嵌入式系统大作业题目：基于ARM平台的嵌入式自动指纹考勤机设计班级：学号：姓名：日期：基于ARM平台的嵌入式自动指纹考勤机设计一、设计背景1.产品介绍生物识别技术依靠其鉴别的唯一性和可靠性，经过近十年的发展，应用已经越来越广泛和成熟，目前指纹识别技术已趋向民用市场普及，指纹考勤机就是其主要的应用之一。
由于人体指纹信息具有可识别性、唯一性和终生不变性的特点，且指纹识别技术日益成熟，使得该技术在社会的各个领域都得到了广泛应用。
考勤是现代企业管理的基础，也是衡量企业管理水平的重要标志。
本文所设计了一款基于嵌入式技术的自动指纹识别考勤机，具有指纹采集和刷卡采集两大基本功能。
指纹采集部分采用CMOS光学传感器。
刷卡采集相应的射频模块，它可以通过串口的方式与CPU通信。
硬件平台由TCS316指纹模块和基于S3C2440ARM处理器的嵌入式mini2440 ARM开发平台组成，人机交互采用触摸式LCD显示屏；软件设计基于嵌入式LINUX 操作系统，采用模块化编程。
设计的嵌入式自动指纹考勤机体积小、可移动，能独立完成指纹采集、存储、比对和显示等考勤功能，通过网络接口可以接入与服务器或PC相连，通过USB接口可以实现数据自动存储至USB存储设备。
保证考勤数据的真实性，真正体现公开、公平和公正，能进一步提高企业管理的效率和水平。
2.设计原因现今纸质打卡机、射频 IC 卡考勤机等传统考勤设备因自身的诸多弊端正逐渐的淡出市场，取而代之的是基于生物身份识别技术的考勤设备，如基于指纹识别技术和基于人脸图像识别技术的考勤系统开始应用于现代企业。
嵌入式微处理器在指纹识别系统中的应用设计是当今及今后相当长一段时间的研究重点和热点，嵌入式自动指纹识别技术使得考勤机的便携式、可移动、低成本、易安装、易扩展提供了可能。
嵌入式指纹考勤机实现人、地、时三者合一，去除考勤虚假，为公司省去不必要的加班费用付出。
对企业职员的人事出勤进行公正合理并有效、科学地管理已成为各单位面临的现实课题。
本文所设计的指纹考勤机选择的是三星公司S3C2440A芯片，S3C2440A 基于ARM920T 核心，0.13μm 的CMOS 标准宏单元和存储器单元。
低功耗，简单，精致，且全静态设计特别适合于对成本和功率敏感型的应用。
它采用了新的总线架构如先进微控制总线构架（AMBA），有效地达到了既保证低成本又方便用户使用的目的。
二、需求分析作为公司办公自动化产品之一的考勤系统服务于公司的所有员工。
考勤是企业的薪酬计算、业绩考核的一个依据。
目前企业员工的考勤统计工作都是由人工完成的，即先利用考勤机自带软件生成员工的考勤记录表，然后手动逐一计算每个人每天的工作小时数，然后按周及月加起来。
这样不仅浪费时间和人力，而且速度慢，效率低，统计结果也容易出错。
特别是如果企业规模很大，统计的工作量将十分巨大，企业管理者也无法及时获得考勤结果。
根据企业人事管理部门需求，设计一款基于ARM平台的嵌入式自动考勤机。
主要用于对员工的请假，考勤的管理，具有指纹录入、比对、查询、记录、显示和报警功能，使其能将原始数据进行分析和计算，快速实施统计，得出需要的数据。
这样考勤将有较好的灵活性和易操作性，能为企业提供及时的考核评价参考依据。
1.产品的硬件组成（1）Samsung S3C2440芯片三星公司的S3C2440芯片，基于ARM920T核心，0.13µm的CMOS标准宏单元和存储器单元，主频高达533MHz。
低功耗，简单，精致，且全静态设计特别适合于对成本和功率敏感型的应用。
它采用了新的总线架构如先进微控制总线构架（AMBA）。
该处理器具有功能多、功耗低、运算速度快、价格低廉等优点。
（2）TCS316模块TCS316N是以DPS处理器或32位智能密码芯片为核心，结合半导体指纹传感器，嵌入天诚盛业活体指纹识别技术的指纹身份认证设备。
处理器：采用DSP处理器或32位智能密码芯片；传感器：FPC或AuthenTec平面式传感器；通讯接口：USB2.0、RS232、TTL；使用环境：温度-25℃~+70℃，湿度20%~95%；电源要求：DC5V。
（3）指纹传感器OV7620是CMOS彩色/黑白图像传感器。
它支持连续和隔行两种扫描方式，VGA与QVGA 两种图像格式；最高像素为664492，帧速率为30fp8；数据格式包括YUV、YCrCb、RGB三种，能够满足一般图像采集系统的要求。
（4）USB接口1 host、1 device，USB接口支持设备的即插即用和热插拔功能，可用于连接多达127种外设，如鼠标、调制解调器和键盘等。
（5）RJ-45接口:10M 以太网 RJ-45 接口（采用DM9000 网卡）（6）触摸屏LCD:256K 色 240x320/3.5 英寸 TFT 真彩液晶屏，带触摸屏三、硬件设计1.硬件组成框图图 1 硬件组成框图2.各硬件引脚图1）指纹采集指纹采集传感器采用OV7620，并以I2C总线及DMA的数据传输方式实现与CPU的信息交互。
图2为指纹采集接口。
图 2 指纹采集接口J1为采集头的接口，主要有15个引脚，其中引脚8至引脚15为数据输出接口，连接至锁存器，最终接到数据总线上;引脚6、7为I2C总线，用于对传感器寄存器进行初始化设置;引脚3到引脚5分别为传感器的时钟信号、行同步信号和帧同步信号。
帧同步信号直接连接至CPU的通用I/O端口GPF3上，行同步信号和时钟信号通过与非门接至CPU的外部DMA请求输入nXDREQ1。
2）刷卡采集刷卡采集选用的是MTP-125K4模块，并选择ASCII方式以及固定的9600bps输出RS232数据，感应距离为30cm，其输出数据端口直接连接CPU的串口1接收端即可。
输出的数据格式为头码(02)+10ASCII数据+Checksum校验码+结束码(03)，事实上我们只需存储10位数据信息中的4位卡号。
具体电路如图3所示。
图 3 刷卡采集电路图3）电源管理电源管理部分采用了1150mAh的LI电，通过DC-DC升压至5V，再通过LDO给系统所需要的3.3V和2.5V电压。
其中DC-DC是LT1308A芯片，LDO采用AMS1117-3.3V和AMS1117-2.5V，可以为系统提供稳定的电压供给。
图4是电源开关控制部分电路，功能为实现USB和电池供电的切换。
当未插入USB时采用电池供电，而连接时系统采用USB供电。
S9为总电源开关。
图 4 电源开关控制电路4）S3C2440与外接存储器连接图存储器采用外接的方式，分别接了64M的HY57V641620HG的SDRAM和16M的39VF1601的flash。
图5 为S3C2440芯片引脚与SDRAM存储器引脚连接图。
图 5 s3c2440芯片与SDRAM连接图四、软件设计1.软件系统上电后，首先是初始化和加载驱动，然后根据主菜单进行功能选择。
考虑到考勤机的实际使用，系统实现了有人值守和无人值守两种工作模式，长时间不工作系统均进入省电模式。
考勤时间等考勤要求，可在使用前由管理者根据实际情况定制。
无人值守模式下，系统能实现自动考勤、自动记录考勤信息等功能。
有人值守时，系统可根据需要增减指纹信息；指纹信息或者考勤信息可选择使用网络接口或 USB 接口上传数据。
系统主程序流程图如图图6 系统主流程图 ARM 平台系统选择了开源的 Linux 操作系统，具体版本为Linux 2.6.32，采用模块化编程。
软件模块主要包括预定义及初始化模块、串行通信模块、指纹识别功能模块、网络通信模块等，对源程序进行了交叉编译和调试。
人机交互的触摸屏应用程序设计采用了 QT2.2.3 平台。
五、仿真及测试为了验证所设计考勤机的可行性和稳定性，测试了指纹识别功能和系统运行的功能。
测试结果表明系统的硬件和软件都能较好的工作，实现了指纹录入、比对、删除等指纹功能。
系统稳定性较好，成功率高。
考勤机关键功能测试结果如表 1。
测试中指纹录入、搜索出现的极少数不成功的情况，都是极端情况下指纹采集方面的问题，只要保证指纹质量可以实现 100% 的成功。
在采指纹时，应尽量保证指纹摆放位置尽量和传感器的采集头重合、指纹采集传感器的洁净和手指的洁净等，这样就能采集到质量较高的指纹，为相应功能的实现奠定良好的基础。
N YYN NY 系统上电增加指纹 初始化指定编号删除指纹 增/减指纹 TCP/USB上传数据自动考勤 采集指纹 成功 成功 确认 结束保存比对 记录结果、显示 返回主菜单超时省电模式N Y表1 考勤机关键功能测试结果测试项目测试指纹个数成功个数成功率%指纹录入50 48 96指纹比对50 50 100指纹删除30 30 100清空指纹库15次15次100自动考勤速度（每人）＜1S六、结束语本文采用 TCS316 指纹识别模块和基S3C2440 ARM9处理器的嵌入式mini2440 ARM平台，设计了一款基于嵌入式技术的自动指纹识别考勤机。
设计的考勤机体积小、可移动，能独立完成指纹采集、存储、比对和显示等考勤功能，具有网络接口和USB接口，可以方便的接入服务器、PC或USB存储设备，实现数据自动存储和备份。
实验结果表明系统的硬件和软件都能较好的工作，达到了预期的目的。
利用系统设计的USB和网络接口功能可以实现考勤基本信息的数据上传，结合服务器或PC端的考勤管理系统，可以实现功能完善的基于指纹识别技术的考勤系统，具有广泛的应用前景。
七、参考文献[1] 段少雄,等.高效指纹考勤系统的研究与设计[J].计算机工程.2003,29(9).[2] 唐业等.基于智能卡的分布式考勤管理系统的研究与实现[J].计算机应用与软件.2005,22(5).[4] 毕晓君等.基于嵌入式的指纹识别系统研究.模式识别与仿真.2007年第26卷第1期[5] 孙琼.嵌入式Linux应用程序开发详解[M].北京:人民邮电出版社,2006[6] 李昊,傅曦.精通VisualC++指纹模式识别系统算法与实现[M].北京:人民邮电出版社,2008[7] 祝恩,殷建平,张国敏,等.自动指纹识别技术[M].长沙:国防科技大学出版社,2006。