基于C51单片机考勤机设计

作者/占华林、徐江韬、胡予婧，江西科技师范大学通信与电子学院

基于C51单片机考勤机设计

作者/占华林、徐江韬、胡予婧，江西科技师范大学通信与电子学院

指纹识别考勤系统以指纹模板为标志进行身份验证，利用指纹的唯一性彻底根除考勤中存在的虚假现象，有效地杜绝了考勤管理中的人为因素，充分体现了考勤管理的公正，避免了不必要的人事纠纷。本系统采用STC89C52单片机作为主控芯片，液晶LCD12864作为人机交互界面，矩阵键盘输入学号，指纹识别模块作为打卡考勤传感器。以学生上课为例，当学生考勤时输入指纹，系统便可显示学号并记录已考勤人员。管理人员对学生上课考勤信息一目了然，另外本系统保存的信息可随意增加或删除，功能简单实用。

考勤系统；单片机89C52；指纹识别

1.研究的背景及意义

考勤系统在各单位日常管理中至关重要,通过日常的考勤,可以增强对工作人

员的管理和了解,规范他们平时的出勤并提高学习效率,维护工作秩序,有益于单位的发展。传统考勤一般是点名签到,但是其过程繁琐容易出错而且存在很严重的人情考勤现象,为了节约时间以及资源并避免以上所述的弊端从而达到所需要的考勤效果,人们研究出各种新型的考勤措施如感应卡考勤等。但是即便这些新型的考勤措施问世,考勤还是存在着如感应卡遗失、消耗、人情考勤等诸多问题,需长期定时不定时地投入人力与费用。由于传统的考勤模式由于存在着各种弊病已经不能满足现代事业单位的需求。因此就需要一种可以完全避免以上弊端的新型方法和技术来达到考勤的理想效果，所以指纹考勤系统就顺应时代的发展出现了。

指纹与人体的其他生理特征相比具有采集简单、处理成本低、终身不变、唯一性以及高度的可靠性等优势，同时指纹识别技术是当前国家安全、ID管理、门禁系统以及考勤系统中比较常见的一项生物特征识别技术，对于日常考勤这样参与人数多、工作量大的系统，指纹识别技术具有得天独厚的优势并能取得良好的效果。

图1 系统方框图

2.系统设计

以STC89C52单片机为核心器件，结合键盘电路、指纹识别模块、液晶显示屏、声光报警电路、继电器电路、掉电保存电路，利用单片机灵活的编程设计和丰富的I/O端口，及其控制的准确性通过软件程序来控制整个系统实现指纹考勤系统的以下基本功能（本文以学生上课为例）：默认8位学号，可以添加学号；可以添加指纹、识别指纹、删除指纹；实现一个学号对应一个指纹；可以显示所有缺勤人员的具体学号；可以显示所有迟到人员的具体学号；可以有简单的声光报警电路；指纹签到成功时，液晶显示出具体对应的学号。

3.硬件电路设计

根据图1所示的系统方框图，有最小系统、指纹识别、液晶显示模块、矩阵键盘等模块构成，下面分别对主要模块进行介绍。

■3.1 最小系统电路

典型的C51系列单片机最小系统如图2所示,包括:单片机、晶振电路、复位电路。

图2 C51最小系统

■3.2 指纹采集电路

本文采用的指纹识别模块是集成的模块。利用STC89C52单片机的唯一串口P31/TxD引脚连接指纹采集模块的第2引脚Rx，P30/RxD引脚连接指纹采集模块的第3引脚Tx,如图3所示。查询指纹模块手册，发送相关命令，实现指纹录入、指纹识别、指纹清空等基本操作。

图3 指纹采集电路

■3.3 键盘电路

为节省C51单片机I/O空间，本文采用4×4的行、列结构构成的矩阵式键盘，如图4所示。其键盘扫描方法，第一步：判断键盘中有无键按下。将全部行线置低电平，然后检测列线电平的状态，如果有一列为低电平，说明有键按下，若所有列线均为高电平，则键盘中无键按下。第二步：判断闭合键所在的位置。在第一步确认有键按下，再进行第二步。具体方法是，所有的行线依次置某一行为低电平，再检测各列线的电平状态。若某列为低，则该列线与置为低电平的行线交叉处的按键就是闭合的按键。

图4 按键电路图

图5 液晶显示电路

■3.4 液晶显示电路

C51单片机与LCD12864液晶，其连接方式有两种，一种是并行通信，一种是串行通信。串行通信结构简单，占用I/O资源少，适合数据量少的通信情况。并行通信结构复杂，占用I/O资源多，适合数据量大的通信情况。结合本文实际情况，采用了串行行方式，跟LCD12864液晶的通信端只需要用到2个I/O口，简单方便。如图5所示。

4. 软件程序设计

■4.1 单片机主程序设计

单片机的主程序实现指纹模块通信、驱动液晶显示屏、获取按键输入、报警电路等程序，通过不同的功能按键，调用不同的功能函数实现具体的功能。主程序流程图如图6所示。

图6 主程序

■4.2 指纹识别程序

指纹识别模块主要实现：获取指纹图像、生成指纹特征模板、储存指纹特征模板和匹配指纹等工作。本文采用R308进行录入和识别。指纹录入用于新用户的注册，是指当有新用户需要注册时，先在指纹头处获取用户的指纹图像，然后生成指纹特征模板，再将生成的特征模板存储到片内/外的ROM里。如图7(a)所示。指纹识别过程与指纹录入前半段相似，先获取指纹图像和特征识别（与指纹录入相同），然后与预先录入的指纹库中特征对比，若对比成功，则返回对应指纹的ID，若对比失败，则返回失败。如图7(b)所示。

■4.3 录取信息程序

从键盘输入学号，并查询已存储的学号，如若不存在，学号录入有效，同样，录入指纹信息，最后并把学号与指纹信息关联起来。这样才算一个完整的人员信息录取完成。录取信息流程如图8所示。

图7

图8 录取信息流程

5.系统实现与结论

基于以上原理，通过软硬件设计、焊接、调试，最后设计出来的结果达到预设的目标要求，这样整一个过程下来，对51单片机以及一些基本的电路原理有了更充分的认识和理解，从这个实践中更能够跟理论知识结合起来。

图9 实物展示图

＊ [1]康华光.电子技术基础模拟部分（第四版）[M].北京:高等教育出版社，1999.

＊ [2]谭浩强.C语言设计（第三版）[M].北京：清华大学出版社,2005.

＊ [3]郭天祥.新概念51单片机C语言教程[M].北京：电子工业出版社,2009.