陈 刚 万 昊

基于NFC近场通信技术的考勤系统

陈 刚 万 昊

本文简明介绍了NFC近场通信技术，并结合了目前常见的学生考勤方法，将NFC近场通信技术引入学生考勤领域。这种新的考勤方法将减轻教师的工作负担，解决了考勤机考勤难以区分迟到和早退的问题，降低了学生考勤的复杂程度和成本，更有效直观地将考勤信息展现给学生。

NFC近场通信技术是由非接触式射频识别（RFID）和互联网通技术的集成和演变而来，在一个单芯片上结合的感应读卡器，感应卡和点对点的特点，在短距离与兼容设备进行识别和数据交互。工作频率为13.56MHz。但使用这种方案，用户必须更换一个特制的手机。目前，该技术广泛应用于日本和韩国。通过手机支付功能，用户可以通过全国：他们的手机可以用于机场登机验证，大厦门禁钥匙，交通卡一卡通，信用卡，支付卡等。然而随着具有NFC功能手机的普及，将NFC技术引入学生考勤领域，这种新的考勤方法将减轻教师的工作负担，解决了考勤机考勤难以区分迟到和早退的问题，降低了学生考勤的复杂程度和成本，更有效直观地将考勤信息展现给学生。

NFC技术

NFC近场通信技术基本介绍

NFC近场通信，又可以叫做近距离无线通信。它属于一种能够在短距离内使用的高频无线通信技术。电子设备间通过这项技术可以进行非接触式的点对点数据交互以及数据传输（在0.1m以内）。该技术是由免接触式射频识别（RFID）技术经过一些演化而形成的技术，并且该技术可以向下兼容射频识别技术。它的主要是用来给智能手机等手持设备中提供M2M的通信，而这项技术最早开发成功的公司是索尼公司和飞利浦公司。

NFC技术与射频识别技术对比

虽然NFC信息的传递方式与射频识别技术同样都是频谱中无线频率部分的电磁感应耦合，但是它们之间还是有比较大的区别。首先，可以与已有非接触智能卡（比如NFC标签）技术兼容的NFC，现在已经成为了正式标准从而得到越来越多主要厂商所支持。 其次，NFC是一种可以提供安全、轻松、迅速的通信的无线连接技术，射频识别技术的传输范围比它大很多，射频识别技术可以有数米、甚至数十米的传输范围。而采用了独特的信号衰减技术的NFC，相比于射频识别技术，它具有近距离、高带宽、低能耗等特点。然后，作为一种近距离连接协议的NFC，可以提供各种设备之间安全、轻松、迅速的通信。因此，和射频识别技术相比，NFC是一种近距离的较为私密通信方式。

NFC技术基本工作原理

支持NFC的设备交换数据的模式一般为两种，第一种是主动模式，第二种是被动模式。基于NFC近场通信技术的考勤系统主要用到的是被动模式，在该模式下，NFC发起设备可以用相同的连接和初始化过程检测NFC标签，然后可以与它建立联系。而NFC标签类型格式有两种标准，分别是ISO14443的A与B类型、SONY FeliCa。前者是非接触式智能卡的国际标准，而后者符合ISO18092被动式通讯模式标准。在基于NFC近场通信技术的考勤系统中，智能手机（启动NFC通信的设备）会在整个通信过程中提供射频场。它可以将数据以一定的传输速度发送到NFC标签。NFC标签不需要产生射频场，而使用负载调制技术，即可以相同的速度将数据传回智能手机。

最基本的NFC技术的系统构成

一个最基本的NFC技术的系统是由NFC手机，相关NFC读写软件与具备NFC功能的其他媒介三部分构成。

1.NFC手机：具有NFC功能的手机一部（目前三星、诺基亚、摩托罗拉、HTC等品牌最近上市的手机几乎都具备NFC功能，如：三星 I9300 、摩托罗拉 XT862、HTC Z710t、诺基亚N9等）。

2.相关NFC读写软件：手机从市场中下载NFC标签读取的APP应用（如NFC Task Launcher、N小木公交、NFC任务启动器等）。

3.具备NFC功能的其他媒介：NFC标签。

一个最基本的NFC技术是由NFC手机，相关的NFC读写工具和具备NFC功能的其他媒介三个部分组成。

系统介绍

目前常见的学生考勤方法为人工点名，学生很难直观地看到自己的考勤情况。而有的学校用到了指纹考勤系统或IC卡考勤系统，这些考勤系统所用到的考勤机成本较高，而且很难区分迟到和早退状态。随着具有NFC近场通信功能手机的普及，将NFC近场通信技术引入学生考勤领域，这种新的考勤方法将减轻教师的工作负担，解决了考勤机考勤难以区分迟到和早退的问题，降低了学生考勤的复杂程度和成本，更有效直观地将考勤信息展现给学生。

本系统的网络拓扑图如图1所示，智能手机扫描NFC标签，将获取的信息传至考勤服务器。

功能实现

基于NFC近场通信技术的考勤系统主要分为NFC标签的读写和考勤信息的传输两部分。

NFC标签的读写部分中，NFC标签中信息的加密是非常重要的，手机获取的信息是不可复制的。NFC标签中写入的是经过MD5加密的课程信息，而手机获取的信息是NFC标签中的加密信息以及NFC标签的唯一ID。发送数据给服务器时，手机app将NFC标签的加密信息与考勤时间、学生ID、NFC标签的唯一ID拼成一串字符，这样可以保证服务器收到的信息是唯一的、不可复制的。

考勤信息的传输部分中，客户端通过JSON数据与服务器进行通信。服务器收到数据后，对信息进行解析，可以得到加密后的课程信息、考勤时间、学生ID、NFC标签的唯一ID，然后将信息存入数据库中。

本系统用到的是NDEF格式标签。NDEFMessage信息结构如图2。

NDEFMessage里的载荷就是实际的数据，其中NDEF文本格式如图3。

图1　网络拓扑图

图2　NDEFMessage信息结构图

检测到标签后的处理方法：首先在onCreate（）中获取NfcAdapter对象，再在onNewIntent（）中获取标签对象或者NDEFMessage信息，也可以通过标签创建NDEF对象等，以实现标签的属性和I/O操作。

标签的读取流程：首先在onCreate（）中获取NfcAdapter对象，再在onNewIntent（）中判断是否为NDEF格式标签（ACTION_NDEF_ DISCOVERED），如果是NDEF标签，则获取NDEFMessage信息，最后对NDEFMessage对象进行解析，获取相关的文本信息。

业务流程

图3　NDEF文本格式图

图4　业务流程图

基于NFC近场通信技术的考勤系统，包括通过NFC写入工具将上下课信息分别写入不同的NFC标签中，手机考勤应用登录，手机NFC标签读取，手机数据发送，服务器数据接收解析存储，服务器分析学生考勤情况，手机考勤应用查询学生考勤情况。其业务流程图如图4。

详细的操作流程如图4。

通过NFC写入工具将加密过的上下课考勤信息分别写入相应的NFC标签中；

学生在手机考勤应用中，用自己的账号登录考勤系统；

上下课考勤时，学生通过手机读取对应的上课或下课NFC标签加密信息；

通过手机中的考勤应用将读取的加密信息解析；

手机中的考勤应用发送学生信息及上课或下课信息到考勤服务器；

考勤服务器接收考勤应用发送过来的数据；

服务器端的程序解析发送过来的信息；

服务器端的程序判断是否为上课或下课信息，如果是上课或下课信息，则将上课或下课信息、学生信息以及当前时间存入数据库中；

若是教师推迟上课或提前下课，老师可以在课后修改该堂课的上下课时间；

服务器端的程序将存入的学生上下课时间和实际的上下课时间比较，可以得出学生是否缺席、迟到或早退；

学生可以通过考勤应用查看自己的考勤情况。

结束语

本文简明介绍了NFC近场通信技术，并结合了目前常见的学生考勤方法，将NFC近场通信技术引入学生考勤领域。这种新的考勤方法将减轻教师的工作负担，解决了考勤机考勤难以区分迟到和早退的问题，降低了学生考勤的复杂程度和成本，更有效直观地将考勤信息展现给学生。由于数据是保存于数据库中的，在推行数字化校园平台的过程中，数据可以很轻松地与数字化校园平台结合，应用前景比较广阔。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.17.015