摘要：针对企事业单位现今所使用的去向公示牌存在的弊端，设计一种基于STM32单片机的交互式智能出勤管理系统。本系统利用数据库技术和物联网通讯技术将多台电子去向牌设备、管理员电脑、手机进行通信以及数据处理，实现办公室和工作人员信息显示、指纹打卡、智能提醒工作状态更新、出勤考核、远距离文字和语音通信，以及后台服务终端对多台电子去向牌设备和手机APP统一管理等功能，营造更加美好的轻松办事、高效办公的环境。
关键词：电子去向牌设备；STM32单片机；交互式；出勤管理
截至2019年，我国总人口数已达到14亿。与此同时，全国公职人员数仅4400万，事业编制人员数为3100万（其中公务员数为700万）参公、党群、工会妇联数为1300万。这意味着，每100位普通群众只能得到三位公职人员的服务，这也同时意味着公职人员可提供服务效率的相对低下与服务周期的冗长。此外，公职人员于工作期间的动向往往不明，一系列突发事件与学习会议等安排通常使得来访人员错过办理业务的最佳时间，从而造成服务质量的下滑与来访人员的诸多不便。针对这一情况，人员去向牌已普遍应用于全国各工作单位与机关，但目前市面上大多数去向公示牌仅对公职人员的动向做出静态、简单的展示（例如仅显示“在岗”、“出差”之类的信息）。而在国家提倡工作单位、机关应为人民提供更好、更高速服务的今天，简单而静态的信息已不能满足人民群众对于服务质量的要求，更为智能化、人性化的去向公示牌才是各工作单位信息部门努力的方向。为此，本设计运用电子技术、数据库技术和物联网通讯技术，解决了传统去向公示牌所存在的不足，为办公人员以及（办事）来访人员的工作事务提供了更为便利的条件。
1交互式智能出勤管理系统的总体设计
本设计应用电子技术、数据库技术和物联网通讯技术而构成的交互式智能出勤管理系统，包括安装在每个办公室的电子去向牌设备、管理员电脑、WIFI网络、GPRS网络、显示公屏、手机、APP，其中管理员电脑主要充当系统中的数据处理器和后台服务终端，电子去向牌设备通过GPRS网络与手机APP进行通信和信息传输，以及通过WIFI网络与数据处理器相连接，数据处理器对所接收到的数据进行处理，由后台服务终端将处理所得到的信息进行汇总储存，并提取信息显示在显示公屏上，同时管理员电脑也可以通过GPRS网络与手机APP通信，从而实现电子去向牌设备、管理员电脑、手机三者之间通信。整个系统包括多台电子去向牌设备，每台电子去向牌设备拥有固定的设备号，通过对设备号的查找，完成对指定电子去向牌设备的操作。系统总体框图如图1所示。
2交互式智能出勤管理系统的硬件设计
2.1电子去向牌设备整体架构设计
电子去向牌设备包括液晶显示屏、主控电路、指纹打卡设备、检测装置、键盘、语音通信设备，其中液晶显示屏、键盘、语音通信设备置于办公室外，主控电路、指纹打卡设备、检测装置置于室内，液晶显示屏用于显示办公人员的个人信息，以及显示来访者通过操作键盘与外出办公人员交流的对话信息，检测装置包括红外传感器和待开发检测装置，语音通信设备包括麦克风和扬声器，主控电路包括语音模块、按键模块、指纹模块、单片机、检测模块、显示模块、GPRS通信模块、WIFI模块，其模块是指根据相应外设划分的IO口进行规划整合而得到了引线接口，通过导线分别连接液晶显示屏、指纹打卡设备、检测装置、键盘、语音通信设备，工作人员和来访者可通过对外设进行操作，实现相应功能。电子去向牌设备示意图如图2所示。由于用到大量的外设，以及对信号处理和后续开发的需求，主控电路选择STM32F429IGT单片机作为控制芯片，STM32F429IGT采用ARMCortex-M3内核，176个引脚，1M的Flash，256KB的ARAM，高性能180MHz的主频，具有（SWD）串行调试与JTAG端口两种调试模式，基本上可以满足设备需求。主控电路结构方框图如图3所示。
2.2指纹打卡模块的设计
YH-AS608是一款高性能光学指纹识别模块。采用的是AS60x高性能指纹识别芯片，芯片内置DSP运算单元并集成了先进的指纹识别算法，识别精度高。模块内部内置了手指探测电路，通过可读取状态引脚（TouchOut）判断有无手指按下，进而模块经过串口通信向单片机输出指纹识别信息。该模块的基本功能有指纹录入（指纹特征、用户ID）、指纹识别、指纹库操作（删除指定用户指纹特征等），最多可容纳300个指纹。其外观如图4所示。在电子去向牌设备使用期间，每个工作人员将自己的指纹录入库中储存，工作人员每天上班打卡，所得到的数据有两个作用，一是用于出勤考核汇总，二是用于记录当天有多少工作人员正常上班，当红外传感器检测到进出办公室的人员流动与当天通过上班打卡人数关系不匹配，并长时间维持数据异常且该办公室的电子去向牌设备上没有办公人员的工作状态发生改变时，电子去向牌设备通过GPRS网络发信息至手机APP的该办公室工作群聊上，提醒该办公室的工作人员是否需要进行工作状态修改，同时将相关工作人员在岗信息上传至后台服务终端进行数据汇总。
2.3键盘设计
键盘采用4×4的矩阵键盘设计，将其分为通用对话按键和语音通话按键，在通用对话按键部分根据办公场所录入常用的对话，如果工作人员正在开会，不方便接听电话，来访者可通过操作键盘选择相应工作人员，然后使用通用对话按键与工作人员进行简单对话，若问题还未解决，便约好办公时间，或者是来访者留下电话号码，工作人员会后回复电话。键盘示意图如图5所示。
2.4GPRS模块选择
GPRS模块选择高性能、低功耗的SIM900A模块，板载SIMCOM公司的工业级双频GPM/GPRS模块，可以低功耗实现语音、SMS（短信、彩信）、数据和传真信息的传输，支持GPM/GPRS900/1800MHz，支持5V~24的超宽工作范围，TTL电平串口自适应兼容3.3V和5V单片机，待机在80MA左右，休眠状态在10mA左右低功耗，支持RS232串口和LVTTL串口，并带硬件流控制，支持回声抑制算法，可以基于不同客户设备通过AT命令调节回音抑制消除。SIM900A模块实物图如图6所示。图6SIM900A模块实物图
3交互式智能出勤管理系统的程序设计
本设计的程序部分主要包括显示模块程序、指纹模块程序、键盘模块程序、检测装置程序、语音模块程序、WIFI模块和GPRS模块程序。其中，前五个模块主要用于操控电子去向牌设备功能实现，WIFI模块和GPRS模块用于实现管理员电脑、电子去向牌设备和手机APP三者之间的信息传递。如图7所示的程序流程图主要包括个人信息修改、工作状态修改、使用指纹模块、来访者操作键盘、管理员电脑数据传递和存储、液晶屏显示、手机APP。在使用过程中，工作人员需要每天按时指纹打卡，记录上下班时间，当个人信息变更时，登录手机APP对所在办公室特定的电子去向牌进行个人信息修改，当检测装置在一段时间内检测到进出办公室的人员流动与当天通过上班打卡人数关系不匹配，并长时间维持数据异常且该办公室的电子去向牌设备上没有办公人员的工作状态发生改变时，电子去向牌设备通过GPRS网络发信息至手机APP的该办公室工作群聊上，提醒该办公室的工作人员是否需要进行工作状态（例如：在岗、开会、出差等）修改，同时将相关工作人员在岗信息上传至后台服务终端进行数据汇总，其数据与指纹打卡数据一并纳入出勤考核，工作人员可在APP上查看；来访人员进入办公大厅时，可根据显示公屏上的提示找到所需要找的办公室，到达办公室门口时，来访人员可以通过电子指示牌了解该办公室成员的基本信息，从而找到相应的工作人员，如果工作人员不在，来访人员可以根据自己的需求操作键盘，与相应工作人员进行文字或语音交流。
4结语
本文设计了一种基于STM32F429IGT单片机的交互式智能出勤管理系统，通过WIFI网络和GPRS网络使管理员电脑、电子去向牌设备和手机APP三者之间的信息传递，从而实现办公室和工作人员信息显示、指纹打卡、智能提醒工作状态更新、出勤考核、远距离文字和语音通信等功能，通过文中对硬件及程序设计的介绍，让人们对该系统的设计思路和功能实现有了基本了解。在国家提倡工作单位、机关应为人民提供更好、更高速服务的今天，简单而静态的信息已不能满足人民群众对于服务质量的要求，更为智能化、人性化的去向公示牌将是各工作单位信息部门努力的方向。
作者：廖子涵 万李 张文昭 单位：湖南科技学院智能制造学院
