物聯網時代的智能冰箱設計

丁華建　段凱宇

摘 要：針對傳統冰箱的不足，提出一種基于物聯網的智能冰箱。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，并綜合應用傳感器技術、射頻技術等，從而達到智能冰箱的目的，系統化、智能化和人性化程度更強。這一系統在未來發展中具有廣闊的發展前景和市場價值。

關鍵詞：智能冰箱 傳感器技術 射頻技術

中圖分類號：TM925 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）10（a）-0017-02

物聯網“Internet of thing（IoT）”是新一代信息技術的重要組成部分，也是“信息化”時代的重要發展階段。物聯網作為一個新經濟增長點的戰略新興產業，具有良好的市場效應。在此背景下智能家居（smart home）蓬勃發展，智能冰箱作為智能家居產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節，始終讓食品保持最佳存儲狀態，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量、保鮮保質信息，可為用戶提供健康食譜和營養禁忌，可提醒用戶定時補充食品等。

1 系統總體方案設計

該系統以飛思卡爾公司生產的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，該芯片結合了最新的低功耗革新技術和高性能與普通外設內存，內存映射并提供內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，片內集成各種通信模塊，作為智能冰箱的控制系統很合適。

1.1 系統模塊

智能冰箱設計的主要目標為冰箱使用者。通過射頻技術（Radio Frequency Identification，RFID）和傳感器技術（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字信息存入數據處理系統，通過數據分析，自動進行模式調節，使食品保持最佳存儲狀態。另外，隨著物聯網的發展，數據信息不斷完善，智能冰箱還可以根據使用者每日從中取出的食品營養成分含量、食品數量等判斷使用者的飲食習慣是否健康、營養成分搭配是否合理，并推薦相應的食譜等。據此可將整個系統主要分為兩個模塊，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，可以通過無線電訊號識別特定目標并讀寫相關數據。最基本的RFID系統由3部分構成：應答器，閱讀器，應用軟件系統。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。應用系統軟件主要是把收集到的數據做進一步處理，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據，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的設計至關重要，該系統由壓力傳感器檢測冰箱內壓力，當壓力變化時觸發RFID閱讀器掃描冰箱內的食品標簽，然后更新到數據庫中，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，檢測冰箱內壓力，當壓力發生變化時觸發RFID閱讀器，RFID將讀取到的信息更新到數據庫。

MPX系列是摩托羅拉公司生產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，還有經過激光修正過的電阻網絡，因而器件能在-40℃～125℃范圍內保持良好的線性度，提供與外加壓力成正比的輸出電壓。經驗證，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，同時穩定性和精度也相對較好，是該系統設計的合適選擇。

1.3.2 溫度傳感器

溫度傳感器采用DS18B20，測量冰箱內溫度，主機根據采集到的溫度調節存儲模式，避免冰箱內溫度不穩定、過低或過高，已達到保鮮食品和節能的目的。

DS18B20是美國DALLAS半導體公司生產的單總線智能型數字溫度傳感器，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DS18B20的通信協議，控制DS18B20傳感器完成溫度轉換要經過3個步驟：每次讀寫之前都要對DS18B20進行復位，復位操作完成后發送一條ROM指令，最后發送一條RAM指令。DS18B20的通信協議定義了初始化、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 結語

該文研究了智能冰箱技術，設計了一種智能冰箱系統，該系統可以發揮射頻技術與傳感器技術的優點，為現代家庭生活提供了極大的便利，具有節能、高效的特點，符合當代社會綠色環保的理念。目前，RFID標簽還未全面普及，物聯網的發展也還存在著規模化和標準化等問題，但隨著RFID標簽的流行和RFID技術的大量應用，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技術的智能冰箱系統[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].儀表技術與傳感器，1994（6）：42-44.