摘? 要: 介紹一種基于新型自動識別芯片iButtonTM的單位考勤系統(tǒng)——識讀器的硬件結構和設計原理，并給出了系統(tǒng)的工作過程。
關鍵詞: 識讀器 自動識別芯片iButtonTM? 考勤
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隨著郵政事業(yè)的飛速發(fā)展，郵政網(wǎng)絡遍布鄉(xiāng)村。因而，對郵政職工工作情況的考勤，則是一件很困難的事情。近年來，世界發(fā)達國家相繼推出對于這種區(qū)域分散廣、地域偏僻、操作和監(jiān)督管理困難的領域?qū)嵤┍O(jiān)督的考勤系統(tǒng)。在國內(nèi)市場上，單位考勤系統(tǒng)多采用IC卡識別技術，系統(tǒng)通過IC卡記錄被考勤人員的工作情況，用單片機進行管理?？紤]到郵政管理系統(tǒng)的特殊性，用傳統(tǒng)思想研制的考勤系統(tǒng)難以滿足需要。一種基于新型自動識別芯片iButtonTM的考勤系統(tǒng)就是因此而設計的。
1 iButtonTM簡介
iButtonTM是美國DALLAS公司生產(chǎn)的自動識別芯片。它采用不銹鋼殼封裝，與IC卡、磁卡相比，iButtonTM更適宜于在惡劣環(huán)境下工作，而且接口簡單，可靠性更高。iButtonTM內(nèi)部數(shù)據(jù)接口如圖1所示。
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iButtonTM具有以下主要特征:
(1)接口簡單。只有一根地線和一根數(shù)據(jù)線，操作時，從數(shù)據(jù)線上竊取能量，或從嵌入的鋰電池里獲取能量。
(2)每個iButtonTM都有一個唯一的識別碼。該識別碼在產(chǎn)品出廠時，由廠家寫入。其內(nèi)部識別碼具有8個字節(jié)，第一個字節(jié)是家族碼，后面跟著6個字節(jié)的唯一串行碼，用以區(qū)分同一家族中不同的iButtonTM，最后一個字節(jié)是CRC校驗碼。
(3)通過一線協(xié)議，采用內(nèi)部自定時邏輯，在離散的時間片上完成命令和數(shù)據(jù)的傳送。
2 識讀器的工作原理
基于IC卡的一般考勤系統(tǒng)，在考勤機上留有IC卡槽，工作人員使用IC卡接受考勤時，必須將IC卡插入考勤機的卡槽中，考勤機為其提供+5V工作電壓。CPU通過控制IC卡上的CLK時鐘輸入端和I/O引腳，按照IC卡的讀寫時序，完成對IC卡的讀寫操作。這種考勤系統(tǒng)適宜于考勤機固定、IC卡流動的場合。而對于郵政系統(tǒng)中郵政職工的考勤，基于IC卡的考勤系統(tǒng)顯得力不從心。因為一個郵政職工要管理多個郵箱，這些郵箱分布區(qū)域廣。要求考勤機能夠記錄每個職工每天開取郵箱的時間，沿用老式IC卡考勤系統(tǒng)，顯然是不切實際的。
美國DALLAS公司生產(chǎn)一種新型自動識別芯片iButtonTM，它的封裝形式非常適宜于惡劣環(huán)境下的操作，接口又簡單，所以我們在開發(fā)郵政系統(tǒng)單位考勤系統(tǒng)時，選用了DS1990A為自動識別芯片。
在新型考勤系統(tǒng)中，將iButtonTM固定在郵箱中。職工開取郵箱時，手持識讀器，用識讀器主動碰觸iButtonTM。當識讀器確定已經(jīng)和iButtonTM接觸上時，便在一線總線上完成命令和數(shù)據(jù)的傳送，識讀器將該職工開取該郵箱的時間記入識讀器。一定時間以后，再將識讀器中記錄的考勤結果通過傳送接口送往微機，供考核人員考查。
3 硬件結構與原理
識讀器原理如圖2所示。因為識讀器采用電池供電，而且要求識讀器的體積小，便于攜帶，所以在設計識讀器時，要盡可能選取功耗低、體積小、集成度高的器件。
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基于上述考慮，在該電路中，CPU采用DALLAS公司生產(chǎn)的DS5002。該單片機指令集與工業(yè)標準的8051兼容;在字節(jié)寬總線上可獲得64K程序區(qū)和64K數(shù)據(jù)區(qū);它具有鋰電池后備功能，在無電源的情況下，依靠鋰后備電池提供+3V電壓來維持SRAM中的數(shù)據(jù)，保持時間可達十年之久。另外，該單片機還有較強的電源管理功能，能提供掉電復位、電源不足報警中斷，可自動完成電源和后備電池的切換工作。同時，還能夠在系統(tǒng)編程，使用起來非常方便。
存儲器芯片選用東芝的M5M51008CVP。該存儲器芯片容量為128K，采用CMOS工藝，具有高可靠性、高密度、低功耗等特性。數(shù)據(jù)保持電壓2V，保持電流0.1μA(VCC=3.0V)，非常適宜于電池后備的應用場合。
采用DS1302時鐘芯片作為系統(tǒng)時鐘。該芯片可提供系統(tǒng)的年、月、日、時、分、秒等時間參數(shù)，電壓工作范圍在+2.5V～+5.5V之間，且具有簡單的3線串行接口。電壓在2.5V時耗電小于300nA。
采用9V電池為系統(tǒng)提供電源，它通過DC-DC模塊為單片機提供+5V工作電壓。我們選用的DC-DC芯片在100μA負載時僅需15μA的靜電流，非常適合于電池供電系統(tǒng)。
系統(tǒng)平時處于斷電狀態(tài)，功耗接近于0，當識讀器與iButtonTM接觸時，iButtonTM將識讀器數(shù)據(jù)線上的高電平拉為低電平，使系統(tǒng)上電復位，開始工作。當識讀器已經(jīng)確定和iButtonTM接觸上時，便按照一線協(xié)議開始對iButtonTM操作，讀取iButtonTM的識別碼，并從DS1302中讀取當前的時間，將識別碼和時間存儲于SRAM中，之后系統(tǒng)自動斷電。在系統(tǒng)工作過程中，若VCC≤VPFW(VPFW的典型值為4.31V)，即當電源電壓不夠時，DS5002會自動產(chǎn)生報警中斷，以提醒用戶及時更換電池。在系統(tǒng)斷電時，由備用電池保護存放在SRAM中的程序和數(shù)據(jù)，并為系統(tǒng)時鐘芯片DS1302提供+3V工作電壓。
4 系統(tǒng)的軟件設計
系統(tǒng)軟件設計流程如圖3所示。
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本設備是使用新型自動識別芯片的考勤系統(tǒng)，因為自動識別芯片iButtonTM具有IC卡所無法比擬的優(yōu)點，所以其市場發(fā)展前景十分廣闊，本例只是它眾多實例中的一個。
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參考文獻
1 DALLAS SEMICONDUCTOR.Application Note Book，1997-1998
2 DALL SEMICONDUTOR.Secure Microcontroller Data Book，1997-1998
3 關德新，馮文全.單片機外圍器件實用手冊(電源器件分冊).北京:北京航空航天大學出版社，1998.6