基于RFID與物聯網的人機交互式冰箱

劉春池，劉搏飛，邢曉鵬，隋盛譽，孫嘉成，李廣凱，謝印慶

（大連理工大學城市學院，遼寧 大連 116600）

0 引 言

冰箱作為家庭常用電器，在人們的日常生活中必不可缺，但是目前的冰箱在智能化方面還有不足，尤其在信息互聯方面更是有待提高。用戶在使用冰箱過程中往往是隨取隨用，經常會忽略對所存物品情況的掌握，不能及時發現所存物品不足[1-5]。為了解決這一問題，使得用戶能夠隨時隨地便捷地了解冰箱內的物品情況，本文利用信息互聯技術來實現人與冰箱的交互。

1 系統總體方案

用戶將物品存入冰箱之后，內在的識別系統自動進行識別并將信息上傳至云端存儲，當用戶使用相對應開發的APP時會將識別到的信息實時展示給用戶，并可依據現有信息給予用戶一系列提示，方便用戶操作管理。系統整體框架如圖1所示。

圖1 系統整體框架

2 主要模塊

2.1 RFID讀寫模塊

射頻識別RFID是無線通信技術的一種，其作用是通過無線電識別特殊物品，并讀寫相關數據。從結構上來說，RFID是一種較為簡易的系統，用于識別、追蹤和檢測物體。當用戶準備在冰箱內存入若干物品時，系統會賦予每個物品“專屬標簽”；關上冰箱門時，冰箱內置的射頻模塊即開始工作[6]。通過識別標簽，將讀取到的信息通過單片機進行分析處理[7]。RFID讀寫模塊如圖2所示。

圖2 RFID讀寫模塊

2.2 重力傳感模塊

重力傳感模塊使用電阻應變式傳感器進行稱重檢測。電阻應變式傳感器是一種能夠將各種力學量轉換為電信號的結構型傳感器，將數據采集后進行A/D數模轉換，傳輸至單片機并將處理的數據輸出。工作方式如圖3所示。

圖3 稱重模塊工作流程

當用戶將賦予專屬標簽的物品放入冰箱時，重力傳感器接收信號并開始工作，得到物品的具體重量數據后與RFID掃描的數據一同上傳云端存儲；用戶打開APP后即可調用當前物品的數據，獲知冰箱內部物品信息[8-10]。重力傳感器的讀寫流程如圖4所示。

圖4 重力傳感器的讀寫流程

3 系統軟件設計

單片機將冰箱內部各個傳感器采集到的數據實時發送，同時數字數據值加0x30后轉化為字符型數據，并將數據寫在數組中，將數組通過藍牙通信或L6104G模塊發送至手機端。

用戶通過操縱開發出的APP，選擇查詢冰箱中的食材信息或調用網絡攝像頭。用戶也可手動選擇菜譜，客戶端依據健康飲食方案給予用戶合理的建議。具體流程如圖5所示。

圖5 APP端用戶操作

用戶只需要在觸摸屏的人機交互界面上進行簡單的調用，就可看到食物的重量、狀態和保質期等信息，提高了用戶食用食物的安全性和可靠性。

系統接收到用戶的反饋后，從數據庫中查詢信息并返回數據，與用戶的反饋信息相匹配，依據用戶不同的操作調用物品信息、推薦菜譜，最后將返回結果顯示在UI中。具體信息交互過程如圖6所示。

圖6 APP信息調用與反饋過程

用戶在市場買菜時，通過手機APP搜索菜譜，查看所需食材，了解冰箱已有食材和缺少的食材。在用戶做菜時還會給出具體制作過程。

4 性能及參數

4.1 關鍵性能指標

在工作電壓DC3.5～5 V區間內RFID模塊工作，處于待機狀態時電流小于80 mA（EN腳高電平），處于睡眠狀態時電流小于100 μA（EN腳低電平），處于工作狀態時電流 為 180 mA@ 3.5 V（26 dBm Output，25 ℃）、110 mA@3.5 V（18 dBm Output，25 ℃）。系統啟動時間小于100 ms，處于工作狀態下系統溫度介于-20～70℃范圍內，儲藏室溫度介于-20～85℃范圍內，工作濕度小于95%（+25℃），工作頻譜介于840～960 MHz，空中接口協議為EPCglobalUHF Class1Gen2/ISO 18000-6C。

4.2 檢測功能的實現

對每個附有電子標簽的物體進行識別和稱重，然后觀察并記錄反饋成功的次數，得到的成功率見表1所列。

表1 稱重識別成功率

5 結 語

本文提出了一種基于RFID與物聯網的人機交互式冰箱，該系統主要由嵌入式開發板、重力檢測模塊、RFID模塊等組成。識別檢測冰箱內存放的物品并獲取相應的信息主要依靠RFID模塊和重力檢測模塊實現[8]，嵌入式開發板是程序實現的核心部分，通過內在的通信模塊將采集的數據上傳，并與手機遠程通信，在手機端將采集的數據進行處理和傳輸并開發成APP，最終實現人與冰箱的信息交互，項目可行有效。