基于ATmega48的電廠巡檢指紋考勤系統(tǒng)設(shè)計(jì)

杜艷紅，李剛

基于ATmega48的電廠巡檢指紋考勤系統(tǒng)設(shè)計(jì)

杜艷紅，李剛

（天津農(nóng)學(xué)院 工程技術(shù)學(xué)院，天津 300384）

為了保證電廠電能生產(chǎn)、輸送、分配的連續(xù)性以及設(shè)備運(yùn)行可靠穩(wěn)定，必須安排巡檢員定時(shí)或不定時(shí)進(jìn)行巡視與檢查，而較為枯燥的巡檢工作容易讓巡檢工人厭倦和麻痹大意。為了避免電廠巡檢人員出現(xiàn)少巡、漏巡的情況，激發(fā)巡檢人員的工作自覺(jué)性和主動(dòng)性，設(shè)計(jì)了一款指紋考勤系統(tǒng)。系統(tǒng)以ATmga48單片機(jī)為核心，應(yīng)用AS-608指紋識(shí)別模塊、240×320液晶模塊、報(bào)警電路等，實(shí)現(xiàn)了指紋的識(shí)別、人員匹配與信息顯示。系統(tǒng)配合計(jì)算機(jī)可調(diào)取考勤記錄，使巡檢實(shí)現(xiàn)智能化、高效化、便捷化。系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果表明，單片機(jī)指紋考勤系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)、成本低、操作簡(jiǎn)單、工作性能良好。

電廠巡檢；考勤系統(tǒng)；單片機(jī)；指紋識(shí)別

電力作為日常生活中重要的組成部分，發(fā)揮著重要的作用。在電廠中，發(fā)電和輸送電能設(shè)備的日常巡檢和運(yùn)行維護(hù)是保證電網(wǎng)穩(wěn)定和可靠的基礎(chǔ)，則預(yù)測(cè)性的巡檢和維護(hù)就顯得尤為必要。目前，中國(guó)多數(shù)電廠巡檢仍然是依靠人工巡檢，但是當(dāng)下的人工巡檢存在很多問(wèn)題，例如效率低下，易出現(xiàn)漏巡、代巡，不按規(guī)定巡檢等問(wèn)題。目前，指紋識(shí)別技術(shù)最主要的應(yīng)用領(lǐng)域是考勤和門(mén)禁系統(tǒng)，且在信息安全領(lǐng)域的應(yīng)用也較為廣泛，最常見(jiàn)的有手機(jī)指紋識(shí)別等。因?yàn)橹讣y的采集、處理、識(shí)別、比對(duì)等技術(shù)已相當(dāng)完善，所以，現(xiàn)階段更多地將指紋識(shí)別技術(shù)用于考勤的身份認(rèn)證環(huán)節(jié)。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)主要以ATmega48單片機(jī)為系統(tǒng)核心控制器，外圍擴(kuò)展指紋識(shí)別模塊、實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊、外置Flash存儲(chǔ)器、液晶屏和報(bào)警電路等，結(jié)構(gòu)如圖1所示。指紋識(shí)別模塊進(jìn)行指紋的采集與識(shí)別，單片機(jī)通過(guò)串口通訊進(jìn)行指紋模塊指令收發(fā)包的讀寫(xiě)，單片機(jī)根據(jù)程序執(zhí)行相應(yīng)操作。指紋錄入完成后即可開(kāi)始用該系統(tǒng)考勤，首次考勤完成后，系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)結(jié)束前巡檢人員未進(jìn)行下次考勤時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警，待下次考勤時(shí)自動(dòng)復(fù)位計(jì)時(shí)值。系統(tǒng)通過(guò)時(shí)鐘模塊提供精確時(shí)鐘，通過(guò)液晶屏進(jìn)行系統(tǒng)操作的顯示?？记诘男畔ⅲò记谌藛T編號(hào)、考勤時(shí)間等）存儲(chǔ)在外置存儲(chǔ)器中。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 主控制器

系統(tǒng)的主控制器選擇了ATmega48單片機(jī)，它是一款低功耗的8位單片機(jī)，運(yùn)行速度和工作頻率均能滿足本系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，該單片機(jī)是一款具有8K系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash的8位微控制器。相對(duì)于AT89C51單片機(jī)，C51單片機(jī)是一款較典型的單片機(jī)，而且ROM和RAM遠(yuǎn)不及ATmega48，運(yùn)行速度和IO口功能也不屬于一個(gè)級(jí)別，51單片機(jī)功能有限，屬于入門(mén)級(jí)別，但應(yīng)用也較為廣泛。ARM單片機(jī)在性能和功耗方面略勝一籌，所以選擇了ATmega48單片機(jī)。

2.2 指紋模塊

系統(tǒng)采用的是一款高性能的光學(xué)指紋識(shí)別模塊ATK-AS608，模塊配備了傳輸串口、USB 通訊接口，可通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸串口按照通訊協(xié)議控制模塊。模塊通過(guò)串行通訊接口，可以直接與采用3.3 V電源的單片機(jī)進(jìn)行通訊。模塊數(shù)據(jù)發(fā)送端接單片機(jī)的數(shù)據(jù)接收端，數(shù)據(jù)接收端接收單片機(jī)的數(shù)據(jù)發(fā)送端。

2.3 外圍電路

2.3.1 LCD顯示屏

液晶模塊具有可編程驅(qū)動(dòng)、接口控制方便、體積小、功耗低、良好的可視化人機(jī)界面等優(yōu)點(diǎn)，在很多智能設(shè)備上得到廣泛應(yīng)用，在很多單片機(jī)系統(tǒng)中作為終端顯示模塊。本系統(tǒng)液晶模塊主要作用是顯示系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程，例如顯示按鍵功能步驟等，在指紋錄入成功后可以顯示錄入或搜索結(jié)果等，還可以顯示打卡時(shí)間等信息。

本系統(tǒng)選用一款320×240液晶模塊，該模塊可以顯示240列×320行點(diǎn)陣單色圖片，或顯示16×16、16×4、8×16點(diǎn)陣的漢字、英文、數(shù)字、符號(hào)。本模塊指令功能強(qiáng)、功耗低，可以滿足各種輸入、顯示需求，接口簡(jiǎn)單方便，該液晶模塊采用模擬SPI協(xié)議進(jìn)行顯示，即運(yùn)用普通I/O口模擬SCK、SDA來(lái)實(shí)現(xiàn)指令、數(shù)據(jù)的寫(xiě)入。

2.3.2 實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊

本系統(tǒng)選用了實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片SD2408AL。SD2408AL是一種實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，內(nèi)置晶振、充電電池，具有標(biāo)準(zhǔn)IIC接口，CPU可使用該接口通過(guò)5位地址尋址來(lái)讀寫(xiě)片內(nèi)32字節(jié)寄存器的數(shù)據(jù)（包括時(shí)間寄存器、報(bào)警寄存器、控制寄存器、通用SRAM寄存器）。

時(shí)鐘芯片SD2405AL采用的是標(biāo)準(zhǔn)的IIC總線接口方式。IIC是一種總線結(jié)構(gòu)，用于單片機(jī)連接外圍設(shè)備，一般有2根信號(hào)線、1根時(shí)鐘線（SCL）和1根數(shù)據(jù)線（SDA），其中時(shí)鐘線用來(lái)同步單片機(jī)和外圍設(shè)備（即時(shí)鐘芯片）數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)信號(hào)線在時(shí)鐘信號(hào)的邊沿（由程序決定）通過(guò)高低電平（“0”或“1”）來(lái)發(fā)送數(shù)據(jù)。

2.3.3 Flash存儲(chǔ)器

由于本設(shè)計(jì)基于電廠巡檢考勤，需要對(duì)巡檢人員的考勤信息進(jìn)行記錄，單片機(jī)掉電后數(shù)據(jù)無(wú)法保存，且存儲(chǔ)器容量小，所以需要外置Flash模塊。系統(tǒng)選用W25Q128bv模塊，該模塊是一種可在系統(tǒng)進(jìn)行電擦寫(xiě)，掉電后信息不丟失的外置存儲(chǔ)器，通過(guò)硬件SPI與單片機(jī)進(jìn)行通信。

2.3.4 外圍報(bào)警電路

系統(tǒng)采用蜂鳴器和LED燈模擬燈光報(bào)警電路，當(dāng)滿足報(bào)警條件時(shí)，蜂鳴器與LED燈進(jìn)行交替報(bào)警。

3 軟件設(shè)計(jì)

在本系統(tǒng)電路中，ATmega48單片機(jī)作為主處理控制器嵌入在系統(tǒng)中。系統(tǒng)程序的開(kāi)發(fā)主要分為開(kāi)發(fā)AS-608指紋識(shí)別模塊的應(yīng)用程序以及編寫(xiě)Flash芯片、按鍵程序。

電路軟件程序主要是根據(jù)設(shè)計(jì)的硬件電路來(lái)編寫(xiě)。程序編寫(xiě)主要是建立在一系列的C語(yǔ)言函數(shù)子程序的基礎(chǔ)上，即對(duì)AS-608指紋識(shí)別模塊和液晶電路分別編制C語(yǔ)言函數(shù)子程序。先將源程序劃分為幾個(gè)模塊（指紋模塊、液晶模塊等）分別編寫(xiě)，然后再由編譯器生成一個(gè)最終HEX文件。編寫(xiě)好的文件生產(chǎn)HEX文件后下載到單片機(jī)，單片機(jī)上電后，主程序應(yīng)完成相應(yīng)的初始化工作，然后根據(jù)電路設(shè)計(jì)功能要求，主程序必須對(duì)各個(gè)模塊初始化，同時(shí)對(duì)按鍵進(jìn)行檢測(cè)，如果有任意的按鍵按下，執(zhí)行相應(yīng)的操作，單片機(jī)通過(guò)串行接口對(duì)指紋模塊進(jìn)行讀寫(xiě)。主程序流程如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)主流程圖

4 結(jié)論

本文使用ATmega48單片機(jī)配合指紋識(shí)別模塊設(shè)計(jì)了一款電廠巡檢考勤系統(tǒng)，通過(guò)按鍵實(shí)現(xiàn)指紋的錄入、識(shí)別、搜索和刪除，在液晶屏上顯示操作流程，時(shí)鐘芯片能夠產(chǎn)生時(shí)鐘通過(guò)液晶屏顯示，考勤打卡的信息能夠儲(chǔ)存在Flash芯片中。系統(tǒng)成本低、操作簡(jiǎn)單、工作性能良好。

［1］張瑋瑋.電力企業(yè)考勤管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［D］.成都：電子科技大學(xué)，2014.

［2］季善東.指紋識(shí)別技術(shù)與考勤系統(tǒng)應(yīng)用研究［D］.南京：南京郵電大學(xué)，2017.

［3］劉炳初.智能考勤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［J］.遼寧工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2018，38（6）：364-367.

［4］吳欽.嵌入式Linux和微信的指紋考勤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［D］.長(zhǎng)春：吉林大學(xué)，2018.

TP391.41

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.17.057

2095－6835（2019）17－0123－02

杜艷紅（1979—），女，遼寧蓋州人，副教授，主要從事電氣與自動(dòng)化控制方面的應(yīng)用研究。

〔編輯：張思楠〕