摘要：人事管理部門中員工考勤管理工作是非常重要的一部分，針對考勤管理存在的費(fèi)時(shí)費(fèi)力、效率不高等問題，該文設(shè)計(jì)了一套采用指紋和射頻識別技術(shù)的基于STM32的智能考勤系統(tǒng)?？记诘闹悄芄芾砟Ｊ胶喕瞬僮鞣绞?，性能可靠、系統(tǒng)穩(wěn)定，優(yōu)化了考勤的流程，使考勤的準(zhǔn)確性和效率都得到了較大的提高，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。

關(guān)鍵詞：指紋識別；RFID；STM32；考勤系統(tǒng)

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2024.11.037

中圖分類號：TP 368.1" " " " " " " " "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B" " " " " " 文章編碼：1672-7274（2024）11-0-03

Esign of Intelligent Attendance System Based on STM32

YANG Jingjing

（Tangshan University， Tangshan 063000， China）

Abstract： Employee attendance management is a very important part of the personnel management department. In response to the problems of time-consuming， labor-intensive， and inefficient attendance management， this article designs an intelligent attendance system based on STM32 using fingerprint and radio frequency identification technology. The intelligent management mode of attendance simplifies the operation mode， ensures reliable performance， system stability， optimizes the attendance process， and greatly improves the accuracy and efficiency of attendance， making it highly practical.

Keywords： fingerprint recognition; RFID; STM32; time attendance

隨著科技的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和生物特征識別技術(shù)快速發(fā)展，智能考勤系統(tǒng)已經(jīng)是企業(yè)、醫(yī)院、銀行等日常管理中非常重要的一部分[1]。傳統(tǒng)的員工考勤管理方式存在許多問題，如效率低，容易被篡改等問題。因此本文采用STM32嵌入式單片機(jī)技術(shù)，結(jié)合生物特征識別技術(shù)和射頻識別技術(shù)設(shè)計(jì)了一款滿足人事管理部門實(shí)際需求的智能考勤系統(tǒng)，解決日常考勤管理問題，并可根據(jù)考勤數(shù)據(jù)完成自動化識別、工資核算等。

1" "關(guān)鍵技術(shù)分析

1.1 射頻識別技術(shù)

射頻識別技術(shù)產(chǎn)生于20世紀(jì)40年代，起初只是用于軍事領(lǐng)域，20世紀(jì)90年代開始逐步推廣開來，被應(yīng)用到各行各業(yè)當(dāng)中。RFID系統(tǒng)主要由標(biāo)簽、閱讀器和應(yīng)用系統(tǒng)組成。標(biāo)簽通過無線射頻信號和閱讀器通信，閱讀器接收標(biāo)簽發(fā)送過來的數(shù)據(jù)并對其進(jìn)行解調(diào)和解碼，然后再送到系統(tǒng)高層進(jìn)行標(biāo)簽合法性的判斷，系統(tǒng)高層根據(jù)不同的設(shè)定做出相關(guān)的處理等操作。

1.2 指紋識別技術(shù)

世界上沒有兩個手指的指紋完全相同，即指紋是唯一的。即使年齡增長，一個人的指紋的類型、紋數(shù)等特征仍相當(dāng)穩(wěn)定，基本保持不變。由此可以確定一個人的指紋信息可以長時(shí)間使用。指紋還不容易被盜，不會被忘記，容易采集，準(zhǔn)確率高，被廣泛應(yīng)用于出入境，考勤，門禁等各種場合。一個完整的指紋識別流程主要包含以下幾個步驟：首先要使用指紋采集設(shè)備采集指紋圖像，采集設(shè)備決定獲取圖像的質(zhì)量，從而影響到識別算法的設(shè)計(jì)和識別系統(tǒng)的精度。由于皮膚破損、污染等各種因素的影響，采集到的圖像可能會有失真，所以指紋圖像處理的第一個流程就是對圖像進(jìn)行預(yù)處理，消除噪聲干擾，還原圖像的真實(shí)特征信息。接下來對經(jīng)過預(yù)處理的圖像進(jìn)行特征提取為指紋特征匹配提供依據(jù)。最后提取指紋模板數(shù)據(jù)庫中的指紋進(jìn)行指紋圖像特征匹配。

2" "系統(tǒng)總體功能設(shè)計(jì)

該考勤管理系統(tǒng)不僅要完成硬件設(shè)計(jì)還要完成上位機(jī)軟件管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并確保系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成之后使用穩(wěn)定，易于維護(hù)和擴(kuò)展[2]。該系統(tǒng)由上位機(jī)軟件系統(tǒng)、硬件系統(tǒng)以及連接軟件和硬件的通信設(shè)備等幾部分組成。通過該系統(tǒng)可以詳細(xì)記錄員工上下班考勤情況和員工日常工作變動情況，根據(jù)考勤和工作崗位等情況來進(jìn)行工資的計(jì)算和發(fā)放。

考勤系統(tǒng)上電之后可以通過考勤系統(tǒng)終端信息感知層的指紋識別模塊或者射頻識別模塊兩種方式來完成信息的采集，完成信息傳輸、處理之后，根據(jù)結(jié)果的狀態(tài)來控制門禁開閉。

當(dāng)射頻卡片進(jìn)入到閱讀器的識別區(qū)域時(shí)，閱讀器可以自動識別卡號，該系統(tǒng)根據(jù)卡片信息判斷卡片是否注冊，若該卡片已注冊，則系統(tǒng)會通過單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)門禁開啟并在液晶屏幕上顯示卡號信息、考勤信息，上位機(jī)記錄考勤信息，完成考勤的正常記錄，蜂鳴器提示打卡成功；如果該卡片沒有注冊過，則門禁不能開啟，沒有辦法完成考勤的正常記錄，蜂鳴器沒有聲音提示打卡失敗。

如果用戶忘記帶射頻卡，用戶也可以將已經(jīng)錄入指紋的手指放到指紋識別模塊，系統(tǒng)將采集的指紋信息與指紋庫中的指紋信息進(jìn)行比對，判斷指紋的合法性，從而完成門禁的開啟，記錄考勤信息，蜂鳴器提示打卡狀態(tài)?？记谙到y(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

3" "系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案

考勤系統(tǒng)采用STM32作為主控芯片，系統(tǒng)的硬件電路還包括電源模塊、指紋識別模塊、射頻識別模塊、蜂鳴器、開門控制模塊、存儲模塊、液晶顯示模塊[3]等部分。主控芯片負(fù)責(zé)接收和處理信息，指紋模塊的功能是檢測和傳輸指紋信息，射頻模塊負(fù)責(zé)檢測和傳輸射頻卡信息。

3.1 主控模塊

系統(tǒng)的CPU采用ST公司生產(chǎn)的32位處理器STM32F103ZET6，該產(chǎn)品是基于Cortex-M3內(nèi)核的微控制器，擁有豐富的外設(shè)和接口及大量的庫函數(shù)，價(jià)格合理，集成度高，性能優(yōu)越[4]，功耗低，是一款經(jīng)典的嵌入式微控制器。芯片即內(nèi)核和外設(shè)之間的連接是通過各種總線來實(shí)現(xiàn)的，驅(qū)動單元和被動單元各有4個。STM32常應(yīng)用于嵌入式領(lǐng)域，如智能車，無人機(jī)，物聯(lián)網(wǎng)，娛樂電子產(chǎn)品等。

3.2 識別模塊

系統(tǒng)采用兩種方式進(jìn)行身份驗(yàn)證，因此系統(tǒng)識別模塊分別為指紋識別模塊和射頻識別模塊。指紋識別模塊采用ATK-AS608指紋識別模塊，其內(nèi)置DSP運(yùn)算單元，能夠?qū)χ讣y進(jìn)行高效快速的采集，經(jīng)過圖像處理算法進(jìn)行相應(yīng)的處理，快速準(zhǔn)確地識別指紋特征。模塊具有串口、USB兩種通信接口，用戶通過接口可以實(shí)現(xiàn)對該模塊的控制，其內(nèi)部設(shè)置了手指探測電路，用戶通過WAK引腳狀態(tài)來確定有沒有手指按下。指紋識別模塊引腳連接方式如下：引腳1為模塊電源的正輸入端，與3.3V電源相連；引腳2和3為串行數(shù)據(jù)輸出輸入端，分別與RXD和TXD相連，占用單片機(jī)的PA9和PA10接口；引腳4為GND接地；引腳6接3.3 V[5]。

射頻模塊包括閱讀器模塊和射頻卡，閱讀器模塊采用的芯片為MFRC522，該模塊支持高速的非接觸式通信，工作頻率為13.56 MHz。MFRC522支持SPI接口、I2C接口及串行UART多種接口類型，可支持CRC和奇偶校驗(yàn)，讀寫模式中的通信距離高達(dá)50 mm，具有靈活的中斷模式和低功耗的硬復(fù)位功能，工作電壓為3.3 V。MFRC522尺寸緊湊，易于集成，具有較快的識別速度，較遠(yuǎn)的識別距離，較高的準(zhǔn)確率，可應(yīng)用于身份識別、移動支付、資產(chǎn)管理等多種場景。射頻卡采用非接觸智能卡S50，符合ISO14443A標(biāo)準(zhǔn)，存儲容量為1 K字節(jié)，能量和數(shù)據(jù)都通過天線傳送，天線由幾匝線圈組成，直接與S50卡相連。

3.3 TFTLCD顯示器

本系統(tǒng)人機(jī)交互界面采用2.8寸的液晶顯示器用于顯示漢字和圖形。其在液晶顯示屏的每一個像素上都設(shè)置有一個薄膜晶體管，可以有效地克服非選通時(shí)的串?dāng)_，提高圖像質(zhì)量。它是電阻觸摸屏，自帶背光電路，分辨率為240×320，驅(qū)動芯片為ILI9341，采用16位并口驅(qū)動，模塊采用3.3 V供電，不支持5 V電壓的MCU。TFTLCD液晶顯示器有高對比度、亮度好、色彩豐富等特點(diǎn)，是目前主流的LCD顯示器，廣泛應(yīng)用于電視、手機(jī)、計(jì)算機(jī)、平板等各種電子產(chǎn)品。TFTLCD模塊的8080并口讀/寫的過程如下：

首先判斷要寫入或者讀取的數(shù)據(jù)的類型，根據(jù)數(shù)據(jù)類型設(shè)置RS為高（數(shù)據(jù)）或者低（命令），然后拉低片選，選中ILI9341，接著我們根據(jù)是讀數(shù)據(jù)，還是要寫數(shù)據(jù)設(shè)置RD或者WR為低。

（1）讀數(shù)據(jù)：在RD的上升沿，讀取數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)（D[15：0]）。

（2）寫數(shù)據(jù)：在WR的上升沿，使數(shù)據(jù)寫入到ILI9341里面。

TFTLCD模塊接口電路如圖2所示。

接口說明如下。LCD_CS：LCD片選信號；LCD_WR：LCD寫信號；LCD_RD：LCD讀信號；DB[17：1]：16位雙向數(shù)據(jù)線；LCD_RST：硬復(fù)位LCD信號；LCD_RS：命令/數(shù)據(jù)標(biāo)志（0—命令，1—數(shù)據(jù)）；T_MISO/T_MOSI/T_PEN/T_CS/T_CLK，觸摸屏接口信號；BL_CTR：背光控制信號。

4" "系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)上電后，首先對各模塊進(jìn)行初始化操作，包括各個串口的初始化，LCD液晶屏的初始化，蜂鳴器初始化等，液晶屏界面會提示歡迎使用智能考勤系統(tǒng)等內(nèi)容，接下來等待事件發(fā)生。若發(fā)現(xiàn)有射頻卡進(jìn)入識別區(qū)域，則進(jìn)入射頻識別的流程，獲取卡號，經(jīng)過串口將卡號發(fā)送到電腦端，提取數(shù)據(jù)庫中保存的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，完成判斷、開門、記錄考勤、蜂鳴器提醒等一系列操作。如果發(fā)現(xiàn)有指紋輸入，則進(jìn)入指紋識別流程，經(jīng)過與指紋庫中信息的比對，完成判斷、開門、記錄考勤、蜂鳴器提醒等一系列操作。門禁控制模塊根據(jù)指紋或者射頻卡的比對結(jié)果，由單片機(jī)控制繼電器完成相應(yīng)指令，實(shí)現(xiàn)門禁的開關(guān)。

考勤系統(tǒng)的上位機(jī)軟件部分運(yùn)行在電腦端，程序是根據(jù)不同功能采用模塊化設(shè)計(jì)思路實(shí)現(xiàn)的。為了確保系統(tǒng)的安全性，需要對使用權(quán)限進(jìn)行設(shè)定。首先用戶登錄管理模塊中的用戶使用權(quán)限有三種級別，分別為管理員，部門管理員，普通員工。其中普通員工的使用權(quán)限最低，管理員的使用權(quán)限最高，是超級管理員，只有一個賬號，可以根據(jù)單位人事變動情況對系統(tǒng)部門管理員的身份進(jìn)行設(shè)定，可以增加、刪除、更新和查詢管理員信息。部門管理員和員工都可以有多個賬號。部門管理員可以在員工信息管理模塊實(shí)現(xiàn)指紋信息錄入、射頻卡信息錄入，以及與指紋和射頻卡相關(guān)聯(lián)的員工的相關(guān)信息的創(chuàng)建、刪除和修改功能，對員工的考勤情況進(jìn)行維護(hù)等。考勤信息管理模塊是考勤系統(tǒng)非常關(guān)鍵的一個模塊，該模塊設(shè)定考勤管理規(guī)則，可以對考勤的時(shí)間進(jìn)行設(shè)定、修改和刪除等操作；該模塊還可以對考勤數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、統(tǒng)計(jì)、修改等操作。此外，考勤統(tǒng)計(jì)表可以生成Excel表格導(dǎo)出。系統(tǒng)能夠根據(jù)刷卡情況或者指紋識別情況記錄考勤，判斷是否存在遲到、早退或者缺勤等情況，根據(jù)判斷結(jié)果更新考勤信息到相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫中，完成信息的存儲，最后依據(jù)考勤信息及其他要素進(jìn)行工資核算。員工可以登錄系統(tǒng)在員工查詢功能模塊查詢自己考勤明細(xì)，如外出、請假、加班和上下班情況等，還可以查詢考勤匯總，工資明細(xì)等?？记谙到y(tǒng)管理員能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控員工考勤情況，對于遲到、早退、缺勤和加班較多等異常情況能夠采取相應(yīng)措施及時(shí)處理。上位機(jī)考勤系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

5" "結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)一種以STM32為主控的考勤系統(tǒng)，解決用戶考勤記錄浪費(fèi)資源、信息、易丟失、耗費(fèi)時(shí)間和精力等問題。該系統(tǒng)考勤信息采集終端設(shè)備有兩種，分別為指紋識別設(shè)備和射頻識別設(shè)備，即該系統(tǒng)具備指紋和射頻卡兩種解鎖方式，上位機(jī)具備考勤信息的記錄、查詢、修改等功能，經(jīng)測試滿足企業(yè)對考勤的基本需求，且將考勤與工資相關(guān)聯(lián)為員工的工資核算提供有力支持，激勵員工不斷進(jìn)步，提高工作效率。

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