Биометрическая система учета посещаемости c использованием Arduino и датчика отпечатков пальцев

Системы контроля посещаемости чаще всего используются в школах и офисах для ведения учета посещаемости детей/сотрудников. Несколько десятилетий назад эти системы были полностью ручными, но к настоящему времени произошли значительные сдвиги в построении подобных систем – теперь их можно сделать полностью автоматическими на основе считывания отпечатков пальцев. В этом проекте мы будем использовать модуль датчика отпечатков пальцев, подключенный к плате Arduino, для автоматического учета посещаемости. Наличие датчика отпечатков пальцев обеспечивает нашей системе хороший уровень безопасности.

Внешний вид биометрической системы посещаемости c использованием Arduino

Необходимые компоненты

Плата Arduino Uno
Модуль датчика отпечатков пальцев (Finger print module)
Кнопка (4 шт.)
Светодиод
Резистор 1 кОм (2 шт.)
Резистор 2,2 кОм
Источник питания
Соединительные провода
Коробка
Зуммер (Buzzer)
ЖК дисплей 16х2
Макетная плата
Модуль часов реального времени

Описание работы проекта

В проектируемой нами системе учета посещаемости мы использовали модуль датчика отпечатков пальцев для аутентификации “истинного” человека или сотрудника, осуществляя ввод их пальца в системе. Мы будем использовать 4 кнопки для регистрации, удаления, перемещения вверх/вниз. Кнопка регистрации (ENROLL) и кнопка удаления (DEL) имеют тройные функции. Кнопка ENROLL используется для регистрации нового человека в системе. Когда пользователь хочет зарегистрировать новый палец, ему нужно нажать клавишу ENROLL, а затем ЖК-дисплей запросит идентификатор, под которым пользователь хочет хранить изображение отпечатка пальца. Если в это время пользователь не хочет продолжать дальше свою регистрацию, то он/она может нажать кнопку ENROLL еще раз чтобы вернуться назад. То есть в данном случае кнопка ENROLL ведет себя как Back key (кнопка назад). Т. е. кнопка ENROLL имеет как функцию регистрации, так и функцию возврата. Кроме того, кнопка регистрации также используется для загрузки данных посещаемости через монитор последовательного порта. Аналогично, кнопка DEL/OK также имеет двойную функцию. При регистрации пользователем нового пальца, ему/ей сначала нужно выбрать идентификатор пальца, используя клавиши вверх и вниз, а потом нажать кнопку DEL/OK (на этот раз эта кнопка ведет себя как OK), чтобы продолжить работу с выбранным идентификатором. Кнопка Del также используется для сброса или удаления данных из EEPROM (энергонезависимой памяти) Arduino.

Структурная схема работы проекта

Модуль датчика отпечатков пальцев захватывает изображение пальца, затем преобразует его в эквивалентный шаблон и сохраняет его в своей памяти в соответствии с выбранным платой Arduino идентификатором. Весь процесс управляется платой Arduino: как принимать изображение отпечатка пальца, конвертировать его в шаблоны и хранить в качестве идентификатора и т.д. Также вы можете посмотреть на нашем сайте проект биометрической системы безопасности на основе Arduino, в которой также используется модуль датчика отпечатков пальцев.

Внешний вид датчика отпечатков пальцев

Также в проект мы добавили желтый светодиод, который будет показывать, что модуль отпечатков пальцев готов принять изображение пальца. Зуммер будет использоваться для индикации различных событий. Плата Arduino является главным компонентом этой системы, она отвечает за управление всей системой.

Работа системы посещаемости на основе отпечатков пальцев

Работа этого проекта системы посещаемости на основе отпечатков пальцев достаточно проста. Прежде всего, пользователю необходимо зарегистрировать отпечатки пальцев в системе с помощью кнопок. Для этого пользователю необходимо нажать клавишу ENROLL, после чего ЖК-дисплей запросит ввод идентификатора для отпечатка пальца, чтобы сохранить его (отпечаток пальца) в памяти по имени идентификатора. Поэтому после этого пользователю необходимо ввести идентификатор с помощью клавиш UP/DOWN. После выбора идентификатора (ID) пользователю необходимо нажать клавишу OK (DEL). Теперь ЖК-дисплей попросит разместить палец над модулем отпечатков пальцев. После этого пользователю нужно разместить свой палец над модулем отпечатков пальцев, а затем модуль считает изображение пальца. Теперь ЖК-дисплей попросит удалить палец из модуля отпечатков пальцев, а потом попросит снова разместить палец. После этого пользователю необходимо снова приложить палец и модуль считает изображение, преобразует его в шаблоны и сохранит его по выбранному идентификатору в память модуля отпечатков пальцев. Теперь пользователь будет зарегистрирован, и он/она сможет автоматически учитываться в этой системе контроля посещаемости. Аналогичным образом в системе можно зарегистрировать всех необходимых пользователей.

Теперь, если пользователь захочет удалить любой из сохраненных идентификаторов или отпечатков пальцев, то ему нужно нажать клавишу DEL. После нажатия клавиши DEL ЖК-дисплей попросит выбрать идентификатор, который необходимо удалить. Теперь пользователю необходимо выбрать ID и нажать клавишу OK (та же клавиша DEL). После этого ЖК дисплей покажет сообщение о том, что отпечаток пальца был успешно удален.

Внешний вид системы учета посещаемости в сборе

Как производится подсчет посещаемости

Всякий раз, когда пользователь помещает свой палец над модулем отпечатков пальцев, модуль отпечатков пальцев захватывает изображение пальца и выполняет поиск — связан ли с этим отпечатком пальца какой-либо идентификатор в системе. Если идентификатор отпечатка пальца обнаружен, то ЖК-дисплей покажет подсчитанную посещаемость (на данный момент времени) и в это же время зуммер издаст звуковой сигнал один раз, а светодиод выключится до тех пор, пока система не будет готова к учету нового пользователя.

Вместе с модулем отпечатков пальцев мы в этом проекте также использовали модуль часов реального времени (RTC module) для получения информации о времени и дате. Учет времени и даты в системе ведется непрерывно. Поэтому плата Arduino считывает время и дату из модуля RTC всякий раз когда зарегистрированный пользователь помещает свой палец над модулем отпечатков пальцев, которые она потом сохраняет в EEPROM (энергонезависимой памяти) в отведенном слоте памяти.

В этом проекте мы создали 5 пользовательских пространств (то есть 5 пользователей) на 30 дней. При нажатии кнопки сброса (RESET) в Arduino и затем немедленного нажатия кнопки enroll будет производиться загрузка посещаемости в монитор последовательного порта (serial monitor) из памяти EEPROM платы Arduino

Управление памятью

У нас есть 1023 байт памяти в Arduino UNO, из которых у нас есть 1018 байт для хранения данных. Мы используем данные посещаемости 5 пользователей в течение 30 дней. Каждая запись посещаемости включает в себя время и дату, поэтому она занимает объем 7 байт.

Таким образом, общую требуемую память можно рассчитать следующим образом:

5*30*7=1050 — так что здесь нам нужно на 32 байта чем мы имеем (1018)

Но если мы будем использовать 4 пользователей, то нам будет нужно всего

4*30*7=840 байт.

Здесь мы сделали демонстрацию этого проекта, взяв память на 5 пользователей. Но мы не сможем хранить 32 байта или 5 последних записей посещаемости 5-го пользователя.

Вы можете протестировать работу данного проекта для 4 пользователей, изменив некоторые строки в коде программы – эти строки отмечены комментариями (полный текст программы доступен в конце статьи).

Работа схемы

Схема устройства представлена на следующем рисунке. Она содержит плату Arduino, управляющую всеми процессами в системе, кнопки для регистрации, удаления, выбора идентификатора и учета посещаемости, зуммер для подачи звуковых сигналов, светодиод для индикации ряда событий и ЖК дисплей для вывода сообщений пользователям и показа статусных сообщений.

Схема биометрической системы посещаемости c использованием Arduino

Как показано на схеме, кнопки непосредственно подсоединены к контактам платы Arduino — A0(ENROL), A1(DEL), A2(UP), A3(DOWN). Вторые контакты кнопок замкнуты на землю. Желтый светодиод подключен к цифровому контакту D7 платы Arduino, а второй его контакт замкнут на землю через резистор 1 кОм. Контакты Rx и Tx модуля отпечатков пальцев непосредственно подключены к контактам D2 и D3 платы Arduino, на которых с помощью библиотеки последовательной связи (Software Serial Library) организуется последовательный порт связи. 5v с платы Arduino используется для питания модуля отпечатков пальцев. Зуммер подключен к контакту A5. ЖК дисплей 16×2 подключен для работы в 4-битном режиме и его контакты RS, EN, D4, D5, D6 и D7 непосредственно подключены к цифровым контактам D13, D12, D11, D10,D9 и D8 платы Arduino.

Исходный код программы

Полный код программы приведен в конце статьи. Здесь же мы сначала обсудим наиболее важные его фрагменты.

Мы будем использовать специальную библиотеку для работы с модулем отпечатков пальцев. Сначала в программе мы должны подключить все необходимые нам библиотеки, инициализировать входные и выходные контакты и объявить необходимые переменные. Затем в функции setup нам необходимо задать режим работы (на ввод или вывод данных) для инициализированных контактов, инициализировать ЖК дисплей и модуль отпечатков пальцев.

После этого мы должны написать фрагмент кода для загрузки данных посещаемости.

После этого нам необходимо написать фрагмент кода для удаления данных посещаемости из EEPROM.

После этого мы инициализируем модуль отпечатков пальцев, показываем приветственное сообщение на ЖК дисплее и инициализируем модуль часов реального времени (RTC module). После этого в функции loop мы считываем дату и время из RTC и показываем их на экране ЖК дисплея.

После этого мы ждем захвата отпечатка пальца и сравниваем захваченное изображение с хранящимися в памяти изображениями (идентификаторами). Если фиксируется совпадение, то идем к следующему шагу. Также проверяем не нажаты ли кнопки enroll и del.

Функция checkKeys() используется для проверки того не нажаты ли кнопки Enroll или DEL и что делать если они нажаты. Если нажата кнопка ENROL, то вызывается функция Enroll(), а если нажата кнопка DEL – вызывается функция delet().

Функция void delet() используется для ввода ID (идентификатора), который нужно удалить, и для вызова функции deleteFingerprint(uint8_t id), которая производит удаление пальца (его изображения) из системы.

Функция uint8_t getFingerprintEnroll() используется для захвата изображения пальца, конвертирования его в шаблон и сохранения его под выбранным идентификатором в память модуля отпечатков пальцев.

Функция void attendance(int id) используется для сохранения времени и даты посещения в выделенном слоте EEPROM.

Функция void download(int eepIndex) используется для считывания данных из EEPROM и передачи их в монитор последовательного порта (serial monitor).

Далее приведен полный текст программы – он достаточно объемный, поэтому для лучшего понимания его работы рекомендуется его тестирование по частям и лишь когда все отдельные части кода у вас заработают, можете загружать всю программу в плату Arduino и тестировать ее работу.

Видео, демонстрирующее работу схемы

(Проголосуй первым!)
Загрузка...
18 просмотров

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *