毕业论文-指纹识别智能考勤管理系统的设计.doc
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指纹识别智能考勤管理系统的设计
龙岩学院
毕业设计
题目:
指纹识别智能考勤管理系统的设计
专业:
14级电子信息工程2班(专升本)
学号:
二〇一六年六月三日
指纹识别智能考勤管理系统的设计
【摘要】对公司单位进行考勤管理,能提高公司的工作效率与管理能力。
本系统设计主要采用STC15F2K60S2单片机与指纹识别模块,设计一个基于指纹识别的考勤管理系统。
该系统以STC15单片机为控制核心,采用软、硬件相结合的方法设计。
用USBTOTTL模块来通讯,实现上位机与下位机的通讯。
能完成人员指纹信息的识别与添加新的人员指纹,可以实现人员日常的出勤情况管理、统计和查询等智能化、数字化的工作。
考勤时,考勤软件、电路板上的蜂鸣器、LED灯会做出提示,有万年历显示功能。
【关键字】STC15单片机指纹识别上位机语音提示时间显示
Thedesignofthefingerprintattendancemanagementsystem
【Abstract】Attendancemanagementunitofthefirm,itcangreatlyimprovethecompany'sworkefficiencyandmanagementability.ThissystemdesignmainlyUSESSTC15F2K60S2microcontrollerandfingerprintidentificationmodule,designaattendancemanagementsystembasedonfingerprintidentification.STC15singlechipmicrocomputerascontrolcore,thesystemadoptsthemethodofcombiningsoftwareandhardwaredesign.TOcommunicationwithUSBTOTTLmodule,realizetheuppermachineandlowermachinecommunication.Cancompletethefingerprintinformationrecognitionandaddnewpersonnelfingerprints,canimplementstaffdailyattendancemanagement,statisticsandquerysuchasintelligence,digitalwork.Attendance,attendancesoftware,buzzer,LEDlightsonthecircuitboardtomakeprompt,calendardisplayfunction.
【KeyWords】STC15microcontrollerFingerprintidentificationUppermachineVoicepromptTimetoshow
I
目录
第1章绪论 1
1.1课题设计背景与意义 1
1.1.1课题设计背景 1
1.1.2课题设计的意义 1
1.2课题内容及预期目标 1
第2章设计的总体方案 2
2.1设计要求 2
2.2设计方案的比较 2
2.2.1单片机的选择 2
2.2.2考勤方式的选择 2
2.3系统设计方框图 3
第3章指纹识别系统设计 4
3.1指纹识别技术简介 4
3.1.1指纹识别技术介绍 4
3.1.2指纹识别的工作过程 4
3.2指纹模块设计 4
3.2.1指纹模块选择 4
3.2.2FM-180指纹识别模块介绍 4
3.2.3FM-180指纹模块工作原理 5
3.2.4FM-180系统参数与接口 5
3.3UART通讯协议 6
3.3.1UART简介 6
3.3.2UART接口 6
3.3.3UART通讯协议 7
3.3.4UART通讯指令格式 7
第4章硬件设计 10
4.1单片机控制系统的设计 10
4.1.1STC15F2K60S2单片机的作用 10
4.1.2STC15F2K60S2单片机简介 10
4.2显示单元电路的设计 11
4.2.1LCD1602液晶显示电路的作用 11
4.2.2LCD1602液晶显示屏引脚说明 11
4.2.3LCD1602液晶显示屏电路 11
4.3蜂鸣器电路设计 12
4.4DS1307电路设计 12
4.5按键电路与指示灯电路设计 13
4.6指纹模块 13
4.7USB转TTL模块 14
4.8电源模块 14
第5章软件设计 16
5.1程序设计语言的选择 16
5.2程序程图 16
5.2.1程序主流程图 16
5.2.2USB串口接收数据流程图 17
5.2.3指纹模块流程图 18
第6章上位机与数据库设计 20
6.1上位机设计 20
6.1.1VisualBasic软件介绍 20
6.1.2指纹考勤软件开发介绍 20
6.1.3指纹考勤软件介绍 21
6.2数据库设计 22
6.2.1MicrosoftOfficeAccess软件介绍 22
6.2.2数据库创建 22
第7章系统调试 24
7.1硬件调试 24
7.2软件调试 24
7.3综合调试 24
7.3.1硬件、软件综合调试 24
7.3.2测试结果 25
7.4系统的不足与展望 28
第8章结论 29
致谢语 30
参考文献 31
附录 32
附录1原理图 32
附录2实物图 32
附录3PCB图 33
附录4元件清单 33
附录5主程序 34
III
第1章绪论
1.1课题设计背景与意义
1.1.1课题设计背景
现代对人事的考勤管理是企业、事业单位的一项重要任务,它执行的好坏,会影响公司的经济、社会效益与员工的薪资等诸多方面。
如今每个单位面临着一个重要问题便是对员工的考勤进行科学、有效地管理。
传统的考勤通常是用到:
磁卡、IC卡、手工签到等方式,这些方式时常会发生代打卡、误读卡或打卡出错等现象发生。
就算是采用人工来干预,也会由于受到技术手段等方面的限制,产生影响,不能从根本上改变这种效率低、管理难、人情成分、假冒横行等不科学管理手段的发生。
随着生物技术的发展,传统考勤方式也在不断进步,特别是随着指纹识别技术的发展而日趋成熟。
如今正逐步被用到身份的识别与验证,其中就包含着指纹考勤、警方确定犯罪嫌疑人等许多领域。
指纹识别的最大特点在于它不可替代,每个人的指纹都是比较固定、不会轻易发生改变,通过分析与鉴定指纹的特征点,可以准确地辨认一个人的身份。
1.1.2课题设计的意义
指纹考勤系统运用指纹识别技术,采用考勤软件,这使得管理人员与员工不必再保管或携带个人的相关证件。
用指纹考勤,只需刷一下指纹,考勤软件与数据库就能记录和生成员工的考勤情况。
员工也能查询自己的考勤信息。
管理人员既可以查询员工考勤的信息,又可以对员工信息,进行添加与删除。
财务部门可以根据考勤情况得到员工的薪资报表。
这样的考勤方式可以保证企业考勤管理的严肃性、纪律性与公正性。
能最大限度上杜绝虚假的考勤,提高考勤的效率。
1.2课题内容及预期目标
本设计采用C语言与单片机技术,利用VB6.0制作考勤软件,实现指纹考勤管理。
使用STC15F2K60S2单片机与指纹考勤软件,用USBTOTTL模块来通讯,实现上位机与下位机的通讯,完成人员考勤信息数据的上传与上位机对人员考勤信息的获取和管理。
1
第2章设计的总体方案
2.1设计要求
本设计的任务是完成一个基于单片机考勤管理系统的设计。
任务要求:
(1)可以自己设置考勤时间,如果在该时间内签到,会被认为是迟到;
(2)可以实现考勤信息查找与删除;
(3)能添加员工的个人信息,点击增加,电路板上的指示灯会闪烁,液晶屏会做出提示,要求待登记人员连续2次同样的操作,则人员的个人信息登记成功,否则失败。
考勤软件能做出相应的提示;
(4)能显示人员的签到信息,如显示人员签到时对应的签到时间;
(5)在数据库中,可以每天生成一张表格,记录当天是否考勤、考勤时间等信息;
(6)每次人员刷指纹,电路板上的1602蜂鸣器都会有提示;
(7)在非考勤时间,1602显示万年历。
2.2设计方案的比较
2.2.1单片机的选择
方案一:
采用AT89S51单片机制作考勤管理系统,AT89S51是低功耗、高性能的微控制器,它有8K的可编程Flsah存储器,和256字节的RAM,虽能存储,但是对于本设计有许多考勤人员信息,和繁杂的程序,这样的存储容量不够用,所以并不适合选用AT89S51。
方案二:
用STC15F2K60S2单片机设计考勤管理系统,它有能够兼容传统8051指令集的指令代码,速度和一般的8051相比快了8到12倍,它内部有2048字节片内RAM数据存储器,这样的容量足够本设计的使用。
在其内部集成了高精度的晶振电路与高可靠的复位电路,所以电路图不必接外部晶振电路与外部复位电路,可以使电路的设计更加简化。
故选用STC15F2K60S2单片机。
2.2.2考勤方式的选择
方案一:
采用磁卡考勤,工作原理是:
利用每个人的信息在电脑上都有唯一识别的字符串,代表自己的唯一编码,电脑以此来对员工信息识别和记录处理。
虽然用磁卡考勤有比较方便的管理能力,但磁卡考勤容易出现代打卡等现象的发生。
而且随身携带并不方便,容易出现磁卡忘带,或遗失等情况。
方案二:
采用指纹考勤,它的安全性比较高,指纹考勤是根据人指纹的唯一性进行识别,把指纹模块作为前台,把电脑作为后台进行信息管理。
先是对员工的指纹进行采样、库存,当员工考勤时,把员工的指纹和指纹库里的指纹比对,确认之后,记录、显示员工考勤的时间、日期。
考勤管理系统可对员工的信息进行管理。
指纹识别在目前生物检测学中,正在被广泛地应用与深入研究。
综上所述,选择用指纹识别技术来实现考勤管理系统。
2.3系统设计方框图
STC15F2K60S2单片机是本系统设计的控制核心,用1602显示,指纹模块可以采集人员的信息与用来签到。
每次人员刷指纹,电路板上的1602和蜂鸣器都有提示,在非考勤时间里,可以显示万年历。
该系统与PC机的上位机相关联,制定与实现可靠的上、下位机通讯协议,完成指纹考勤信息数据的上传和上位机对考勤信息的获取。
总方框图如图2-1所示:
PC机
STC15单片机最小系统
指纹模块
按键控制
时钟显示
语音提示
液晶显示
图2-1总方框图第3章指纹识别系统设计
3.1指纹识别技术简介
3.1.1指纹识别技术介绍
指纹识别是:
比较指纹不同特征点。
每个人指纹纹路图案、交叉点跟断点各不一样。
是唯一、终生不变的。
根据指纹可以鉴定每个人的真实身份。
3.1.2指纹识别的工作过程
指纹识别技术分为:
验证和辨识。
验证:
是将采集的指纹跟已录入好的指纹比对,确认身份的过程。
辨识:
将采集的指纹跟已录入的指纹比对,找到相同的指纹。
3.2指纹模块设计
3.2.1指纹模块选择
按识别方式分:
射频指纹模块、光学指纹模块、半导体指纹模块3种。
射频指纹模块:
利用生物射频指纹识别技术,传输射频信号的传感器,通过手指皮肤层,控制层纹理测量,获取指纹图像。
由于刮擦指纹芯片的寿命不长故不便使用。
光学指纹模块:
用光的折射、反射原理,根据指纹凹凸不平,光折射角度及反射回去光线亮度不同,CMOS传感器收到亮度不同的图像,再提取指纹特征文件,完成指纹采集。
光学指纹模块已应用较长时间,一定程度上可适应温度改变,价格较低,有较高分辨率
半导体指纹模块分为:
电容、电感式,因为凸凹不平的指纹与平板接触距离不同,得到电容、电感数值也不样,按这个原理把采集的不同数值汇总,就完成指纹的采集。
有较好的图像质量,但耐磨性与稳定性不好。
根据以上介绍最终选用光学指纹模块。
3.2.2FM-180指纹识别模块介绍
本设计用的光学指纹传感器是FM-180,它由:
光学头、DSP芯片、通信连接线、CMOS传感器、稳压芯片、flash芯片等部分组成。
DSP芯片型号是:
PS1802,加上外面的CMOS芯片。
可实现图像处理、模板匹配、模板提取、模板存储跟指纹搜索等功能。
CMOS芯片的主要是对指纹进行“照一次相”,生成指纹特征,之后进行模糊处理生成0与1两种的记录信息,存入到flash芯片里。
当2次录入这样的指纹就可以生成一个指纹模板。
切换到指纹识别模式,芯片采集指纹,再用flash芯片数据的对比。
若存在便返回看为几号指纹,这样便可通过指纹模块进行指纹登记、识别。
实物如图3-1所示。
图3-1指纹模块实物
3.2.3FM-180指纹模块工作原理
指纹识别的算法一般分为:
指纹图像采集、预处理、特征提取、指纹分类跟指纹比对。
如图3-2所示:
图3-2指纹识别框图
(1)指纹图像采集:
按指纹凹凸不平,光折射的角度、反射光线亮度不同,CMOS传感器收到亮度不同的图片信息,便完成指纹采集。
(2)预处理:
预滤波的指纹图像,模式计算,基于方向图滤波,二值化、细化成二进制图像,然后指纹的中心参考点,细节特征点特征提取;
(3)提取特征;
(4)指纹分为:
左环型、右环型、漩涡型、尖拱型、拱型五类;
(5)指纹比对:
将2个指纹比较,确定是否同源的过程;
(6)可靠性问题:
因为指纹识别不是100%准确,故用指纹识别率来衡量。
3.2.4FM-180系统参数与接口
如表3-1所示:
表3-1FM-180系统参数与接口
工作环境:
温度:
-20°C—+50°C
相对湿度:
40%RH—85%RH
储存环境:
温度-40—+85°C;相对湿度:
<85%H(无凝露)
外形尺寸(L*W*H):
56*20*21.5mm
3.3UART通讯协议
3.3.1UART简介
UART即通用异步收发传输器。
是通用串行数据总线,用于异步通信。
能实现全双工的传输与接收的双向通信。
3.3.2UART接口
在PCB板上,模块和用户的接口都是采用同一个单排插座,模块和用户串行通讯的时候,接口引脚定义如表3-2所示:
表3-2指纹模块接口引脚定义
注:
in是输入模块、out表示从模块输出。
(1)绿色TXD接STC15单片机的P3.0RXD口;
(2)白色RXD接STC15单片机的P3.1TXD口;
(3)GND与电路板的GND相连
3.3.3UART通讯协议
UART是一种异步串口通信协议,它的工作原理是:
每个字符一个接一个传输数据。
起始位:
发“0”信号,表示传输字符开始。
资料位:
起始位后,用ASCII码,从最低位开始传送,靠时钟定位。
奇偶校验位:
资料位加一位,“1”的位数为偶数是偶校验,为奇数是奇校验。
停止位:
是一个字符数据结束的标志。
可为高电平,因为数据在传输线上是定时的,且每个设备有自己的时钟,在通信中2台设备有点不同步。
停止位不但表示传输结束,而且提供计算机校正时钟同步的机会。
空闲位:
处在“1”状态,代表此时线路无传送资料。
波特率:
是衡量资料传送速率的指标。
表示每秒钟传送的符号数。
一个符号表示:
信息量(比特数)跟符号的阶数有关。
如图3-3所示,是标准10位异步串行协议字符时的时序图:
图3-3时序图
3.3.4UART通讯指令格式
FM-180指纹识别模块,不需接外围部件,模块一直处于从属地位,主机通过不同的指令去完成各种功能。
(1)PS_StoreChar模板储存
功能说明:
将CharBuffer1或CharBuffer2模板文件存到PageID号flash数据库位置。
输入参数:
缓冲区号(BufferID),指纹库位置号(PageID)
返回参数:
确认字
指令代码:
06H
表3-3指令包格式
注:
缓冲区CharBuffer1、CharBuffer2的BufferID为1h与2h
表3-4应答包格式
注:
确认码=00H:
储存成功;
确认码=01H:
收包有错;
确认码=0bH:
PageID超出指纹库范围;
确认码=18H:
写FLASH出错;
sum指校验和
(2)PS_LoadChar读出模板
功能说明:
把flash数据库指定的模板读到缓冲区CharBuffer1或CharBuffer2
输入参数:
缓冲区号(BufferID),指纹库模板号(PageID)
返回参数:
确认字
指令代码:
07H
表3-5指令包格式
注:
缓冲区CharBuffer1、CharBuffer2的BufferID分为1h与2h
表3-6应答包格式
注:
确认码=00H:
读出成功;
确认码=01H:
收包有错;
确认码=0cH:
读出有错或模板无效;
确认码=0BH:
PageID超出指纹库范围;
sum指校验和
(3)PS_DeletChar删除模板
功能说明:
去掉数据库指定id号开始的N个指纹模板
输入参数:
PageID(指纹库里的模板号),N:
模板删除的个数。
返回参数:
确认字
指令代码:
0cH
表3-7指令包格式
表3-8应答包格式
注:
确认码=00H:
删除模板成功;
确认码=01H:
收包有错;
确认码=10H:
删除模板失败;
sum指校验和
第4章硬件设计
4.1单片机控制系统的设计
4.1.1STC15F2K60S2单片机的作用
单片机是整个控制系统的核心,负责指挥、协调各个单元电路,它在系统中担负着重要的角色,本系统的单片机主要完成以下功能:
(1)LCD1602显示输出;
(2)控制蜂鸣器电路工作;
(3)控制按键;(4)控制指示灯的亮灭;
(5)负责与上位机进行通讯;(6)控制指纹模块;
(7)控制时钟显示;(8)协调各单元电路有序工作;
4.1.2STC15F2K60S2单片机简介
STC15F2K60S2:
3个16位可重装载的普通定时、计数器,3路的CCP/PWM、PCA;掉电唤醒的专用定时器;2组的高速异步串行口;5个外部中断;1组高速同步串行通信端口;8路高速的10位A/D转换器;2个数据指针DPTR和外部总线等功能。
如图4-1所示,是STC15F2K60S2单片机的引脚图:
140
239
338
437
536
635
734
833
932
1031
1130
1229
1328
1427
1526
1625
1724
1823
1922
2021
P0.0/AD0
P0.1/AD1
P0.2/AD2
P0.3/AD3
P0.4/AD4
P0.5/AD5
P0.6/AD6
P0.7/AD7
P1.0/ADC0/CCP1/RxD2
P1.1/ADC0/CCP1/TxD2
P1.2/ADC2/SS/ECI
P1.3/ADC3/MOSI
P1.4/ADC4/MISO
P1.5/ADC5/SCLK
P1.6/ADC6/RxD_3/XTAL2
P1.7/ADC7/TxD_3/XTAL1
P5.4/RST/MCLKO/SS_3
Vcc
P5.5
Gnd
P4.5/ALE
P2.7/A15/CCP2_3
P2.6/A14/CCP1_3
P2.5/A13/CCP0_3
P2.4/A12/ECI_3/SS_2
P2.3/A11/MOSI_2
P2.2/A10/MISO_2
P2.1/A9/SCLK_2
P2.0/A8/RSTOUT_LOW
P4.4/RD͞
P4.2/WR͞
P4.1/MISO_3
P3.7/INT3͞/TxD_2/CCP2/CCP2_2
P3.6/INT2͞/RxD_2/CCP1_2
P3.5/T1/T0CLKO/CCP0_2
P3.4/T0/T1CLKO/ECI_2
P3.3/INT1
P3.2/INT0
P3.1/TxD/T2
P3.0/RxD/INT4/T2CLKO
图4-1单片机引脚图
4.2显示单元电路的设计
4.2.1LCD1602液晶显示电路的作用
当电路板上电,1602显示“WelComeInit”初始状态,当在上位机添加指纹时显示“WelcomePleaseHandIN!
”提醒输入指纹并且指示灯会闪烁一下,如果没有及时输入指纹,1602显示“WelcomeGetFailed”,上位机会提示指纹增加失败,并且返回万年历界面。
重新添加指纹,按下按键,1602显示“WelcomePleaseHandIN!
”,当指纹第一次添加成功后,显示“WelcomeOK,HandIN2nd”,当指纹添加成功后,显示“WelcomeGetOK”表示已经添加成功了。
当签到的时候,按下按键之后,进行签到,显示“OK”,表示签到成功。
4.2.2LCD1602液晶显示屏引脚说明
如表4-1所示:
表4-1LCD1602的引脚定义
引脚号
引脚名
电平
输入/输出
作用
1
Vss
电源地
2
Vcc
电源(+5V)
3
V0
对比调整电压
4
RS
0/1
输入
0-输入指令1-输出数据
5
R/W
0/1
输入
0-向LCD写入指令或数据
1-从LCD读取信息
6
E
1,1→0
输入
使能信号,1时读取信息,
1→0(下降沿)执行指令
7
DB0
0/1
输入/输出
数据总线line0(最低位)
8
DB1
0/1
输入/输出
数据总线line1
9
DB2
0/1
输入/输出
数据总线line2
10
DB3
0/1
输入/输出
数据总线line3
11
DB4
0/1
输入/输出
数据总线line4
12
DB5
0/1
输入/输出
数据总线line5
13
DB6
0/1
输入/输出
数据总线line6
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