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摘要：在我们的手指表面，有一层凹凸不平的纹路，我们把这层纹路称为指纹，从医学上表明每个人每个指头的指纹具有不变性、唯一性和普遍性，依据此结论产生了好多识别人身份的应用，比如用于门禁、考勤、安全识别等系统。本文在研究了大量关于指纹考勤机的论文、文献、资料、许多理论之后，并结合案例就影响彩屏指纹考勤机稳定性的因素进行性了深入分析研究。
关键词：考勤机；稳定性；图像处理；指纹
引言
考勤是每个单位基本管理工作，目前使用的考勤方式有人工和系统两种考勤方式，而传统的人工考勤方式效率低，而且难以保证考勤的客观性和绝对性。而现有的考勤系统主要是刷卡的方式，而卡需要员工随身携带，容易丢失而且能够被轻易舞弊。所以，传统的考勤方式已逐渐不能满足现在单位的需求。随着技术的发展，出现了指纹考勤机，这样不仅减轻了管理者的管理负担，而且有效的解决了上述问题，提高了单位的生产效率。
近年来，我国在指纹考勤机方面取得了较大发展，除了引进国外先进技术外，国内公司、科研单位也开发出具有自主知识产权的多项指纹识别类产品，目前国内产品多以指纹考勤机作为主导产品，并开发出适应于考勤类的应用产品。
1 项目概述
2018年4月至2018年5月，笔者加入彩屏指纹考勤A380项目，任职研发助理，测试研发样机装配的15台考勤机，结果显示产品的网络稳定性才30%。此产品网络部分和主控的设计是在一个核心板上，用DDR3的接口座跟电源部分实现数据接轨。上一版本的更改记录是DDR3的座子跟核心板金手指的匹配间隙有问题，翻看接口座的图纸和工艺要求，跟PCB厂家沟通板厚公差要求，跟板厂提出公差的控制范围，可是因为行业标准公差大，每批次基材厚度又有差异，很难控制每批都会吻合度很好。对此，笔者提出要将核心板的分开式设计改成集成板，降低多出的接口部件带来的风险。虽然主控用集成板可以提高工厂贴片效率，现有情况已有三款机型都打算共用这个核心板，但以经验和数据分析提议改集成板测试。在改版的过程中板子的尺寸过小，器件摆在一个板子上布局不下，对此次去除了原本需求中的POE功能，将PCB的尺寸改大点。在5月初贴片验证网络的稳定性问题已解决，此项目才能如期结案，通过评审，进入量产备料阶段。
2 指纹考勤机基本原理
人的指纹是比较复杂的。与传统的人工处理不同，许多生物识别技术公司不是直接存储指纹的图像。我们从应用的角度将指纹分为总体和局部两大部分特征。总体特征就是人眼能够直接观察到的特征；局部特征是指指纹上的节点。两个指纹可能会具有相同的整体特性，但是局部特征肯定不相同，因此指纹识别技术就是利用指纹的整体特性，如纹型进行分类，然后利用局部的特征如交叉点、分叉点进行身份辨别。一般，先找到特征点，其次依据特征点构建员工指纹的简易表示形式也就是常说的指纹特征数据[1]。
指纹图像输入到计算机中，对于一些自动化程度较高的指纹考勤机来说，计算机必须对输入的指纹进行特定要求的图像处理，用于实现指纹的分类、提取特征，然后再在根据提取的特征数据和数据库中的模板做对比和识别。由于计算机处理指纹时，只提取了指纹的部分有用信息，而且与所用到的核心算法不是十分匹配，结果就会存在一定的误差。对于指纹考勤机衡量它的准确率有一个重要指标就是识别率。主要由拒真率和误识率两部分构成。我们可以根据项目的实际需求来调节这两个值，它们之间是呈反比关系的[2]。
总之，利用指纹进行识别的技术首先通过图像采集设备进行指纹图像的读取，然后利用计算机技术提取到指纹特征数据，再利用指纹识别算法得到辨别结果，从而达到识别身份的效果。基本原理框图如图1.
从基本原理框图可以看出，指纹识别技术主要包括四大部分：前端的指纹获取、指纹图像预处理、指纹特征提取以及最后的指纹特征匹配[3]。接下里我们从指纹识别系统硬件进行分析影响它的稳定性的因素。
3 影响稳定的因素研究
3.1 元器件选型
众所周知，同一个名称的元器件会有不同的型号，不同的型号就代表不同的性能指标。当设计一个系统时就需要充分考虑每个元器件具体需要的性能指标，根据系统功能来选择元器件，比如系统中要求某个元器件可以通过10mA的电流，那么在选型时就应该至少选择可以通过20mA电流的该元器件，这样的话对系统整体的稳定性有好处。其次选择元器件时应该保证该元器件具有很好的散热性，在必要情况下可以加散热片，因为如果选用散热性不好的元器件，可能会因为热量无法散出，影响该元器件的正常功能，从而影响整个系统。
3.2 布局
布局是按照電器特性的要求和元器件的大小，将元器件合理布局的重要性不言而喻，均匀整齐的放置在布线区。合理的布局不仅能够满足电气方面的要求，更能提高系统的稳定性。
布局对布线的影响有：（1）布局决定了电路板布线的布通率；（2）布局决定了PCB电源线和地线的布设结构，在布局中应该考虑布线的回路面积越小越好；（3）布局时，为了提高布线密度互相连接的元器件应当集中放置，从而达到印刷铜线最短，降低阻抗的目的[4]。因此，布局对系统的稳定性有很大的影响。元件整齐，线路均匀，能够很好的抑制元器件之间的相互干扰，提高板子整体的抗干扰能力。
3.3 生产工艺
电路板生产是一种技术要求高的行业，涉及学科多。电路板生产的每道工序必须严格按照生产工艺要求完成，这些工艺参数和设备才能够保证电路板质量的稳定性。如果仅仅凭借经验组织生产，出现了质量问题，这样就会导致电路板工作不稳定，甚至严重者出现不能工作的状态，客户使用返修率高，大大提高设计成本，关键是对整个电路系统稳定性受到很大影响。
4 稳定性提升措施
4.1 核心板采用集中式设计
在本项目中，将核心板的分开式设计改成集成板，不仅仅降低多出的接口部件带来的风险，而且大大提高了指纹考勤系统的稳定性。集中式核心板，就是根据客户需求将所有需要实现的功能在一块电路板上实现，这样设计的优点有：不用考虑分布式设计各个模块之间的耦合问题和阻抗匹配问题，减少了电路板设计人员的部分负担；降低了生产成本，并且提高厂家的生产效率；对于使用者来说拿到的是一块板子，减少了分布式设计使用带来的操作复杂性。
4.2 简化电路设计
在本设计中有一个子模块，初始阶段计划使用分离元器件搭建实现子模块的功能，在测试过程中也没有大的问题。在正式设计电路板阶段，发现有可以替代这个子模块功能的集成芯片，替换后，经过测试发现，在很大程度上提升了系统的稳定性。也就是在保证整个彩屏指纹考勤机功能的前提下，尽量简化电路，多使用集成芯片实现功能，具体的措施有：①尽可能使用简单电路代替复杂电路；②尽可能采用经过测试的可靠性、有保障的元器件以及功能电路；③尽量使用模块化设计，尤其是硬件模块化设计。
5 结语
此次研究从项目实际情况出发，给出具体的各个模块内容，让彩屏指纹考勤机系统各个模块互相实现良好的对接。这次的项目实施工作，严格按照工程相关思路以及方法展开，详细阐述整个系统的从实际需求分析到系统的测试过程。系统设计完毕后，我们检测了各个模块的实现情况以及是否达标，由系统检测的结果显示，系统功能具有精准的正确性。
本文深入学习了嵌入式系统的应用方法，根据人像考勤机的实际应用和嵌入式平台的特点，成功建立了彩屏指纹考勤机的硬件环境，实现了指纹识别技术和嵌入式技术相结合的指纹考勤机。本文首先分析彩屏指纹考勤机的需求，然后确定系统主要组成部分以及他们之间的关系。主要从硬件进行细化分析，研究分析了几个主要因素，并对影响因素给出了解决方法，基本解决了项目中的问题。
参考文献：
[1]郭文慧. 几种常用的生物特征识别技术及其原理[J]. 黑龙江科技信息，2007（13）：11-11.
[2]周玉蓉. 基于南昌大学人事考勤系统的数据分析与应用[D]. 南昌大学，2007.
[3]刘振安，颜廷荣. 基于指纹特征匹配的考勤系统设计[J]. 计算机技术与发展，2000（3）：42-43.
[4]戴平阳. 指纹识别技术研究进展[J]. 厦门大学学报（自然版），2002，41（6）：750-755.
关键词：考勤机；稳定性；图像处理；指纹
引言
考勤是每个单位基本管理工作，目前使用的考勤方式有人工和系统两种考勤方式，而传统的人工考勤方式效率低，而且难以保证考勤的客观性和绝对性。而现有的考勤系统主要是刷卡的方式，而卡需要员工随身携带，容易丢失而且能够被轻易舞弊。所以，传统的考勤方式已逐渐不能满足现在单位的需求。随着技术的发展，出现了指纹考勤机，这样不仅减轻了管理者的管理负担，而且有效的解决了上述问题，提高了单位的生产效率。
近年来，我国在指纹考勤机方面取得了较大发展，除了引进国外先进技术外，国内公司、科研单位也开发出具有自主知识产权的多项指纹识别类产品，目前国内产品多以指纹考勤机作为主导产品，并开发出适应于考勤类的应用产品。
1 项目概述
2018年4月至2018年5月，笔者加入彩屏指纹考勤A380项目，任职研发助理，测试研发样机装配的15台考勤机，结果显示产品的网络稳定性才30%。此产品网络部分和主控的设计是在一个核心板上，用DDR3的接口座跟电源部分实现数据接轨。上一版本的更改记录是DDR3的座子跟核心板金手指的匹配间隙有问题，翻看接口座的图纸和工艺要求，跟PCB厂家沟通板厚公差要求，跟板厂提出公差的控制范围，可是因为行业标准公差大，每批次基材厚度又有差异，很难控制每批都会吻合度很好。对此，笔者提出要将核心板的分开式设计改成集成板，降低多出的接口部件带来的风险。虽然主控用集成板可以提高工厂贴片效率，现有情况已有三款机型都打算共用这个核心板，但以经验和数据分析提议改集成板测试。在改版的过程中板子的尺寸过小，器件摆在一个板子上布局不下，对此次去除了原本需求中的POE功能，将PCB的尺寸改大点。在5月初贴片验证网络的稳定性问题已解决，此项目才能如期结案，通过评审，进入量产备料阶段。
2 指纹考勤机基本原理
人的指纹是比较复杂的。与传统的人工处理不同，许多生物识别技术公司不是直接存储指纹的图像。我们从应用的角度将指纹分为总体和局部两大部分特征。总体特征就是人眼能够直接观察到的特征；局部特征是指指纹上的节点。两个指纹可能会具有相同的整体特性，但是局部特征肯定不相同，因此指纹识别技术就是利用指纹的整体特性，如纹型进行分类，然后利用局部的特征如交叉点、分叉点进行身份辨别。一般，先找到特征点，其次依据特征点构建员工指纹的简易表示形式也就是常说的指纹特征数据[1]。
指纹图像输入到计算机中，对于一些自动化程度较高的指纹考勤机来说，计算机必须对输入的指纹进行特定要求的图像处理，用于实现指纹的分类、提取特征，然后再在根据提取的特征数据和数据库中的模板做对比和识别。由于计算机处理指纹时，只提取了指纹的部分有用信息，而且与所用到的核心算法不是十分匹配，结果就会存在一定的误差。对于指纹考勤机衡量它的准确率有一个重要指标就是识别率。主要由拒真率和误识率两部分构成。我们可以根据项目的实际需求来调节这两个值，它们之间是呈反比关系的[2]。
总之，利用指纹进行识别的技术首先通过图像采集设备进行指纹图像的读取，然后利用计算机技术提取到指纹特征数据，再利用指纹识别算法得到辨别结果，从而达到识别身份的效果。基本原理框图如图1.
从基本原理框图可以看出，指纹识别技术主要包括四大部分：前端的指纹获取、指纹图像预处理、指纹特征提取以及最后的指纹特征匹配[3]。接下里我们从指纹识别系统硬件进行分析影响它的稳定性的因素。
3 影响稳定的因素研究
3.1 元器件选型
众所周知，同一个名称的元器件会有不同的型号，不同的型号就代表不同的性能指标。当设计一个系统时就需要充分考虑每个元器件具体需要的性能指标，根据系统功能来选择元器件，比如系统中要求某个元器件可以通过10mA的电流，那么在选型时就应该至少选择可以通过20mA电流的该元器件，这样的话对系统整体的稳定性有好处。其次选择元器件时应该保证该元器件具有很好的散热性，在必要情况下可以加散热片，因为如果选用散热性不好的元器件，可能会因为热量无法散出，影响该元器件的正常功能，从而影响整个系统。
3.2 布局
布局是按照電器特性的要求和元器件的大小，将元器件合理布局的重要性不言而喻，均匀整齐的放置在布线区。合理的布局不仅能够满足电气方面的要求，更能提高系统的稳定性。
布局对布线的影响有：（1）布局决定了电路板布线的布通率；（2）布局决定了PCB电源线和地线的布设结构，在布局中应该考虑布线的回路面积越小越好；（3）布局时，为了提高布线密度互相连接的元器件应当集中放置，从而达到印刷铜线最短，降低阻抗的目的[4]。因此，布局对系统的稳定性有很大的影响。元件整齐，线路均匀，能够很好的抑制元器件之间的相互干扰，提高板子整体的抗干扰能力。
3.3 生产工艺
电路板生产是一种技术要求高的行业，涉及学科多。电路板生产的每道工序必须严格按照生产工艺要求完成，这些工艺参数和设备才能够保证电路板质量的稳定性。如果仅仅凭借经验组织生产，出现了质量问题，这样就会导致电路板工作不稳定，甚至严重者出现不能工作的状态，客户使用返修率高，大大提高设计成本，关键是对整个电路系统稳定性受到很大影响。
4 稳定性提升措施
4.1 核心板采用集中式设计
在本项目中，将核心板的分开式设计改成集成板，不仅仅降低多出的接口部件带来的风险，而且大大提高了指纹考勤系统的稳定性。集中式核心板，就是根据客户需求将所有需要实现的功能在一块电路板上实现，这样设计的优点有：不用考虑分布式设计各个模块之间的耦合问题和阻抗匹配问题，减少了电路板设计人员的部分负担；降低了生产成本，并且提高厂家的生产效率；对于使用者来说拿到的是一块板子，减少了分布式设计使用带来的操作复杂性。
4.2 简化电路设计
在本设计中有一个子模块，初始阶段计划使用分离元器件搭建实现子模块的功能，在测试过程中也没有大的问题。在正式设计电路板阶段，发现有可以替代这个子模块功能的集成芯片，替换后，经过测试发现，在很大程度上提升了系统的稳定性。也就是在保证整个彩屏指纹考勤机功能的前提下，尽量简化电路，多使用集成芯片实现功能，具体的措施有：①尽可能使用简单电路代替复杂电路；②尽可能采用经过测试的可靠性、有保障的元器件以及功能电路；③尽量使用模块化设计，尤其是硬件模块化设计。
5 结语
此次研究从项目实际情况出发，给出具体的各个模块内容，让彩屏指纹考勤机系统各个模块互相实现良好的对接。这次的项目实施工作，严格按照工程相关思路以及方法展开，详细阐述整个系统的从实际需求分析到系统的测试过程。系统设计完毕后，我们检测了各个模块的实现情况以及是否达标，由系统检测的结果显示，系统功能具有精准的正确性。
本文深入学习了嵌入式系统的应用方法，根据人像考勤机的实际应用和嵌入式平台的特点，成功建立了彩屏指纹考勤机的硬件环境，实现了指纹识别技术和嵌入式技术相结合的指纹考勤机。本文首先分析彩屏指纹考勤机的需求，然后确定系统主要组成部分以及他们之间的关系。主要从硬件进行细化分析，研究分析了几个主要因素，并对影响因素给出了解决方法，基本解决了项目中的问题。
参考文献：
[1]郭文慧. 几种常用的生物特征识别技术及其原理[J]. 黑龙江科技信息，2007（13）：11-11.
[2]周玉蓉. 基于南昌大学人事考勤系统的数据分析与应用[D]. 南昌大学，2007.
[3]刘振安，颜廷荣. 基于指纹特征匹配的考勤系统设计[J]. 计算机技术与发展，2000（3）：42-43.
[4]戴平阳. 指纹识别技术研究进展[J]. 厦门大学学报（自然版），2002，41（6）：750-755.