作者/占華林、徐江韜、胡予婧，江西科技師范大學(xué)通信與電子學(xué)院

基于C51單片機(jī)考勤機(jī)設(shè)計(jì)

作者/占華林、徐江韜、胡予婧，江西科技師范大學(xué)通信與電子學(xué)院

指紋識別考勤系統(tǒng)以指紋模板為標(biāo)志進(jìn)行身份驗(yàn)證，利用指紋的唯一性徹底根除考勤中存在的虛假現(xiàn)象，有效地杜絕了考勤管理中的人為因素，充分體現(xiàn)了考勤管理的公正，避免了不必要的人事糾紛。本系統(tǒng)采用STC89C52單片機(jī)作為主控芯片，液晶LCD12864作為人機(jī)交互界面，矩陣鍵盤輸入學(xué)號，指紋識別模塊作為打卡考勤傳感器。以學(xué)生上課為例，當(dāng)學(xué)生考勤時(shí)輸入指紋，系統(tǒng)便可顯示學(xué)號并記錄已考勤人員。管理人員對學(xué)生上課考勤信息一目了然，另外本系統(tǒng)保存的信息可隨意增加或刪除，功能簡單實(shí)用。

考勤系統(tǒng)；單片機(jī)89C52；指紋識別

1.研究的背景及意義

考勤系統(tǒng)在各單位日常管理中至關(guān)重要,通過日常的考勤,可以增強(qiáng)對工作人

員的管理和了解,規(guī)范他們平時(shí)的出勤并提高學(xué)習(xí)效率,維護(hù)工作秩序,有益于單位的發(fā)展。傳統(tǒng)考勤一般是點(diǎn)名簽到,但是其過程繁瑣容易出錯(cuò)而且存在很嚴(yán)重的人情考勤現(xiàn)象,為了節(jié)約時(shí)間以及資源并避免以上所述的弊端從而達(dá)到所需要的考勤效果,人們研究出各種新型的考勤措施如感應(yīng)卡考勤等。但是即便這些新型的考勤措施問世,考勤還是存在著如感應(yīng)卡遺失、消耗、人情考勤等諸多問題,需長期定時(shí)不定時(shí)地投入人力與費(fèi)用。由于傳統(tǒng)的考勤模式由于存在著各種弊病已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代事業(yè)單位的需求。因此就需要一種可以完全避免以上弊端的新型方法和技術(shù)來達(dá)到考勤的理想效果，所以指紋考勤系統(tǒng)就順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展出現(xiàn)了。

指紋與人體的其他生理特征相比具有采集簡單、處理成本低、終身不變、唯一性以及高度的可靠性等優(yōu)勢，同時(shí)指紋識別技術(shù)是當(dāng)前國家安全、ID管理、門禁系統(tǒng)以及考勤系統(tǒng)中比較常見的一項(xiàng)生物特征識別技術(shù)，對于日?？记谶@樣參與人數(shù)多、工作量大的系統(tǒng)，指紋識別技術(shù)具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢并能取得良好的效果。

圖1 系統(tǒng)方框圖

2.系統(tǒng)設(shè)計(jì)

以STC89C52單片機(jī)為核心器件，結(jié)合鍵盤電路、指紋識別模塊、液晶顯示屏、聲光報(bào)警電路、繼電器電路、掉電保存電路，利用單片機(jī)靈活的編程設(shè)計(jì)和豐富的I/O端口，及其控制的準(zhǔn)確性通過軟件程序來控制整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)指紋考勤系統(tǒng)的以下基本功能（本文以學(xué)生上課為例）：默認(rèn)8位學(xué)號，可以添加學(xué)號；可以添加指紋、識別指紋、刪除指紋；實(shí)現(xiàn)一個(gè)學(xué)號對應(yīng)一個(gè)指紋；可以顯示所有缺勤人員的具體學(xué)號；可以顯示所有遲到人員的具體學(xué)號；可以有簡單的聲光報(bào)警電路；指紋簽到成功時(shí)，液晶顯示出具體對應(yīng)的學(xué)號。

3.硬件電路設(shè)計(jì)

根據(jù)圖1所示的系統(tǒng)方框圖，有最小系統(tǒng)、指紋識別、液晶顯示模塊、矩陣鍵盤等模塊構(gòu)成，下面分別對主要模塊進(jìn)行介紹。

■3.1 最小系統(tǒng)電路

典型的C51系列單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖2所示,包括:單片機(jī)、晶振電路、復(fù)位電路。

圖2 C51最小系統(tǒng)

■3.2 指紋采集電路

本文采用的指紋識別模塊是集成的模塊。利用STC89C52單片機(jī)的唯一串口P31/TxD引腳連接指紋采集模塊的第2引腳Rx，P30/RxD引腳連接指紋采集模塊的第3引腳Tx,如圖3所示。查詢指紋模塊手冊，發(fā)送相關(guān)命令，實(shí)現(xiàn)指紋錄入、指紋識別、指紋清空等基本操作。

圖3 指紋采集電路

■3.3 鍵盤電路

為節(jié)省C51單片機(jī)I/O空間，本文采用4×4的行、列結(jié)構(gòu)構(gòu)成的矩陣式鍵盤，如圖4所示。其鍵盤掃描方法，第一步：判斷鍵盤中有無鍵按下。將全部行線置低電平，然后檢測列線電平的狀態(tài)，如果有一列為低電平，說明有鍵按下，若所有列線均為高電平，則鍵盤中無鍵按下。第二步：判斷閉合鍵所在的位置。在第一步確認(rèn)有鍵按下，再進(jìn)行第二步。具體方法是，所有的行線依次置某一行為低電平，再檢測各列線的電平狀態(tài)。若某列為低，則該列線與置為低電平的行線交叉處的按鍵就是閉合的按鍵。

圖4 按鍵電路圖

圖5 液晶顯示電路

■3.4 液晶顯示電路

C51單片機(jī)與LCD12864液晶，其連接方式有兩種，一種是并行通信，一種是串行通信。串行通信結(jié)構(gòu)簡單，占用I/O資源少，適合數(shù)據(jù)量少的通信情況。并行通信結(jié)構(gòu)復(fù)雜，占用I/O資源多，適合數(shù)據(jù)量大的通信情況。結(jié)合本文實(shí)際情況，采用了串行行方式，跟LCD12864液晶的通信端只需要用到2個(gè)I/O口，簡單方便。如圖5所示。

4. 軟件程序設(shè)計(jì)

■4.1 單片機(jī)主程序設(shè)計(jì)

單片機(jī)的主程序?qū)崿F(xiàn)指紋模塊通信、驅(qū)動液晶顯示屏、獲取按鍵輸入、報(bào)警電路等程序，通過不同的功能按鍵，調(diào)用不同的功能函數(shù)實(shí)現(xiàn)具體的功能。主程序流程圖如圖6所示。

圖6 主程序

■4.2 指紋識別程序

指紋識別模塊主要實(shí)現(xiàn)：獲取指紋圖像、生成指紋特征模板、儲存指紋特征模板和匹配指紋等工作。本文采用R308進(jìn)行錄入和識別。指紋錄入用于新用戶的注冊，是指當(dāng)有新用戶需要注冊時(shí)，先在指紋頭處獲取用戶的指紋圖像，然后生成指紋特征模板，再將生成的特征模板存儲到片內(nèi)/外的ROM里。如圖7(a)所示。指紋識別過程與指紋錄入前半段相似，先獲取指紋圖像和特征識別（與指紋錄入相同），然后與預(yù)先錄入的指紋庫中特征對比，若對比成功，則返回對應(yīng)指紋的ID，若對比失敗，則返回失敗。如圖7(b)所示。

■4.3 錄取信息程序

從鍵盤輸入學(xué)號，并查詢已存儲的學(xué)號，如若不存在，學(xué)號錄入有效，同樣，錄入指紋信息，最后并把學(xué)號與指紋信息關(guān)聯(lián)起來。這樣才算一個(gè)完整的人員信息錄取完成。錄取信息流程如圖8所示。

圖7

圖8 錄取信息流程

5.系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與結(jié)論

基于以上原理，通過軟硬件設(shè)計(jì)、焊接、調(diào)試，最后設(shè)計(jì)出來的結(jié)果達(dá)到預(yù)設(shè)的目標(biāo)要求，這樣整一個(gè)過程下來，對51單片機(jī)以及一些基本的電路原理有了更充分的認(rèn)識和理解，從這個(gè)實(shí)踐中更能夠跟理論知識結(jié)合起來。

圖9 實(shí)物展示圖

＊ [1]康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分（第四版）[M].北京:高等教育出版社，1999.

＊ [2]譚浩強(qiáng).C語言設(shè)計(jì)（第三版）[M].北京：清華大學(xué)出版社,2005.

＊ [3]郭天祥.新概念51單片機(jī)C語言教程[M].北京：電子工業(yè)出版社,2009.