物联网时代的智能冰箱设计

丁华建　段凯宇

摘 要：針对传统冰箱的不足，提出一种基于物联网的智能冰箱。该设计是以飞思卡尔公司的kinetis系列的K60FX512VLQ15D芯片作为智能冰箱的控制系统，并综合应用传感器技术、射频技术等，从而达到智能冰箱的目的，系统化、智能化和人性化程度更强。这一系统在未来发展中具有广阔的发展前景和市场价值。

关键词：智能冰箱 传感器技术 射频技术

中图分类号：TM925 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）10（a）-0017-02

物联网“Internet of thing（IoT）”是新一代信息技术的重要组成部分，也是“信息化”时代的重要发展阶段。物联网作为一个新经济增长点的战略新兴产业，具有良好的市场效应。在此背景下智能家居（smart home）蓬勃发展，智能冰箱作为智能家居产品的代表逐渐进入人们的视野。所谓智能冰箱，就是能对冰箱进行智能化控制同时对食品进行智能化管理的冰箱类型。具体来说，就是能自动进行冰箱模式调节，始终让食品保持最佳存储状态，用户可以通过手机或电脑等终端，随时随地了解冰箱里的食品数量、保鲜保质信息，可为用户提供健康食谱和营养禁忌，可提醒用户定时补充食品等。

1 系统总体方案设计

该系统以飞思卡尔公司生产的kinetis系列的K60FX512VL

Q15（简称K60）芯片为控制核心。K60是飞思卡尔公司设计的一款性能卓越的芯片，该芯片结合了最新的低功耗革新技术和高性能与普通外设内存，内存映射并提供内部和系列之间轻松移包和功能可扩展性。此外作为一款32位的单片机，拥有足够多的IO口，片内集成各种通信模块，作为智能冰箱的控制系统很合适。

1.1 系统模块

智能冰箱设计的主要目标为冰箱使用者。通过射频技术（Radio Frequency Identification，RFID）和传感器技术（Sensor Technology）的应用，对食品进行实时扫面，将食品的固有属性变换成数字信息存入数据处理系统，通过数据分析，自动进行模式调节，使食品保持最佳存储状态。另外，随着物联网的发展，数据信息不断完善，智能冰箱还可以根据使用者每日从中取出的食品营养成分含量、食品数量等判断使用者的饮食习惯是否健康、营养成分搭配是否合理，并推荐相应的食谱等。据此可将整个系统主要分为两个模块，如图1所示。

（1）食品管理模块（表1）。

（2）系统控制模块（表2）。

1.2 RFID读写模块

射频识别（RFID）是一种无线通信技术，可以通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据。最基本的RFID系统由3部分构成：应答器，阅读器，应用软件系统。应答器由天线、耦合元件及芯片组成，一般来说是用标签作为应答器，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标示目标对象。阅读器是读取标签信息的设备，可设计为手持式或固定式读写器。应用系统软件主要是把收集到的数据做进一步处理，并为人们所使用。阅读器可无接触地读取并识别电子标签中所保存的电子数据，从而达到自动识别物品的目的。

RFID阅读器可同时辨识多个标签，扫描快速且穿透能力强，不受尺寸大小与形状限制，具有体积小型化、形状多样化的特点。而且，相对于传统条形码容易受污染、损坏的缺点，RFID标签具有抗污染能力强、耐久性好、安全性高和可重复使用的特点。RFID模块对于智能冰箱系统的设计至关重要，该系统由压力传感器检测冰箱内压力，当压力变化时触发RFID阅读器扫描冰箱内的食品标签，然后更新到数据库中，方便使用者查询。

1.3 传感器模块

1.3.1 压力传感器

压力传感器采用MPX4250，检测冰箱内压力，当压力发生变化时触发RFID阅读器，RFID将读取到的信息更新到数据库。

MPX系列是摩托罗拉公司生产的具有温度补偿和校准型压力传感器，它的芯片上除了具有一只X型横向压阻式应变片外，还有经过激光修正过的电阻网络，因而器件能在-40℃～125℃范围内保持良好的线性度，提供与外加压力成正比的输出电压。经验证，该系列传感器具有灵敏度高、频率响应高和较宽的线性范围，同时稳定性和精度也相对较好，是该系统设计的合适选择。

1.3.2 温度传感器

温度传感器采用DS18B20，测量冰箱内温度，主机根据采集到的温度调节存储模式，避免冰箱内温度不稳定、过低或过高，已达到保鲜食品和节能的目的。

DS18B20是美国DALLAS半导体公司生产的单总线智能型数字温度传感器，封装后可应用于多种场合，具有接线方便、体积小、硬件开销低、抗干扰能力强、精度高的特点。根据DS18B20的通信协议，控制DS18B20传感器完成温度转换要经过3个步骤：每次读写之前都要对DS18B20进行复位，复位操作完成后发送一条ROM指令，最后发送一条RAM指令。DS18B20的通信协议定义了初始化、写操作和读操作，注意每次操作时都要严格按照时序进行。

2 结语

该文研究了智能冰箱技术，设计了一种智能冰箱系统，该系统可以发挥射频技术与传感器技术的优点，为现代家庭生活提供了极大的便利，具有节能、高效的特点，符合当代社会绿色环保的理念。目前，RFID标签还未全面普及，物联网的发展也还存在着规模化和标准化等问题，但随着RFID标签的流行和RFID技术的大量应用，智能冰箱必然会走进每个家庭，并成为智能家居的重要部分。

参考文献

[1] 夏静文.基于RFID技术的智能冰箱系统[J].信息与电脑：理论版，2009（12）：32.

[2] 祝勉，王思强.MPX系列硅压力传感器讲座（五）[J].仪表技术与传感器，1994（6）：42-44.