指纹考勤机的设计与实现.docx

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指纹考勤机的设计与实现

指纹考勤机硬件部分完成---小记

最初的想法

一直以来都对一些技术感兴趣，比如指纹识别算法、无线通信、红外感应、微处理器体系架构等等，在大二的时候就想做一台指纹考勤机，进门的时候手指按一下，什么都搞定了，不用看着老师被忽悠，我也不解，如果我是一个技术出身的老师，我早就做这件事情了，何必点名，费劲。

这段时间，有了空档，我就着手做这件事情。

是这样设计的，硬件由指纹模块和控制板，上位机用VB开发。

实现的功能大致是：

上位机数据库保存人员信息，即指纹号对应学号、姓名等信息，指纹机可以脱机采集到岗信息（指纹号），在通信模式下，与上位机连接，将采集到的指纹号上传，上位机处理这些信息，生成缺勤名单文件（txt/word/excel皆可），并将缺勤名单发到指定的邮箱。

硬件平台的选择求助了一下淘宝，可选的不多，一个能存储162枚指纹的指纹模块进入了我的视线，4线，VCC/GND/TXD/RXD，还提供51例程，它用的是国产指纹识别专用DSP，只开放用串口用户命令接口。

看到51就知道就知道它跟识别算法之类的没有关系，注定要对着daasheet编写驱动。

但可以短时间内达到设计目标并以此为契机继续学习也不错。

很明显，需要用VB实现的是：

串行通信、数据库编程、文件操作、网络编程。

串行通信和数据库编程毕业设计的时候用过，后两者要现学。

开始的时候模块资料上写单片机的RXDP3.0和TXDP3.1只能连模块，连max232都不能有，所以至少双串口才可以实现与上位机通信，打算使用双串口的60S2，而且没有用户flsah，只能在录取完信息保持开机状态知道传输完信息给上位机处理。

但测试后发现，模块在链接max232的情况下仍能正常工作，而且文档显示它有用户16页共512字节flash可以使用。

这样，录入过程中将信息存入flash，在上位机通信模式下，重新初始化串口波特率实现上位机通信，为了提高运行速度，没有使用89C52，还是使用了60S2。

这样软硬件都清晰了。

任务示意如下：

初步调试：

基本资源、12864

对于60S2的使用，绝对可以用轻车熟路来形容了。

实验室正好有一块51单片机开发板，串口、中断按钮、LED、12864屏都有，就是没有任何资料，管脚信息只能用万用表一点点测量。

下载keil、下载STC_ISP，单片机精灵、串口助手、拷贝之前的设计资料，测量端口、用了一天的时间，基本把LED、定时器、串口、按键、外部中断全部搞定了。

对于12864的资料网上有很多，找到了一篇很有用的文章《非常好-12864带字库液晶学习》，跟着上面的步骤，用了一下午时间把LCD显示也搞好了。

形成了第一个测试工程代码standard1。

12864的端口定义如下：

12864顾名思义有128*64个像素点，即是横向128个点，竖向64个点，由于该液晶控制器支持的字符为8*16，汉字为16*16，因此只能显示四行，如果是汉字，为每行显示8个，如果是字符，每行显示16个。

    驱动函数一般包括四个函数：

    1、写命令函数；    2、写数据函数；

    3、读状态函数；    4、读数据函数；

    这四个函数并不是必须全部写的，具体要看你实现的功能，如果只是单纯的显示汉字和字符，写命令、写数据、读状态这三个函数就够了，如过你还需要进行一些绘图的操作，那读数据函数也必须书写。

    另外关于读状态函数，其实也就是用于判忙操作，我看郭天祥的书里面是这样说的：

原则上每次对控制器进行读写操作之前，都必须进行读写检测，由于单片机的操作速度慢于液晶控制器的反应速度，因此可不进行读写检测，或者只进行简短的延时即可。

因此，读状态函数也可以不写，只用简短的延时函数替换即可。

知道这些信息后，下面就是驱动函数的移植和使用了，在三个基本驱动函数、初始化函数、延时函数的基础上，用户要调用的函数有下面几个：

voidSet_Cursor（unsignedcharx,unsignedchary）//设置光标

voidDisplay_Char（unsignedcharAlphabet）//（设置光标后）显示单个字符

voidLcd_ClrScreen（）//清屏

voidDisplay_String（unsignedcharx,unsignedchary,unsignedchar*Alphabet）

//在指定位置显示字符串

voidDisplay_HZ（unsignedcharx,unsignedchary,unsignedchar*HZ）

//在指定位置显示汉字

voidDisplay_HZ_Line（unsignedcharx,unsignedchary,unsignedchar*HZ）

//在制定位置显示汉字，可自动换行

初步调试：

例程的学习及移植

成功移植

模块的默认波特率是9600bps，但是开发板用的是12M晶振，产生不了该波特率，误差太大，总是产生握手失败的错误，只能选用11.0592的晶振（从蛟哥的板子上取下），例程中的12864的工作方式是串行工作方式，一直显示不正常，于是我把之前测试通过的并行工作方式代码移植进了例程。

又对例程中的端口进行了重定义，对工程代码进行了规范化（函数化、模块化、头文件）处理，将模块TXD连到P3.0，RXD连到P3.1，在接通开发板上的5V。

成功运行了例程，实现了：

录入指纹、指纹识别、删除全部指纹的基本功能。

形成了standard2工程文件包。

此时工程文件如下，也是最终的样式。

端口重定义如下（io.h）：

模块通过串口与单片机相连，通过查询的方式发送和接收，没有使用串口中断，串口初始化代码和发送代码在uart.c中。

Timer.c中只有一个初始化函数和中断函数，不是很关键，只是为了实现命令发送函数中的一个毫秒级延时。

Io.c中有端口定义和外部中外部中断相关的代码。

Fingerprint.c中是与模块相关的驱动函数。

指纹识别算法是模块内部的DSP实现的，对用户提供了串行命令接口，使用的时候只需要调用这些命令帧，加上校验码就行了，再等待模块响应看是否成功。

是用模块的过程是：

设备握手、探测手指获取图像、生成特征模版1存入缓冲区、生成特征模版2存入缓冲区、将两个特征文件合成一个指纹模版存入指纹库、从库中进行指纹对比。

这些功能都是有具体的指令进行操作的。

此外，删除全部指纹、删除单个指纹、也是有专用的命令的。

所以指纹模块的文档就显得非常重要。

程序中比较重要的指令和变量：

Savenumber是当前已经存储的指纹个数；searchnum是识别函数返回的搜索到的指纹号；modeflag是模式标志，例程有：

识别模式、录入模式。

由于中断中不能写太多的东西，主程序中通过查询clearallflag和changeflag进行删除全部指纹和模式转换的具体操作。

外部中断转换模式的代码如下：

消抖方式很有特色。

FIFO是发送命令后接受模块相应的缓冲区，FIFOnumber是缓冲区中的数据个数。

这个数据在命令发送函数中使用。

标志为在中断中

Fingerprint.c中模块操作的主要函数：

一个最最重要的函数是命令发送函数，所有的操作都是通过这个函数。

其帧处理方式还是很值得学习的。

这个函数的处理过程：

发送命令、接收响应帧到FIFO、判断校验码、返回值。

bitCommand（unsignedchar*p,unsignedcharMaxTime）//命令解析,给模块发送一个命令

{

unsignedcharcount=0,tmpdat=0,temp=0,i=0,package=0,flag=0;

unsignedcharchecksum=0;

bitresult=0,start=0,stop=0;

TxdByte（0xef）;//数据包包头识别码

TxdByte（0x01）;//数据包包头识别码

i=*p;//数组的第“0”个元素、里面存放了本数组的长度，把这个长度给变量i，方便进行操作

p++;

p++;//不知道为什么它命令中定义了一个无效字节，所以挪了两次

for（count=i-1;count!

=1;count--）//SentcommandString

{

temp=*p++;

TxdByte（temp）;//将命令发送出去

}

result=TURE;//发送完成,结果为真（真为1）

FifoNumber=0;

for（count=MAX_NUMBER+1;count!

=0;count--）//清空所有FIFO[]数组里面的内容，写入0X00

{

FIFO[count-1]=0x00;

}

if（result）

{

result=FALSE;

start=FALSE;

stop=FALSE;

count=0;

clk0=0;//清零CL0计数

do/////////////////////////////do的内容////////////////////////////////

{

restart0:

if（RI==1）//如果接收到数据

{

tmpdat=SBUF;//先把接收到的数据放到tmpdat中

RI=0;

if（（tmpdat==0xef）&&（start==FALSE））//这个数据为第一个传回来的数据，也就是“指令应答”的第一个字节

{

count=0;

FIFO[0]=tmpdat;//读入第一个应答字节（0XEF），存在第“0”个元素中

flag=1;

goto

restart0;//继续接受收

}

if（flag==1）//第一个字节已经回来，所以flag==1成立

{

if（tmpdat!

=0x01）//接收数据错误，将重新从缓冲区接收数据

{

flag=0;//接收应答失败

result=FALSE;

start=FALSE;

stop=FALSE;

count=0;

goto

restart0;

}

//如果成功接收到0xef01，可以开始接收数据

flag=2;//flag=2;表示应答成功，可以开始接收数据了

count++;//现在count=1;

FIFO[count]=tmpdat;//读入第二个应答字节（0X01），存在第“1”个元素中

start=TURE;//应答成功可以开始接收数据

goto

restart0;

}

if（（flag==2）&&（start==TURE））

{

count++;//数据元素下标＋＋

FIFO[count]=tmpdat;//依次存入

if（count>=6）

{

checksum=FIFO[count]+checksum;//从这里才是计算校验和，这与帧格式有关

}

if（count==8）

{

package=FIFO[7]*0X100+FIFO[8];//计算包长度，这是帧格式规定的

stop=TURE;

}

if（stop）

{

if（count==package+8）

{//校验不完全正确，因为没有比对第二个校验码

checksum=checksum-FIFO[count-1];

if（checksum!

=FIFO[count]&0xff）

result=FALSE;//校验失败,置结果标志为0

else

result=TURE;

flag=0;

break;

}

}

}

}

}/////////////////////////////do的内容----------------结束////////////////////////////////

while（（clk0<=MaxTime）&&（count<=MAX_NUMBER）&&（changeflag==0））;

FifoNumber=count;//保存接收到的数据个数

}

return（result）;

}

其它的重要函数：

bitVefPSW（void）

//验证设备握手口令,成功返回1，通过发送VPWD指令来进行的。

通过判断FIFO中的响应帧中的确认码和响应帧字节数来知道是否成功执行。

具体如下：

while

（1）

{

if（Command（VPWD,20）&&（FifoNumber==11）&&（FIFO[9]==0x00））

{

return

（1）;

}

count++;

if（count>=2）//如果不成功，再验证一次，如果两次不成功，返回失败

{

return（0）;

}

}

voidClear_All（void）//清空所有指纹信息，清空前首先验证和指纹模块通讯是否正常

{

if（VefPSW（）==1）//验证成功

{

Command（DELE_all,50）;//清空指纹库

}

}

unsignedcharImgProcess（unsignedcharBUFID）//发获取图像并生成特征文件，存入BUFID中//输入参数为缓冲区号，1为生成特征文件1，2是生成特征文件2，这是通过发送GEN1和GEN2命令完成的。

在录入指纹的时候需要进行两次采集和成模版再存储。

在识别的时候只需要用这个函数采集一个特征文件去指纹库做比对。

bitSearchfinger（void）//搜索指纹（发送搜索命令、以及根据返回值确定是否存在），应该是默认使用特征文件1进行比对，如果比对成功，则结果放在Searchnum中。

unsignedcharsearch（void）//先获取一次特征文件，调用上一个函数，如果比对成功则返回searchnum，如果不成功则返回255。

bitsavefingure（unsignedcharID）//保存指纹

unsignedcharenroll（void）//采集两次指纹，生成1个指纹模板

voidnumshow（unsignedcharnum）//指纹号显示函数

{

strnum[0]=num/100+48;//+48是为了转换在ASCII码百

strnum[1]=（num%100）/10+48;//+48是为了转换在ASCII码十

strnum[2]=num%10+48;//+48是为了转换在ASCII码个

Display_HZ_Line（3,0,"指纹号：

"）;

Display_HZ_Line（3,4,strnum）;

}

voidmodecheck（void）//模式指示函数

{

if（modeflag==0）

{

green=0;

red=1;

Display_HZ_Line（1,0,"识别模式"）;

}

else

{

red=0;

green=1;

Display_HZ_Line（1,0,"录入模式"）;

}

numshow（0）;

}

voidshakehands（void）//握手函数，其实就是调用了若干次bitVefPSW（void）

主函数分析

voidmain（void）

{

timer_init（）;//定时器初始化

uart_init（）;//串口初始化

Display_Init（）;//12864初始化

Lcd_ClrScreen（）;//清屏

externalint_init（）;//外部中断初始化

Display_HZ_Line（0,0,"指纹识别系统"）;

shakehands（）;//与模块握手

while

（1）//查询四个标志

{

if（modeflag==1）//为录入指纹模式

{

if（k2==0）//按一次按键，录入一个指纹

{

delay1ms（10）;

if（k2==0）//如果仍为低电平，表示按键有效

{

while（k2==0）;//等待松手

if（SaveNumber<162）//还没有超过录入上限

{

if（enroll（）==1）//采集两次，生成1个指纹模板成功

{

if（savefingure（SaveNumber+1）==1）//保存也成功

{

SaveNumber++;//加一次

Display_HZ_Line（2,0,"录入成功"）;

delay1ms（800）;

Display_HZ_Line（2,0,""）;

numshow（SaveNumber）;

}

}

else

{

Display_HZ_Line（2,0,"录入失败"）;

delay1ms（800）;

Display_HZ_Line（2,0,""）;

}

}

}

}

}

if（modeflag==0）//为识别模式

{

searchnum=search（）;

if（searchnum>=1&&searchnum<=162）

{

numshow（searchnum）;//显示搜索到的指纹

buzzer=0;delay1ms（100）;buzzer=1;//蜂鸣器响三声

relay=0;delay1ms（3000）;relay=1;//继电器打开3秒

}

if（searchnum==255）//识别指纹失败

{

//蜂鸣器响三声

numshow（0）;

buzzer=0;delay1ms（100）;buzzer=1;delay1ms（100）;

buzzer=0;delay1ms（100）;buzzer=1;delay1ms（100）;

buzzer=0;delay1ms（100）;buzzer=1;delay1ms（100）;

}

}

if（clearallflag==1）

{

clearallflag=0;

Clear_All（）;

red=0;//红色灯亮

green=1;//蜂鸣器长响一次，表示清除所有指纹结束

modeflag=1;//进入录入指纹模式

buzzer=0;

delay1ms（800）;

buzzer=1;

SaveNumber=0;

numshow（0）;

modecheck（）;

}

if（changeflag==1）

{

modecheck（）;

changeflag=0;

}

}////////////////////////////while

（1）end////////////////////////////////

}

具体的操作是：

开机握手成功后，自动进入识别模式，该模式下可以进行指纹识别，若识别成功，则显示识别成功。

按中断1按钮转换到录入模式，有文字提示。

在该模式下按下K2键，可以录入一次指纹，录入的方法是，将手指放置，指纹头灯灭，待灯再次亮起，将手指第二次放置，LCD显示录入成功，并显示该指纹的指纹号。

按下外部中断0键可以删除所有指纹。

这些基本的功能是实现本次设计的基石。

指纹考勤机的硬件操作规范

在经过二次开发后，硬件的操作规范如下：

开机进入识别模式，按中断按钮1进入录入模式，按中断按钮0删除所有指纹（此时有pleasewait提示）。

定义了K4辅助键。

sbitk4=P3^5;

辅助键+外部中断0按钮清除1个指纹（该指纹为上一次识别的指纹）。

辅助键+外部中断1按钮保存残页，考勤信息满32个（1页）自动保存，而在录入完毕之后，需要这个功能保存残页。

录入键+外部中断1按钮进入上位机通信模式；该模式下串口的波特率被重新初始化，一旦进入则不可与模块再次通信，再次正常工作的方式只有重启。

二次开发的技术要点及其实现方法

实现了接续录入功能，这是很大的突破

例程有一个致命的缺点，那就是每次开机录入总是从001号指纹开始录入，因为savenumber总是初始化为0。

这就意味着不允许有人员的新加入，每次继续录入，总会覆盖之前的指纹，这是应用的最大障碍。

我觉得一个完善的模块不会有这么大的bug，难道要用户自己外接flash？

我查询了一下模块文档，文档上说模块在flash中开辟了512字节的用户记事本，共16页，每页32字节。

而且有专门的命令进行写记事本和读记事本操作。

这下就豁然开朗了，可以将存入的指纹个数存储到用户记事本中，每次开机将这个数读出，在这个个数的基础上继续录入，当录入、删除（单个、全部）动作时调用写入函数更新指纹数。

就解决了这个问题。

我就是这么做的，每次录入将指纹个数存储在第0页的首字节。

封装了两个函数，指纹数的存储和读出函数。

实现过程如下：

5standard3

这是模块文档上关于写记事本和读记事本的指令说明：

我在fingerprint.c中定义了读记事本和写记事本的两个命令帧

因为这两个命令的内容不固定，需要填入参数（比如读哪一页？

写哪些数据？

等等），所以没有定义成code类型，放在了RAM里。

我封装的两个函数如下

//实现对第0页的首字节的写操作，存储当前指纹数

voidfpnum_to_flash（unsignedchark）

{intcount=0;

intsum=0;

inti;

WENT[10]=0;//存放到第0页

WENT[11]=k;//存放的数据是输入参数

for（i=6;i<=42;i++）//开始计算校验和

{

sum+=WENT[i];

}

WENT[43]=（sum>>8）&0x00ff;//将两个字节校验