席 飛

（南京高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇 南京 210019）

0 引言

企業(yè)智能化管理是當(dāng)前企業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的必經(jīng)之路，如何運(yùn)用信息技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)企業(yè)智能化考勤系統(tǒng)，是企業(yè)人事考勤部門的重要技術(shù)改造方向。從考勤系統(tǒng)唯一性、無(wú)錯(cuò)性的實(shí)際需求出發(fā)，有必要依托目前應(yīng)用較為成熟的指紋識(shí)別技術(shù)，設(shè)計(jì)一款抗干擾能力強(qiáng)、適應(yīng)性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確率高的單片機(jī)指紋考勤系統(tǒng)［1］。

1 基于單片機(jī)指紋考勤系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

1.1 系統(tǒng)功能性需求分析

考勤系統(tǒng)作為企業(yè)人事管理的重要依據(jù)，同時(shí)也是人力資源日常管理的重要工具，需要滿足以下幾個(gè)方面的功能性需求：

第一，要完成考勤數(shù)據(jù)的采集功能，也就是能夠準(zhǔn)確無(wú)誤地采集各部門員工的考勤數(shù)據(jù)，記錄員工姓名、上下班時(shí)間、基本工作狀態(tài)等數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)發(fā)送到整個(gè)企業(yè)的考勤管理系統(tǒng)的上位機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)。

第二，能夠?qū)崿F(xiàn)員工個(gè)人信息的查詢調(diào)取功能，擁有考勤管理權(quán)限的管理人員可以訪問考勤系統(tǒng)人機(jī)交互界面，調(diào)取員工的考勤狀況。

第三，能夠?qū)崿F(xiàn)部門考勤數(shù)據(jù)匯總分析的報(bào)表功能，各部門能夠借助考勤系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)部門員工月度、季度考勤狀況的報(bào)表總結(jié)，同時(shí)可以匯總羅列出每個(gè)工作日部門員工的考勤明細(xì)表，通過該明細(xì)表與出勤排班表之間的對(duì)比，能夠快速得出每個(gè)員工的出勤打卡情況。

第四，能夠?qū)崿F(xiàn)各個(gè)指紋考勤系統(tǒng)終端業(yè)務(wù)功能，記錄員工的指紋信息以及采集時(shí)間；還能夠?qū)崿F(xiàn)新員工指紋信息的注冊(cè)與備份，實(shí)現(xiàn)員工按鍵輸入信息的反饋。

1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路

本文設(shè)計(jì)的指紋考勤系統(tǒng)是針對(duì)多部門企業(yè)設(shè)計(jì)的，采用上位機(jī)與終端配合的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，上位機(jī)部分由企業(yè)考勤管理部門的PC機(jī)以及企業(yè)考勤系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)組成，下位機(jī)部分則由一個(gè)個(gè)分布于各個(gè)部門的指紋考勤終端構(gòu)成。下位機(jī)部分用于實(shí)現(xiàn)對(duì)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(cè)，上位機(jī)則負(fù)責(zé)溝通考勤終端與數(shù)據(jù)庫(kù)，整理、備份、存入、調(diào)用各部門員工的指紋考勤相關(guān)信息，數(shù)據(jù)庫(kù)則提供相關(guān)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)功能。本文的研究重點(diǎn)在于指紋考勤系統(tǒng)的終端設(shè)計(jì)，嘗試從單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用方面入手，論述指紋考勤系統(tǒng)終端的硬件電路設(shè)計(jì)以及軟件功能程序開發(fā)［2-6］。

2 基于單片機(jī)技術(shù)的指紋考勤系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 控制單元

控制單元即整個(gè)指紋考勤終端的主控芯片，本文建議選用ATMEL公司生產(chǎn)的AT89C51RC2型號(hào)的單片機(jī)，該單片機(jī)為CMOS8位處理器單片機(jī)，性能強(qiáng)，能夠適應(yīng)低電壓工作環(huán)境，同時(shí)該型號(hào)單片機(jī)提供了32 K的FLASH閃存功能，更便于軟件程序的編寫與調(diào)試。單片機(jī)自帶512字節(jié)的RAM，可以臨時(shí)存儲(chǔ)大量指紋采集圖片式信息。該單片機(jī)還自帶32個(gè)I/O通信口，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)人機(jī)交互單元、存儲(chǔ)器、時(shí)鐘、指紋識(shí)別模塊的信息傳輸［7-8］。

2.2 人機(jī)交互單元

人機(jī)交互單元包括LCD顯示屏和鍵盤輸入兩個(gè)模塊。其中，LCD顯示屏用于顯示指紋信息采集狀態(tài)，LCD顯示屏建議選用中文圖形控制芯片ST7920實(shí)現(xiàn)，該單片機(jī)內(nèi)置了8 192個(gè)中文漢字，能夠?qū)崿F(xiàn)16×16的中文漢字點(diǎn)陣顯示，可以將指紋采集狀態(tài)的中文簡(jiǎn)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(hào)的單片機(jī)和微處理器。ST7920還將所有的字符存儲(chǔ)、點(diǎn)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(shí)現(xiàn)LCD屏幕顯示指紋采集狀態(tài)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(gè)豎列的輸出口以及4個(gè)橫行的輸入口，當(dāng)按鍵被按下以后，對(duì)應(yīng)的I/O線從斷開狀態(tài)變?yōu)檫B接狀態(tài)，此時(shí)CPU開始掃描鍵盤，判斷目前鍵盤狀態(tài)持續(xù)時(shí)長(zhǎng)，然后排除鍵盤異常等誤判可能，對(duì)用戶的按鍵操作作出響應(yīng)。

2.3 實(shí)時(shí)時(shí)鐘

考勤終端需要記錄員工的指紋采集時(shí)間，因此需要獨(dú)立穩(wěn)定的時(shí)鐘模塊。建議采用DS1302時(shí)鐘模塊。時(shí)鐘模塊不但要給考勤時(shí)間提供依據(jù)，還要在LCD顯示屏上顯示現(xiàn)在的時(shí)間。時(shí)鐘芯片與主控單片機(jī)之間同樣要連接起來，為了保證時(shí)鐘芯片時(shí)間的準(zhǔn)確性，需要為時(shí)鐘芯片提供備用電源，當(dāng)通過主控芯片連接的系統(tǒng)主電源供電出現(xiàn)問題時(shí)，備用電源能夠及時(shí)為時(shí)鐘芯片供電，確保時(shí)間信息不會(huì)因?yàn)閿嚯娀蛳到y(tǒng)待機(jī)狀態(tài)而出現(xiàn)偏差。

2.4 數(shù)據(jù)傳輸模塊

數(shù)據(jù)傳輸模塊主要用于上位機(jī)PC機(jī)與數(shù)據(jù)庫(kù)之間的數(shù)據(jù)傳輸。由于企業(yè)的各部門可能存在跨地域辦公的情況，本文建議采用無(wú)線傳輸?shù)姆绞?，而無(wú)線信息的傳輸必然面臨干擾問題，需要采用抗干擾能力強(qiáng)、傳輸距離長(zhǎng)的傳輸模塊。本文采用PTR2000＋微小型無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊。該模塊具有以下顯著優(yōu)勢(shì)：

第一，該模塊能夠?qū)崿F(xiàn)1 000 m以內(nèi)的數(shù)據(jù)信號(hào)的無(wú)線傳輸，同時(shí)可以加裝外置天線，提高信號(hào)發(fā)射頻率。

第二，該模塊采用FSK來調(diào)制和解調(diào)數(shù)據(jù)，工作頻段為433 MHz ISM，該頻段的無(wú)線信號(hào)抗干擾能力更強(qiáng)。

第三，該模塊的體積較小，集成了數(shù)據(jù)信號(hào)的解調(diào)、收發(fā)功能。

第四，該模塊支持串行數(shù)據(jù)傳輸，能夠與大部分單片機(jī)配合使用，可以直接與單片機(jī)的串行I/O口相連，同時(shí)也可以和PC的串口相連，能夠滿足指紋考勤系統(tǒng)PC機(jī)與數(shù)據(jù)庫(kù)、主控芯片與指紋識(shí)別模塊的數(shù)據(jù)交互需求。

2.5 指紋識(shí)別模塊

指紋識(shí)別模塊主要用于指紋的采集與指紋的識(shí)別。它是整個(gè)指紋考勤系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備。建議選用自帶較大存儲(chǔ)容量的VFDA02指紋識(shí)別模塊，該模塊可以在脫機(jī)狀態(tài)下存儲(chǔ)1 760枚指紋。該模塊還采用了2 MB的FLASH臨時(shí)存儲(chǔ)用戶的指紋特征。當(dāng)處理器處理速度較慢時(shí)，可以將積壓的指紋采集數(shù)據(jù)臨時(shí)存入模塊自帶的8 MB的RAM內(nèi)，防止已經(jīng)采集的數(shù)據(jù)丟失。該模塊還運(yùn)用了光的漫反射，采用光學(xué)觸碰式指紋采集技術(shù)，該技術(shù)的能耗較低，設(shè)備元件使用壽命較長(zhǎng)，同時(shí)也能夠適應(yīng)低電壓工作環(huán)境。

2.6 單片機(jī)PCB線路板

PCB線路板是整個(gè)單片機(jī)主控模塊的關(guān)鍵，直接影響了指紋考勤終端的穩(wěn)定性。因此，PCB線路板的印制過程一定要注意以下幾個(gè)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(shí)，為了盡可能地減弱地線電流信號(hào)干擾，可以在多個(gè)點(diǎn)設(shè)置多處接地線，降低一個(gè)點(diǎn)的地線阻抗。當(dāng)線路板的工作頻率大于10 MHz時(shí)，多點(diǎn)接地線同時(shí)工作。當(dāng)工作頻率小于1 MHz時(shí)，為了避免接地線環(huán)流影響地線抗干擾性能，切換為一點(diǎn)接地。考慮到指紋考勤終端始終處于低電壓工作狀態(tài)，本系統(tǒng)建議采用一點(diǎn)接地。

第二，在設(shè)計(jì)布置導(dǎo)線時(shí)，要注意導(dǎo)線寬度保持一致，導(dǎo)電性能保持一致，盡可能地避免導(dǎo)線的頻繁交叉，同時(shí)多次排查導(dǎo)線的斷點(diǎn)問題。

第三，在仿真實(shí)驗(yàn)時(shí)可以考慮加裝去耦電容。

第四，在配置元器件時(shí)，盡量將同種功能、同一型號(hào)的元器件排列在一起。

3 基于單片機(jī)技術(shù)的企業(yè)指紋考勤系統(tǒng)軟件開發(fā)

3.1 上位機(jī)后臺(tái)程序開發(fā)

上位機(jī)主要為企業(yè)考勤管理部門的工作人員實(shí)現(xiàn)各部門考勤信息的匯總整理以及形成報(bào)表等功能。因此，上位機(jī)的后臺(tái)程序包括以下幾個(gè)主要功能模塊：

第一，統(tǒng)計(jì)查詢模塊，用于調(diào)用查詢各個(gè)部門的考勤明細(xì)，憑借員工ID調(diào)用該員工的考勤明細(xì)。

第二，各部門排班情況管理查詢模塊，借助該模塊對(duì)各部門考勤系統(tǒng)排班情況參數(shù)進(jìn)行具體地配置，同時(shí)根據(jù)各部門的考勤規(guī)定，對(duì)遲到、早退、缺勤等情況的判定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行具體設(shè)置。

第三，部門員工信息管理模塊，用于對(duì)員工的工號(hào)、指紋、所屬部門、管理權(quán)限等信息進(jìn)行增刪改查等操作。

第四，后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)模塊。采用MSQL2010數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)用戶信息、考勤記錄信息以及排班信息等系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)。

3.2 終端程序開發(fā)

3.2.1 功能模塊程序開發(fā)思路

指紋考勤系統(tǒng)終端程序也就是單片機(jī)程序的編寫，要根據(jù)單片機(jī)型號(hào)的不同配置不同的開發(fā)環(huán)境。本文選擇的C51系列單片機(jī)擁有專用的C語(yǔ)言編譯軟件，可以借助該編譯軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)單片機(jī)程序的開發(fā)。例如運(yùn)用Keil C51軟件，可以調(diào)用該軟件封裝的豐富的庫(kù)函數(shù)，完成對(duì)簡(jiǎn)單數(shù)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(diào)試功能，可以借助仿真功能對(duì)程序進(jìn)行試運(yùn)行調(diào)試，大大降低了程序的優(yōu)化難度。

終端程序需要實(shí)現(xiàn)以下兩個(gè)方面的功能，要針對(duì)這些功能模塊開發(fā)對(duì)應(yīng)的自動(dòng)化控制程序。第一，系統(tǒng)管理模塊程序。通過該程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)指紋考勤數(shù)據(jù)的增刪改查，新員工指紋注冊(cè)以及考勤系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置等系統(tǒng)管理工作。第二，指紋識(shí)別模塊控制程序。該程序需要根據(jù)用戶按鍵信息，調(diào)用指紋識(shí)別模塊采集用戶指紋以后，進(jìn)行指紋驗(yàn)證比對(duì)，從數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)取該部門指紋信息與采集到的指紋信息進(jìn)行特征比對(duì)，匹配成功以后記錄指紋數(shù)據(jù)采集時(shí)間、指紋ID等考勤信息，并向上位機(jī)數(shù)據(jù)傳輸模塊發(fā)送與指紋ID匹配的用戶考勤記錄。

3.2.2 系統(tǒng)管理模塊軟件開發(fā)

企業(yè)各個(gè)部門可以通過部門指紋考勤管理終端來設(shè)置不同的考勤系統(tǒng)參數(shù)(上班時(shí)間、員工編號(hào)、考勤幾號(hào)、管理權(quán)限）。管理人員按下MENU鍵以后，進(jìn)入管理人員指紋驗(yàn)證程序，采集并比對(duì)該部門管理員的指紋信息，比對(duì)成功以后進(jìn)入考勤系統(tǒng)管理菜單，提供具體的參數(shù)設(shè)置、指紋考勤數(shù)據(jù)增刪改查、新用戶注冊(cè)等一系列管理功能入口。

3.2.3 指紋識(shí)別模塊的控制程序開發(fā)

指紋識(shí)別模塊的控制程序主要是實(shí)現(xiàn)指紋采集與指紋驗(yàn)證過程中通信模塊以及指紋采集模塊、鍵盤模塊、時(shí)鐘模塊的調(diào)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(jī)接收到開始按鍵的信息時(shí)，調(diào)用指紋采集與識(shí)別模塊功能進(jìn)行指紋識(shí)別，接著調(diào)用數(shù)據(jù)通信模塊從數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)用該部門員工的指紋信息，對(duì)采集到的指紋信息進(jìn)行特征比對(duì)。在指紋信息比對(duì)成功以后，調(diào)用時(shí)鐘模塊，記錄當(dāng)前時(shí)間，數(shù)據(jù)庫(kù)中比對(duì)匹配的指紋ID、時(shí)鐘時(shí)間等信息保存為該員工的考勤記錄，再次調(diào)用數(shù)據(jù)通信模塊將考勤記錄發(fā)送給上位機(jī)指紋考勤管理部門。這里需要注意的是，單片機(jī)指紋考勤程序有兩種模式，既可以自動(dòng)識(shí)別指紋考勤，也可以結(jié)合ID號(hào)驗(yàn)證指紋，指紋比對(duì)成功后，將指紋ID、時(shí)間、日期保存在存儲(chǔ)器中，無(wú)線通信模塊再根據(jù)主程序命令將這些數(shù)據(jù)發(fā)送到服務(wù)器。員工的指紋需要登記后才能進(jìn)行考勤。

4 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的指紋考勤系統(tǒng)主要以STC89C52RC單片機(jī)為主控核心，選用指紋識(shí)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(duì)指紋考勤數(shù)據(jù)的增刪改查，使擁有多個(gè)部門的大型企業(yè)的考勤系統(tǒng)更加靈活。在軟件開發(fā)中采用了模塊化軟件程序開發(fā)思路，保證考勤終端各個(gè)功能性模塊的程序邏輯判斷流程簡(jiǎn)捷、高效，各部門的考勤管理人員可以通過終端人機(jī)交互模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)該部門員工考勤信息的有效管理。希望本文的研究對(duì)企業(yè)優(yōu)化傳統(tǒng)考勤系統(tǒng)有所幫助。