功能。

3.3.2 LCD显示屏接口​

LCD显示屏通过 4位模式 连接到微控制器的 Port B：

  • D4-D7 数据引脚 → PB0-PB3
  • RS引脚 → PB4
  • RW引脚 → PB5
  • Enable引脚 → PB6

为了在LCD上显示数据，需要执行以下步骤：

  1. 初始化LCD为4位模式

  2. 将RW引脚置低

  3. 将RS引脚置高

  4. 使能Enable引脚

  5. 发送数据到数据引脚

  6. 禁用Enable引脚

4. 如何操作基于RFID的考勤系统​

  1. 完成所有连接后，接通电源

  2. LCD显示 “PLEASE SWIPE THE CARD”

  3. 将RFID标签靠近读卡器

  4. 读卡器读取标签内数据并传输给微控制器

  5. 微控制器将接收到的ID与数据库比对

  6. 如果认证成功，LCD显示 “authenticated” 并记录考勤

  7. 如果标签未注册，LCD显示 “Unauthorised”，且不会记录考勤

5. 电路2：基于8051的RFID考勤系统​

5.1 电路原理图​

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5.2 元件清单​

  • AT89C51微控制器

  • AT89C51编程板

  • 11.0592MHz石英晶体

  • 2×33pF陶瓷电容

  • 2×10KΩ电阻

  • 10µF电解电容

  • 2×按钮开关

  • 16×2 LCD显示屏

  • 3×1KΩ电阻

  • 10KΩ电位器

  • EM-18 RFID读卡器模块

  • RFID标签或卡片

  • 连接线

5.3 电路设计​

5.3.1 8051微控制器基本连接​

  • 晶振：11.0592MHz石英晶体接至微控制器 XTAL1（引脚19）与 XTAL2（引脚18），并各接一个33pF电容到地

  • 复位电路：

    • RST引脚（Pin 9） 通过10KΩ电阻接地
    • 10µF电容 接在正电源与RST引脚之间
    • 按钮开关并联在电容两端

  • 外部访问引脚（Pin 31）通过10KΩ电阻上拉至正电源

5.3.2 LCD显示屏连接​

  • 对比度调节：LCD第3引脚接一个10KΩ电位器

  • 控制引脚：

    • RS → P3.6
    • RW → GND
    • E → P3.7

  • 数据引脚：LCD的8个数据引脚接至微控制器 PORT1

5.3.3 RFID读卡器连接​

  • RFID TX → 微控制器 P3.0（RXD）
  • RFID RX → 微控制器 P3.1（TXD）
  • P3.3 接按钮用于查看考勤详情

最后，一个按钮连接到 P3.3 (IN) 引脚，用于查看考勤详情。

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5.4 工作原理​

  1. 电路上电后，LCD显示 “Swipe the card”

  2. RFID读卡器检测ID卡后，通过串口向微控制器发送唯一ID

  3. 程序将接收的ID与预存数据库比对

  4. 如果匹配，LCD显示持卡人姓名并记录考勤

  5. 按下按钮可关闭考勤记录并循环显示考勤详情

  6. 复位微控制器可重新开始考勤过程

6. 基于RFID的考勤系统的应用​

  • 可用于学校、企业、工厂等

  • 适用于所有需要身份认证的场景

7. 基于RFID的考勤系统的局限性​

  • 存在 代刷卡 风险，一人可替他人签到
  • 如果程序未优化，重复刷卡可能导致系统错误记录多天的考勤