基于STM32的实习教学考勤机设计

2014-04-29郭予新田丰庆张伟

电子世界 2014年15期

郭予新田丰庆张伟

【摘要】设计针对现在高校实习教学中的考勤问题，分析市场上的各种考勤机优缺点，并设计了一款基于STM32的指纹考勤机，采用STM32F103VE为主控芯片，通过SD卡保存、交换学生数据，实现了现有指纹考勤机的所有功能，同时很好解决了实习教学人员不固定、地点不固定、网络不确定、电源不确定等因素。最后经过测试可以达到预期目标。

【关键词】指纹考勤;嵌入式系统;STM32

1.引言

根据教育部的要求[1]和培养学生的需要，各高等院校都根据自身专业的特点，都加强了学生实践教学环节的培养力度。但是实践教学比较灵活，每次實践活动时间相对较短，参加班级不同，地点不同，同时每个班级上学期间又要参加多个的实践教学活动。这给实践教学的学生管理提出了很高的要求，仅学生考勤一项就费时费力占据相当的精力。

在所有使用中的各种考勤机中指纹考勤机最适合这种考勤，人到了指纹一定到，无需另外加带其它东西，使用方便，技术相对成熟，这对人数众多的学生考勤来说是最好的选择方式。目前市场上的指纹考勤系统主要有两种，一种是考勤机，另一种是考勤系统。

一般的考勤机可以输入1000个人物模型，但是输入相对较慢，这对人数众多的学生来说不方便;同时学生信息的存取不方便，这对学生来说上学期间有多个实习，不能每次都输入指纹。考勤机的应用适用于固定人群，且人数不太多的单位工作人员考勤。

考勤系统是基于网络的考勤机，已有不少学者对考勤系统在学校的应用做了研究[2][3]，但都应用于教学地点固定的理论教学，而实践教学地点不固定，并且相距很远，也不一定有网络，致使考勤系统难于应用于实践教学，即便是对理论教学来说，考勤系统其制造、使用维护成本较高，不是一般学校所能承受的。

2.考勤机硬件系统设计

本文基于学生实践环节特点，设计考勤机主要是为满足实践教学中应用。根据实践教学的特点进行设计。（1）实践教学中学生是以班为单位同时进行的，在设计中，学生的信息也以班为单位进行存储。（2）实践教学中每个班级根据专业、方向的不同，参加的实习内容也不同，考勤机里的的学生信息能随时更换。（3）每次实习只有1周-3周，学校会有很多实习同时开始，考勤机里的学生信息要能随时更换（4）每次实习的地点不同，甚至不在学校，考勤地点不一定有电源也不一定有网络，考勤机要应对使用方便。

图1 考勤机硬件组成

本设计根据实践教学的特点提出了一种新的考勤系统模式，介于网络考勤系统与单独考勤机之间。以单独的考勤机为原型，将学生信息以班级为单位用电脑存储，文件采用文本格式。考勤机使用时从SD卡中读取学生信息，每个时段考勤完成后也将保存到SD卡中，这样可以实现，每次实习不管是哪个班级，学生信息可以随时更新，而不需要每次都进行输入。考勤机采用开关电源供电和12V电源供电，两种方式，以方便学生在实习时随时使用，12V电源主要是地外出时可以用汽车电源供电。考勤机硬件组成如图1所示。

2.1 指纹模块

本系统采用的是模块，该模块以DSP处理器为核心，处理光学指纹传感器所得数据，模块处理结果可以与STM32串口通信，SX-T13模块结合传统的特征点和抽象图像信息，做到高识别率，低误识。

SX-T13模块的性能指标：该模块采用3.3V电压供电，这与STM32单片机供电电压一样，通信速率可以用软件进行配置，9600bps-115200bps，默认值是115200bps，模块本身带有512K flash，可以实现1：1比对、1：N比对，其指纹比对速度达到250个用户每秒。模块还支持的操作有：用户注册、删除用户、复位模块、自动校准指纹图像传感器背景亮度、获取用户总数、读取图像并提取特征值、获取图像、设置/获取比对等级、获取光学传感器的背景亮度、获取模块序列号、获取注册用户ID值、校准传感器等30个功能命令，使用寿命100万次，能满足大多数的指纹应用场合。

图2 STM32开发平台硬件框图

图3 系统主流程图

2.2 STM32开发平台

本开发平台以STM32F103VE为主控芯片。STM32系列芯片是由意法半导体公司以ARM Cortex-M3为内核开发生产的32位单片机，专为高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计。F103为增强型系列，其时钟频率达到72MHz，是同类产品中性能最高的产品。

开发平台采用1117为CPU电源芯片来保证系统运行时的稳定性。硬件平台框图如图2所示，主要性能指标包括：CPU处理器：STM32F103VE，时钟频率72MHz，接口资源：USART 3个，USB 1个，RS232串口 1个，下载方式：JTAG或SWD（见图2）。

3.考勤机软件设计

系统上电后，首先进行系统硬件初始化和加载学生信息，之后系统自动进入指纹检测模式，此外还有指纹录入，指纹删除等模式可以通过按键选择。考虑到考勤周期应该较长，长时间不工作系统进入省电模式。系统主程序流程图如图3所示。

4.系统测试

为了验证考勤机在实际使用中的的性能、可行性、稳定性，在电气121-4进行电子制作实习时行了测试，对每个人进行了指纹录入与指纹考勤情况进行汇总，汇总情况如表1所示。测试过程中需注意：第一，传感器检测面与手指指肚要清洁，以保证能录入到清晰、准确指纹，第二，手指录入面要与检测面尽量一致，以保证两次录入采集到的特征值一致。一般的检测不成功，主要问题是指纹录入面与检测面不一致（见表1）。

表1 考勤机功能测试表

测试

对象测试

项目供电

方式测试

人数测试

次数成功

次数成功率速度

（每次）

电气121 指纹录入开关电源 26 1次/人 26 100% <1 S

指纹考勤开关电源 26 5次/人 120 92.3% <1 S

电气122 指纹录入开关电源 27 1次/人 27 100% <1 S