摘要

　　基于嵌入式 Linux 的考勤系統研究與設計人事考勤一直以來(lái)都是各種企事業(yè)單位實(shí)現員工管理以及績(jì)效評價(jià)的重要環(huán)節，一個(gè)優(yōu)異的人事考勤系統對于提高企事業(yè)單位的員工管理效率、端正員工的工作態(tài)度等方面有著(zhù)巨大的幫助。本課題的目的就是實(shí)現一個(gè)優(yōu)秀的人事考勤系統，通過(guò)它來(lái)提高員工管理效率、為績(jì)效評價(jià)提供依據，同時(shí)給如何實(shí)現科學(xué)高效的管理制度提供參考和借鑒。

　　本課題實(shí)現了一個(gè)基于嵌入式 Linux 的考勤系統，對人員進(jìn)行人事考勤管理，同時(shí)對溫度、濕度等環(huán)境狀況進(jìn)行感知監測。采用嵌入式 Linux 是出于專(zhuān)用性和性?xún)r(jià)比方面的考慮，人事考勤是本系統的核心功能，對溫度、濕度等環(huán)境狀況的感知是為了滿(mǎn)足在需求分析時(shí)用戶(hù)提出的特殊要求。

　　此考勤系統在實(shí)現的過(guò)程中涉及到了指紋識別技術(shù)、傳感器技術(shù)、嵌入式技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )通信技術(shù)、數據庫技術(shù)、人機界面 UI 交互技術(shù)等相關(guān)技術(shù)。我們通過(guò)指紋識別技術(shù)進(jìn)行身份認證和識別，通過(guò)傳感器技術(shù)監測溫度、濕度、可燃氣體濃度等環(huán)境狀況，基于嵌入式設備進(jìn)行開(kāi)發(fā)，通過(guò)局域網(wǎng)發(fā)布考勤統計信息，使用數據庫記錄出勤信息，通過(guò)人機界面技術(shù)與用戶(hù)進(jìn)行交互。

　　在系統架構設計的時(shí)候，我們通過(guò)需求分析進(jìn)一步確認具體需求，得到了系統數據流圖。然后根據數據流圖，進(jìn)行了自頂向下的設計，把系統分成了感知模塊、指紋識別考勤模塊、通訊模塊、打印模塊以及系統支持 5 大模塊。感知模塊實(shí)現環(huán)境監測，指紋識別考勤模塊、通訊模塊以及打印模塊主要服務(wù)于人事考勤，系統支持則是對其他模塊以及整個(gè)系統的運行提供支持與維護。完成功能設計之后進(jìn)行了數據庫設計，選用SQLite 作為系統的數據庫，設計了人員信息表、指紋信息表、簽到信息表、管理員信息表四個(gè)表以及他們的約束。

　　系統的硬件環(huán)境包括嵌入式系統教學(xué)科研平臺 UP-CUP S2440、PC 上位機、EMBA500-FMF 系列電容式指紋模塊、傳感器擴展板以及微型打印機等設備。嵌入式系統教學(xué)科研平臺通過(guò)串口 0 和 PC 上位機相連，通過(guò) USB 接口和指紋模塊相連，通過(guò)串口 1和微型打印機相連，通過(guò)插槽和傳感器擴展板相連，另外通過(guò)網(wǎng)線(xiàn)聯(lián)入局域網(wǎng)，可以與PC 上位機和局域網(wǎng)內的其他機器進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )通訊與交互。

　　在系統軟件詳細設計與實(shí)現的過(guò)程中，我們通過(guò) PC 上位機編寫(xiě)代碼，進(jìn)行交叉編譯生成目標程序，然后移植到嵌入式平臺上運行與調試。有一些功能分別在嵌入式平臺和 PC 上位機上進(jìn)行了實(shí)現。對嵌入式 Web 服務(wù)器的功能進(jìn)行了裁剪，使之只應用于信息發(fā)布。

　　考勤系統的測試包括單元測試和綜合測試，主要采用白盒測試與黑盒測試相結合的方法進(jìn)行測試，并通過(guò)調試修正測試過(guò)程中發(fā)現的問(wèn)題和錯誤。

　　本課題實(shí)現的考勤系統，對于企事業(yè)單位具有很大的實(shí)用價(jià)值，同時(shí)此系統從設計到實(shí)現的完整過(guò)程也為其他管理系統的實(shí)現提供了參考和借鑒。

　　關(guān)鍵詞：考勤系統，嵌入式 Linux，指紋識別，身份認證，傳感器，交叉編譯，嵌入式 Web服務(wù)器

Abstract

　　Personnel attendance has always been an important part of implementing the employee management and performance evaluation by various enterprises and institutions. An excellent staff attendance system has a tremendous help to enhance the efficiency of the staff management and straight the staff’s working attitude by enterprises and institutions. The purpose of this project is to implement an excellent staff attendance system. We can enhance the efficiency of the staff management and provide the basis for the performance evaluation via the system. However, the project also provides a reference to how to implement a scientific and efficient management system.

　　The project implements an attendance system based on embedded Linux. It can manage the attendance of staff and monitoring temperature, humidity and other environmental conditions in the same time. The reasons of using embedded Linux is to guarantee specificity and cost-effective. The attendance management is the core function of this system. To monitoring temperature, humidity and other environmental conditions in order to satisfy the special requirement by customers when requirements analysis.

　　This attendance system relates to the fingerprint recognition technology, sensor technology, embedded technology, network communication technology, database technology, human-machine interface UI interaction technology and other related technologies. We implement authentication and identification via fingerprint recognition technology, implement motoring temperature, humidity, and other environmental conditions via sensor technology, develop system based on embedded devices, publish attendance statistics via local area network, record attendance information by a database, interact with the customers via human-machine interface technology.

　　In the system architecture design, we further confirmed specific requirements by requirements analysis and then get the system data flow diagram. Then according to the data flow diagram the top-down design, we divide the system into the perception module, fingerprint attendance module, communication module, print module, and system support those 5 big modules. Perception module implements the environmental monitoring. Fingerprint attendance module, communication module and the print module mainly services in personnel attendance. System support is to provide support and maintenance to other modules and the whole system. After complete the functional design, we design the database. We decided to use a SQLite database and design staff information table, fingerprint information table, attendance information form, the administrator information table those four tables with their constraints.

　　System hardware environment consists of an UP-CUP S2440 teaching and research platform for embedded systems, a PC host computer, an EMBA500-FMF Series capacitive fingerprint module, a sensor expansion board and a mini printer and other equipment. The embedded platform is connected to the PC host computer via the serial port 0, is connected to the fingerprint module via USB interface, is connected to the mini printer via the serial port 1, is connected to the sensor expansion board via slot. In addition, the embedded platform is connected to LAN, and it can connect to PC host computer and other machines via LAN. In the detailed design and implementation of the system software, we write and cross-compile the code via the PC host computer, and then port the target code to embedded platform to run and debug. Some functions are implemented in the embedded platform and the PC host computer. We cut the function of embedded Web server, and it can just publish information.

　　Our tests consist of unit testing and integration testing, and we use white box and black box testing method to test. After that, we fix the problems and errors found by tests via debug.The attendance system that the project implemented has great practical value to enterprises and institutions. And the process of this system implementing provides reference to other management system.

　　Keywords:Attendance system, Embedded Linux, fingerprint identification, Authentication, Sensor,Cross compiling, Embedded web server

　　考勤制度一直以來(lái)都是各種企事業(yè)單位用于管理員工、員工績(jì)效評價(jià)不可或缺的制度，一款優(yōu)異的考勤系統在提高企事業(yè)單位的管理效率，提高員工的工作效率，端正員工工作態(tài)度方面有著(zhù)顯著(zhù)的效果。高校作為一個(gè)特殊的單位，對老師、學(xué)生的各項考勤工作都有著(zhù)很高的要求。傳統的考勤方式都是靠人工用紙質(zhì)簽名等方式進(jìn)行。因為人工因素較大，效率比較低下，不能滿(mǎn)足高校教室、實(shí)驗室的特殊環(huán)境要求，考勤結果也不便于統計與日常管理。隨著(zhù)科技的發(fā)展，各種智能打卡式的考勤系統層出不窮，這種考勤方式解決了傳統紙質(zhì)考勤在管理上的不便，但也存在著(zhù)諸多問(wèn)題，比如簽到人員智能卡的遺失，他人替代打卡等等[1 ]。基于以上原因，一款使用于高校教室、實(shí)驗室的考勤系統是本文的研究重點(diǎn)。

　　指紋是每個(gè)人的手指表面因為凹凸不平而產(chǎn)生的紋路，現代研究意見(jiàn)表明每個(gè)人的指紋都是與他人不同并且具有終身不變性的。隨著(zhù)科技的發(fā)展與進(jìn)步，利用指紋這樣一種每個(gè)人特有的身體特征進(jìn)行個(gè)人的考勤簽到是一種越來(lái)越成熟可靠的技術(shù)手段，被廣泛用于各個(gè)領(lǐng)域[2]。在高校的實(shí)驗室和教室引入指紋考勤系統是一種方便快捷并且可靠的方式。這樣可以有效提高考勤效率，便于信息的統計和管理，并且可以有效防止他人替簽等傳統考勤系統存在的各種問(wèn)題。

　　因為指紋相對于每個(gè)人的特殊性和便于獲取的特性，國內外各種針對指紋識別的研究越來(lái)越受到人們的關(guān)注。

　　國外研究機構對于指紋的研究相對國內來(lái)說(shuō)開(kāi)展時(shí)間較長(cháng)，也更為成熟，很多大型公司比如微軟，IBM，英特爾，三星都有專(zhuān)門(mén)針對指紋研究的部門(mén)，國外的麻省理工，哈佛，劍橋等知名院校也有專(zhuān)門(mén)的研究指紋等生物識別技術(shù)的實(shí)驗室[3]。從技術(shù)上而言，對指紋的圖像獲取與分析，不同指紋間的比對等技術(shù)已經(jīng)相對比較成熟，已經(jīng)有了非常高效的針對指紋圖像提取和比對的算法，而且這些算法也已經(jīng)可以熟練的應用在各種門(mén)禁考勤系統上。相對于其他的考勤方式而言，指紋所具有的唯一性和可靠性在安全系數上是其他的考勤方式無(wú)法比擬的，指紋識別因為其實(shí)用性強的特點(diǎn)已經(jīng)廣泛運用在身份的驗證、識別、授權等各種場(chǎng)合。國外的考勤系統發(fā)展已較為完善，各種考勤驗證系統也趨于人性化的發(fā)展，有非常友好的用戶(hù)交互界面以及語(yǔ)音提示等功能。

　　國內的指紋研究始于上世紀 90 年代后期，經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展，我國的指紋識別技術(shù)也得到了很大的提高。各大高校與企業(yè)之間合作，通過(guò)引進(jìn)技術(shù)或自主開(kāi)發(fā)，也已培養出了一大批專(zhuān)業(yè)科研人才并有了很多自主專(zhuān)利技術(shù)。現在國內市場(chǎng)上也出現了很多開(kāi)發(fā)生產(chǎn)指紋門(mén)禁或其他生物識別系統的公司，但相對國外成熟的公司來(lái)說(shuō)，如何設計實(shí)現更優(yōu)化高效的算法，如何將指紋識別與小型嵌入式系統相聯(lián)系，減少系統實(shí)現代價(jià)，提升整體質(zhì)量等方面還需進(jìn)一步提高。

　　隨著(zhù)現代社會(huì )的發(fā)展，各個(gè)社會(huì )團體愈發(fā)成熟和嚴密，各事業(yè)單位在考勤管理上對更高效可靠等方面就有了更大的追求，指紋識別面臨著(zhù)巨大的市場(chǎng)機遇，指紋考勤系統也有著(zhù)廣闊的市場(chǎng)前景[4]。

　　針對當前高校教室、實(shí)驗室現有紙質(zhì)考勤或打卡式考勤系統所存在的問(wèn)題，設計出一款適合于高校教室、實(shí)驗室環(huán)境的考勤系統是本文的研究重點(diǎn)。

　　本文擬開(kāi)發(fā)出一款基于嵌入式 Linux 的考勤系統用于高校教室、實(shí)驗室的考勤。該系統采用指紋識別的考勤方式，可以與 Web 服務(wù)器通信，考勤結果可以隨時(shí)登錄進(jìn)行查詢(xún)，并且具有對室內環(huán)境監測，打印考勤結果等功能。

　　智能環(huán)境檢測指紋考勤系統界面演示：

系統管理登錄界面

系統管理面板

上位機客戶(hù)端操作面板

指紋信息查詢(xún)

考勤統計報表

目 錄

　　第 1 章 緒 論
　　　　1.1 研究背景
　　　　1.2 研究現狀與發(fā)展趨勢
　　　　1.3 論文研究?jì)热菖c組織結構
　　第 2 章 相關(guān)技術(shù)基礎
　　　　2.1 指紋識別技術(shù)
　　　　2.2 傳感器技術(shù)
　　　　2.3 嵌入式技術(shù)
　　　　2.4 網(wǎng)絡(luò )通信技術(shù)
　　　　2.5 數據庫技術(shù)
　　　　2.6 人機界面 UI 交互技術(shù)
　　第 3 章 考勤系統架構設計
　　　　3.1 系統需求分析
　　　　　　3.1.1 需求獲取
　　　　　　3.1.2 系統數據流圖
　　　　3.2 系統功能與結構設計
　　　　3.3 軟硬件分配
　　　　3.4 數據庫設計
　　　　　　3.4.1 數據庫的選擇
　　　　　　3.4.2 表結構
　　　　3.5 系統的安全性與可靠性
　　第 4 章 考勤系統硬件環(huán)境設計
　　　　4.1 硬件結構
　　　　4.2 嵌入式平臺
　　　　4.3 指紋識別模塊
　　　　　　4.3.1 指紋識別模塊的特點(diǎn)
　　　　　　4.3.2 指紋識別模塊通訊接口
　　　　4.4 環(huán)境監控傳感器模塊
　　　　　　4.4.1 傳感器擴展板的基本構成
　　　　　　4.4.2 傳感器擴展板的串口協(xié)議
　　　　　　4.4.3 傳感器擴展板數碼管顯示說(shuō)明
　　　　4.5 微型打印機模塊
　　第 5 章 考勤系統軟件功能設計與實(shí)現
　　　　5.1 開(kāi)發(fā)環(huán)境
　　　　　　5.1.1 基本開(kāi)發(fā)環(huán)境
　　　　　　5.1.2 圖形界面開(kāi)發(fā)環(huán)境
　　　　5.2 系統軟件程序啟動(dòng)流程
　　　　5.3 主界面設計
　　　　5.4 環(huán)境感知功能的設計與實(shí)現
　　　　5.5 指紋識別考勤功能的設計與實(shí)現
　　　　　　5.5.1 系統管理
　　　　　　5.5.2 指紋驗證
　　　　　　5.5.3 考勤記錄
　　　　　　5.5.4 考勤統計及報表生成
　　　　5.6 通訊功能的設計與實(shí)現
　　　　　　5.6.1 嵌入式 Web 服務(wù)器
　　　　　　5.6.2 考勤信息發(fā)布頁(yè)的動(dòng)態(tài)生成
　　　　5.7 打印功能的設計與實(shí)現
　　　　5.8 系統支持
　　　　　　5.8.1 觸摸屏校準
　　　　　　5.8.2 時(shí)間同步和顯示
　　　　　　5.8.3 軟鍵盤(pán)
　　第 6 章 考勤系統測試與分析
　　　　6.1 環(huán)境感知模塊測試
　　　　6.2 指紋識別考勤模塊測試
　　　　　　6.2.1 系統管理測試
　　　　　　6.2.2 指紋驗證測試
　　　　　　6.2.3 考勤記錄測試
　　　　　　6.2.4 考勤統計及報表生成測試
　　　　6.3 通訊模塊測試
　　　　6.4 打印模塊測試
　　　　6.5 系統支持模塊測試
　　　　　　6.5.1 觸摸屏校準測試
　　　　　　6.5.2 軟鍵盤(pán)輸入測試
　　　　6.6 系統綜合測試
　　第 7 章 結 語(yǔ)
　　參考文獻
　　致 謝

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