基于ATmega48的電廠巡檢指紋考勤系統設計

杜艷紅，李剛

基于ATmega48的電廠巡檢指紋考勤系統設計

杜艷紅，李剛

（天津農學院 工程技術學院，天津 300384）

為了保證電廠電能生產、輸送、分配的連續性以及設備運行可靠穩定，必須安排巡檢員定時或不定時進行巡視與檢查，而較為枯燥的巡檢工作容易讓巡檢工人厭倦和麻痹大意。為了避免電廠巡檢人員出現少巡、漏巡的情況，激發巡檢人員的工作自覺性和主動性，設計了一款指紋考勤系統。系統以ATmga48單片機為核心，應用AS-608指紋識別模塊、240×320液晶模塊、報警電路等，實現了指紋的識別、人員匹配與信息顯示。系統配合計算機可調取考勤記錄，使巡檢實現智能化、高效化、便捷化。系統測試結果表明，單片機指紋考勤系統抗干擾能力強、成本低、操作簡單、工作性能良好。

電廠巡檢；考勤系統；單片機；指紋識別

電力作為日常生活中重要的組成部分，發揮著重要的作用。在電廠中，發電和輸送電能設備的日常巡檢和運行維護是保證電網穩定和可靠的基礎，則預測性的巡檢和維護就顯得尤為必要。目前，中國多數電廠巡檢仍然是依靠人工巡檢，但是當下的人工巡檢存在很多問題，例如效率低下，易出現漏巡、代巡，不按規定巡檢等問題。目前，指紋識別技術最主要的應用領域是考勤和門禁系統，且在信息安全領域的應用也較為廣泛，最常見的有手機指紋識別等。因為指紋的采集、處理、識別、比對等技術已相當完善，所以，現階段更多地將指紋識別技術用于考勤的身份認證環節。

1 系統結構

本系統主要以ATmega48單片機為系統核心控制器，外圍擴展指紋識別模塊、實時時鐘模塊、外置Flash存儲器、液晶屏和報警電路等，結構如圖1所示。指紋識別模塊進行指紋的采集與識別，單片機通過串口通訊進行指紋模塊指令收發包的讀寫，單片機根據程序執行相應操作。指紋錄入完成后即可開始用該系統考勤，首次考勤完成后，系統自動計時，計時結束前巡檢人員未進行下次考勤時，系統會自動報警，待下次考勤時自動復位計時值。系統通過時鐘模塊提供精確時鐘，通過液晶屏進行系統操作的顯示。考勤的信息（包括考勤人員編號、考勤時間等）存儲在外置存儲器中。

圖1 系統結構圖

2 系統硬件設計

2.1 主控制器

系統的主控制器選擇了ATmega48單片機，它是一款低功耗的8位單片機，運行速度和工作頻率均能滿足本系統設計要求，該單片機是一款具有8K系統內可編程Flash的8位微控制器。相對于AT89C51單片機，C51單片機是一款較典型的單片機，而且ROM和RAM遠不及ATmega48，運行速度和IO口功能也不屬于一個級別，51單片機功能有限，屬于入門級別，但應用也較為廣泛。ARM單片機在性能和功耗方面略勝一籌，所以選擇了ATmega48單片機。

2.2 指紋模塊

系統采用的是一款高性能的光學指紋識別模塊ATK-AS608，模塊配備了傳輸串口、USB 通訊接口，可通過數據傳輸串口按照通訊協議控制模塊。模塊通過串行通訊接口，可以直接與采用3.3 V電源的單片機進行通訊。模塊數據發送端接單片機的數據接收端，數據接收端接收單片機的數據發送端。

2.3 外圍電路

2.3.1 LCD顯示屏

液晶模塊具有可編程驅動、接口控制方便、體積小、功耗低、良好的可視化人機界面等優點，在很多智能設備上得到廣泛應用，在很多單片機系統中作為終端顯示模塊。本系統液晶模塊主要作用是顯示系統運行過程，例如顯示按鍵功能步驟等，在指紋錄入成功后可以顯示錄入或搜索結果等，還可以顯示打卡時間等信息。

本系統選用一款320×240液晶模塊，該模塊可以顯示240列×320行點陣單色圖片，或顯示16×16、16×4、8×16點陣的漢字、英文、數字、符號。本模塊指令功能強、功耗低，可以滿足各種輸入、顯示需求，接口簡單方便，該液晶模塊采用模擬SPI協議進行顯示，即運用普通I/O口模擬SCK、SDA來實現指令、數據的寫入。

2.3.2 實時時鐘模塊

本系統選用了實時時鐘芯片SD2408AL。SD2408AL是一種實時時鐘芯片，內置晶振、充電電池，具有標準IIC接口，CPU可使用該接口通過5位地址尋址來讀寫片內32字節寄存器的數據（包括時間寄存器、報警寄存器、控制寄存器、通用SRAM寄存器）。

時鐘芯片SD2405AL采用的是標準的IIC總線接口方式。IIC是一種總線結構，用于單片機連接外圍設備，一般有2根信號線、1根時鐘線（SCL）和1根數據線（SDA），其中時鐘線用來同步單片機和外圍設備（即時鐘芯片）數據傳輸，數據信號線在時鐘信號的邊沿（由程序決定）通過高低電平（“0”或“1”）來發送數據。

2.3.3 Flash存儲器

由于本設計基于電廠巡檢考勤，需要對巡檢人員的考勤信息進行記錄，單片機掉電后數據無法保存，且存儲器容量小，所以需要外置Flash模塊。系統選用W25Q128bv模塊，該模塊是一種可在系統進行電擦寫，掉電后信息不丟失的外置存儲器，通過硬件SPI與單片機進行通信。

2.3.4 外圍報警電路

系統采用蜂鳴器和LED燈模擬燈光報警電路，當滿足報警條件時，蜂鳴器與LED燈進行交替報警。

3 軟件設計

在本系統電路中，ATmega48單片機作為主處理控制器嵌入在系統中。系統程序的開發主要分為開發AS-608指紋識別模塊的應用程序以及編寫Flash芯片、按鍵程序。

電路軟件程序主要是根據設計的硬件電路來編寫。程序編寫主要是建立在一系列的C語言函數子程序的基礎上，即對AS-608指紋識別模塊和液晶電路分別編制C語言函數子程序。先將源程序劃分為幾個模塊（指紋模塊、液晶模塊等）分別編寫，然后再由編譯器生成一個最終HEX文件。編寫好的文件生產HEX文件后下載到單片機，單片機上電后，主程序應完成相應的初始化工作，然后根據電路設計功能要求，主程序必須對各個模塊初始化，同時對按鍵進行檢測，如果有任意的按鍵按下，執行相應的操作，單片機通過串行接口對指紋模塊進行讀寫。主程序流程如圖2所示。

圖2 系統主流程圖

4 結論

本文使用ATmega48單片機配合指紋識別模塊設計了一款電廠巡檢考勤系統，通過按鍵實現指紋的錄入、識別、搜索和刪除，在液晶屏上顯示操作流程，時鐘芯片能夠產生時鐘通過液晶屏顯示，考勤打卡的信息能夠儲存在Flash芯片中。系統成本低、操作簡單、工作性能良好。

［1］張瑋瑋.電力企業考勤管理系統的設計與實現［D］.成都：電子科技大學，2014.

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TP391.41

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.17.057

2095－6835（2019）17－0123－02

杜艷紅（1979—），女，遼寧蓋州人，副教授，主要從事電氣與自動化控制方面的應用研究。

〔編輯：張思楠〕