一、功能概述

开门锁定功能（Door Lockout）是 i160 产品针对实验安全与环境稳定性而设计的专用控制模块。其主要目的包括：

1. 防止误操作：在关键实验阶段，避免因意外开门导致气体环境突然变化；

2. 提升安全性：限制在未经授权情况下的开启操作，防止危险化学品或生物样品泄露；

3. 保证数据完整：在执行自动化程序时，锁定门扇可防止外部干预导致的实验偏差；

4. 合规需求：满足GLP/GMP环境中对操作记录与权限控制的要求。

该功能可基于硬件与软件双重锁定，并支持时间段与程序模式两种触发方式。

二、设计原理

i160 的门锁定机制由机电一体化方案实现，核心原理如下：

1. 电磁锁执行：在锁定状态下，一枚微型电磁锁通电吸合，将门扇锁钩固定；断电后自动解锁；

2. 状态检测：门铰链处设有磁簧开关或霍尔传感器，实时检测门的位置（开/关）；

3. 控制逻辑：主控板（MCU）根据预设条件（如程序运行、用户授权状态、定时锁定）发出通断信号，驱动电磁锁；

4. 冗余保护：在通电或断电故障时，系统会进入安全模式，并通过声光报警提示。

通过以上设计，实现了对门扇的主动锁定与被动监测。

三、硬件机构

i160 内部门锁硬件主要包括：

• 电磁锁组件：封装在门框侧，包含线圈、铁心及锁钩，额定拉力约30 N；

• 传感器单元：磁簧开关贴合门扇与门框，用以检测开关状态，并在控制板上形成闭合回路；

• 控制板驱动：采用专用驱动IC，通过低压（24 VDC）信号驱动电磁锁通电；

• 备用解锁按钮：在门框侧预留手动解锁孔，插入专用钥匙或针状工具可紧急释放门锁；

• 电源冗余：电磁锁供电与风机、加热器共用电源，但设有独立保险丝与快速熔断装置。

硬件机构确保锁定动作可靠、耐用，并兼顾故障时的紧急解锁需求。

四、软件逻辑

门锁控制的核心逻辑置于主控板固件中，包括如下关键流程：

1. 锁定条件检测：监测以下任一条件成立时发出锁定指令：

• 正在执行“预编程程序”中含“锁门”指令；

• 系统进入“应用级锁定模式”（User Lock）；

• 设定时间段（如晚间10点至次日6点）；

2. 通断驱动：锁定时MCU输出高电平激活驱动IC通电电磁锁；解锁时输出低电平切断；

3. 异常处理中断：若检测到电磁锁持续通电超时（如超过10秒未锁定成功），立即停止通电并报警；

4. 状态反馈：锁定/解锁结果通过触摸屏指示灯及“门状态”图标实时显示，并写入事件日志；

5. 远程指令支持：通过Ethernet/Wi-Fi接口接收远程解锁命令，并验证用户权限后执行。

软件逻辑与硬件协同，实现了多场景自动与手动结合。

五、用户交互

i160 的门锁功能在用户界面上体现为：

1. 触摸屏菜单

• “设备设置 → 安全配置 → 门锁设置”内可开启/关闭自动锁定、指定锁定时段、配置授权用户；

• 可设置“锁定延迟时间”（0–60秒），防止开门后立即锁定造成夹人风险；

2. 指示灯与图标

• 屏幕右上角常显“门锁”图标：绿色表示解锁、红色表示锁定、闪烁表示锁定/解锁中；

• 机身门框侧有一枚LED指示灯，与屏幕同步；

3. 授权与解锁

• 本地解锁：长按“解锁”虚拟按钮3秒，系统弹出“请输入管理员PIN”对话框；

• 远程解锁：通过App或Web端发送解锁指令时，需输入双因素验证码；

4. 提示音与确认

• 锁/解锁动作完成后，系统发出短促提示音；

• 如果解锁失败，连续三次尝试后需等待5分钟才能重新尝试。

以上交互设计兼顾易用性与安全性。

六、应用场景

门锁功能主要应用于以下几类场景：

1. 自动化多段培养

• 在细胞分化程序的关键阶段，可编程锁门，防止外部干预导致气体或温度扰动；

2. 夜间/无人值守

• 在夜间或实验室无人值守时段，启用时段锁定，提升实验及样品安全；

3. 高风险实验

• 携带病原微生物或放射性标记物的培养，配置强制锁定并记录开门日志；

4. 合规与审计

• 在GMP/GLP体系下，锁门与解锁动作作为关键审计事件，确保每次开门均有授权记录。

通过灵活配置，门锁功能适配多种科研与生产需求。

七、安全防护

门锁功能在设计时充分考虑安全风险，主要措施包括：

1. 防夹人保护

• 在门锁动作过程中，若磁簧传感器检测到门已打开或遭遇异常阻力，立即断电并反向微量电机驱动解锁；

2. 紧急释放

• 机身预留“紧急解锁孔”，可插入专用工具手动解锁，即使断电也可开启；

3. 故障报警

• 如果门在锁定状态下被强行撬开，系统立即触发“非法开门”报警并记录事件；

4. 电气隔离

• 电磁锁信号与高压加热、电机驱动电路隔离，避免干扰与过载；

5. 自检与看门狗

• 每次开机与每隔24小时对门锁模块进行自检，如发现线路或驱动异常，进入保护模式并报警。

上述措施确保在安全与可靠之间取得平衡。

八、故障诊断

当门锁功能异常时，i160 提供多种诊断手段：

1. 自检日志

• 进入“维护→系统日志”，可查看“门锁状态异常”“电磁锁超时”等错误代码；

2. 传感器读取

• 在“维护→传感器”界面，可实时读取磁簧开关信号（0/1）与电磁锁供电状态；

3. 手动测试

• 进入“维护→门锁测试”，可手动执行锁定/解锁动作，并观察LED指示与听取提示音；

4. 电压检测

• 使用万用表测量电磁锁供电端（24 VDC±5%）与驱动信号端（MCU输出3.3 V）是否正常；

5. 机械检查

• 检查锁钩与门框是否卡滞、润滑是否不足、紧急解锁孔是否松动或堵塞。

通过软、硬件结合的诊断流程，可迅速定位故障根源。

九、维护保养

为确保门锁功能长期可靠，推荐以下维护流程：

1. 月度检查

• 清洁门铰链与锁钩，使用食品级润滑剂轻涂活动部件；

2. 季度测试

• 执行“门锁测试”程序20次，检查锁钩耐久性与传感器响应；

3. 年度校验

• 验证电磁锁线圈阻值（约 30 Ω）与驱动信号电压；更换老化线圈或驱动IC；

4. 紧急孔检查

• 检查紧急解锁孔的畅通，确保能顺利插入专用钥匙；

5. 固件升级

• 随产品固件升级一并更新门锁控制逻辑，优化锁定延迟与异常处理。

定期维护可延长电磁锁寿命，并提升系统整体安全性。

十、未来展望

随着智能化与合规化需求不断提升，i160 门锁功能在未来可沿以下方向优化：

1. 生物识别解锁

• 增加指纹或面部识别模块，实现更便捷、更安全的授权；

2. 多级权限管理

• 支持更多角色（操作员、审核员、管理员）分级授权与日志细化；

3. 远程监测与自愈

• 结合IoT平台，实时监测电磁锁状态，并在检测到轻微卡滞时自动执行解除与重锁循环；

4. 一键应急模式

• 在手机App或Web端提供“应急解锁”一键功能，保障紧急情况下的快速响应；

5. 区块链审计

• 将锁定/解锁日志上链，确保审计记录不可篡改，满足更高等级的合规要求。