基于單片機的企業指紋考勤系統設計

席 飛

（南京高等職業技術學校，江蘇 南京 210019）

0 引言

企業智能化管理是當前企業現代化發展的必經之路，如何運用信息技術、單片機技術、數據庫技術、計算機技術實現企業智能化考勤系統，是企業人事考勤部門的重要技術改造方向。從考勤系統唯一性、無錯性的實際需求出發，有必要依托目前應用較為成熟的指紋識別技術，設計一款抗干擾能力強、適應性強、操作簡單、準確率高的單片機指紋考勤系統［1］。

1 基于單片機指紋考勤系統設計思路

1.1 系統功能性需求分析

考勤系統作為企業人事管理的重要依據，同時也是人力資源日常管理的重要工具，需要滿足以下幾個方面的功能性需求：

第一，要完成考勤數據的采集功能，也就是能夠準確無誤地采集各部門員工的考勤數據，記錄員工姓名、上下班時間、基本工作狀態等數據，并將該數據發送到整個企業的考勤管理系統的上位機數據庫內。

第二，能夠實現員工個人信息的查詢調取功能，擁有考勤管理權限的管理人員可以訪問考勤系統人機交互界面，調取員工的考勤狀況。

第三，能夠實現部門考勤數據匯總分析的報表功能，各部門能夠借助考勤系統實現對部門員工月度、季度考勤狀況的報表總結，同時可以匯總羅列出每個工作日部門員工的考勤明細表，通過該明細表與出勤排班表之間的對比，能夠快速得出每個員工的出勤打卡情況。

第四，能夠實現各個指紋考勤系統終端業務功能，記錄員工的指紋信息以及采集時間；還能夠實現新員工指紋信息的注冊與備份，實現員工按鍵輸入信息的反饋。

1.2 系統結構設計思路

本文設計的指紋考勤系統是針對多部門企業設計的，采用上位機與終端配合的網絡系統，上位機部分由企業考勤管理部門的PC機以及企業考勤系統數據庫組成，下位機部分則由一個個分布于各個部門的指紋考勤終端構成。下位機部分用于實現對各部門員工考勤指紋信息的采集、傳輸以及新員工指紋信息的注冊，上位機則負責溝通考勤終端與數據庫，整理、備份、存入、調用各部門員工的指紋考勤相關信息，數據庫則提供相關數據的存儲功能。本文的研究重點在于指紋考勤系統的終端設計，嘗試從單片機技術的應用方面入手，論述指紋考勤系統終端的硬件電路設計以及軟件功能程序開發［2-6］。

2 基于單片機技術的指紋考勤系統硬件設計

2.1 控制單元

控制單元即整個指紋考勤終端的主控芯片，本文建議選用ATMEL公司生產的AT89C51RC2型號的單片機，該單片機為CMOS8位處理器單片機，性能強，能夠適應低電壓工作環境，同時該型號單片機提供了32 K的FLASH閃存功能，更便于軟件程序的編寫與調試。單片機自帶512字節的RAM，可以臨時存儲大量指紋采集圖片式信息。該單片機還自帶32個I/O通信口，能夠實現對人機交互單元、存儲器、時鐘、指紋識別模塊的信息傳輸［7-8］。

2.2 人機交互單元

人機交互單元包括LCD顯示屏和鍵盤輸入兩個模塊。其中，LCD顯示屏用于顯示指紋信息采集狀態，LCD顯示屏建議選用中文圖形控制芯片ST7920實現，該單片機內置了8 192個中文漢字，能夠實現16×16的中文漢字點陣顯示，可以將指紋采集狀態的中文簡單清晰地反饋給員工。該芯片還提供了多種接口方式，能夠兼容大部分型號的單片機和微處理器。ST7920還將所有的字符存儲、點陣造字、可編程控制等功能全部集成在電路芯片上，只需要將主控芯片與LCD電路芯片相連，就能實現LCD屏幕顯示指紋采集狀態的功能。LCD顯示屏電路如圖1所示。

圖1 LCD顯示屏電路

鍵盤主要用于采集用戶的輸入信息。建議采用4×4的矩陣鍵盤，配置4個豎列的輸出口以及4個橫行的輸入口，當按鍵被按下以后，對應的I/O線從斷開狀態變為連接狀態，此時CPU開始掃描鍵盤，判斷目前鍵盤狀態持續時長，然后排除鍵盤異常等誤判可能，對用戶的按鍵操作作出響應。

2.3 實時時鐘

考勤終端需要記錄員工的指紋采集時間，因此需要獨立穩定的時鐘模塊。建議采用DS1302時鐘模塊。時鐘模塊不但要給考勤時間提供依據，還要在LCD顯示屏上顯示現在的時間。時鐘芯片與主控單片機之間同樣要連接起來，為了保證時鐘芯片時間的準確性，需要為時鐘芯片提供備用電源，當通過主控芯片連接的系統主電源供電出現問題時，備用電源能夠及時為時鐘芯片供電，確保時間信息不會因為斷電或系統待機狀態而出現偏差。

2.4 數據傳輸模塊

數據傳輸模塊主要用于上位機PC機與數據庫之間的數據傳輸。由于企業的各部門可能存在跨地域辦公的情況，本文建議采用無線傳輸的方式，而無線信息的傳輸必然面臨干擾問題，需要采用抗干擾能力強、傳輸距離長的傳輸模塊。本文采用PTR2000＋微小型無線數據傳輸模塊。該模塊具有以下顯著優勢：

第一，該模塊能夠實現1 000 m以內的數據信號的無線傳輸，同時可以加裝外置天線，提高信號發射頻率。

第二，該模塊采用FSK來調制和解調數據，工作頻段為433 MHz ISM，該頻段的無線信號抗干擾能力更強。

第三，該模塊的體積較小，集成了數據信號的解調、收發功能。

第四，該模塊支持串行數據傳輸，能夠與大部分單片機配合使用，可以直接與單片機的串行I/O口相連，同時也可以和PC的串口相連，能夠滿足指紋考勤系統PC機與數據庫、主控芯片與指紋識別模塊的數據交互需求。

2.5 指紋識別模塊

指紋識別模塊主要用于指紋的采集與指紋的識別。它是整個指紋考勤系統的關鍵設備。建議選用自帶較大存儲容量的VFDA02指紋識別模塊，該模塊可以在脫機狀態下存儲1 760枚指紋。該模塊還采用了2 MB的FLASH臨時存儲用戶的指紋特征。當處理器處理速度較慢時，可以將積壓的指紋采集數據臨時存入模塊自帶的8 MB的RAM內，防止已經采集的數據丟失。該模塊還運用了光的漫反射，采用光學觸碰式指紋采集技術，該技術的能耗較低，設備元件使用壽命較長，同時也能夠適應低電壓工作環境。

2.6 單片機PCB線路板

PCB線路板是整個單片機主控模塊的關鍵，直接影響了指紋考勤終端的穩定性。因此，PCB線路板的印制過程一定要注意以下幾個方面：

第一，為了防止電路板微電流的干擾問題，建議采用接地模式。同時，為了盡可能地減弱地線電流信號干擾，可以在多個點設置多處接地線，降低一個點的地線阻抗。當線路板的工作頻率大于10 MHz時，多點接地線同時工作。當工作頻率小于1 MHz時，為了避免接地線環流影響地線抗干擾性能，切換為一點接地?？紤]到指紋考勤終端始終處于低電壓工作狀態，本系統建議采用一點接地。

第二，在設計布置導線時，要注意導線寬度保持一致，導電性能保持一致，盡可能地避免導線的頻繁交叉，同時多次排查導線的斷點問題。

第三，在仿真實驗時可以考慮加裝去耦電容。

第四，在配置元器件時，盡量將同種功能、同一型號的元器件排列在一起。

3 基于單片機技術的企業指紋考勤系統軟件開發

3.1 上位機后臺程序開發

上位機主要為企業考勤管理部門的工作人員實現各部門考勤信息的匯總整理以及形成報表等功能。因此，上位機的后臺程序包括以下幾個主要功能模塊：

第一，統計查詢模塊，用于調用查詢各個部門的考勤明細，憑借員工ID調用該員工的考勤明細。

第二，各部門排班情況管理查詢模塊，借助該模塊對各部門考勤系統排班情況參數進行具體地配置，同時根據各部門的考勤規定，對遲到、早退、缺勤等情況的判定標準進行具體設置。

第三，部門員工信息管理模塊，用于對員工的工號、指紋、所屬部門、管理權限等信息進行增刪改查等操作。

第四，后臺數據庫模塊。采用MSQL2010數據庫存儲用戶信息、考勤記錄信息以及排班信息等系統相關數據。

3.2 終端程序開發

3.2.1 功能模塊程序開發思路

指紋考勤系統終端程序也就是單片機程序的編寫，要根據單片機型號的不同配置不同的開發環境。本文選擇的C51系列單片機擁有專用的C語言編譯軟件，可以借助該編譯軟件實現對單片機程序的開發。例如運用Keil C51軟件，可以調用該軟件封裝的豐富的庫函數，完成對簡單數值大小邏輯判斷程序的編譯工作。另外，該編譯器還搭載了仿真調試功能，可以借助仿真功能對程序進行試運行調試，大大降低了程序的優化難度。

終端程序需要實現以下兩個方面的功能，要針對這些功能模塊開發對應的自動化控制程序。第一，系統管理模塊程序。通過該程序實現對指紋考勤數據的增刪改查，新員工指紋注冊以及考勤系統參數設置等系統管理工作。第二，指紋識別模塊控制程序。該程序需要根據用戶按鍵信息，調用指紋識別模塊采集用戶指紋以后，進行指紋驗證比對，從數據庫中調取該部門指紋信息與采集到的指紋信息進行特征比對，匹配成功以后記錄指紋數據采集時間、指紋ID等考勤信息，并向上位機數據傳輸模塊發送與指紋ID匹配的用戶考勤記錄。

3.2.2 系統管理模塊軟件開發

企業各個部門可以通過部門指紋考勤管理終端來設置不同的考勤系統參數(上班時間、員工編號、考勤幾號、管理權限）。管理人員按下MENU鍵以后，進入管理人員指紋驗證程序，采集并比對該部門管理員的指紋信息，比對成功以后進入考勤系統管理菜單，提供具體的參數設置、指紋考勤數據增刪改查、新用戶注冊等一系列管理功能入口。

3.2.3 指紋識別模塊的控制程序開發

指紋識別模塊的控制程序主要是實現指紋采集與指紋驗證過程中通信模塊以及指紋采集模塊、鍵盤模塊、時鐘模塊的調用。指紋考勤的基本流程為用戶按下開始鍵以后，按下指紋，單片機接收到開始按鍵的信息時，調用指紋采集與識別模塊功能進行指紋識別，接著調用數據通信模塊從數據庫中調用該部門員工的指紋信息，對采集到的指紋信息進行特征比對。在指紋信息比對成功以后，調用時鐘模塊，記錄當前時間，數據庫中比對匹配的指紋ID、時鐘時間等信息保存為該員工的考勤記錄，再次調用數據通信模塊將考勤記錄發送給上位機指紋考勤管理部門。這里需要注意的是，單片機指紋考勤程序有兩種模式，既可以自動識別指紋考勤，也可以結合ID號驗證指紋，指紋比對成功后，將指紋ID、時間、日期保存在存儲器中，無線通信模塊再根據主程序命令將這些數據發送到服務器。員工的指紋需要登記后才能進行考勤。

4 結語

本文設計的指紋考勤系統主要以STC89C52RC單片機為主控核心，選用指紋識別模塊VFDA02，搭載LCD顯示模塊和鍵盤模塊，能夠借助指紋考勤終端完成對指紋考勤數據的增刪改查，使擁有多個部門的大型企業的考勤系統更加靈活。在軟件開發中采用了模塊化軟件程序開發思路，保證考勤終端各個功能性模塊的程序邏輯判斷流程簡捷、高效，各部門的考勤管理人員可以通過終端人機交互模塊實現對該部門員工考勤信息的有效管理。希望本文的研究對企業優化傳統考勤系統有所幫助。