基于ATmega48的电厂巡检指纹考勤系统设计

2019-09-21杜艳红李刚

科技与创新 2019年17期

杜艳红，李刚

杜艳红，李刚

（天津农学院工程技术学院，天津 300384）

为了保证电厂电能生产、输送、分配的连续性以及设备运行可靠稳定，必须安排巡检员定时或不定时进行巡视与检查，而较为枯燥的巡检工作容易让巡检工人厌倦和麻痹大意。为了避免电厂巡检人员出现少巡、漏巡的情况，激发巡检人员的工作自觉性和主动性，设计了一款指纹考勤系统。系统以ATmga48单片机为核心，应用AS-608指纹识别模块、240×320液晶模块、报警电路等，实现了指纹的识别、人员匹配与信息显示。系统配合计算机可调取考勤记录，使巡检实现智能化、高效化、便捷化。系统测试结果表明，单片机指纹考勤系统抗干扰能力强、成本低、操作简单、工作性能良好。

电厂巡检；考勤系统；单片机；指纹识别

电力作为日常生活中重要的组成部分，发挥着重要的作用。在电厂中，发电和输送电能设备的日常巡检和运行维护是保证电网稳定和可靠的基础，则预测性的巡检和维护就显得尤为必要。目前，中国多数电厂巡检仍然是依靠人工巡检，但是当下的人工巡检存在很多问题，例如效率低下，易出现漏巡、代巡，不按规定巡检等问题。目前，指纹识别技术最主要的应用领域是考勤和门禁系统，且在信息安全领域的应用也较为广泛，最常见的有手机指纹识别等。因为指纹的采集、处理、识别、比对等技术已相当完善，所以，现阶段更多地将指纹识别技术用于考勤的身份认证环节。

1 系统结构

本系统主要以ATmega48单片机为系统核心控制器，外围扩展指纹识别模块、实时时钟模块、外置Flash存储器、液晶屏和报警电路等，结构如图1所示。指纹识别模块进行指纹的采集与识别，单片机通过串口通讯进行指纹模块指令收发包的读写，单片机根据程序执行相应操作。指纹录入完成后即可开始用该系统考勤，首次考勤完成后，系统自动计时，计时结束前巡检人员未进行下次考勤时，系统会自动报警，待下次考勤时自动复位计时值。系统通过时钟模块提供精确时钟，通过液晶屏进行系统操作的显示。考勤的信息（包括考勤人员编号、考勤时间等）存储在外置存储器中。

图1 系统结构图

2 系统硬件设计

2.1 主控制器

系统的主控制器选择了ATmega48单片机，它是一款低功耗的8位单片机，运行速度和工作频率均能满足本系统设计要求，该单片机是一款具有8K系统内可编程Flash的8位微控制器。相对于AT89C51单片机，C51单片机是一款较典型的单片机，而且ROM和RAM远不及ATmega48，运行速度和IO口功能也不属于一个级别，51单片机功能有限，属于入门级别，但应用也较为广泛。ARM单片机在性能和功耗方面略胜一筹，所以选择了ATmega48单片机。

2.2 指纹模块

系统采用的是一款高性能的光学指纹识别模块ATK-AS608，模块配备了传输串口、USB 通讯接口，可通过数据传输串口按照通讯协议控制模块。模块通过串行通讯接口，可以直接与采用3.3 V电源的单片机进行通讯。模块数据发送端接单片机的数据接收端，数据接收端接收单片机的数据发送端。

2.3 外围电路

2.3.1 LCD显示屏

液晶模块具有可编程驱动、接口控制方便、体积小、功耗低、良好的可视化人机界面等优点，在很多智能设备上得到广泛应用，在很多单片机系统中作为终端显示模块。本系统液晶模块主要作用是显示系统运行过程，例如显示按键功能步骤等，在指纹录入成功后可以显示录入或搜索结果等，还可以显示打卡时间等信息。

本系统选用一款320×240液晶模块，该模块可以显示240列×320行点阵单色图片，或显示16×16、16×4、8×16点阵的汉字、英文、数字、符号。本模块指令功能强、功耗低，可以满足各种输入、显示需求，接口简单方便，该液晶模块采用模拟SPI协议进行显示，即运用普通I/O口模拟SCK、SDA来实现指令、数据的写入。

2.3.2 实时时钟模块

本系统选用了实时时钟芯片SD2408AL。SD2408AL是一种实时时钟芯片，内置晶振、充电电池，具有标准IIC接口，CPU可使用该接口通过5位地址寻址来读写片内32字节寄存器的数据（包括时间寄存器、报警寄存器、控制寄存器、通用SRAM寄存器）。

时钟芯片SD2405AL采用的是标准的IIC总线接口方式。IIC是一种总线结构，用于单片机连接外围设备，一般有2根信号线、1根时钟线（SCL）和1根数据线（SDA），其中时钟线用来同步单片机和外围设备（即时钟芯片）数据传输，数据信号线在时钟信号的边沿（由程序决定）通过高低电平（“0”或“1”）来发送数据。

2.3.3 Flash存储器

由于本设计基于电厂巡检考勤，需要对巡检人员的考勤信息进行记录，单片机掉电后数据无法保存，且存储器容量小，所以需要外置Flash模块。系统选用W25Q128bv模块，该模块是一种可在系统进行电擦写，掉电后信息不丢失的外置存储器，通过硬件SPI与单片机进行通信。

2.3.4 外围报警电路

系统采用蜂鸣器和LED灯模拟灯光报警电路，当满足报警条件时，蜂鸣器与LED灯进行交替报警。

3 软件设计

在本系统电路中，ATmega48单片机作为主处理控制器嵌入在系统中。系统程序的开发主要分为开发AS-608指纹识别模块的应用程序以及编写Flash芯片、按键程序。

电路软件程序主要是根据设计的硬件电路来编写。程序编写主要是建立在一系列的C语言函数子程序的基础上，即对AS-608指纹识别模块和液晶电路分别编制C语言函数子程序。先将源程序划分为几个模块（指纹模块、液晶模块等）分别编写，然后再由编译器生成一个最终HEX文件。编写好的文件生产HEX文件后下载到单片机，单片机上电后，主程序应完成相应的初始化工作，然后根据电路设计功能要求，主程序必须对各个模块初始化，同时对按键进行检测，如果有任意的按键按下，执行相应的操作，单片机通过串行接口对指纹模块进行读写。主程序流程如图2所示。