基于单片机的指纹考勤系统设计

杜新法, 崔陆军

(1.杭州天铭科技股份有限公司，杭州 311400; 2.中原工学院， 郑州 450007)



基于单片机的指纹考勤系统设计

杜新法1, 崔陆军2

(1.杭州天铭科技股份有限公司，杭州 311400; 2.中原工学院， 郑州 450007)

摘要：为了快捷、高效地记录员工或者学生的出勤情况，提出了一种以STC89C52RC单片机为核心的考勤管理系统。该系统采用光学指纹传感器采集指纹，将采集到的指纹与提前建好的指纹库中指纹信息匹配，若匹配成功，单片机会与指纹传感器通信，读出考勤信息并将信息发送到上位机进行处理，实现了被考勤人员身份及时间的记录和显示。测试表明，该指纹考勤系统工作良好，具有成本低、操作简单、抗干扰能力强等优点。

关键词：考勤系统；指纹传感器；STC89C52RC单片机

随着社会的不断发展，生活节奏日益加快，人们对考勤系统的功能需求提出了更高的要求[1]。对员工个人信息和考核时间的记录，可以准确地反映员工的出勤情况。传统上采用纸张考勤形式，管理人员通过查岗、人工记录、手工统计等，对员工进行考核，工作强度大，程序繁琐，易出错，真实性和实时性不高，不能准确反映员工的工作情况[1]。而员工打卡的考勤方式，容易出现员工忘带磁卡和人情代刷的情况[2-4]。各类微处理器的快速涌现和指纹识别技术的兴起可有效地解决上述问题。各类新型微处理器具有运行速度快、功耗低等特点，同时指纹识别技术安全可靠、准确高效，指纹采集头正朝小型化方向发展。

本文设计的指纹考勤系统基于STC公司的STC89C52RC单片机，以FPM10A指纹采集传感器作为硬件平台，来实现被考勤人员信息的记录和传输。

1系统工作原理及构成

指纹识别属于生物特征识别的一种，其基本原理是首先利用计算机识别软件提取并采集指纹图像的特征数据，然后通过指纹算法处理获得结果[5-6]。

指纹考勤系统采用光学指纹传感器进行指纹识别。当指纹传感器采集到员工的指纹信息时，员工的身份信息会与提前建好的指纹库中指纹信息比较，若指纹库中有员工指纹信息(即身份信息)，单片机会与指纹传感器通信，读出考勤信息并进行身份信息记录。在这些操作过程中，语音提示模块会发出语音提示，系统人机界面也会相应显示，提示使用者进行下一步操作。与此同时，单片机会与时间模块DS1302通信，读取对应时间并记录，将考勤人员的身份信息与时间信息按照一定的规律存储在AT24C02中。需要统计考勤信息时，单片机与上位机进行通信，将此前记录的各类信息发送至上位机进行相应处理。指纹考勤系统的原理框图如图1所示。

指纹考勤系统以STC89C52RC单片机作为微处理器核心芯片。该单片机是灵巧的8位CPU，拥有系统可编程Flash，能够灵活、有效地完成对整个系统的控制。该指纹考勤系统的主要组成部分包括指纹传感器、液晶显示器、时间和语音模块、STC89C52单片机、数据外部存储模块、通信模块CH340等。

2关键硬件电路设计

2.1指纹传感器

常见的指纹传感器有两种：光学指纹传感器和半导体指纹传感器。光学指纹传感器中因有棱镜而体积较大，一般是半导体指纹传感器体积的10倍之多[7]。半导体指纹传感器的制造工艺复杂，成本偏高。鉴于实际需求，本文选用性价比较高的光学指纹传感器。该FPM10A光学指纹传感器具有标准串口，集成了指纹采集、转换、存储、删除、对比等功能，可建立指纹库，搜索或者删除指定位置的指纹；通过外扩数据存储芯片的方式进行大容量指纹存储和读取，不需要其他任何外部元件就可以直接与单片机通信。该传感器工作性能稳定，认假率极低，使用方便且易维护。

2.2数据存储模块

本系统的数据存储模块采用AT24C02。AT24C02是一个2 k位串行的CMOS E2PROM，内部含有256个8位字节，支持I2C总线协议。传送数据模式一般为A0、A1和A2组成的000～111，共8种情况。通过器件地址输入端A0、A1及A2，可将8个(最大可级联的器件个数)器件链接至数据总线。在存储信息容量比较大时，可以根据I2C总线协议扩展存储容量。本系统的AT24C02硬件电路如图2所示。

图2　AT24C02的硬件电路图

2.3CH340通信模块

在该指纹考勤系统中，单片机需要通过一定的电平转换才能与上位机通信，在通信过程中需要设定通信的总线方式。本文选用CH340的USB总线方式进行通信，CH340不仅可实现单片机与上位机通信，还为单片机提供电源。因此，系统不需要另外设计供电电路，整个硬件电路更加优化简洁。基于CH340的供电模块硬件电路如图3所示。

图3　CH340供电模块的硬件电路图

2.4时钟模块

系统采用DS1302时钟模块来准确获取各类时间信息。DS1302是美国DALLAS公司推出的一种时钟芯片，具有低功耗和涓细电流充电功能，可对年、月、周、日、时、分、秒等进行精准计时，并且具有闰年补偿功能。DS1302时钟电路由于接口简单、价格低廉，因此被广泛使用。它在通信方式上采用串行数据，能够在断电时提供可编程的充电保护功能。系统采用的DS1302时钟模块硬件电路如图4所示。

图4　DS1302时钟模块的硬件电路图

2.5下位机显示模块

在下位机显示方面，本文采用的低功耗带中文字库的128×64液晶显示器，具有4位/8位并行、2线或3线串行的多种接口方式，内置8 192个16×16点的汉字，以及128个16×8点的ASCII字符集。它的显示分辨率为128×64。该模块的运行操作指令简单，工作电压和功耗较低。与同类型图形点阵液晶模块相比，由128×64液晶显示器构成的下位机显示方案，硬件电路结构与显示程序更为简洁，且成本较低。在使用该考勤系统时，128×64液晶显示器作为一个人机交互界面，主要为使用者提醒操作步骤。该下位机显示模块的硬件电路如图5所示。

图5　128×64液晶显示器的硬件电路图

3系统软件设计

系统软件编程采用模块化编程思想，各主要模块采用独立的子函数，供主程序调用。主要的程序模块包括：上电初始化程序、指纹采集及处理程序、LCD显示程序、时钟程序、语音提醒程序、数据存储程序和串口通信程序等。系统软件的整体框架流程如图6所示。

图6　系统软件的整体框架流程

采用模块化系统编程的方式，不仅方便编程，而且可将错误程序局限在各个小的模块中，便于系统调试，提高系统编程的灵活性和可靠性。

4系统测试实验

管理员录入自身指纹，验证成功后，进入管理功能操作界面；员工录入自身指纹，验证通过后，记录员工身份及时间等考勤信息，并通过串口与上位机通信。整个指纹考勤机的操作流程如图7所示。

图7　指纹考勤机的操作流程

指纹考勤系统的功能主要分为两大类：一类是员工考勤时使用的功能，即“考勤功能”；另一类是管理员设定指纹机时间，建立或删除指纹库，查询员工考勤信息等，并且可利用串口调试助手查看上位机软件接收的各种考勤信息(见图8)，即“管理员功能”。

实际测试表明，本文设计的指纹考勤系统可满足员工和管理员在不同场合下的考勤需求，功能完备，操作简单，考勤准确率高。

图8　指纹考勤系统内部记录信息示意图

5结语

指纹考勤系统以STC89C52RC单片机为核心，由指纹传感器PFM10A、通信模块、数据存储模块、时间模块、显示模块等组成。在核心单片机与指纹传感器使用I2C总线模式通信时，以数据包形式整体收发相关数据，断电时可启动数据保护功能，因此其数据不会丢失。整个指纹考勤系统功能完备，层次分明，结构简单，抗干扰能力强，可靠性高，为安全、简洁、高效记录员工考勤信息提供了一种可行方法和途径。

参考文献:

[1]张鹏. 考勤系统在医院的应用[J]. 医疗装备,2015,28(7):67-68.

[2]李建坡,朱绪宁,唐宁.基于DSP的无线指纹考勤系统[J].自动化仪表,2012,33(9)：28-31.

[3]刘少君，殷惠莉.基于非接触式IC卡的中文考勤机的设计[J].中原工学院学报，2005，16(4)：63-66.

[4]杜俊俐，王海龙.基于胸卡识别的网络考勤系统[J].中原工学院学报，2004，15(4)：60-63.

[5]杜海舟,张超,周平,等. 基于指纹识别技术的高校学生日常考勤系统[J]. 上海电力学院学报,2012,28(2):163-166.

[6]汤敏. 通用指纹图像处理分析平台的研究与应用[J]. 计算机工程与设计,2010(4):791-794.

[7]尹德森. 基于微棱镜的指纹采集技术研究[J]. 警察技术,2015(5):8-10.

(责任编辑：王长通)

收稿日期：2016-03-06

基金项目：河南省重点科技攻关项目(152102210362)；河南省教育厅科学技术研究重点项目(13A460118,14B460011)；郑州市科技攻关项目(131PPTGG416-1)

作者简介：杜新法(1980-)，男，山西长治人，工程师，硕士，主要研究方向为机电一体化。

文章编号：1671-6906(2016)03-0030-04

中图分类号：TP212. 6

文献标志码：A

DOI:10.3969/j.issn.1671-6906.2016.03.007

Design of Fingerprint Attendance System Based on MCU

DU Xin-fa1， CUI Lu-jun2

( 1.T-MAX(Hangzhou)Industrial Co.Ltd.， Hangzhou 311400；2.Zhongyuan University of Technology， Zhengzhou 450007， China)

Abstract:In order to record the employee or students’ attendance status in a simple, rapid, efficient way, a attendance management system is proposed based on the STC89C52RC single-chip. The system takes optical fingerprint sensor to collect information and be matched with the fingerprint database built by users before. If there is a match, microcontroller will communicate with fingerprint sensor, read the attendance information and sent it to host machine for processing that implemented the record and display of attendance information and time. The test shows that the fingerprint attendance system works well, with the advantages of low cost, simple operation, strong anti-jamming capability, etc.

Key words:attendance system; fingerprint sensor; STC89C52RC single-chip