高关珍+洪家平

摘要：随着生物识别技术的快速发展和日益成熟，市场上相继出现了能识别人体生物特征的设备，比如人体指纹、掌形、虹膜等生物识别系统。该文介绍的无线指纹考勤系统就是利用指纹识别技术对职员的出勤进行公正合理并科学管理的系统，该系统具有简单、快捷、方便、准确和安全等特点，同时还能克服以往考勤系统中诸多不足。

关键词：单片机；指纹识别；考勤；设计与实现

1概述

传统的考勤如手工签到、打卡钟、IC卡或磁卡考勤等，这些都是低效率、难管理、易假冒、高人情的不科学的考勤管理方式。随着生物技术的发展，特别是随着指纹识别技术发展的日益成熟，该项技术也被应用到人们的身份识别，比如指纹考勤管理系统、门禁管理系统等领域。目前，市面上指纹考勤系统常见的有两种，一种是上位机一下位机型产品，考勤系统工作时须有上位计算机的支持，多个系统共享指纹识别设备，并且指纹的比对需要由上位计算机的支持。这样的话上位计算机的负担就比较重。而且无论是考勤机、线路或上位计算机出现任何故障，都会导致整个考勤系统的无法正常工作，这样就降低了系统处理能力。另一种是单机型产品，由单机完成考勤的全部过程，这种系统完全克服了前一种考勤系统的缺点。

本文要介绍的无线指纹考勤系统就属于单机型产品。它采用了指纹识别技术、无线通信技术等多种先进技术，利用C8051F系列单片机为主控制器，使用指紋识别模块VFDA02和无线通信模块Si4432，实现了无线指纹考勤系统。该系统能够实现对考勤现场数据的实时录入、多点采集和无线数据传输等功能，并且具有数据传输距离远、信号传输方便、不用布线等优点。单台设备就可完成考勤管理的全部过程，可以不需要其他上位机的支持，使得系统的总体成本降低了。如果使用上位机的话，该系统可以将考勤记录通过无线通信模块Si4432上传至上位机处理，从而有效地解决了架线不便、线缆故障造成的麻烦，同时信号传送质量也得到了很大的提高，系统管理也更加方便、高效。

2指纹识别原理

2.1指纹识别系统的工作原理

如图1所示是一般指纹识别的流程图，由图1可以看出，在实际应用中，人体指纹识别流程大致由这几个过程组成：首先进行指纹图像数据的采集，然后对采集的指纹数据进行预处理得到有用的图像信息，再对这些经过预处理后的图像数据进行特征提取，然后将这些指纹特征数据与存储在计算机内的指纹进行比对，最后得出比对结果并进行结果或结论输出。

1）指纹图像采集

一般来说，光学成像设备依据的是光的反射原理。对于指纹识别系统来说，系统会通过发光装置来提供符合系统要求的光线，这样的光线照射到手指的谷线，就会在玻璃与空气的界面发生全反射，一般射向手指脊线的光线不发生全反射，反射光会反射到CCD上，这样就在CCD上形成了指纹图像。这个过程通常就是我们所说的指纹图像数据采集。

2）指纹图像预处理

指纹图像采集器CCD采集到的指纹图像信号一般来说是低质量的，往往存在较多的噪声信号，通常需要去掉这些噪声信号才能获得真正的有用信号。将采集到的指纹图像经过滤波等方法转化为单像素的脊线线条二值图像，这个过程就是指纹图像信号的预处理。

3）指纹特征提取

一般在自动指纹识别技术中使用两个特征点：端点与分叉点。这两个特征点有如表1所示的特点。

指纹特征提取的所要完成的工作就是通过算法检测指纹中特征点的数量以及每个特征点的类型、位置及所在区域的纹线方向。

4）指纹比对

指纹比对是指通过比较两枚指纹的特征点及相互位置关系来确定两枚指纹是否是同一个手指。

2.2指纹识别系统的工作模式

指纹识别系统的工作模式分为验证和辨识。本文中的指纹考勤系统属于验证模式，验证就是通过把一个现场采集到的指纹和一个已经登记在档的指纹进行一对一的比对从而来确认身份的过程。验证前，员工的指纹在指纹库中已经注册，指纹以一定的压缩格式存储在计算机（或单片机）中，并与其姓名或其他标识相关联。指纹验证过程如图2所示。

3无线指纹识别系统总体设计

3.1无线指纹考勤系统硬件设计

图3是基于单片机的无线指纹考勤机硬件结构组成原理框图。

由图3可知，指纹考勤机的硬件是以单片机为中心进行设计的。指纹考勤系统除了C8051F930单片机外，还有指纹识别模块、液晶显示器模块、4x4键盘矩阵模块、大容量存储器模块、实时时钟模块、无线通讯接口模块等几个部分。

（1）指纹识别模块

本系统采用的是VFDA02指纹识别模块，该模块包括指纹采集器和指纹处理单元两大结构，使用简单的PLD可编程逻辑连接电路控制光学采集器。VFDA02部分性能参数如表2所示。

（2）人机接口

键盘矩阵、显示器和蜂鸣器是一般人机交互接口设备，如图3所示，键盘采用4x4行列式的接口设计，显示器采用LCD液晶显示模块。

（3）无线通信接口模块

无线通讯接口是指纹考勤机与管理PC机通讯的无线通道，本系统的通信接口采用无线通信模块Si4432。

（4）大容量数据存储器

因为考勤数据必须在一段时间内保存备查，大容量数据存储器主要是用来保存平时的考勤记录数据，且断电不丢失数据，因此选用EPROM芯片作为系统的大容量数据存储器，本系统中的存储器可以存储6000余条考勤记录。

3.2软件系统功能模块设计

如图4所示是基于无线指纹识别考勤系统的软件系统功能模块结构框图，由图4可以看出，软件系统功能模块主要包含有指纹数据库、指纹图像采集处理模块、指纹比对算法模块、考勤管理模块及考勤统计模块等几个部分组成。

软件系统功能模块中各子模块及其功能见表3所示。

系统管理员通过指纹登陆成功后，则进入考勤管理系统，系统管理员可以进行系统设置、考勤管理或考情统计等操作。如图4是软件系统中的考勤管理功能模块主页截图。实现图4中的“设置”这一功能模块的部分代码如下：

4结束语

无线指纹考勤系统与传统考勤方式相比具有很多优点，比如，该系统克服了以往传统考勤方式的缺点；提高了考勤效率；同时利用其无线功能，数据传输能实时录入、多点采集和无线传送，适合于人员多和指纹采集地点分散等场合。所以基于生物识别技术考勤系统的无线化、智能化是考勤系统今后发展的一个方向。

本系统经过实际运行使用，证明系统设计可靠与可行。