基于物聯網技術的智能移動冰箱的設計與實現

寧波職業技術學院電子信息工程學院 俞清揚 徐 勇 蕭建豪 林 安 馮珍惜 姚 盛

基于物聯網技術的智能移動冰箱的設計與實現

寧波職業技術學院電子信息工程學院 俞清揚 徐 勇 蕭建豪 林 安 馮珍惜 姚 盛

本文介紹了一款基于物聯網技術的智能移動冰箱,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,并利用物聯網技術實時監控溫度狀況,也可遠程修改工作參數、控制工作狀態. 移動冰箱由制冷機、控制電路和無線模塊組成,其中控制電路根據設定溫度或者遠程指令完成對制冷電機的功能工作控制,無線模塊實現遠程數據通信,經測試本冰箱制冷速度快,控溫性能好,操控方便,在外賣、網購流行的當下,具有廣闊的應用前景.

物聯網技術;冷鏈物流;移動冰箱

1 引言

現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,在冷藏要求更加嚴格的場合下,需要使用電子類的產品需要耗能才能達到精確冷藏為目的的冷藏箱.以上冷藏箱的優點: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、沒法實時監控、做不到溫度守恒、不抗震等.

我們開發的智能移動冰箱,不但擁有冷藏箱的優點,且方便使用,無需提前冷凍冰袋,是具備恒溫,制冷快,遠程調控,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 系統框圖

根據系統要實現直流電源的轉換、液晶顯示、H橋直流電機控制、溫度控制等功能.本系統的硬件由以下幾部分組成:電源、人機界面、單片機系統、A/D轉換、D/A轉換等組成,總款圖如圖1所示.

圖1 系統框圖

3 硬件電路設計

3.1 電源轉換電路

1)24V轉5V轉3.3V電路

24V轉5V電源電路它由LM2576S-5集成穩壓器構成,如圖2.圖中D16用于限流及保護電路采用1N5822,配合L1,C60構成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3.3V電路

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

3.2 直流電機控制電路

直流電機控制電路采用H橋直流電機控制電路,由4個場效應管等組成,如圖4.通過終端控制面板控制4個場效應管來實現對電機功率大小的控制,正反轉控制等,能達到高度低溫等效果.

圖2 24V轉5V轉3.3v電路

圖3 5V轉3.3v電路

圖4 H橋直流電機控制電路圖

圖5 軟件系統總結構

圖6 PWM(脈沖寬度調制)控制系統

4 軟件設計

4.1 軟件系統框架

軟件系統總結構如圖5.整個智能控制系統包括:遠程溫度控制系統、初始化中斷系統、PWM(脈沖寬度調制)、液晶屏顯示.整個智能系統由控制終端面板、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,遠程控制冰箱、控制PWM(脈沖寬度調制)正常工作等功能.

工作原理是:通過終端控制系統控制液晶屏、數據采集、分析、處理并將數據通過液晶屏顯示且通過WiFi轉發至用戶,再接收按鍵數據和WiFi數據至終端控制系統進行調整控制,具體使用PWM(脈沖寬度調制)控制電機進行工作,實現控制功能.

下面詳細介紹WiFi無線控制系統和PWM(脈沖寬度調制)控制.

4.2 WiFi無線控制系統

智能移動冰箱的設計核心之一"WiFi無線系統",是實現冰箱是否能真正便攜智能的最重要的系統之一,將冰箱的整體數據通過WiFi數據的形式隨時傳輸到用戶手中,隨時隨地受到用戶的控制,并能將這些數據保存分析,判斷冰箱經過1個月,半年,3年這樣的時間累計下是否有不穩定的現象發生,也可以將不當得使用通過液晶顯示或WiFi傳送到用戶手中.

4.3 PWM(脈沖寬度調制)控制系統

PWM(脈沖寬度調制)是利用微處理器的數字輸出來對模擬電路進行控制的一種有效的技術,應用在從測量、通信到功率控制與變換的許多領域.我們利用PWM的特性控制電機進行溫度調控,溫度低,速度快是這個電機最優秀的地方,僅用1分鐘就將溫度降到-60℃.PWM控制系統如圖6.

5 功能實現

此項目設計了顯示功率、顯示溫度、無線通訊、遠程監控、按鍵等5種功能.

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

此項目所設計的系統,經測試,實現了上述的所有功能.

6 總結

本文設計了一款基于物聯網的移動冰箱,由電源部分,液晶屏顯示,單片機系統,A/D轉換,D/A轉換組成硬件,由遠程溫度控制系統、初始化中斷系統、PWM(脈沖寬度調制)、液晶屏顯示組成軟件.

操作時,手機控制或者外置按鍵發出指令后,最終經WiFi無線控制系統實現了遠程控制,經主控系統控制實現了按鍵控制,同時硬件實現了冰箱正常制冷等目標.經測試,此移動冰箱具有制冷速度快,控溫性能好,操控方便,在外賣、網購流行的當下,具有廣闊的應用前景.

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

[2]吳業正.制冷原理及設備[M].西安:西安交通大學出版社,1997.

[3]汪希剛.我國食品冷鏈物流中的食品安全現狀及展望[J].食品研究與開發,2014,5:32-35.

[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"挑戰杯"大賽.

俞清揚(1998-),男,浙江寧波人,學生,研究方向:電子技術.

徐勇(1998-),男,浙江麗水人,學生.

蕭建豪(1997-),男,浙江溫州人,學生.

林安(1998-),男,浙江溫州人,學生.

馮珍惜(1998-),男,浙江平湖人,學生.

姚盛(1998-),男,浙江溫州人,學生.

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