物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的智能冰箱設(shè)計(jì)

丁華建　段凱宇

摘 要：針對(duì)傳統(tǒng)冰箱的不足，提出一種基于物聯(lián)網(wǎng)的智能冰箱。該設(shè)計(jì)是以飛思卡爾公司的kinetis系列的K60FX512VLQ15D芯片作為智能冰箱的控制系統(tǒng)，并綜合應(yīng)用傳感器技術(shù)、射頻技術(shù)等，從而達(dá)到智能冰箱的目的，系統(tǒng)化、智能化和人性化程度更強(qiáng)。這一系統(tǒng)在未來發(fā)展中具有廣闊的發(fā)展前景和市場(chǎng)價(jià)值。

關(guān)鍵詞：智能冰箱 傳感器技術(shù) 射頻技術(shù)

中圖分類號(hào)：TM925 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）10（a）-0017-02

物聯(lián)網(wǎng)“Internet of thing（IoT）”是新一代信息技術(shù)的重要組成部分，也是“信息化”時(shí)代的重要發(fā)展階段。物聯(lián)網(wǎng)作為一個(gè)新經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)的戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，具有良好的市場(chǎng)效應(yīng)。在此背景下智能家居（smart home）蓬勃發(fā)展，智能冰箱作為智能家居產(chǎn)品的代表逐漸進(jìn)入人們的視野。所謂智能冰箱，就是能對(duì)冰箱進(jìn)行智能化控制同時(shí)對(duì)食品進(jìn)行智能化管理的冰箱類型。具體來說，就是能自動(dòng)進(jìn)行冰箱模式調(diào)節(jié)，始終讓食品保持最佳存儲(chǔ)狀態(tài)，用戶可以通過手機(jī)或電腦等終端，隨時(shí)隨地了解冰箱里的食品數(shù)量、保鮮保質(zhì)信息，可為用戶提供健康食譜和營(yíng)養(yǎng)禁忌，可提醒用戶定時(shí)補(bǔ)充食品等。

1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)以飛思卡爾公司生產(chǎn)的kinetis系列的K60FX512VL

Q15（簡(jiǎn)稱K60）芯片為控制核心。K60是飛思卡爾公司設(shè)計(jì)的一款性能卓越的芯片，該芯片結(jié)合了最新的低功耗革新技術(shù)和高性能與普通外設(shè)內(nèi)存，內(nèi)存映射并提供內(nèi)部和系列之間輕松移包和功能可擴(kuò)展性。此外作為一款32位的單片機(jī)，擁有足夠多的IO口，片內(nèi)集成各種通信模塊，作為智能冰箱的控制系統(tǒng)很合適。

1.1 系統(tǒng)模塊

智能冰箱設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)為冰箱使用者。通過射頻技術(shù)（Radio Frequency Identification，RFID）和傳感器技術(shù)（Sensor Technology）的應(yīng)用，對(duì)食品進(jìn)行實(shí)時(shí)掃面，將食品的固有屬性變換成數(shù)字信息存入數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，通過數(shù)據(jù)分析，自動(dòng)進(jìn)行模式調(diào)節(jié)，使食品保持最佳存儲(chǔ)狀態(tài)。另外，隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，數(shù)據(jù)信息不斷完善，智能冰箱還可以根據(jù)使用者每日從中取出的食品營(yíng)養(yǎng)成分含量、食品數(shù)量等判斷使用者的飲食習(xí)慣是否健康、營(yíng)養(yǎng)成分搭配是否合理，并推薦相應(yīng)的食譜等。據(jù)此可將整個(gè)系統(tǒng)主要分為兩個(gè)模塊，如圖1所示。

（1）食品管理模塊（表1）。

（2）系統(tǒng)控制模塊（表2）。

1.2 RFID讀寫模塊

射頻識(shí)別（RFID）是一種無線通信技術(shù)，可以通過無線電訊號(hào)識(shí)別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)。最基本的RFID系統(tǒng)由3部分構(gòu)成：應(yīng)答器，閱讀器，應(yīng)用軟件系統(tǒng)。應(yīng)答器由天線、耦合元件及芯片組成，一般來說是用標(biāo)簽作為應(yīng)答器，每個(gè)標(biāo)簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上標(biāo)示目標(biāo)對(duì)象。閱讀器是讀取標(biāo)簽信息的設(shè)備，可設(shè)計(jì)為手持式或固定式讀寫器。應(yīng)用系統(tǒng)軟件主要是把收集到的數(shù)據(jù)做進(jìn)一步處理，并為人們所使用。閱讀器可無接觸地讀取并識(shí)別電子標(biāo)簽中所保存的電子數(shù)據(jù)，從而達(dá)到自動(dòng)識(shí)別物品的目的。

RFID閱讀器可同時(shí)辨識(shí)多個(gè)標(biāo)簽，掃描快速且穿透能力強(qiáng)，不受尺寸大小與形狀限制，具有體積小型化、形狀多樣化的特點(diǎn)。而且，相對(duì)于傳統(tǒng)條形碼容易受污染、損壞的缺點(diǎn)，RFID標(biāo)簽具有抗污染能力強(qiáng)、耐久性好、安全性高和可重復(fù)使用的特點(diǎn)。RFID模塊對(duì)于智能冰箱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)至關(guān)重要，該系統(tǒng)由壓力傳感器檢測(cè)冰箱內(nèi)壓力，當(dāng)壓力變化時(shí)觸發(fā)RFID閱讀器掃描冰箱內(nèi)的食品標(biāo)簽，然后更新到數(shù)據(jù)庫中，方便使用者查詢。

1.3 傳感器模塊

1.3.1 壓力傳感器

壓力傳感器采用MPX4250，檢測(cè)冰箱內(nèi)壓力，當(dāng)壓力發(fā)生變化時(shí)觸發(fā)RFID閱讀器，RFID將讀取到的信息更新到數(shù)據(jù)庫。

MPX系列是摩托羅拉公司生產(chǎn)的具有溫度補(bǔ)償和校準(zhǔn)型壓力傳感器，它的芯片上除了具有一只X型橫向壓阻式應(yīng)變片外，還有經(jīng)過激光修正過的電阻網(wǎng)絡(luò)，因而器件能在-40℃～125℃范圍內(nèi)保持良好的線性度，提供與外加壓力成正比的輸出電壓。經(jīng)驗(yàn)證，該系列傳感器具有靈敏度高、頻率響應(yīng)高和較寬的線性范圍，同時(shí)穩(wěn)定性和精度也相對(duì)較好，是該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合適選擇。

1.3.2 溫度傳感器

溫度傳感器采用DS18B20，測(cè)量冰箱內(nèi)溫度，主機(jī)根據(jù)采集到的溫度調(diào)節(jié)存儲(chǔ)模式，避免冰箱內(nèi)溫度不穩(wěn)定、過低或過高，已達(dá)到保鮮食品和節(jié)能的目的。

DS18B20是美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的單總線智能型數(shù)字溫度傳感器，封裝后可應(yīng)用于多種場(chǎng)合，具有接線方便、體積小、硬件開銷低、抗干擾能力強(qiáng)、精度高的特點(diǎn)。根據(jù)DS18B20的通信協(xié)議，控制DS18B20傳感器完成溫度轉(zhuǎn)換要經(jīng)過3個(gè)步驟：每次讀寫之前都要對(duì)DS18B20進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位操作完成后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送一條RAM指令。DS18B20的通信協(xié)議定義了初始化、寫操作和讀操作，注意每次操作時(shí)都要嚴(yán)格按照時(shí)序進(jìn)行。

2 結(jié)語

該文研究了智能冰箱技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種智能冰箱系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以發(fā)揮射頻技術(shù)與傳感器技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，為現(xiàn)代家庭生活提供了極大的便利，具有節(jié)能、高效的特點(diǎn)，符合當(dāng)代社會(huì)綠色環(huán)保的理念。目前，RFID標(biāo)簽還未全面普及，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展也還存在著規(guī)模化和標(biāo)準(zhǔn)化等問題，但隨著RFID標(biāo)簽的流行和RFID技術(shù)的大量應(yīng)用，智能冰箱必然會(huì)走進(jìn)每個(gè)家庭，并成為智能家居的重要部分。

參考文獻(xiàn)

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