郭予新 田豐慶 張偉

【摘要】設(shè)計(jì)針對現(xiàn)在高校實(shí)習(xí)教學(xué)中的考勤問題，分析市場上的各種考勤機(jī)優(yōu)缺點(diǎn)，并設(shè)計(jì)了一款基于STM32的指紋考勤機(jī)，采用STM32F103VE為主控芯片，通過SD卡保存、交換學(xué)生數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)有指紋考勤機(jī)的所有功能，同時(shí)很好解決了實(shí)習(xí)教學(xué)人員不固定、地點(diǎn)不固定、網(wǎng)絡(luò)不確定、電源不確定等因素。最后經(jīng)過測試可以達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

【關(guān)鍵詞】指紋考勤;嵌入式系統(tǒng);STM32

1.引言

根據(jù)教育部的要求[1]和培養(yǎng)學(xué)生的需要，各高等院校都根據(jù)自身專業(yè)的特點(diǎn)，都加強(qiáng)了學(xué)生實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的培養(yǎng)力度。但是實(shí)踐教學(xué)比較靈活，每次實(shí)踐活動(dòng)時(shí)間相對較短，參加班級不同，地點(diǎn)不同，同時(shí)每個(gè)班級上學(xué)期間又要參加多個(gè)的實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)。這給實(shí)踐教學(xué)的學(xué)生管理提出了很高的要求，僅學(xué)生考勤一項(xiàng)就費(fèi)時(shí)費(fèi)力占據(jù)相當(dāng)?shù)木Α?/p>

在所有使用中的各種考勤機(jī)中指紋考勤機(jī)最適合這種考勤，人到了指紋一定到，無需另外加帶其它東西，使用方便，技術(shù)相對成熟，這對人數(shù)眾多的學(xué)生考勤來說是最好的選擇方式。目前市場上的指紋考勤系統(tǒng)主要有兩種，一種是考勤機(jī)，另一種是考勤系統(tǒng)。

一般的考勤機(jī)可以輸入1000個(gè)人物模型，但是輸入相對較慢，這對人數(shù)眾多的學(xué)生來說不方便;同時(shí)學(xué)生信息的存取不方便，這對學(xué)生來說上學(xué)期間有多個(gè)實(shí)習(xí)，不能每次都輸入指紋?？记跈C(jī)的應(yīng)用適用于固定人群，且人數(shù)不太多的單位工作人員考勤。

考勤系統(tǒng)是基于網(wǎng)絡(luò)的考勤機(jī)，已有不少學(xué)者對考勤系統(tǒng)在學(xué)校的應(yīng)用做了研究[2][3]，但都應(yīng)用于教學(xué)地點(diǎn)固定的理論教學(xué)，而實(shí)踐教學(xué)地點(diǎn)不固定，并且相距很遠(yuǎn)，也不一定有網(wǎng)絡(luò)，致使考勤系統(tǒng)難于應(yīng)用于實(shí)踐教學(xué)，即便是對理論教學(xué)來說，考勤系統(tǒng)其制造、使用維護(hù)成本較高，不是一般學(xué)校所能承受的。

2.考勤機(jī)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本文基于學(xué)生實(shí)踐環(huán)節(jié)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)考勤機(jī)主要是為滿足實(shí)踐教學(xué)中應(yīng)用。根據(jù)實(shí)踐教學(xué)的特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。（1）實(shí)踐教學(xué)中學(xué)生是以班為單位同時(shí)進(jìn)行的，在設(shè)計(jì)中，學(xué)生的信息也以班為單位進(jìn)行存儲。（2）實(shí)踐教學(xué)中每個(gè)班級根據(jù)專業(yè)、方向的不同，參加的實(shí)習(xí)內(nèi)容也不同，考勤機(jī)里的的學(xué)生信息能隨時(shí)更換。（3）每次實(shí)習(xí)只有1周-3周，學(xué)校會有很多實(shí)習(xí)同時(shí)開始，考勤機(jī)里的學(xué)生信息要能隨時(shí)更換（4）每次實(shí)習(xí)的地點(diǎn)不同，甚至不在學(xué)校，考勤地點(diǎn)不一定有電源也不一定有網(wǎng)絡(luò)，考勤機(jī)要應(yīng)對使用方便。

圖1 考勤機(jī)硬件組成

本設(shè)計(jì)根據(jù)實(shí)踐教學(xué)的特點(diǎn)提出了一種新的考勤系統(tǒng)模式，介于網(wǎng)絡(luò)考勤系統(tǒng)與單獨(dú)考勤機(jī)之間。以單獨(dú)的考勤機(jī)為原型，將學(xué)生信息以班級為單位用電腦存儲，文件采用文本格式?？记跈C(jī)使用時(shí)從SD卡中讀取學(xué)生信息，每個(gè)時(shí)段考勤完成后也將保存到SD卡中，這樣可以實(shí)現(xiàn)，每次實(shí)習(xí)不管是哪個(gè)班級，學(xué)生信息可以隨時(shí)更新，而不需要每次都進(jìn)行輸入。考勤機(jī)采用開關(guān)電源供電和12V電源供電，兩種方式，以方便學(xué)生在實(shí)習(xí)時(shí)隨時(shí)使用，12V電源主要是地外出時(shí)可以用汽車電源供電?？记跈C(jī)硬件組成如圖1所示。

2.1 指紋模塊

本系統(tǒng)采用的是模塊，該模塊以DSP處理器為核心，處理光學(xué)指紋傳感器所得數(shù)據(jù)，模塊處理結(jié)果可以與STM32串口通信，SX-T13模塊結(jié)合傳統(tǒng)的特征點(diǎn)和抽象圖像信息，做到高識別率，低誤識。

SX-T13模塊的性能指標(biāo)：該模塊采用3.3V電壓供電，這與STM32單片機(jī)供電電壓一樣，通信速率可以用軟件進(jìn)行配置，9600bps-115200bps，默認(rèn)值是115200bps，模塊本身帶有512K flash，可以實(shí)現(xiàn)1：1比對、1：N比對，其指紋比對速度達(dá)到250個(gè)用戶每秒。模塊還支持的操作有：用戶注冊、刪除用戶、復(fù)位模塊、自動(dòng)校準(zhǔn)指紋圖像傳感器背景亮度、獲取用戶總數(shù)、讀取圖像并提取特征值、獲取圖像、設(shè)置/獲取比對等級、獲取光學(xué)傳感器的背景亮度、獲取模塊序列號、獲取注冊用戶ID值、校準(zhǔn)傳感器等30個(gè)功能命令，使用壽命100萬次，能滿足大多數(shù)的指紋應(yīng)用場合。

圖2 STM32開發(fā)平臺硬件框圖

圖3 系統(tǒng)主流程圖

2.2 STM32開發(fā)平臺

本開發(fā)平臺以STM32F103VE為主控芯片。STM32系列芯片是由意法半導(dǎo)體公司以ARM Cortex-M3為內(nèi)核開發(fā)生產(chǎn)的32位單片機(jī)，專為高性能、低成本、低功耗的嵌入式應(yīng)用專門設(shè)計(jì)。F103為增強(qiáng)型系列，其時(shí)鐘頻率達(dá)到72MHz，是同類產(chǎn)品中性能最高的產(chǎn)品。

開發(fā)平臺采用1117為CPU電源芯片來保證系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定性。硬件平臺框圖如圖2所示，主要性能指標(biāo)包括：CPU處理器：STM32F103VE，時(shí)鐘頻率72MHz，接口資源：USART 3個(gè)，USB 1個(gè)，RS232串口 1個(gè)，下載方式：JTAG或SWD（見圖2）。

3.考勤機(jī)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)上電后，首先進(jìn)行系統(tǒng)硬件初始化和加載學(xué)生信息，之后系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入指紋檢測模式，此外還有指紋錄入，指紋刪除等模式可以通過按鍵選擇。考慮到考勤周期應(yīng)該較長，長時(shí)間不工作系統(tǒng)進(jìn)入省電模式。系統(tǒng)主程序流程圖如圖3所示。

4.系統(tǒng)測試

為了驗(yàn)證考勤機(jī)在實(shí)際使用中的的性能、可行性、穩(wěn)定性，在電氣121-4進(jìn)行電子制作實(shí)習(xí)時(shí)行了測試，對每個(gè)人進(jìn)行了指紋錄入與指紋考勤情況進(jìn)行匯總，匯總情況如表1所示。測試過程中需注意：第一，傳感器檢測面與手指指肚要清潔，以保證能錄入到清晰、準(zhǔn)確指紋，第二，手指錄入面要與檢測面盡量一致，以保證兩次錄入采集到的特征值一致。一般的檢測不成功，主要問題是指紋錄入面與檢測面不一致（見表1）。

表1 考勤機(jī)功能測試表

測試

對象 測試

項(xiàng)目 供電

方式 測試

人數(shù) 測試

次數(shù) 成功

次數(shù) 成功率 速度

（每次）

電氣121 指紋錄入 開關(guān)電源 26 1次/人 26 100% <1 S

指紋考勤 開關(guān)電源 26 5次/人 120 92.3% <1 S

電氣122 指紋錄入 開關(guān)電源 27 1次/人 27 100% <1 S

指紋考勤 開關(guān)電源 27 5次/人 135 100% <1 S

電氣123 指紋錄入 蓄電池 26 1次/人 26 100% <1 S

指紋考勤 蓄電池 26 5次/人 120 100% <1 S

電氣124 指紋錄入 蓄電池 26 1次/人 26 100% <1 S

指紋考勤 蓄電池 26 5次/人 120 100% <1 S

5.結(jié)論

本文采用STM32單片機(jī)、SX-T13指紋模塊和SD卡相結(jié)合的模式，設(shè)計(jì)了一款適用于高校實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)教學(xué)使用的考勤機(jī)，此考勤機(jī)體積較小，移動(dòng)方便，能獨(dú)立完成考勤的各個(gè)環(huán)節(jié)，同時(shí)還可以借助于SD卡隨時(shí)更換考勤人員，滿足實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)的各種需求，具有廣泛的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1]宋根萍，鄭珍珍.工科實(shí)踐教學(xué)與創(chuàng)新人才培養(yǎng)的初步探索[J].教育教學(xué)論壇.2012（08）.

[2]薛亞許，陳金玉.學(xué)校指紋考勤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].微型機(jī)與應(yīng)用，2011（01）.

[3]章通.高校課堂指紋考勤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].重慶大學(xué)，2011.

通訊作者：田豐慶。