大慶石油管道公司負責石油管道的維護和提供石油運輸的動力部分，所以油泵工作站分布在廣袤的原野上．由于距離和工作強度的不同，事故突發性強，員工頻繁更替在各工作站工作，出勤和崗位工資就非常難以統計．根據這種實際情況，采用總控中心和各考勤終端的總分模式，每個員工以射頻IC卡作為ID識別卡，通信媒介采用GPRS網絡，適合管道公司的工作站分布廣泛的實際情況．
1 GPRS網絡
GPRS 是基于現有的GSM網絡實現的，需要在現有的GSM網絡中增加一些節點，網關GPRS支持節點GGSN，服務GPRS支持節點SGSN．GGSN在GPRS網絡和公用數據網之間起關口站的作用，它可以和多種不同的數據網絡連接；SGSN記錄移動設備的當前位置信息，并在移動設備和各種數據網絡之間完成移動分組數據的發送和接收，為服務區內所有用戶提供雙向分組路由．GPRS網絡框圖如圖1所示．
圖1 GPRS網絡框圖
本系統采用GPRS網絡作為通信媒介，因為它有很多優勢：價格合理，中國移動公司提供的GPRS服務按照流量計費，也可采取包月的形式，價格低廉；傳輸速率高，實時性好，數據量大，GPRS可提供高達115 kbit／s的傳輸速率；接人時問短，分組交換接人時間少于1 s，基于IP協議，可提供強大的Internet接人能力；永遠在線，可靠性高，抗干擾能力強．
2 系統總體設計
根據實際需要確定以下系統工作流程：員工進入公司后，首先用總控中心軟件通過串行口控制發卡器發卡，即總控中心軟件讀取Wiegand 26 bits協議編碼的射頻卡號并賦予一個員工編號，然后通過Internet發送給分散在各地的遠程終端，使其儲存員工的射頻IC卡號和員工編號，當員工在各個終端打卡時，終端記錄下打卡時間和員工編號，各終端定時分別通過GPRS模塊把定時段內的員工登陸情況和終端編號發送給Internet上的總控中心，總控中心按員工編號存貯登陸情況，并根據他們的登陸終端的不同賦予不同工資權值，做到工資和考勤的管理．系統構成如圖2所示．
圖2 系統構成簡圖
3 硬件終端的構成
根據系統的需要，各終端基于GPRS網絡的通信是系統硬件終端設計的難點．文中采用SIMCOM 公司生產的GPRS模塊SIM300 -3j作為無線通信部分，其價格比同類模塊低廉，其且功能強大，內嵌標準的TCP／IP協議，使控制MCU端無需涉及復雜的TCP／IP協議棧的編寫；提供1TrL電平的標準異步串行口，這樣MCU和模塊的通信就是簡單的串行通信．由于采用TTL電平，在硬件設計上不用專門的電平轉換芯片，只需采用三線制進行簡單連接，就可實現可靠的通信；外圍資源豐富，具備A／D、SPI、音頻、麥克接口等；通用、簡單、易上手的AT指令覆蓋GPRS所有功能，提高開發速度．但是，在300的外圍電路設計中需要特別注意以下幾點．
電源部分：由于300采用3．4～4．5 V供電，低于3．4 V則自動關閉模塊，而且在進行TCP／IP傳輸時，消耗的功率很大，所以要求電源必須能提供2A的峰值電流．這就要求電源模塊在提供2 A電流的情況下還要有很小的壓降，還要注意整個系統的其他器件都是用5 V供電．所以穩壓芯片的輸入電壓和輸出電壓差要小于1 V，這樣才能使系統用一個電源供電，減小干擾．通過比較，選擇MICREL公司生產的可調電壓穩壓芯片MIC29302bu這款芯片提供3 A的輸出能力，而且滿負載的壓降只有350mv，輸入和輸出之間只要滿足I V的壓差就可工作，完全滿足系統的需要．
對300模塊還要外置一個卡的卡座，為了防止靜電損壞，在靠近SIM片座各引腳的位置放置瞬變電壓抑制二極管，而且還要在各信號線上串聯一個20 Q的電阻，起到匹配作用．
SIM300的最關鍵部分是天線和射頻轉接線的選?。漕l連接線應考慮的是射頻信號的損耗，做到越小越好．根據實地測量，射頻連接線的插入損耗在GSM900通訊網絡中小于1 dB才可以采用．天線的阻抗50 Q，收發駐波比小于2．根據以上要求采用
日本Murata公司的MM9329—2700B射頻頻轉接器和通用的棒形天線．
液晶顯示模塊、實時時鐘模塊、EPROM存儲模塊和串行通信模塊都是作為一個考勤系統的通用模塊，圖中標注了采用的芯片．
讀卡模塊采用標準的Wiegand26bits 只讀讀卡器，讀卡器輸出Wiegand26bits編碼的數據，如圖3所示．
圖3 數據信號波形圖
由波形圖可知，26 bits的0和1是由DATAo和DATA 交替低電平確定的，而且有效數據持續時間很短，所以應該把讀卡器的DATA。線和DATA 信號異或后接MCU的中斷管腳，這樣可有效避免信號的丟失．
圖4 硬件終端框圖
4 軟件設計
在以上的硬件基礎上進行軟件的編寫，采用標準C語言 實現主要功能：初始化各外圍的功能模塊，顯示當前的時間，提供系統的時鐘，存儲并通過GPRS模塊發送員工打卡的參數等．具體的簡化流程圖如圖5所示．在軟件編寫時，難點在GPRS模塊設計部分，主要包括：模塊的初始化和數據的TCP傳輸．模塊初始化方面采用上電自動復位開機，初始化要完成GPRS網絡登陸的初始化過程．MCU通過串行口發送AT命令來完成．
AT+CGDCONT： 定義pdp上下文
AT+CGAT-F；連接gprs網絡
AT+CGREG；GPRS網的登陸狀
圖5 考勤終端簡化流程圖
注意：在上電后要保持至少3 S的等待時間才可以發送標準的AT指令進行初始化控制，否則，發送的AT命令將無效．在以上命令的返回值都為OK時，說明網絡登陸成功，這時就可以進行數據的傳輸．文中采用TCP協議進行傳輸，這樣可保證數據傳輸的可靠性．利用下面的AT¨ 命令完成．
AT+CIPSTART；建立TCP／UDP連接
AT+CIPSEND；發送數據
AT+CIPCLOSE；關閉TCP連接
上位機總控中心軟件采用VB編寫，軟件利用Winsockl6j控件編程．對SIM300的指定的上位機端口進行監聽，隨時接受傳輸數據．
注意：對于已經建立的TCP鏈路，如果在一段時間內沒有數據傳輸，這條鏈路就可能斷掉，所以在實際應用中，如果需要維護這條鏈路，要每隔一段時間(實測得到，這里為5 min)發送一個心跳包來維系鏈路；也可在傳輸數據前用AT+CIPSTATUS命令來檢測網絡狀況，發現斷開后，重新初始化鏈路．
5 結束語
把GPRS模塊SIM300和射頻IC卡應用于這套分布式考勤系統中，很好地解決了對于工作點分散的企業考勤難的問題，實際應用運行良好．對這一系統的考勤終端改造和上位機軟件升級，還可以很好地應用于無線自動抄表系統、無人看守系統、遠程數據采集系統等領域中．
作者簡介：程亮(1981-)，男，碩士研究生，主要研究方向：通信與信息系統、電子技術，E—mail：clxman@163.com
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