基于單片機的無線指紋考勤系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

高關(guān)珍+洪家平

摘要：隨著生物識別技術(shù)的快速發(fā)展和日益成熟，市場上相繼出現(xiàn)了能識別人體生物特征的設(shè)備，比如人體指紋、掌形、虹膜等生物識別系統(tǒng)。該文介紹的無線指紋考勤系統(tǒng)就是利用指紋識別技術(shù)對職員的出勤進(jìn)行公正合理并科學(xué)管理的系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有簡單、快捷、方便、準(zhǔn)確和安全等特點，同時還能克服以往考勤系統(tǒng)中諸多不足。

關(guān)鍵詞：單片機；指紋識別；考勤；設(shè)計與實現(xiàn)

1概述

傳統(tǒng)的考勤如手工簽到、打卡鐘、IC卡或磁卡考勤等，這些都是低效率、難管理、易假冒、高人情的不科學(xué)的考勤管理方式。隨著生物技術(shù)的發(fā)展，特別是隨著指紋識別技術(shù)發(fā)展的日益成熟，該項技術(shù)也被應(yīng)用到人們的身份識別，比如指紋考勤管理系統(tǒng)、門禁管理系統(tǒng)等領(lǐng)域。目前，市面上指紋考勤系統(tǒng)常見的有兩種，一種是上位機一下位機型產(chǎn)品，考勤系統(tǒng)工作時須有上位計算機的支持，多個系統(tǒng)共享指紋識別設(shè)備，并且指紋的比對需要由上位計算機的支持。這樣的話上位計算機的負(fù)擔(dān)就比較重。而且無論是考勤機、線路或上位計算機出現(xiàn)任何故障，都會導(dǎo)致整個考勤系統(tǒng)的無法正常工作，這樣就降低了系統(tǒng)處理能力。另一種是單機型產(chǎn)品，由單機完成考勤的全部過程，這種系統(tǒng)完全克服了前一種考勤系統(tǒng)的缺點。

本文要介紹的無線指紋考勤系統(tǒng)就屬于單機型產(chǎn)品。它采用了指紋識別技術(shù)、無線通信技術(shù)等多種先進(jìn)技術(shù)，利用C8051F系列單片機為主控制器，使用指紋識別模塊VFDA02和無線通信模塊Si4432，實現(xiàn)了無線指紋考勤系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對考勤現(xiàn)場數(shù)據(jù)的實時錄入、多點采集和無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?，并且具有?shù)據(jù)傳輸距離遠(yuǎn)、信號傳輸方便、不用布線等優(yōu)點。單臺設(shè)備就可完成考勤管理的全部過程，可以不需要其他上位機的支持，使得系統(tǒng)的總體成本降低了。如果使用上位機的話，該系統(tǒng)可以將考勤記錄通過無線通信模塊Si4432上傳至上位機處理，從而有效地解決了架線不便、線纜故障造成的麻煩，同時信號傳送質(zhì)量也得到了很大的提高，系統(tǒng)管理也更加方便、高效。

2指紋識別原理

2.1指紋識別系統(tǒng)的工作原理

如圖1所示是一般指紋識別的流程圖，由圖1可以看出，在實際應(yīng)用中，人體指紋識別流程大致由這幾個過程組成：首先進(jìn)行指紋圖像數(shù)據(jù)的采集，然后對采集的指紋數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理得到有用的圖像信息，再對這些經(jīng)過預(yù)處理后的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取，然后將這些指紋特征數(shù)據(jù)與存儲在計算機內(nèi)的指紋進(jìn)行比對，最后得出比對結(jié)果并進(jìn)行結(jié)果或結(jié)論輸出。

1）指紋圖像采集

一般來說，光學(xué)成像設(shè)備依據(jù)的是光的反射原理。對于指紋識別系統(tǒng)來說，系統(tǒng)會通過發(fā)光裝置來提供符合系統(tǒng)要求的光線，這樣的光線照射到手指的谷線，就會在玻璃與空氣的界面發(fā)生全反射，一般射向手指脊線的光線不發(fā)生全反射，反射光會反射到CCD上，這樣就在CCD上形成了指紋圖像。這個過程通常就是我們所說的指紋圖像數(shù)據(jù)采集。

2）指紋圖像預(yù)處理

指紋圖像采集器CCD采集到的指紋圖像信號一般來說是低質(zhì)量的，往往存在較多的噪聲信號，通常需要去掉這些噪聲信號才能獲得真正的有用信號。將采集到的指紋圖像經(jīng)過濾波等方法轉(zhuǎn)化為單像素的脊線線條二值圖像，這個過程就是指紋圖像信號的預(yù)處理。

3）指紋特征提取

一般在自動指紋識別技術(shù)中使用兩個特征點：端點與分叉點。這兩個特征點有如表1所示的特點。

指紋特征提取的所要完成的工作就是通過算法檢測指紋中特征點的數(shù)量以及每個特征點的類型、位置及所在區(qū)域的紋線方向。

4）指紋比對

指紋比對是指通過比較兩枚指紋的特征點及相互位置關(guān)系來確定兩枚指紋是否是同一個手指。

2.2指紋識別系統(tǒng)的工作模式

指紋識別系統(tǒng)的工作模式分為驗證和辨識。本文中的指紋考勤系統(tǒng)屬于驗證模式，驗證就是通過把一個現(xiàn)場采集到的指紋和一個已經(jīng)登記在檔的指紋進(jìn)行一對一的比對從而來確認(rèn)身份的過程。驗證前，員工的指紋在指紋庫中已經(jīng)注冊，指紋以一定的壓縮格式存儲在計算機（或單片機）中，并與其姓名或其他標(biāo)識相關(guān)聯(lián)。指紋驗證過程如圖2所示。

3無線指紋識別系統(tǒng)總體設(shè)計

3.1無線指紋考勤系統(tǒng)硬件設(shè)計

圖3是基于單片機的無線指紋考勤機硬件結(jié)構(gòu)組成原理框圖。

由圖3可知，指紋考勤機的硬件是以單片機為中心進(jìn)行設(shè)計的。指紋考勤系統(tǒng)除了C8051F930單片機外，還有指紋識別模塊、液晶顯示器模塊、4x4鍵盤矩陣模塊、大容量存儲器模塊、實時時鐘模塊、無線通訊接口模塊等幾個部分。

（1）指紋識別模塊

本系統(tǒng)采用的是VFDA02指紋識別模塊，該模塊包括指紋采集器和指紋處理單元兩大結(jié)構(gòu)，使用簡單的PLD可編程邏輯連接電路控制光學(xué)采集器。VFDA02部分性能參數(shù)如表2所示。

（2）人機接口

鍵盤矩陣、顯示器和蜂鳴器是一般人機交互接口設(shè)備，如圖3所示，鍵盤采用4x4行列式的接口設(shè)計，顯示器采用LCD液晶顯示模塊。

（3）無線通信接口模塊

無線通訊接口是指紋考勤機與管理PC機通訊的無線通道，本系統(tǒng)的通信接口采用無線通信模塊Si4432。

（4）大容量數(shù)據(jù)存儲器

因為考勤數(shù)據(jù)必須在一段時間內(nèi)保存?zhèn)洳?，大容量?shù)據(jù)存儲器主要是用來保存平時的考勤記錄數(shù)據(jù)，且斷電不丟失數(shù)據(jù)，因此選用EPROM芯片作為系統(tǒng)的大容量數(shù)據(jù)存儲器，本系統(tǒng)中的存儲器可以存儲6000余條考勤記錄。

3.2軟件系統(tǒng)功能模塊設(shè)計

如圖4所示是基于無線指紋識別考勤系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)功能模塊結(jié)構(gòu)框圖，由圖4可以看出，軟件系統(tǒng)功能模塊主要包含有指紋數(shù)據(jù)庫、指紋圖像采集處理模塊、指紋比對算法模塊、考勤管理模塊及考勤統(tǒng)計模塊等幾個部分組成。

軟件系統(tǒng)功能模塊中各子模塊及其功能見表3所示。

系統(tǒng)管理員通過指紋登陸成功后，則進(jìn)入考勤管理系統(tǒng)，系統(tǒng)管理員可以進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)置、考勤管理或考情統(tǒng)計等操作。如圖4是軟件系統(tǒng)中的考勤管理功能模塊主頁截圖。實現(xiàn)圖4中的“設(shè)置”這一功能模塊的部分代碼如下：

4結(jié)束語

無線指紋考勤系統(tǒng)與傳統(tǒng)考勤方式相比具有很多優(yōu)點，比如，該系統(tǒng)克服了以往傳統(tǒng)考勤方式的缺點；提高了考勤效率；同時利用其無線功能，數(shù)據(jù)傳輸能實時錄入、多點采集和無線傳送，適合于人員多和指紋采集地點分散等場合。所以基于生物識別技術(shù)考勤系統(tǒng)的無線化、智能化是考勤系統(tǒng)今后發(fā)展的一個方向。

本系統(tǒng)經(jīng)過實際運行使用，證明系統(tǒng)設(shè)計可靠與可行。