基于Zigbee實(shí)現(xiàn)的智能化冰箱管理系統(tǒng)

李昆侖

【摘要】隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”戰(zhàn)略計(jì)劃的提出，新一代互聯(lián)網(wǎng)與通信技術(shù)將不斷融入各個傳統(tǒng)領(lǐng)域，普通家電智能化的發(fā)展趨勢愈來愈明顯，但由于傳統(tǒng)家電更新?lián)Q代的周期較長，如何能在現(xiàn)有家電基礎(chǔ)上，通過簡單的升級改造，使之具有智能化的功能，提供給用戶全新的智能家電體驗(yàn)的同時，探索全新的商業(yè)模式，將是未來幾年內(nèi)重要的研究課題。而智能化冰箱管理系統(tǒng)正是利用Zigbee技術(shù)，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)信息處理相關(guān)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對冰箱中食品動態(tài)的、智能化管理，并提供了一些快捷的購物渠道以及綠色生活的理念。

【關(guān)鍵字】Zigbee 智能化冰箱

一、Zigbee的技術(shù)優(yōu)勢

Zigbee技術(shù)是基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)的局域網(wǎng)通信技術(shù)，具有低復(fù)雜度、低功耗、低速率、低成本的特點(diǎn)。主要用于短距離，功耗低且傳輸速率要求不高的各種電子設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸以及典型的有周期性數(shù)據(jù)、間歇性數(shù)據(jù)和低反應(yīng)時間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用。

利用Zigbee技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能化冰箱管理的優(yōu)勢如下：

1）低功耗：由于Zigbee的傳輸速率低，發(fā)射功率僅為ImW，而且采用了休眠模式，功耗低，據(jù)估算，Zigbee設(shè)備僅靠兩節(jié)5號電池就可以維持長達(dá)6個月到2年左右的使用時間，這是其它無線設(shè)備望塵莫及的。

2）成本低：Zigbee模塊的初始成本目前在2美元左右，并且Zigbee協(xié)議是免專利費(fèi)的，目前產(chǎn)業(yè)鏈比較成熟。

3）時延短：通信時延和從休眠狀態(tài)激活的時延都非常短，典型的搜索設(shè)備時延30ms，休眠激活的時延是15ms，活動設(shè)備信道接入的時延為15ms。因此Zigbee技術(shù)適用于對時延要求苛刻的無線控制（如工業(yè)控制場合等）應(yīng)用。

4）網(wǎng)絡(luò)容量大：一個星型結(jié)構(gòu)的Zighee網(wǎng)絡(luò)最多可以容納254個從設(shè)備和一個主設(shè)備，一個區(qū)域內(nèi)可以同時存在最多100個Zigbee網(wǎng)絡(luò)，而且網(wǎng)絡(luò)組成靈活。

5）可靠：采取了碰撞避免策略，避開了發(fā)送數(shù)據(jù)的競爭和沖突。MAC層采用了完全確認(rèn)的數(shù)據(jù)傳輸模式，每個發(fā)送的數(shù)據(jù)包都必須等待接收方的確認(rèn)信息，如果傳輸過程中出現(xiàn)問題可以進(jìn)行重發(fā)。

6）安全：Zigbee提供了基于循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC）的數(shù)據(jù)包完整性檢查功能，支持鑒權(quán)和認(rèn)證，采用了AES-128的加密算法，各個應(yīng)用可以靈活確定其安全屬性。

因此，Zigbee技術(shù)廣泛被應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈中的M2M行業(yè)，如智能電網(wǎng)、智能交通、智能家居等，采用Zigbee技術(shù)是目前家電智能化管理最適宜的技術(shù)之一

二、智能化冰箱管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能

基于Zigbee技術(shù)建立的智能化冰箱管理系統(tǒng)，將會在保留傳統(tǒng)冰箱基本功能的基礎(chǔ)卜設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)如下主要幾點(diǎn)突出的智能化管理功能：

2.1 食品庫存及狀態(tài)管理

建立食品庫存動態(tài)管理數(shù)據(jù)庫，用戶可在移動客戶端上隨時、隨地查詢冰箱現(xiàn)有庫存情況。當(dāng)某種庫存食品臨近保質(zhì)期限時，系統(tǒng)將自動提醒用戶。

2.2 常用食品的自動購買

對用冰箱中常用的食品，如：蛋類，奶類，水果類等，系統(tǒng)將監(jiān)控現(xiàn)有庫存情況，當(dāng)庫存低于預(yù)置臨界數(shù)量時，系統(tǒng)將連接京東、l號店等主流購物平臺，自動進(jìn)行下單購買，補(bǔ)充現(xiàn)有庫存。

2.3 健康飲食的自動搭配

系統(tǒng)將根據(jù)冰箱庫存食品的情況，并結(jié)合健康飲食菜譜，提供用戶區(qū)分時段、區(qū)分年齡的多種可選擇的健康飲食菜單及相關(guān)合理化飲食的建議。

三、智能化冰箱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該智能化冰箱管理系統(tǒng)主要包含硬件和軟件部分，其中硬件部分組成有顯示觸摸屏、二維碼掃碼/打印設(shè)備和Zigbee通信沒備；軟件部分主要包含二維碼管理模塊、Zighee通信管理模塊、系統(tǒng)客戶端/服務(wù)端程序。

智能化冰箱管理系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示。

該架構(gòu)設(shè)計(jì)主要分為冰箱端、服務(wù)端和客戶端。其中冰箱端在傳統(tǒng)的冰箱管理模塊基礎(chǔ)上，增加了二維碼管理模塊、Zigbee通信模塊、顯示（輸出/輸入）模塊，這三個模塊的功能如下：

二維碼管理模塊：該模塊分為二維碼管理子模塊和打印子模塊，其中管理子模塊為進(jìn)入冰箱的每一樣食品建立獨(dú)有的二維碼標(biāo)簽，打印子模塊負(fù)責(zé)打印每一個二維碼的實(shí)體標(biāo)簽。商品入庫登記的時候，管理模塊生成并打印標(biāo)簽，用戶將標(biāo)簽貼于食物表面，并按照標(biāo)簽指示放人指定位置，完成入庫。當(dāng)商品出庫時，用戶進(jìn)行掃碼操作，管理模塊完成食品出庫操作。

Zighee通信模塊：該模塊負(fù)責(zé)與控制中心建立通信連接，將冰箱內(nèi)食品的庫存情況、食品的進(jìn)出庫信息、食品相關(guān)的狀態(tài)等信息，通過控制中心、家用寬帶路南器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上傳至位于云端的智能化管理系統(tǒng)服務(wù)端。

顯示（輸出/輸入）模塊：該模塊負(fù)責(zé)冰箱食品信息的本地輸出，通過觸摸屏可以查詢冰箱現(xiàn)有庫存情況，查詢是否存在將要到達(dá)保質(zhì)期的食品。

智能化冰箱管理系統(tǒng)的服務(wù)端位于云端，服務(wù)端會為每個冰箱終端建立一個獨(dú)立的識別ID，在該ID下會預(yù)存用戶的相關(guān)身份信息，實(shí)現(xiàn)對冰箱庫存的管理、食品購物支付、飲食習(xí)慣的分析等功能。服務(wù)端會根據(jù)冰箱的庫存情況定期給用戶發(fā)送冰箱庫存狀態(tài)，同時，當(dāng)某類食物庫存時間較長，已臨近保質(zhì)期限時，會自動通知客戶端提醒用戶。在服務(wù)端會建立健康食譜數(shù)據(jù)庫，并結(jié)合冰箱現(xiàn)有食品情況，提供給用戶健康的飲食菜譜。服務(wù)端也會與主流購物平臺建立接口，對于常用食物實(shí)現(xiàn)自動比價、篩選、下單并在用戶授權(quán)下完成支付等操作，自動進(jìn)行冰箱食物的補(bǔ)給。

該系統(tǒng)的客戶端以App形式安裝在用戶的移動終端已主要完成的功能有：

冰箱動態(tài)信息提醒（食物庫存情況、出入庫信息、食物保質(zhì)期限、健康飲食推薦）；

在線購物；

服務(wù)端自動購物支付授權(quán)；

服務(wù)端系統(tǒng)賬戶管理；

冰箱運(yùn)行狀態(tài)及系統(tǒng)日志查詢。

四、智能化冰箱管理系統(tǒng)的應(yīng)用前景

本設(shè)計(jì)采用了Zigbee技術(shù)，并采用了互聯(lián)網(wǎng)和信息處理的相關(guān)技術(shù)，建立了智能化冰箱管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對冰箱內(nèi)食物的記錄與監(jiān)控。那么冰箱內(nèi)食品可以通過液晶屏上顯示/查詢，也可以通過手機(jī)客戶端到冰箱查詢家里的食物，并且通過客戶端購買冰箱食物，滿足未來智能家居的需求，為現(xiàn)代家庭的健康生活提供保障，減少了社會資源浪費(fèi)，也符合當(dāng)代社會綠色環(huán)保的理念。

五、結(jié)束語

以新一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)的智能化冰箱管理系統(tǒng)，不僅將冰箱中食物的相關(guān)信息進(jìn)行了有效的監(jiān)控，同時也提供了全新的智能化生活理念，探索了一些創(chuàng)新的市場運(yùn)作模式。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，將為物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展、智能家居的設(shè)計(jì)提供一些可參考的信息，