临沂大学机械与车辆工程学院 许崇阳 陈燕慧 王成旭

本设计是以STC89C52为主控的病毒消杀系统。通过编程及硬件连接实现智慧开锁，定时病毒消杀，远程操控等功能。当强度大于90μW／cm2的紫外线照射冠状病毒30min，可以杀灭SARS病毒。指纹模块和按键输入模块组成办公场所（家居）门禁系统控制相关人员的出入，减少该场所的人流量，在一定程度上减少了与陌生人接触的频率，保证了场所安全。用户可以根据时间安排对固定区域进行病毒消杀，节省了使用传统酒精消毒的人力。WIFI模块连接路由器可以使用户无论身处何地，只要手机可以联网便可以控制整套系统。

随着人们安全意识的提升，现代社会人们对于更加安全方便的智能家居设备更加青睐。2020年新冠爆发，全国人民众志成城，都为疫情贡献了自己的力量，成功战疫。德尔塔变异病毒的横空出世让提醒我们新冠疫情从未离去，新冠可能将长期与人类共存。

该产品的设计面向人群聚集较多的办公场所和家庭智能门禁。它采用了智能控制紫外线消毒的方式，可以有效保护用户的安全。消除了酒精消毒存在的易燃、易爆等安全隐患，提高了办公场所及用户住房的安全性。而且相较于人们普遍使用酒精消毒，紫外线消毒系统节约了保洁的人力。紫外线有高效杀菌的特点，紫外线对细菌、病毒的杀菌使用一般在一至二秒即可达到99%－99.9%的杀菌率。而且紫外线杀菌不加入任何化学药剂，因此它不会对周围环境产生二次污染，不改变任何成分。紫外线杀菌设备占地小，构筑物要求简单，因此总投资较少，在运行方面成本也较低。考虑到长时间照射紫外线对人体有所危害，该产品一旦检测到门锁打开（说明有人进入），则紫外线消毒系统自动关闭。将密码锁与紫外线消毒体系结合可以以更安全的方式对房间进行消毒处理，为家人提供更安全的环境。

1 控制方案及控制电路设计

该系统以STC89C52单片机主控核心。系统硬件由指示灯电路、指纹识别模块、键盘接口电路、步进电机控制驱动电路等构成。单片机的P2并行口控制步进电机的运行，从而控制门锁的打开或关闭。LCD1602显示和键盘使人机交互更容易。当宾客（客户）来访，可以联系管理人员，手机远程解锁。紫外线消毒灯通过继电器控制控制系统结构图由图1所示。

图1 控制系统结构框图

2 主控制电路设计

控制系统硬件电路如图2所示。矩阵键盘负责数字输入、模式选择。LCD1602液晶屏显示密码的输入及门锁状态。紫外线消毒模块由继电器控制接到220V交流电源，同时设置了继电器保护电路，延长了继电器的使用寿命。步进电机模块通过精准控制转角以实现开锁的目的。指示灯电路用以指示关键部件的工作状态。

图2 系统硬件电路原理图

2.1 键盘电路设计

键盘电路采用矩阵键盘：标有0~9数字的开关：表示输入相对应的0~9的数字。这十个数字按键负责密码输入，以及消毒定时。K4：删除输入的数组中的一位末位数字；K12：确认输入，表明用户输入完成，可以进行密码对比或定时开始的功能；K13：采用了取反指令可以开启或关闭紫外线灯光；K14：（开启/关闭）指纹解锁模式；K15：（开启/关闭）消毒定时模式；K16：一键锁门，无需密码。

2.2 LCD1602显示电路

LCD1602液晶显示器是广泛使用的一种字符型液晶显示模块。它体积小、重量轻、功耗低，主要负责完成显示字符、数字的功能，提示用户相应的工作流程及已输入密码的显示。使人机交互更加容易。初始化后，第1行显示”input”，代表用户可以输入密码，第2行显示用户已输入密码。当输入密码正确后，系统显示”open”代表门锁开启。当输入密码错误后，系统显示”error”并在1s后提示用户重新输入密码。

2.3 指纹识别模块

本模块采用了光学识别技术。由光的折射和反射原理，将手指放在光学镜片上，手指在内置光源照射下，形成的图像可被指纹设备算法处理的多灰度指纹图像。通过算法对比资料库看是否一致。

2.4 驱动模块设计

本设计机械部分使用步进电机驱动。步进电机可以将电磁脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制电机，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。相对于直流电机来说，步进电机的速度可控制，转动角度精确，可以更好地保护门锁的机械结构。

2.5 指示灯电路

在房屋外面的时候，用户不能直观看到步进电机的转动，紫外线消毒等的工作状态，以及单片机的工作模式，添加在指示灯电路是为了更好的将系统的工作状态信息传递给用户，便于用户对与各种情况的临时处理。对于不同的模块添加了相应的指示灯，也可以实时显示各模块的工作状态，方便了该产品的后期维修。其中，LEDR亮起代表门锁关闭，LEDG亮起代表门锁打开，LEDB亮起代表紫外线消毒灯已开启。

3 系统软件设计

考虑到紫外线对人体有害，当检测到门锁打开后系统自动判定屋内有人，强制关闭紫外线消毒灯。主程序流程图如图3所示。初始化所有硬件，保证后续程序有序进行。系统初始默认按键输入模式，当输入密码正确时步进电机旋转270°控制门锁打开。当密码输入错误后，系统间隔1s自动返回密码输入界面。当输入三次全部错误时，蜂鸣器发出警报。按下K14键紫外线灯开启，当需要开启定时模式时只需要按下K15键，配合数字键盘完成定时。当门锁开启时，系统默认有人进入房间，为防止紫外线灯伤害人体，系统强制关闭紫外线灯。

图3 STC89C52主程序流程图

本设计基于STC89C52单片机进行设计，操作简单，成本低廉。使用指纹模块AS608来实现指纹识别，实现一秒开锁。辅助的硬件按键，可以准确的发送录入及识别信号，合理的紫外线灯控制用以每日的病毒消杀。该设计应用场所多，如银行，政府部门，以及酒店，学校宿舍，居民小区，别墅，宾馆。

本设计的创新点：使紫外线消毒灯可管理，实现了无人快速杀菌消毒，把人从繁重的体力劳动解放出来，极大地提高消毒的效率。远程解锁功能通过ESP-8266WiFi模块连接路由器网络和云平台配合实现，接入智能家居系统。无论你身处何地都可以帮助需要的人开锁。