物聯(lián)網(wǎng)時代的智能冰箱設計

丁華建　段凱宇

摘 要：針對傳統(tǒng)冰箱的不足，提出一種基于物聯(lián)網(wǎng)的智能冰箱。該設計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)，并綜合應用傳感器技術(shù)、射頻技術(shù)等，從而達到智能冰箱的目的，系統(tǒng)化、智能化和人性化程度更強。這一系統(tǒng)在未來發(fā)展中具有廣闊的發(fā)展前景和市場價值。

關(guān)鍵詞：智能冰箱 傳感器技術(shù) 射頻技術(shù)

中圖分類號：TM925 文獻標識碼：A 文章編號：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”時代的重要發(fā)展階段。物聯(lián)網(wǎng)作為一個新經(jīng)濟增長點的戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，具有良好的市場效應。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)品的代表逐漸進入人們的視野。所謂智能冰箱，就是能對冰箱進行智能化控制同時對食品進行智能化管理的冰箱類型。具體來說，就是能自動進行冰箱模式調(diào)節(jié)，始終讓食品保持最佳存儲狀態(tài)，用戶可以通過手機或電腦等終端，隨時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養(yǎng)禁忌，可提醒用戶定時補充食品等。

1 系統(tǒng)總體方案設計

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

Q15（簡稱K60）芯片為控制核心。K60是飛思卡爾公司設計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展性。此外作為一款32位的單片機，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

智能冰箱設計的主要目標為冰箱使用者。通過射頻技術(shù)（Radio Frequency Identification，RFID）和傳感器技術(shù)（Sensor Technology）的應用，對食品進行實時掃面，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，自動進行模式調(diào)節(jié)，使食品保持最佳存儲狀態(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養(yǎng)成分含量、食品數(shù)量等判斷使用者的飲食習慣是否健康、營養(yǎng)成分搭配是否合理，并推薦相應的食譜等。據(jù)此可將整個系統(tǒng)主要分為兩個模塊，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

射頻識別（RFID）是一種無線通信技術(shù)，可以通過無線電訊號識別特定目標并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)。最基本的RFID系統(tǒng)由3部分構(gòu)成：應答器，閱讀器，應用軟件系統(tǒng)。應答器由天線、耦合元件及芯片組成，一般來說是用標簽作為應答器，每個標簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上標示目標對象。閱讀器是讀取標簽信息的設備，可設計為手持式或固定式讀寫器。應用系統(tǒng)軟件主要是把收集到的數(shù)據(jù)做進一步處理，并為人們所使用。閱讀器可無接觸地讀取并識別電子標簽中所保存的電子數(shù)據(jù)，從而達到自動識別物品的目的。

RFID閱讀器可同時辨識多個標簽，掃描快速且穿透能力強，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。而且，相對于傳統(tǒng)條形碼容易受污染、損壞的缺點，RFID標簽具有抗污染能力強、耐久性好、安全性高和可重復使用的特點。RFID模塊對于智能冰箱系統(tǒng)的設計至關(guān)重要，該系統(tǒng)由壓力傳感器檢測冰箱內(nèi)壓力，當壓力變化時觸發(fā)RFID閱讀器掃描冰箱內(nèi)的食品標簽，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，檢測冰箱內(nèi)壓力，當壓力發(fā)生變化時觸發(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)的具有溫度補償和校準型壓力傳感器，它的芯片上除了具有一只X型橫向壓阻式應變片外，還有經(jīng)過激光修正過的電阻網(wǎng)絡，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)驗證，該系列傳感器具有靈敏度高、頻率響應高和較寬的線性范圍，同時穩(wěn)定性和精度也相對較好，是該系統(tǒng)設計的合適選擇。

1.3.2 溫度傳感器

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

DS18B20是美國DALLAS半導體公司生產(chǎn)的單總線智能型數(shù)字溫度傳感器，封裝后可應用于多種場合，具有接線方便、體積小、硬件開銷低、抗干擾能力強、精度高的特點。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個步驟：每次讀寫之前都要對DS18B20進行復位，復位操作完成后發(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，注意每次操作時都要嚴格按照時序進行。

2 結(jié)語

該文研究了智能冰箱技術(shù)，設計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，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，符合當代社會綠色環(huán)保的理念。目前，RFID標簽還未全面普及，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展也還存在著規(guī)模化和標準化等問題，但隨著RFID標簽的流行和RFID技術(shù)的大量應用，智能冰箱必然會走進每個家庭，并成為智能家居的重要部分。

參考文獻

[1] 夏靜文.基于RFID技術(shù)的智能冰箱系統(tǒng)[J].信息與電腦：理論版，2009（12）：32.

[2] 祝勉，王思強.MPX系列硅壓力傳感器講座（五）[J].儀表技術(shù)與傳感器，1994（6）：42-44.