基于LonWorks和iButton技術的新型電子考勤裝置

摘要：闡述一種新型的基于LonWorks和iButton技術的電子考勤裝置的特點，著重介紹其硬件組成、軟件設計及系統工作原理，最后講述具體的應用場合。

關鍵詞：LonWorks iButton 電子考勤

目前，在數字識別領域，尤其在電子考勤系統中所采用的的介質多為磁卡和IC卡。這些介質存在攜帶不便、易受損壞、不能適應惡劣環境的不足；而電子考勤系統所選介質必須能較好地解決這些問題。美國DALLAS半導體公司推出的新型智能化信息載體iButton，采用不銹鋼外殼封裝，具有抗撞擊、防水漬、耐腐蝕、抗磁擾、防折疊的特點，滿足了電子考勤系統的要求。

除了信息載體應滿足一定的要求外，電子考勤系統還必須依靠可靠的網絡支持。LonWorks網絡是一種新型的現場總線網絡，由美國ECHELON公司和MOTOROLA公司共同研制開發。其支持OSI 7層協議架構，網絡拓撲結構靈活，系統可靠性、可維護性好，并采用先進的糾錯技術，抗干擾性強。而且，LonWorks和iButton器件提供通信接口支持。因而，采用iButton和LonWorks技術構建電子考勤系統成為可能。

基于iButton技術及LonWorks技術所設計的智能電子考勤系統，能較好地解決傳輸IC卡、磁卡考勤系統存在的不足，同時又滿足了分布式系統在可靠性、可維護性、穩定性方面的要求。

1 系統基本組成

圖1為本系統的基本結構，由三部分構成：一為內置有LonWorks通信卡的微機；二為智能考勤節點；三為考勤觸頭及iButton。微機處于主導地閏，具有網絡監測、網絡控制和網絡管理功能。智能考勤節點為數字量輸入的LonWorks節點模塊，主要將考勤觸頭送來的數據發往微機。考勤觸頭及iButton，主要負責數據采集，并將采集到的數據送入考勤節點。

1.1 智能通信卡

智能通信卡是LonWorks與監控微機連接的橋梁，是實現分布式系統信息收集、數據處理、現場控制等功能的樞紐，在通信過程中起關鍵作用。通信卡作為LonWorks網絡上的一種特殊的網絡節點，可以與其上所有分布式節點進行對等的數據通信。對微機而言，通信卡為一智能外設，可快速實現與微機的數據交換。

圖2為智能通信卡的功能框爐膛，主要包括Neuron神經元芯處、收發器、EEPROM、雙口RAM、譯碼電路和Service電路等。通信卡遵循LonTalk協議，通過以Neuron為核心芯片的網絡接口，與LonWorks網的智能節點進行通信，并通過對雙口RAM訪問實現與微機的數據交換。雙口RAM存儲單元的地址分配，在微機和Neuron芯片兩側有所不同。Neuron芯片和微機之間的通信，綜合采用了標志查詢、定時中斷和事件驅動等多種方式。

1.2 智能考勤節點

智能考勤節點實現為數字量輸入的LonWorks節點模塊。Neuron芯片提供有IO_0～IO_10共11個I/O引腳，通過對其進行編程，可配置成多種不同的I/O對象。其中Touch I/O對象類型用于與DALLAS半導體公司開發的1-Wire協議接口，因而LonWorks可方便地支持iButton等1-Wire器件。

Neuron C語言支持Touch I/O對象的函數主要有：

Int touch_reset(io_object_name); //系統復位

Unsigned touch_byte(io_object_name,unsigned write-data);

//在1-Wire總線上讀寫字節數據

unsigned touch_bit(io_object_name,unsigned write-data);

//在1-Wire總線上讀寫位數據

int touch_first(io_object_name,search_data *sd);

//執行ROM搜索算法

int touch_next(io_object_name,search_data *sd)；

//執行ROM搜索算法

unsigned crc8(unsigned crc,unsigned new-data);

//執行CRC校驗

在Neuron C程序中可直接調用以上函數訪問iButton等器件，進行數據讀寫操作。

1.3 iButton及考勤觸頭

iButton采用紐扣狀不銹鋼外殼封裝，內部由I/O處理器和存儲器兩個基本部分組成，以1-Wire規范作為通信協議，與外界進行信息交換。1根數據線和1根地線構成了iButton的電氣接口。采用獨特的主從式、位同步、半雙串行方式與外界通信，信號同步由內部定時邏輯解決，而數據通信的能量則由數據線提供。

本系統中的iButton采用DS1990A，其帶有64位全球唯一的標識號，作為考勤人員的身份標識。考勤觸頭直接采用DALLAS公司的DS9092GT觸頭。

2 系統軟件設計

軟件設計亦由三部分組成，如圖3所示。一是管理信息數據庫系統，操作界面用VB6.0或VC6.0開發，數據庫采用Access或Oracle、SQL Server。二為通信卡上的通信程序。三為考勤節點的數據采集程序。這兩部分程序用Neuron C（語言開發）。管理信息數據庫系統與通信程序間基于雙口RAM技術實現數據交換，而通信程序與數據采集程序間采用Neuron C顯式報文技術實現數據交換。

人們隨身攜帶iButton，當進入單位或其他需作考勤的場所時，將iButton與考勤觸頭接獨。IButton的標識號通過考勤節點進入微機，加上時間標簽存于管理信息數據庫中。根據不同的物理位置，設置考勤節點，每個考勤節點又可以連接若干個考勤獨頭。根據應用系統的大小選用關系數據庫。若系統較小，采用Access即能滿足要求；否則，采用Oracle或SQL Server。

以下為數采程序中的一段核心代碼，用Neuron C語言編寫。

#pragma enable_io_pullups

……

IO_4 input leveldetect io_twire_pres;

IO_4 touch io_twire;

unsigned int id_data[8]；

msg_tag mess_out;

……

when (io_in(io_twire_pres)= =1)

{unsigned int i,crc_data;

if(touch_reset (io_twire)) //系統復位

{id_data[0]=51; //發送讀取ROM區ID數據的命令

io_out(io_twire,id_data,1);

io_in(io_twire,data,8); //讀取8位ID，放在id_data中

crc_data=0；

for(i=0；i7；i++) //CRC校驗

{crc_data=crc8(crc_data,id_data[i])；

}

if(crc_data= =id_data[7])

{for(i=0;i8;i++) //將采集到的數據打包

{msg_out.data[i]=id_data[i];

}

msg_out.service=UNACKD_RPT;

msg_out.tag=mess_out;

msg_out.dest_addr.no_address=BROADCAST;

msg_send();

}

}

(void)io_in(io_twire_pres);

}

3 系統應用

本套系統融合當今世界最新的iButton與LonWorks技術，設計思路新穎獨特。IButton技術較好地解決了目前電子考勤系統普遍存在的攜帶不便、易受磁擾電擾、易受腐蝕、容易折損、不能適用于惡劣環境的不足；而采用LonWorks網絡技術，使之成為一分布式的系統，有效作用范圍高達數公里，并且穩定性、可靠性和抗干擾性大大提高，可以滿足大型企業尤其是化工、煤礦、冶金等企業的人員考勤。

本套系統實現簡單，成本低廉，網絡維護方便，有望生產較好的經濟效益和社會效益，具有廣闊的應用前景。