作者/占華林、徐江韜、胡予婧，江西科技師范大學通信與電子學院

基于C51單片機考勤機設計

作者/占華林、徐江韜、胡予婧，江西科技師范大學通信與電子學院

指紋識別考勤系統(tǒng)以指紋模板為標志進行身份驗證，利用指紋的唯一性徹底根除考勤中存在的虛假現象，有效地杜絕了考勤管理中的人為因素，充分體現了考勤管理的公正，避免了不必要的人事糾紛。本系統(tǒng)采用STC89C52單片機作為主控芯片，液晶LCD12864作為人機交互界面，矩陣鍵盤輸入學號，指紋識別模塊作為打卡考勤傳感器。以學生上課為例，當學生考勤時輸入指紋，系統(tǒng)便可顯示學號并記錄已考勤人員。管理人員對學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，功能簡單實用。

考勤系統(tǒng)；單片機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重要,通過日常的考勤,可以增強對工作人

員的管理和了解,規(guī)范他們平時的出勤并提高學習效率,維護工作秩序,有益于單位的發(fā)展。傳統(tǒng)考勤一般是點名簽到,但是其過程繁瑣容易出錯而且存在很嚴重的人情考勤現象,為了節(jié)約時間以及資源并避免以上所述的弊端從而達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卡遺失、消耗、人情考勤等諸多問題,需長期定時不定時地投入人力與費用。由于傳統(tǒng)的考勤模式由于存在著各種弊病已經不能滿足現代事業(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來達到考勤的理想效果，所以指紋考勤系統(tǒng)就順應時代的發(fā)展出現了。

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，同時指紋識別技術是當前國家安全、ID管理、門禁系統(tǒng)以及考勤系統(tǒng)中比較常見的一項生物特征識別技術，對于日?？记谶@樣參與人數多、工作量大的系統(tǒng)，指紋識別技術具有得天獨厚的優(yōu)勢并能取得良好的效果。

圖1 系統(tǒng)方框圖

2.系統(tǒng)設計

以STC89C52單片機為核心器件，結合鍵盤電路、指紋識別模塊、液晶顯示屏、聲光報警電路、繼電器電路、掉電保存電路，利用單片機靈活的編程設計和豐富的I/O端口，及其控制的準確性通過軟件程序來控制整個系統(tǒng)實現指紋考勤系統(tǒng)的以下基本功能（本文以學生上課為例）：默認8位學號，可以添加學號；可以添加指紋、識別指紋、刪除指紋；實現一個學號對應一個指紋；可以顯示所有缺勤人員的具體學號；可以顯示所有遲到人員的具體學號；可以有簡單的聲光報警電路；指紋簽到成功時，液晶顯示出具體對應的學號。

3.硬件電路設計

根據圖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、矩陣鍵盤等模塊構成，下面分別對主要模塊進行介紹。

■3.1 最小系統(tǒng)電路

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

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)送相關命令，實現指紋錄入、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I/O空間，本文采用4×4的行、列結構構成的矩陣式鍵盤，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。在第一步確認有鍵按下，再進行第二步。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。串行通信結構簡單，占用I/O資源少，適合數據量少的通信情況。并行通信結構復雜，占用I/O資源多，適合數據量大的通信情況。結合本文實際情況，采用了串行行方式，跟LCD12864液晶的通信端只需要用到2個I/O口，簡單方便。如圖5所示。

4. 軟件程序設計

■4.1 單片機主程序設計

單片機的主程序實現指紋模塊通信、驅動液晶顯示屏、獲取按鍵輸入、報警電路等程序，通過不同的功能按鍵，調用不同的功能函數實現具體的功能。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現：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進行錄入和識別。指紋錄入用于新用戶的注冊，是指當有新用戶需要注冊時，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/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），然后與預先錄入的指紋庫中特征對比，若對比成功，則返回對應指紋的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

從鍵盤輸入學號，并查詢已存儲的學號，如若不存在，學號錄入有效，同樣，錄入指紋信息，最后并把學號與指紋信息關聯起來。這樣才算一個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)實現與結論

基于以上原理，通過軟硬件設計、焊接、調試，最后設計出來的結果達到預設的目標要求，這樣整一個過程下來，對51單片機以及一些基本的電路原理有了更充分的認識和理解，從這個實踐中更能夠跟理論知識結合起來。

圖9 實物展示圖

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

＊ [2]譚浩強.C語言設計（第三版）[M].北京：清華大學出版社,2005.

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