基于STM32的智能考勤系統設計

摘要：人事管理部門中員工考勤管理工作是非常重要的一部分，針對考勤管理存在的費時費力、效率不高等問題，該文設計了一套采用指紋和射頻識別技術的基于STM32的智能考勤系統。考勤的智能管理模式簡化了操作方式，性能可靠、系統穩定，優化了考勤的流程，使考勤的準確性和效率都得到了較大的提高，具有較強的實用性。

關鍵詞：指紋識別；RFID；STM32；考勤系統

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2024.11.037

中圖分類號：TP 368.1" " " " " " " " "文獻標志碼：B" " " " " " 文章編碼：1672-7274（2024）11-0-03

Esign of Intelligent Attendance System Based on STM32

YANG Jingjing

（Tangshan University， Tangshan 063000， China）

Abstract： Employee attendance management is a very important part of the personnel management department. In response to the problems of time-consuming， labor-intensive， and inefficient attendance management， this article designs an intelligent attendance system based on STM32 using fingerprint and radio frequency identification technology. The intelligent management mode of attendance simplifies the operation mode， ensures reliable performance， system stability， optimizes the attendance process， and greatly improves the accuracy and efficiency of attendance， making it highly practical.

Keywords： fingerprint recognition; RFID; STM32; time attendance

隨著科技的不斷發展，計算機網絡技術和生物特征識別技術快速發展，智能考勤系統已經是企業、醫院、銀行等日常管理中非常重要的一部分[1]。傳統的員工考勤管理方式存在許多問題，如效率低，容易被篡改等問題。因此本文采用STM32嵌入式單片機技術，結合生物特征識別技術和射頻識別技術設計了一款滿足人事管理部門實際需求的智能考勤系統，解決日常考勤管理問題，并可根據考勤數據完成自動化識別、工資核算等。

1" "關鍵技術分析

1.1 射頻識別技術

射頻識別技術產生于20世紀40年代，起初只是用于軍事領域，20世紀90年代開始逐步推廣開來，被應用到各行各業當中。RFID系統主要由標簽、閱讀器和應用系統組成。標簽通過無線射頻信號和閱讀器通信，閱讀器接收標簽發送過來的數據并對其進行解調和解碼，然后再送到系統高層進行標簽合法性的判斷，系統高層根據不同的設定做出相關的處理等操作。

1.2 指紋識別技術

世界上沒有兩個手指的指紋完全相同，即指紋是唯一的。即使年齡增長，一個人的指紋的類型、紋數等特征仍相當穩定，基本保持不變。由此可以確定一個人的指紋信息可以長時間使用。指紋還不容易被盜，不會被忘記，容易采集，準確率高，被廣泛應用于出入境，考勤，門禁等各種場合。一個完整的指紋識別流程主要包含以下幾個步驟：首先要使用指紋采集設備采集指紋圖像，采集設備決定獲取圖像的質量，從而影響到識別算法的設計和識別系統的精度。由于皮膚破損、污染等各種因素的影響，采集到的圖像可能會有失真，所以指紋圖像處理的第一個流程就是對圖像進行預處理，消除噪聲干擾，還原圖像的真實特征信息。接下來對經過預處理的圖像進行特征提取為指紋特征匹配提供依據。最后提取指紋模板數據庫中的指紋進行指紋圖像特征匹配。

2" "系統總體功能設計

該考勤管理系統不僅要完成硬件設計還要完成上位機軟件管理系統的設計，并確保系統設計完成之后使用穩定，易于維護和擴展[2]。該系統由上位機軟件系統、硬件系統以及連接軟件和硬件的通信設備等幾部分組成。通過該系統可以詳細記錄員工上下班考勤情況和員工日常工作變動情況，根據考勤和工作崗位等情況來進行工資的計算和發放。

考勤系統上電之后可以通過考勤系統終端信息感知層的指紋識別模塊或者射頻識別模塊兩種方式來完成信息的采集，完成信息傳輸、處理之后，根據結果的狀態來控制門禁開閉。

當射頻卡片進入到閱讀器的識別區域時，閱讀器可以自動識別卡號，該系統根據卡片信息判斷卡片是否注冊，若該卡片已注冊，則系統會通過單片機控制實現門禁開啟并在液晶屏幕上顯示卡號信息、考勤信息，上位機記錄考勤信息，完成考勤的正常記錄，蜂鳴器提示打卡成功；如果該卡片沒有注冊過，則門禁不能開啟，沒有辦法完成考勤的正常記錄，蜂鳴器沒有聲音提示打卡失敗。

如果用戶忘記帶射頻卡，用戶也可以將已經錄入指紋的手指放到指紋識別模塊，系統將采集的指紋信息與指紋庫中的指紋信息進行比對，判斷指紋的合法性，從而完成門禁的開啟，記錄考勤信息，蜂鳴器提示打卡狀態。考勤系統總體設計框圖如圖1所示。

3" "系統硬件設計方案

考勤系統采用STM32作為主控芯片，系統的硬件電路還包括電源模塊、指紋識別模塊、射頻識別模塊、蜂鳴器、開門控制模塊、存儲模塊、液晶顯示模塊[3]等部分。主控芯片負責接收和處理信息，指紋模塊的功能是檢測和傳輸指紋信息，射頻模塊負責檢測和傳輸射頻卡信息。

3.1 主控模塊

系統的CPU采用ST公司生產的32位處理器STM32F103ZET6，該產品是基于Cortex-M3內核的微控制器，擁有豐富的外設和接口及大量的庫函數，價格合理，集成度高，性能優越[4]，功耗低，是一款經典的嵌入式微控制器。芯片即內核和外設之間的連接是通過各種總線來實現的，驅動單元和被動單元各有4個。STM32常應用于嵌入式領域，如智能車，無人機，物聯網，娛樂電子產品等。

3.2 識別模塊

系統采用兩種方式進行身份驗證，因此系統識別模塊分別為指紋識別模塊和射頻識別模塊。指紋識別模塊采用ATK-AS608指紋識別模塊，其內置DSP運算單元，能夠對指紋進行高效快速的采集，經過圖像處理算法進行相應的處理，快速準確地識別指紋特征。模塊具有串口、USB兩種通信接口，用戶通過接口可以實現對該模塊的控制，其內部設置了手指探測電路，用戶通過WAK引腳狀態來確定有沒有手指按下。指紋識別模塊引腳連接方式如下：引腳1為模塊電源的正輸入端，與3.3V電源相連；引腳2和3為串行數據輸出輸入端，分別與RXD和TXD相連，占用單片機的PA9和PA10接口；引腳4為GND接地；引腳6接3.3 V[5]。

射頻模塊包括閱讀器模塊和射頻卡，閱讀器模塊采用的芯片為MFRC522，該模塊支持高速的非接觸式通信，工作頻率為13.56 MHz。MFRC522支持SPI接口、I2C接口及串行UART多種接口類型，可支持CRC和奇偶校驗，讀寫模式中的通信距離高達50 mm，具有靈活的中斷模式和低功耗的硬復位功能，工作電壓為3.3 V。MFRC522尺寸緊湊，易于集成，具有較快的識別速度，較遠的識別距離，較高的準確率，可應用于身份識別、移動支付、資產管理等多種場景。射頻卡采用非接觸智能卡S50，符合ISO14443A標準，存儲容量為1 K字節，能量和數據都通過天線傳送，天線由幾匝線圈組成，直接與S50卡相連。

3.3 TFTLCD顯示器

本系統人機交互界面采用2.8寸的液晶顯示器用于顯示漢字和圖形。其在液晶顯示屏的每一個像素上都設置有一個薄膜晶體管，可以有效地克服非選通時的串擾，提高圖像質量。它是電阻觸摸屏，自帶背光電路，分辨率為240×320，驅動芯片為ILI9341，采用16位并口驅動，模塊采用3.3 V供電，不支持5 V電壓的MCU。TFTLCD液晶顯示器有高對比度、亮度好、色彩豐富等特點，是目前主流的LCD顯示器，廣泛應用于電視、手機、計算機、平板等各種電子產品。TFTLCD模塊的8080并口讀/寫的過程如下：

首先判斷要寫入或者讀取的數據的類型，根據數據類型設置RS為高（數據）或者低（命令），然后拉低片選，選中ILI9341，接著我們根據是讀數據，還是要寫數據設置RD或者WR為低。

（1）讀數據：在RD的上升沿，讀取數據線上的數據（D[15：0]）。

（2）寫數據：在WR的上升沿，使數據寫入到ILI9341里面。

TFTLCD模塊接口電路如圖2所示。

接口說明如下。LCD_CS：LCD片選信號；LCD_WR：LCD寫信號；LCD_RD：LCD讀信號；DB[17：1]：16位雙向數據線；LCD_RST：硬復位LCD信號；LCD_RS：命令/數據標志（0—命令，1—數據）；T_MISO/T_MOSI/T_PEN/T_CS/T_CLK，觸摸屏接口信號；BL_CTR：背光控制信號。

4" "系統軟件設計

系統上電后，首先對各模塊進行初始化操作，包括各個串口的初始化，LCD液晶屏的初始化，蜂鳴器初始化等，液晶屏界面會提示歡迎使用智能考勤系統等內容，接下來等待事件發生。若發現有射頻卡進入識別區域，則進入射頻識別的流程，獲取卡號，經過串口將卡號發送到電腦端，提取數據庫中保存的數據進行比對，完成判斷、開門、記錄考勤、蜂鳴器提醒等一系列操作。如果發現有指紋輸入，則進入指紋識別流程，經過與指紋庫中信息的比對，完成判斷、開門、記錄考勤、蜂鳴器提醒等一系列操作。門禁控制模塊根據指紋或者射頻卡的比對結果，由單片機控制繼電器完成相應指令，實現門禁的開關。

考勤系統的上位機軟件部分運行在電腦端，程序是根據不同功能采用模塊化設計思路實現的。為了確保系統的安全性，需要對使用權限進行設定。首先用戶登錄管理模塊中的用戶使用權限有三種級別，分別為管理員，部門管理員，普通員工。其中普通員工的使用權限最低，管理員的使用權限最高，是超級管理員，只有一個賬號，可以根據單位人事變動情況對系統部門管理員的身份進行設定，可以增加、刪除、更新和查詢管理員信息。部門管理員和員工都可以有多個賬號。部門管理員可以在員工信息管理模塊實現指紋信息錄入、射頻卡信息錄入，以及與指紋和射頻卡相關聯的員工的相關信息的創建、刪除和修改功能，對員工的考勤情況進行維護等。考勤信息管理模塊是考勤系統非常關鍵的一個模塊，該模塊設定考勤管理規則，可以對考勤的時間進行設定、修改和刪除等操作；該模塊還可以對考勤數據進行查詢、統計、修改等操作。此外，考勤統計表可以生成Excel表格導出。系統能夠根據刷卡情況或者指紋識別情況記錄考勤，判斷是否存在遲到、早退或者缺勤等情況，根據判斷結果更新考勤信息到相應的數據庫中，完成信息的存儲，最后依據考勤信息及其他要素進行工資核算。員工可以登錄系統在員工查詢功能模塊查詢自己考勤明細，如外出、請假、加班和上下班情況等，還可以查詢考勤匯總，工資明細等。考勤系統管理員能夠實時監控員工考勤情況，對于遲到、早退、缺勤和加班較多等異常情況能夠采取相應措施及時處理。上位機考勤系統結構如圖3所示。

5" "結束語

本文設計一種以STM32為主控的考勤系統，解決用戶考勤記錄浪費資源、信息、易丟失、耗費時間和精力等問題。該系統考勤信息采集終端設備有兩種，分別為指紋識別設備和射頻識別設備，即該系統具備指紋和射頻卡兩種解鎖方式，上位機具備考勤信息的記錄、查詢、修改等功能，經測試滿足企業對考勤的基本需求，且將考勤與工資相關聯為員工的工資核算提供有力支持，激勵員工不斷進步，提高工作效率。

參考文獻

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[3] 任肖麗，王驥，許學禮．基于STM32的門禁控制系統設計[J]．電子技術與軟件工程，2019（21）：233-234．

[4] 陳聰．基于STM32的網絡門禁控制系統設計[D]．蘇州：蘇州大學，2012．

[5] 王斌，龍騰．基于物聯網技術的多功能門禁控制器設計[J]．信息技術與應用，2023（4）：44-47．