基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能移動冰箱的設(shè)計與實現(xiàn)

寧波職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息工程學(xué)院 俞清揚(yáng) 徐 勇 蕭建豪 林 安 馮珍惜 姚 盛

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能移動冰箱的設(shè)計與實現(xiàn)

寧波職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息工程學(xué)院 俞清揚(yáng) 徐 勇 蕭建豪 林 安 馮珍惜 姚 盛

本文介紹了一款基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能移動冰箱,可用于冷鏈物流,諸如小物件的冷藏配送.本冰箱具有功耗低、效率高、恒溫性能好、耐震動等特點,并利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實時監(jiān)控溫度狀況,也可遠(yuǎn)程修改工作參數(shù)、控制工作狀態(tài). 移動冰箱由制冷機(jī)、控制電路和無線模塊組成,其中控制電路根據(jù)設(shè)定溫度或者遠(yuǎn)程指令完成對制冷電機(jī)的功能工作控制,無線模塊實現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信,經(jīng)測試本冰箱制冷速度快,控溫性能好,操控方便,在外賣、網(wǎng)購流行的當(dāng)下,具有廣闊的應(yīng)用前景.

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù);冷鏈物流;移動冰箱

1 引言

現(xiàn)階段的冷藏配送大多運用冷藏箱運輸,主要是先將冰袋放入-20℃冰柜里冷凍24小時充分蓄冷,再放入保溫的冷藏箱,該方法適用于各種中遠(yuǎn)距離低溫藥品運輸,屬于不耗能的冷藏工具.此外,在冷藏要求更加嚴(yán)格的場合下,需要使用電子類的產(chǎn)品需要耗能才能達(dá)到精確冷藏為目的的冷藏箱.以上冷藏箱的優(yōu)點:耐熱耐冷、耐用、密封、保鮮、多功能性、多樣性等.同時,其缺點也十分明顯:麻煩、沒法實時監(jiān)控、做不到溫度守恒、不抗震等.

我們開發(fā)的智能移動冰箱,不但擁有冷藏箱的優(yōu)點,且方便使用,無需提前冷凍冰袋,是具備恒溫,制冷快,遠(yuǎn)程調(diào)控,移動方便,抗震等特點的智能冰箱.滿足各類特殊用冰箱,具有較高的實用性和推廣價值.

2 系統(tǒng)框圖

根據(jù)系統(tǒng)要實現(xiàn)直流電源的轉(zhuǎn)換、液晶顯示、H橋直流電機(jī)控制、溫度控制等功能.本系統(tǒng)的硬件由以下幾部分組成:電源、人機(jī)界面、單片機(jī)系統(tǒng)、A/D轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換等組成,總款圖如圖1所示.

圖1 系統(tǒng)框圖

3 硬件電路設(shè)計

3.1 電源轉(zhuǎn)換電路

1)24V轉(zhuǎn)5V轉(zhuǎn)3.3V電路

24V轉(zhuǎn)5V電源電路它由LM2576S-5集成穩(wěn)壓器構(gòu)成,如圖2.圖中D16用于限流及保護(hù)電路采用1N5822,配合L1,C60構(gòu)成LC濾波電路,采用100Uh/3A電感和470uF/16V電容.R77和LED13用于顯示電源是否正常運行.

2)5V轉(zhuǎn)3.3V電路

5V轉(zhuǎn)3.3V電源電路它由AMS1117-3.3V三極管構(gòu)成,如圖3.圖中C57用于濾波,采用22u/16V電容,圖中C58用于穩(wěn)壓,采用0.01u的無極電容.LED12和R78組成電源顯示電路.

3.2 直流電機(jī)控制電路

直流電機(jī)控制電路采用H橋直流電機(jī)控制電路,由4個場效應(yīng)管等組成,如圖4.通過終端控制面板控制4個場效應(yīng)管來實現(xiàn)對電機(jī)功率大小的控制,正反轉(zhuǎn)控制等,能達(dá)到高度低溫等效果.

圖2 24V轉(zhuǎn)5V轉(zhuǎn)3.3v電路

圖3 5V轉(zhuǎn)3.3v電路

圖4 H橋直流電機(jī)控制電路圖

圖5 軟件系統(tǒng)總結(jié)構(gòu)

圖6 PWM(脈沖寬度調(diào)制)控制系統(tǒng)

4 軟件設(shè)計

4.1 軟件系統(tǒng)框架

軟件系統(tǒng)總結(jié)構(gòu)如圖5.整個智能控制系統(tǒng)包括:遠(yuǎn)程溫度控制系統(tǒng)、初始化中斷系統(tǒng)、PWM(脈沖寬度調(diào)制)、液晶屏顯示.整個智能系統(tǒng)由控制終端面板、WiFi接收裝置,液晶顯示屏等組成.可以控制液晶屏顯示、檢測溫度,按鍵控制冰箱,遠(yuǎn)程控制冰箱、控制PWM(脈沖寬度調(diào)制)正常工作等功能.

工作原理是:通過終端控制系統(tǒng)控制液晶屏、數(shù)據(jù)采集、分析、處理并將數(shù)據(jù)通過液晶屏顯示且通過WiFi轉(zhuǎn)發(fā)至用戶,再接收按鍵數(shù)據(jù)和WiFi數(shù)據(jù)至終端控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整控制,具體使用PWM(脈沖寬度調(diào)制)控制電機(jī)進(jìn)行工作,實現(xiàn)控制功能.

下面詳細(xì)介紹WiFi無線控制系統(tǒng)和PWM(脈沖寬度調(diào)制)控制.

4.2 WiFi無線控制系統(tǒng)

智能移動冰箱的設(shè)計核心之一"WiFi無線系統(tǒng)",是實現(xiàn)冰箱是否能真正便攜智能的最重要的系統(tǒng)之一,將冰箱的整體數(shù)據(jù)通過WiFi數(shù)據(jù)的形式隨時傳輸?shù)接脩羰种?隨時隨地受到用戶的控制,并能將這些數(shù)據(jù)保存分析,判斷冰箱經(jīng)過1個月,半年,3年這樣的時間累計下是否有不穩(wěn)定的現(xiàn)象發(fā)生,也可以將不當(dāng)?shù)檬褂猛ㄟ^液晶顯示或WiFi傳送到用戶手中.

4.3 PWM(脈沖寬度調(diào)制)控制系統(tǒng)

PWM(脈沖寬度調(diào)制)是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進(jìn)行控制的一種有效的技術(shù),應(yīng)用在從測量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域.我們利用PWM的特性控制電機(jī)進(jìn)行溫度調(diào)控,溫度低,速度快是這個電機(jī)最優(yōu)秀的地方,僅用1分鐘就將溫度降到-60℃.PWM控制系統(tǒng)如圖6.

5 功能實現(xiàn)

此項目設(shè)計了顯示功率、顯示溫度、無線通訊、遠(yuǎn)程監(jiān)控、按鍵等5種功能.

實現(xiàn)5種功能的方法分別是:利用A/D串口采集電壓進(jìn)行計算后顯示功率;利用PT100采集數(shù)據(jù)進(jìn)行計算后顯示溫度;利用WiFi進(jìn)行命令傳輸,實現(xiàn)無線通訊;利用WiFi進(jìn)行實時采集數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸;利用芯片I/O口進(jìn)行對目標(biāo)的控制.

此項目所設(shè)計的系統(tǒng),經(jīng)測試,實現(xiàn)了上述的所有功能.

6 總結(jié)

本文設(shè)計了一款基于物聯(lián)網(wǎng)的移動冰箱,由電源部分,液晶屏顯示,單片機(jī)系統(tǒng),A/D轉(zhuǎn)換,D/A轉(zhuǎn)換組成硬件,由遠(yuǎn)程溫度控制系統(tǒng)、初始化中斷系統(tǒng)、PWM(脈沖寬度調(diào)制)、液晶屏顯示組成軟件.

操作時,手機(jī)控制或者外置按鍵發(fā)出指令后,最終經(jīng)WiFi無線控制系統(tǒng)實現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制,經(jīng)主控系統(tǒng)控制實現(xiàn)了按鍵控制,同時硬件實現(xiàn)了冰箱正常制冷等目標(biāo).經(jīng)測試,此移動冰箱具有制冷速度快,控溫性能好,操控方便,在外賣、網(wǎng)購流行的當(dāng)下,具有廣闊的應(yīng)用前景.

[1]張敏,談向東,張杰.現(xiàn)代食品冷鏈物流的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].商場現(xiàn)代化,2007,x(20):137-138.

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[4]張默晗,張北,王天亮.無線信號傳輸裝置及傳輸方法[J].2010,8:120-125.

[5]李羿承,林俊嘉.無間斷無線信號傳輸方法及裝置[J].2013,12:147-150.

項目來源:2017年浙江省"挑戰(zhàn)杯"大賽.

俞清揚(yáng)(1998-),男,浙江寧波人,學(xué)生,研究方向:電子技術(shù).

徐勇(1998-),男,浙江麗水人,學(xué)生.

蕭建豪(1997-),男,浙江溫州人,學(xué)生.

林安(1998-),男,浙江溫州人,學(xué)生.

馮珍惜(1998-),男,浙江平湖人,學(xué)生.

姚盛(1998-),男,浙江溫州人,學(xué)生.

李小琴(1983-),女,浙江溫嶺人,工程碩士,講師,研究方向:智能電子產(chǎn)品開發(fā).