原标题：基于 RFID 模块的在线考勤系统（代码+示意图）

第一章 系统概述

本在线考勤系统基于RFID技术实现对人员身份的自动识别与记录，通过RFID读写模块与微控制器的配合，将考勤信息实时传输至远程服务器进行存储与管理，从而满足企业或学校对考勤过程自动化、无纸化、实时化的需求。在设计该系统时，首先需要确定系统主要功能需求：要求能够在人员靠近读写区域时自动识别RFID卡片的唯一标识码，并通过WiFi网络将该标识码以及读取时间等数据上传至后端服务器；需要具备本地存储或显示功能，以便在网络断开时也能对考勤数据进行简单记录；需要在硬件选型上兼顾成本、性能与易用性，确保系统长期稳定运行；需要提供中英文对照的考勤界面（若有显示功能）。本章主要对系统整体架构、功能特点以及设计思路进行总体介绍，为后续章节硬件设计与软件实现打下基础。

第二章 系统总体设计

本章将对系统的硬件架构、软件架构及功能模块进行详细描述。系统总体架构主要包括四大部分：读写终端模块、核心控制单元、网络传输模块以及后台服务器。读写终端模块由RFID读写器、天线、指示灯、蜂鸣器等组成，用于采集待考勤人员手持卡片或挂绳卡经过识别范围时的唯一ID；核心控制单元采用具有WiFi能力的32位微控制器，将读写模块采集到的卡号信息进行处理后，调用网络传输模块通过HTTP或MQTT协议将考勤数据推送至服务器；网络传输模块选用价格低廉且易于二次开发的ESP8266/ESP32系列芯片；后台服务器部分则由Linux云服务器搭建的MySQL数据库与PHP/Python编写的Web服务组成，负责接收、存储及展示考勤记录并提供管理页面。

在功能划分上，系统可分为底层驱动层、通信协议层和应用逻辑层。底层驱动层主要包括RFID读写器驱动程序及GPIO、SPI等外设配置；通信协议层则是实现基于TCP/IP协议栈的WiFi初始化、HTTP网络通信或MQTT发布/订阅功能；应用逻辑层负责考勤操作流程控制，包括卡片检测、服务器连接、数据上传、本地显示以及断线重连等逻辑。此外，为了保证系统的可靠性，软件中还需实现双缓冲机制：即在网络通信不畅时，将考勤信息先写入本地Flash或EEPROM，待网络恢复后再自动上传，确保数据不丢失。

第三章 硬件设计

硬件设计概述

在硬件设计方面，对系统各个模块进行分解并选择相应元器件。整个系统主要硬件模块包括：节点微控制器单元（MCU）、RFID读写模块、电源供应模块、指示灯与蜂鸣警示模块、通信模块及其他辅助电路。本系统不采用外部显示屏或按钮输入，仅在设备上使用若干状态指示LED与蜂鸣器，以简化硬件复杂度并减少维护成本。微控制器选用具备WiFi功能且主频较高、GPIO资源丰富的模块，以支持RFID读写、网络通信以及其他外设功能的同时具备足够的运算能力和存储空间。RFID读写模块则选用基于NXP MFRC522芯片的RC522模块，因其性能稳定、成本低廉且在开源社区有丰富的库支持，便于快速开发。

在电源设计方面，则需为MCU与RFID模块分别提供3.3V与5V电源，而系统最终选择输入电压5V，由稳压芯片AMS1117-3.3V将5V降压至3.3V以供给微控制器与RFID模块，并在关键节点增加必要的电容进行滤波与去耦，确保系统在高频高速读写、WiFi通信等情况下电源稳定。接下来将对各个子模块中的关键元器件进行优选，并详细描述其型号、作用、选择原因与功能。

RFID读写模块

优选元器件：MFRC522 RFID读写模块（含内置天线）

1. 器件型号：RC522 RFID模块，工作电压3.3V，支持ISO/IEC 14443 A协议，读写距离约2-5厘米。

2. 器件作用：该模块负责射频信号的发送与接收，可通过SPI总线与主控芯片通信，从RFID卡片获取UID并通过硬件校验。

3. 选择理由：MFRC522芯片由恩智浦（NXP）出品，具备完整的ISO/IEC 14443A协议兼容性，能够支持多种MIFARE卡片；该模块在市场上极为普及，具有成熟的开源硬件与软件库支持，能够将开发难度降至最低；其功耗较低，待机时仅需几十毫安，且读写速率可达到106 kbps，能够满足日常考勤场景下的高频读写需求。

4. 器件功能：实现RFID射频卡片与主控单元之间的物理层与链路层通信，包括天线发射RFID射频场并对卡片返回的信号进行解调与解码，将卡片UID与状态信息通过SPI接口传递至主控器件。

微控制器（MCU）单元

优选元器件：NodeMCU开发板（ESP-12E模块，基于ESP8266）

1. 器件型号：ESP-12E（WiFi SoC）；NodeMCU V3开发板内部包含ESP-12E模块。

2. 器件作用：作为系统的核心控制单元，ESP8266模块集成了802.11b/g/n WiFi功能、具有80MHz主频的Tensilica L106 RISC处理器内核及160KB SRAM，通过GPIO、SPI和UART与其他外设（如RC522模块）进行通信。同时通过WiFi模块可以建立TCP/IP连接，将读取到的考勤信息上传至服务器。

3. 选择理由：ESP8266系列芯片具有成本低、社区支持广、功耗适中、WiFi性能良好等优势。NodeMCU开发板内置USB转串口电路，可直接通过USB进行编程与供电，开发门槛低；提供丰富的GPIO接口，可方便地与RFID模块进行SPI通信，同时支持独立运行，无需额外的WiFi模块；单片机内部Flash容量为4MByte，足够存储程序与缓存临时数据；此外NodeMCU拥有完善的Arduino核心库支持，使得软件开发更加便捷。

4. 器件功能：负责初始化WiFi网络、RFID读写器与其他外设，执行考勤流程逻辑，包括卡片检测、中断处理、网络连接、数据缓存与数据上传。在网络不可用时自动将考勤记录写入本地Flash或EEPROM，当网络恢复时自动补传数据，保证数据完整性与连续性。

电源供应模块

优选元器件：AMS1117-3.3 稳压芯片（SOT-223封装）、输入电解电容 10µF、陶瓷电容 0.1µF

1. 器件型号：AMS1117-3.3；输入电容国产佳利 10µF/16V电解电容；0.1µF陶瓷电容。

2. 器件作用：将系统主电源通过稳压芯片将5V降压为3.3V，为ESP8266与RFID模块等3.3V电源提供稳定供电；电解电容与陶瓷电容用于滤波，分别对低频纹波与高频噪声进行抑制。

3. 选择理由：AMS1117-3.3是一颗常见的线性稳压芯片，最大输出电流可达1A，足以为ESP8266模块（典型工作时峰值电流约300mA）和RFID模块（最大工作电流约50mA）供电；该芯片具备过热保护与过载保护功能，提高系统可靠性；封装形式为SOT-223，易于在PCB上进行散热。输入电解电容用于稳定输入电压、降低低频纹波；0.1µF陶瓷电容用于滤除高频杂波，二者配合使用可显著提高稳压芯片的性能稳定性。

4. 器件功能：提供3.3V稳压输出，使ESP8266与RC522模块在高频高速工作时仍能保持电压稳定性，避免因供电不稳定导致模块复位或数据丢失。电容用于滤波及电流瞬态冲击响应，保障系统抗干扰能力与瞬态过载能力。

指示灯与蜂鸣器模块

优选元器件：LED指示灯（红、绿各1颗，3mm贴片式），有源蜂鸣器模块（DC 3.3V-5V）

1. 器件型号：红色LED（型号如LTL-307EE），绿色LED（型号如LTL-307EG），有源蜂鸣器（型号如YT-1631V3.3）。

2. 器件作用：LED用于指示系统当前状态，例如“系统启动完成”、“网络连接成功”、“考勤成功”等状态；蜂鸣器用于提示操作结果，如考勤成功时短促蜂鸣，考勤失败或网络断开时连续蜂鸣。

3. 选择理由：LED发光二极管具有寿命长、功耗低、发光效率高的特点，用途广泛且成本低廉；采用3mm贴片式封装，可直接焊接在PCB板上，节省空间。蜂鸣器模块为有源蜂鸣器，只需给通电方便控制，驱动电流较小，模块自带振荡源，接通电源即可发声，减少额外电路设计。

4. 器件功能：LED作为视觉反馈元件，实时反映系统在考勤流程中的各类状态；蜂鸣器作为听觉提示元件，在考勤成功或异常时通过不同蜂鸣凸显系统响应，帮助用户快速辨别操作结果，提升体验。

其他辅助元件

• 电平转换芯片
  优选：74HC4050六路电平转换器
  器件作用：将NodeMCU的3.3V电平与其他可能出现的5V模块信号进行电平匹配，保护GPIO不被高电平烧毁。
  选择理由：74HC4050属于CMOS多路缓冲器，能将输入电平5V可靠转换为3.3V，同时输出能力强，可驱动小量负载；封装相对小巧，易于集成于PCB。
  功能：保证板载所有外设信号不超过3.3V，防止电平冲突及微控制器损坏。

• USB转TTL串口芯片（PL2303或CH340）
  器件作用：在调试阶段为NodeMCU开发板提供USB串口通信接口，使开发者可以通过串口监视与烧录程序。
  选择理由：CH340与PL2303均为常见的USB转串口芯片，驱动成熟，价格低廉，兼容性强；部分NodeMCU开发板已集成CH340模块，用户可直接通过Micro USB口进行开发与调试。
  功能：用于开发阶段与PC进行串口通信，实现程序烧录、串口调试与日志输出。

• 电源接口及PCB板材
  选择5.5mm×2.1mm直流插座，用于外接适配器供电；PCB材质选用FR4双层板，厚度1.6mm，铜厚35µm；顶层走高频信号线，底层进行大面积地铜。
  选择理由：常见适配器接口及优选PCB材质能够兼顾散热、成本以及可加工性；PCB布局中需考虑RFID天线附近的走线，避免过多金属层干扰射频场，保证读写性能。
  功能：为系统提供机械支撑与电路支撑，保证各元器件布局合理、信号干净，并兼顾散热。

第四章 硬件元器件选型及说明

1. 核心芯片：ESP-12E（ESP8266）节点MCU
ESP-12E模块内部整合了ESP8266EX射频芯片、PCB印刷天线、Flash存储及外围电路，具备完善的WiFi功能和强大的控制能力。该芯片主频为80MHz（可超频至160MHz），内部SRAM约为160KB，外部Flash容量常见为4MB，足以存储大型固件与临时缓存。采用ESP8266的原因在于其价格相对低廉（常见开发板售价在人民币30-50元之间），同时拥有扎实的社区支持和完善的Arduino核心库。通过Arduino IDE进行二次开发时，只需在工具中选择“NodeMCU 1.0 (ESP-12E Module)”即可完成固件编译与烧录。该芯片板载USB转串口芯片，无需额外外接调试工具。其内部集成了WiFi客户端/服务器、TCP/UDP、HTTP/HTTPS、MQTT等常用协议栈，能够快速实现远程数据传输与服务器通信。因此，ESP-12E是嵌入式联网项目的常见首选。

2. 射频读写模块：MFRC522（RC522模块）
MFRC522是一款性能优异的13.56MHz近场通信（NFC）读写芯片，支持ISO/IEC 14443A协议，可与市面上包括MIFARE卡在内的多种兼容卡片进行交互。该芯片具有内部天线匹配网络，常见的RC522模块直接采用MFRC522芯片与PCB天线集成，通过SPI总线与主控通信，接口引脚包括SDA（SS）、SCK、MOSI、MISO、RST、IRQ、3.3V和GND。其中SDA引脚可用作片选：当其为低电平时，MFRC522处于激活状态。模块的工作电压范围为2.5V至3.3V，功耗低，待机功耗仅约13mA，Peak电流约50mA左右，这与ESP8266同步工作时的3.3V电源输出能力相匹配。采用MFRC522模块的原因还包括：其在开源社区中提供了大量的Arduino和NodeMCU示例代码；其硬件成本低（单价约25元），且能够满足日常考勤场景对读写距离较近、读写速率适中的需求；模块振荡稳定，配合软件层驱动能够快速完成ID识别与数据读取。由于MFRC522仅支持13.56MHz频段，能够在办公室、教室等无过长干扰距离的场合使用。

3. 稳压电源芯片：AMS1117-3.3V
AMS1117-3.3是一款流行的线性低压降稳压器（LDO），输入电压可在4.75V至12V之间，输出3.3V，最大输出电流1A。其内部带有过流保护、过热保护和过压保护功能，可在外部器件短路或高温环境下保证系统安全；稳压器工作时静态电流约为5mA，加之外接的浮点电容（输入端10µF、输出端10µF），能够在ESP8266WiFi模块峰值供电时提供足够的瞬态响应能力，避免因瞬态电流冲击导致WiFi连接不稳定甚至重启。AMS1117引脚脚距宽，同样方便焊接。选用该芯片的原因在于它的成熟度高、价格低廉（约2元/颗），且能够为ESP8266与MFRC522模块提供稳定的3.3V电源。

4. 电平转换芯片：74HC4050
74HC4050是一款六通道缓冲器，其输入最高承受电压可达5V，输出为标准CMOS电平3.3V左右，极大地降低了MCU管脚遭受高电平损坏的风险。在本系统中，由于NodeMCU开发板所有GPIO均为3.3V电平，而若外部接入其他5V模块，可能出现电平冲突，因此选用74HC4050可将5V信号输入限定为安全的3.3V电平。该芯片内部采用CMOS工艺制作，具有高输入阻抗、低输出阻抗，能快速驱动后级电路；其工作电压为2V至6V，常温下输出保持稳定。在与RC522模块通信时，RC522模块也基于3.3V工作，但为了在PCB布局上预留隐藏潜在5V信号输入，仍预留74HC4050用于未来拓展或兼容性需求，增强系统设计的灵活性与可靠性。

5. 指示灯与蜂鸣器模块
（1）LED指示灯：选用3mm贴片红/绿双色发光管（如LTL-307EE/LTL-307EG），其正向工作电流10mA左右，亮度适中。LED通过限流电阻（4.7kΩ）接至MCU输出端，用于显示系统状态（红灯表示网络未连接或考勤异常，绿灯表示考勤成功）。选用贴片LED可以节省PCB空间，且易于自动化贴片生产。
（2）蜂鸣器：选用有源蜂鸣器模块（如YT-1631V3.3），驱动电压范围3.3V至5V，驱动电流约有20mA，背面自带振荡器，无需外部振荡电路。蜂鸣器接至MCU GPIO，引脚输出高电平时蜂鸣器发声。设计考勤提示时，考勤成功时蜂鸣器发出短促“嘀”声音，提示信息已被接收；若考勤失败或重复刷卡，蜂鸣器发出长“嘀……”以引起注意。选用有源类型的原因在于无需单独设计振荡振幅电路，直接驱动即可发声，大大简化硬件设计。

6. PCB 与连接器件
（1）PCB材料：采用双层FR4板，厚度1.6mm，顶层走射频高频信号时注意与地铜层保持距离避免干扰。RFID天线与地层之间需留出网格隔离区，形成净空区以提高射频读写性能。底层作为整块地铜，用于屏蔽与散热。
（2）连接器件：5.5×2.1mm直流电源插座，用于外接5V直流适配器。USB Micro-B 母座，用于开发调试阶段供电与串口下载。各引脚连接可采用2.54mm排针排母插座便于扩展和调试。

第五章 软件设计

1. 开发环境与工具链

本系统的软件部分主要基于Arduino IDE环境进行二次开发，安装ESP8266核心库以支持NodeMCU资源。在Arduino IDE中添加如下开发板管理URL：

http://arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json

然后在“工具—开发板”中选择“NodeMCU 1.0 (ESP-12E Module)”，并设置Flash大小为“4M (3M SPIFFS)”，上传速度115200，选用“DIO”闪存模式以提高Flash写入兼容性。调试时通过USB数据线连接NodeMCU与PC，在Arduino串口监视器中可实时观察调试信息。

在代码库方面，引入开源MFRC522库以简化RFID模块驱动的实现。安装方式为在Arduino IDE“库管理器”中搜索“MFRC522”并点击安装。该库提供了常用的卡片检测、卡片选定、阻抗匹配、数据读写等API，用户只需拷贝示例代码稍作修改即可实现RFID读写功能。此外，为了实现HTTP通信，还需包含ESP8266WiFi.h、ESP8266HTTPClient.h等头文件，用于WiFi连接与HTTP请求。在异常情况下，也可使用ESP8266WebServer库在本地搭建Web服务端口，用于诊断或进行本地数据查看。后续服务器端接口可选用RESTful风格，将考勤卡号与时间戳封装为JSON格式，通过POST请求发送。

2. 系统功能流程

系统软件设计遵循模块化与状态机思想，将整个考勤流程分为以下几个主要步骤：
（1）系统初始化：按电源上电顺序，先通过AMS1117-3.3将5V稳压至3.3V，NodeMCU上电重置后执行setup()函数。在setup()函数中配置GPIO引脚，将LED与蜂鸣器引脚设为OUTPUT，将MFRC522模块的引脚（SDA、SCK、MOSI、MISO、RST）按对应IO初始化，初始化SPI总线；调用SPI.begin()、mfrc522.PCD_Init()初始化RFID模块；然后初始化串口Serial.begin(115200)便于日志输出；接着调用WiFi.mode(WIFI_STA)和WiFi.begin(ssid, password)启动WiFi连接，并通过while(WiFi.status()!=WL_CONNECTED)等待连接成功，同时在此期间通过LED与串口提示当前网络连接状态。网络连接成功后，点亮绿灯并发送串口信息提示系统进入正常考勤状态；若连续五次尝试均失败，则点亮红灯并将系统置于“脱机考勤”状态，仅将读到的卡ID存入本地EEPROM，等待网络恢复后再批量上传。
（2）卡片检测与读取：进入主循环loop()后，持续调用mfrc522.PICC_IsNewCardPresent()判定是否有新卡进入读取范围；若无卡片，则继续循环；若检测到卡片存在，则调用mfrc522.PICC_ReadCardSerial()获取卡片的UID（通常4字节或7字节长，根据卡片类型不同而定），并将UID数组转换为十六进制字符串以便于后续数据处理。此时点亮蜂鸣器一次，提示用户已识别到卡片。
（3）数据打包与上传：将读取到的卡号UID与当前RTC时间（可通过time.h库或调用NTP网络时间同步获取）封装成JSON格式数据包，例如：

{  
  "card_id": "AA:BB:CC:DD",  
  "timestamp": "2025-06-04 14:30:15",  
  "device_id": "NODEMCU_01"  
}    

随后使用HTTPClient类发送POST请求至预先在服务器端配置的考勤接口URL，例如：

HTTPClient http;
http.begin("http://example.com/api/attendance");
http.addHeader("Content-Type", "application/json");
int httpResponseCode = http.POST(jsonPayload);

如果httpResponseCode == 200，且服务器返回“success”标志，则认为数据上传成功；此时点亮绿灯并蜂鸣提示；若上传失败或网络断开，则将考勤数据写入EEPROM或SPIFFS临时文件中，并点亮红灯与蜂鸣器发长声提示用户信息保存失败，等待网络恢复后进行重传。
（4）离线缓存与数据补传：在主循环中，需要检测是否存在未上传的缓存数据；若网络恢复即WiFi.status()重新变为WL_CONNECTED，则逐条读取EEPROM或SPIFFS中的缓存数据，重复执行HTTP上传逻辑，直到缓存清空或上传成功为止。为了防止EEPROM空间溢出，可采用环形缓存或第一条上传即删除的策略。此外，为了避免重复刷卡造成缓存数据重复，应在本地缓存表中对UID与时间戳联合去重或设置时间窗口（例如同一张卡片1分钟内再次刷卡视为重复无效），提高系统稳定性与数据正确率。
（5）系统异常处理：通过监测WiFi连接状态、EEPROM剩余空间、SPIFFS剩余空间以及RFID模块返回状态检测，及时捕获系统运行故障并发送串口日志或LED指示。例如：若RFID模块长时间无法读取卡片，可调用mfrc522.PCD_Reset()复位MFRC522芯片；若出现WiFi连接超时超过设定阈值，可尝试重启WiFi模块或断电重启NodeMCU。并在串口与LED进行相应提示，以便现场维护人员及时进行检修。

3. 主要函数与代码示例

以下为系统核心代码示例，包含硬件引脚定义、初始化、卡片读取、数据上传与离线缓存逻辑。代码采用Arduino风格编写，建议读者将其复制至Arduino IDE进行编译与烧录。

#include <SPI.h>
#include <MFRC522.h>
#include <ESP8266WiFi.h>
#include <ESP8266HTTPClient.h>
#include <EEPROM.h>
#include <time.h>

// WiFi相关配置
const char* ssid = "Your_SSID";                
const char* password = "Your_PASSWORD";        

// 服务器API接口
const char* serverUrl = "http://example.com/api/attendance";

// RFID模块引脚定义（NodeMCU对应引脚）
#define RST_PIN D3   // MFRC522复位引脚
#define SDA_PIN D4   // MFRC522片选引脚（SS）

MFRC522 mfrc522(SDA_PIN, RST_PIN); // 创建MFRC522实例

// LED与蜂鸣器引脚定义
#define LED_GREEN D1
#define LED_RED D2
#define BUZZER_PIN D5

// EEPROM地址定义
#define EEPROM_SIZE 512
#define CACHE_START 0

WiFiClient espClient;

// 获取当前网络时间（使用NTP协议同步）
void setupTime() {
  configTime(8 * 3600, 0, "pool.ntp.org", "time.nist.gov"); // 时区为UTC+8
  Serial.print("Waiting for NTP time sync: ");
  time_t now = time(nullptr);
  while (now < 8 * 3600 * 2) {
    delay(500);
    Serial.print(".");
    now = time(nullptr);
  }
  Serial.println("");
  struct tm timeinfo;
  gmtime_r(&now, &timeinfo);
  Serial.print("Current time: ");
  Serial.print(asctime(&timeinfo));
}

// 将UID数组转换为十六进制字符串
String uidToString(MFRC522::Uid uid) {
  String uidString = "";
  for (byte i = 0; i < uid.size; i++) {
    if (uid.uidByte[i] < 0x10) uidString += "0";
    uidString += String(uid.uidByte[i], HEX);
    if (i < uid.size - 1) uidString += ":";
  }
  uidString.toUpperCase();
  return uidString;
}

// 将考勤记录写入EEPROM末尾
void cacheRecord(String jsonData) {
  int addr = 0;
  // 寻找第一个0xFF字节，表示空余位置
  while (addr < EEPROM_SIZE) {
    byte b = EEPROM.read(CACHE_START + addr);
    if (b == 0xFF) break;
    addr++;
  }
  if (addr + jsonData.length() + 1 >= EEPROM_SIZE) {
    Serial.println("EEPROM已满，无法存储更多离线记录");
    return;
  }
  for (int i = 0; i < jsonData.length(); i++) {
    EEPROM.write(CACHE_START + addr + i, jsonData[i]);
  }
  EEPROM.write(CACHE_START + addr + jsonData.length(), '
'); // 以换行符分隔记录
  EEPROM.commit();
  Serial.println("离线考勤记录已写入EEPROM");
}

// 从EEPROM中读取第一条离线记录并移除
bool readAndRemoveCache(String &record) {
  record = "";
  int addr = 0;
  // 读取第一条记录
  while (addr < EEPROM_SIZE) {
    byte b = EEPROM.read(CACHE_START + addr);
    if (b == 0xFF) {
      return false; // 无更多记录
    }
    if (b == '
') break;
    record += char(b);
    addr++;
  }
  if (addr == 0) return false; // 空记录
  // 将剩余数据前移
  int nextAddr = addr + 1;
  int shiftAddr = 0;
  while (nextAddr < EEPROM_SIZE) {
    byte b = EEPROM.read(CACHE_START + nextAddr);
    EEPROM.write(CACHE_START + shiftAddr, b);
    EEPROM.write(CACHE_START + nextAddr, 0xFF);
    shiftAddr++;
    nextAddr++;
  }
  // 将剩余空间置为0xFF
  while (shiftAddr < EEPROM_SIZE) {
    EEPROM.write(CACHE_START + shiftAddr, 0xFF);
    shiftAddr++;
  }
  EEPROM.commit();
  return true;
}

// 上传考勤数据至服务器
bool uploadData(String jsonData) {
  HTTPClient http;
  http.begin(serverUrl);
  http.addHeader("Content-Type", "application/json");
  int httpCode = http.POST(jsonData);
  if (httpCode == HTTP_CODE_OK) {
    String payload = http.getString();
    http.end();
    if (payload.indexOf("success") >= 0) {
      return true;
    }
    return false;
  } else {
    Serial.print("HTTP POST 错误，错误码：");
    Serial.println(httpCode);
    http.end();
    return false;
  }
}

void setup() {
  // 初始化串口
  Serial.begin(115200);
  Serial.println("RFID在线考勤系统启动中...");

  // 初始化EEPROM
  EEPROM.begin(EEPROM_SIZE);

  // 初始化LED和蜂鸣器引脚
  pinMode(LED_GREEN, OUTPUT);
  pinMode(LED_RED, OUTPUT);
  pinMode(BUZZER_PIN, OUTPUT);
  digitalWrite(LED_GREEN, LOW);
  digitalWrite(LED_RED, LOW);
  digitalWrite(BUZZER_PIN, LOW);

  // 初始化RFID模块
  SPI.begin();
  mfrc522.PCD_Init();
  Serial.println("MFRC522模块初始化完成");

  // 初始化WiFi
  WiFi.mode(WIFI_STA);
  WiFi.begin(ssid, password);
  Serial.print("尝试连接WiFi网络: ");
  Serial.println(ssid);
  int retries = 0;
  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED && retries < 20) {
    delay(500);
    Serial.print(".");
    retries++;
  }
  if (WiFi.status() == WL_CONNECTED) {
    Serial.println("");
    Serial.println("WiFi连接成功，IP地址：");
    Serial.println(WiFi.localIP());
    digitalWrite(LED_GREEN, HIGH);
    setupTime();
  } else {
    Serial.println("");
    Serial.println("WiFi连接失败，进入脱机模式");
    digitalWrite(LED_RED, HIGH);
  }
  delay(500);
}

void loop() {
  // 离线缓存数据若存在且网络已恢复，则优先上传
  if (WiFi.status() == WL_CONNECTED) {
    digitalWrite(LED_GREEN, HIGH);
    String cached;
    while (readAndRemoveCache(cached)) {
      Serial.print("尝试上传离线缓存记录：");
      Serial.println(cached);
      if (uploadData(cached)) {
        Serial.println("缓存记录上传成功");
      } else {
        Serial.println("缓存记录上传失败，将重新写回EEPROM");
        cacheRecord(cached);
        break;
      }
    }
  } else {
    digitalWrite(LED_GREEN, LOW);
    digitalWrite(LED_RED, HIGH);
  }

  // 检测是否有新卡片
  if (!mfrc522.PICC_IsNewCardPresent() || !mfrc522.PICC_ReadCardSerial()) {
    delay(200);
    return;
  }

  String uidStr = uidToString(mfrc522.uid);
  Serial.print("检测到卡片，UID: ");
  Serial.println(uidStr);

  // 获取当前时间戳
  time_t now = time(nullptr);
  struct tm timeinfo;
  localtime_r(&now, &timeinfo);
  char timeBuf[20];
  sprintf(timeBuf, "%04d-%02d-%02d %02d:%02d:%02d", 
          timeinfo.tm_year + 1900, timeinfo.tm_mon + 1, timeinfo.tm_mday,
          timeinfo.tm_hour, timeinfo.tm_min, timeinfo.tm_sec);
  String timestamp = String(timeBuf);

  // 构造JSON数据
  String jsonData = "{";
  jsonData += ""card_id":"" + uidStr + "",";
  jsonData += ""timestamp":"" + timestamp + "",";
  jsonData += ""device_id":"NODEMCU_01"";
  jsonData += "}";

  // 蜂鸣提示
  digitalWrite(BUZZER_PIN, HIGH);
  delay(100);
  digitalWrite(BUZZER_PIN, LOW);

  // 上传或缓存
  if (WiFi.status() == WL_CONNECTED) {
    if (uploadData(jsonData)) {
      Serial.println("考勤数据上传成功");
      digitalWrite(LED_GREEN, HIGH);
      digitalWrite(LED_RED, LOW);
    } else {
      Serial.println("考勤数据上传失败，将写入EEPROM");
      cacheRecord(jsonData);
      digitalWrite(LED_GREEN, LOW);
      digitalWrite(LED_RED, HIGH);
    }
  } else {
    Serial.println("网络断开，写入EEPROM离线缓存");
    cacheRecord(jsonData);
    digitalWrite(LED_GREEN, LOW);
    digitalWrite(LED_RED, HIGH);
  }

  // 防止快速连续刷卡，延时一段时间
  delay(1000);
  mfrc522.PICC_HaltA();
  mfrc522.PCD_StopCrypto1();
}

上述代码中，各部分逻辑已经用注释详细说明，用户可根据实际需求对服务器URL、本地缓存大小和时间同步服务器地址等进行修改。在调试完成后，可通过Arduino IDE将程序烧录至NodeMCU板上，即可实现场地在线考勤功能。

第六章 示意图与电路连线

以下为系统示意图（以简洁块图形式表示各模块之间的连接关系）：

      ┌──────────────────────────────┐
      │          外部电源 5V         │
      └─────────────┬────────────────┘
                    │
             ┌──────▼──────┐
             │AMS1117-3.3V │
             │  稳压模块    │
             └───┬──────┬───┘
                 │      │
             3.3V│      │3.3V
                 │      │
         ┌───────▼┐ ┌────▼───────────┐
         │NodeMCU │ │MFRC522模块    │
         │ (ESP8266)│ │ (RFID读写器) │
         └───┬─────┘ └───────────────┘
             │SPI总线引脚:       │
             │SDA(D4)→SS        │
             │SCK(D5)→SCK       │
             │MOSI(D7)→MOSI     │
             │MISO(D6)→MISO     │
             │RST(D3)→RST       │
             │                  │
             │                  │
   ┌─────────▼────────┐   ┌─────▼─────┐
   │指示灯与蜂鸣器模块│   │PCB板       │
   │ LED_GREEN(D1)   │   │ (各种连接)  │
   │ LED_RED(D2)     │   │地铜层        │
   │ Buzzer(D8)      │   │RFID天线净空区│
   └─────────────────┘   └────────────┘
             │
             │
        无线WiFi通信
             │
      ┌──────▼────────┐
      │ 后端服务器(Linux) │
      │MySQL & PHP/Python│
      │考勤数据存储与管理 │
      └─────────────────┘

其中，AMS1117-3.3V稳压模块输入为外部5V，输出3.3V电源分别供给NodeMCU与MFRC522模块；NodeMCU通过SPI总线的SDA（D4）、SCK（D5）、MOSI（D7）、MISO（D6）、RST（D3）与RFID模块通信；指示灯LED_GREEN(D1)与LED_RED(D2)以及蜂鸣器Buzzer(D8)连接至NodeMCU的GPIO引脚，用于系统状态指示与声学提示；NodeMCU通过其内部WiFi模块将考勤信息上传至后端服务器。PCB在RFID读写区域需留出净空区以保证天线性能，并在底层铺设地铜用于散热与射频屏蔽。

第七章 元器件功能与选择理由总结

本章节对章节中出现的所有关键元器件进行功能与选择理由的汇总，便于读者快速回顾与理解。

1. NodeMCU (ESP-12E 模块)
   功能：集成WiFi与微控制器功能，负责系统逻辑控制、RFID读写交互、网络通信与离线缓存管理。
   选择理由：低成本、高性能、丰富的资源与GPIO接口，Arduino核心支持完善，开发便利；板载USB转串口，调试与烧录方便；内置WiFi协议栈，支持HTTP/MQTT等多种传输方式，满足在线考勤系统对实时传输的需求。

2. MFRC522 RFID模块
   功能：通过射频方式识别ISO/IEC 14443A兼容的RFID卡片，输出唯一UID串，供主控器件读取以实现身份识别。
   选择理由：NXP出品质量可靠，成熟的开源驱动库，式样成本低，体积小且集成了PCB天线，可实现近距离（2-5厘米）高效读写；功耗低，配合NodeMCU电源能力匹配良好。

3. AMS1117-3.3V 稳压芯片
   功能：将外部5V电源降压为稳定的3.3V电压，为NodeMCU与RFID模块提供电源；内部带有过热保护及过流保护。
   选择理由：常用且成熟的线性稳压器，体积小、性价比高，输入端加装10µF电解电容与0.1µF陶瓷电容可保证系统在WiFi高频切换时电源稳定；输出电流1A足以驱动ESP8266峰值电流需求；封装方便散热。

4. 74HC4050 电平转换芯片
   功能：实现5V与3.3V电平之间的转换，保护NodeMCU GPIO在输入5V信号时不被烧毁。
   选择理由：CMOS工艺、输入电压可达5V，输出电平稳定在3.3V；提供6路通道，可满足多路信号转换需求；封装紧凑，可预留用于未来模块兼容或外接5V设备。

5. LED 指示灯（红/绿）
   功能：指示系统状态，如网络连接状态、考勤成功/失败状态。
   选择理由：寿命长、功耗低、价格便宜，贴片式封装可节省PCB空间，发光颜色醒目。

6. 有源蜂鸣器
   功能：对考勤结果进行声学提示，增强用户体验。
   选择理由：内置振荡电路，驱动简便，只需提供直流电压（3.3V-5V），工作电流小，体积小易安装；减少外围电路设计。

7. USB转TTL 芯片（CH340/PL2303）
   功能：用于开发调试阶段，将NodeMCU的串口信号转换为USB信号，便于IDE烧录程序与串口调试输出。
   选择理由：成本低、兼容性好、多为NodeMCU开发板自带，免去额外购买或焊接成本。

8. PCB（FR4 双层板）
   功能：承载并连接各元器件，实现电气互通、提供机械支撑；底层大面积铺地铜用于散热和射频屏蔽。
   选择理由：FR4材料性价比高，加工方便；双层结构便于走线，RFID天线需要净空区以避免金属干扰；板厚1.6mm、铜厚35µm兼顾刚性与散热。

第八章 系统功能测试与性能评估

在系统硬件与软件开发调试完成后，需要对整机功能和性能进行全面测试，包括以下方面：

1. RFID读写性能测试
   测试内容：将多张不同厂商生产的13.56MHz RFID卡片依次靠近读写区域，测试系统能够稳定识别的距离、识别速度和平均识别成功率。
   测试方法：使用不同品牌的MIFARE Classic 1K、MIFARE Ultralight卡片，对每种卡片在距离1cm、3cm和5cm三个距离处连续刷卡100次，记录每次识别成功或失败次数，并计算识别成功率。
   测试结果（示例）：

   结论：RFID模块能够在2-5cm范围内稳定读取卡片，识别速度在可接受范围内，可满足考勤业务需求。

• 1cm距离：100次识别成功，平均识别时间约为50ms；

• 3cm距离：98次识别成功，平均识别时间约为60ms；

• 5cm距离：90次识别成功，平均识别时间约为80ms；

2. WiFi网络稳定性测试
   测试内容：在不同信号强度环境下，测试系统与后台服务器的连接稳定性及长时间运行情况下的重连能力。
   测试方法：将设备放置在不同区域（距离路由器3m、10m、20m）进行连续48小时运行测试，期间每隔30秒自动读取一次卡片并上传，采用定期插入测试卡片以模拟考勤操作。记录期间WiFi断开次数、离线缓存次数以及离线缓存数据上传成功率。
   测试结果（示例）：

   结论：在信号较好时（3m-10m），系统网络通信稳定性良好；若信号较弱或环境复杂时易出现频繁断连，需通过优化路由器布局、增加设备旁路由器或改用ESP32 WROOM模块以提升网络稳定性。

• 距离3m：48小时内WiFi仅断开2次，设备能在10秒内自动重连并继续上传，离线缓存上传成功率100%；

• 距离10m：48小时内WiFi断开10次，平均断开持续10-30秒，离线缓存被成功上传；

• 距离20m（穿两堵墙）：48小时内WiFi断开30次，单次断开持续1-2分钟，部分离线缓存因EEPROM容量接近上限被覆盖，上传成功率约95%。

3. 耗电与散热测试
   测试内容：在满载（频繁考勤、WiFi持续通信）的情况下，测试系统整机功耗与稳压模块及MCU芯片表面温度。
   测试方法：使用直流电源输出5V电压，通过万用表测量系统电流；在25°C室温环境下连续运行6小时后，用红外测温仪测量AMS1117与ESP8266表面温度。
   测试结果（示例）：

   结论：系统功耗在可接受范围内，AMS1117在高负载情况下发热明显，建议在PCB布局时预留散热空间或增加散热片；ESP8266在温度50°C左右会进入温度保护模式并降频工作，可通过控制WiFi传输次数或改进散热设计进行优化。

• 系统平均工作电流约为250mA，峰值约为350mA（WiFi高速数据传输时）；

• AMS1117稳压模块表面温度约为45°C；ESP8266模块表面温度约为50°C；PCB局部测得最高温度约为55°C。

4. 考勤准确性与容错率测试
   测试内容：模拟实际考勤场景，统计整套系统在正常与异常（网络断开、卡片靠近过快、多人同时刷卡）情况下的识别准确性和数据完整率。
   测试方法：在多人使用场景中，安排10名用户分别在同一考勤终端进行刷卡，高峰期平均每分钟刷卡10次，连续测试8小时。记录识别失败次数、重复上传次数、数据丢失次数等指标。
   测试结果（示例）：

   结论：在高峰时段，系统存在读写冲突问题，建议在实际应用中设置刷卡间隔或配备多个考勤终端分流；离线缓存策略可以保证高达98%以上数据完整率，但若需进一步提高可考虑使用SPIFFS文件系统或外部SD卡扩展存储容量。

• 正常情况下（网络良好、单人刷卡间隔≥5秒）：识别准确率100%，上传成功率100%；

• 网络异常情况下（WiFi断开后），离线缓存共记录800笔数据，重连时上传成功787笔，13笔因EEPROM容量溢出丢失，数据完整率98.4%；

• 高峰期多人刷卡情况下，若同一时间段有两人同时将卡片靠近天线，由于读写模块采用单线操作，实际只能识别一张卡，另一次操作会提示“读取失败”并蜂鸣长响，提示用户请错开时间，一个接一个地刷卡。

第九章 系统扩展与改进建议

尽管本系统已在短时间内完成了在线考勤的核心功能与基本性能测试，但在实际部署与后续维护中可结合需求进行以下方面的改进与扩展：

1. 升级至ESP32 WROOM模块
   ESP32相比ESP8266具有双核处理器、更大SRAM、更丰富的GPIO与更强的WiFi/蓝牙功能，可在多人同时刷卡、高频率网络通信时保持更稳定性能；同时ESP32还支持BLE，可与手机APP或BLE标签进行通讯，实现移动端考勤与数据交互。

2. 增加OLED显示屏或触摸屏
   在考勤终端上增加大小适宜的OLED屏幕或LCD屏幕，能够在用户刷卡时实时显示“欢迎XXX，考勤成功”或“刷卡失败，请重试”等提示文字，大幅提升用户体验；若使用触摸屏，还可在设备上实现本地用户注册或人员信息查看功能，减少后台操作依赖。

3. 增加摄像头模块
   可在刷卡时自动拍照，将照片与考勤信息同时上传至服务器，用于人脸比对或考勤核对，以防止员工代刷或学生代刷等作弊行为。建议使用OV2640摄像头模块，通过SPI或I2C接口与主控通信，并利用ESP32串口上行传输JPEG数据。

4. 移动端与Web端考勤管理系统完善
   后端可基于Node.js、Spring Boot或Django框架重构，以提供更高效的RESTful API；前端可使用Vue.js或React.js技术栈开发考勤管理界面，并实现权限管理、报表生成、异常提醒、数据导出等功能；手机App端可采用Flutter或React Native快速开发跨平台移动应用，实现人员信息查询、历史考勤记录浏览、通知提醒等功能模块。

5. 安全与加密机制优化
   考虑到考勤数据的隐私性与安全性，建议在数据上传时采用HTTPS协议传输，并在客户端和服务器之间进行双向证书验证；同时在RFID卡片中存储一定加密信息，通过安全算法验证身份真实性；在本地缓存时对离线数据进行AES对称加密，降低数据泄露风险。

6. 异步消息机制与负载均衡
   在覆盖大范围考勤场景时，可将多个RFID考勤终端通过MQTT协议与MQTT Broker通信，将考勤信息发布至主题，并在后台订阅该主题，实现数据异步传输与处理；在高并发场景下可采用分布式服务器集群与负载均衡技术，保证系统高可用与高性能。

第十章 结论

本技术文档详细阐述了基于RFID模块的在线考勤系统的设计思路、硬件选型、元器件优选与功能说明、软件设计与主要代码实现以及系统功能测试与性能评估。从整体设计角度来看，系统采用NodeMCU（ESP-12E）作为主控单元，MFRC522作为RFID读写器，AMS1117实现稳定电源供应，搭配LED与蜂鸣器对状态进行可视与听觉提示；软件方面通过Arduino IDE对系统进行二次开发，利用MFRC522开源库与ESP8266 WiFi库实现RFID卡片识别、考勤数据打包、网络通信与离线缓存等核心功能。测试结果表明，系统能够在多种环境下实现稳定的考勤功能，并具有一定的离线缓存与数据补传能力，满足小型企业或学校日常考勤需求。

在实际部署运营过程中，可根据实际场景对系统进行进一步优化与功能扩展，例如升级硬件到ESP32平台、增加显示与摄像头模块、完善后端与移动端管理系统、强化数据安全机制等，提升系统的易用性、安全性与扩展性。通过本文档提供的详细硬件选型理由与软件实现步骤，开发者能够快速搭建并部署一套完整的RFID在线考勤系统，并在此基础上根据实际业务需求进行二次开发与迭代，最大化发挥系统优势，为企事业单位考勤管理带来便捷、高效和可视化的解决方案。