健康智能旋轉(zhuǎn)冰箱的設計與實現(xiàn)

芮林 章華

【摘 要】本文設計的是一款健康智能旋轉(zhuǎn)冰箱，包括下位機端和手機APP端，結(jié)合傳感器技術、無線通信技術實時檢測并記錄食品的存儲時間點，設置食品能存放的最佳時間，一旦超出此時間限度，即可提醒用戶及時食用，避免累積造成食品浪費。同時可以實現(xiàn)食品的旋轉(zhuǎn)存取，冰箱內(nèi)環(huán)境檢測，項目理論性和實踐性強，具有一定的研究價值。

【關鍵詞】立體分層;旋轉(zhuǎn)存取;存取時間

中圖分類號： TU731.2 文獻標識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）08-0032-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.08.012

【Abstract】This paper designs a healthy intelligent rotating refrigerator， including the lower computer terminal and mobile phone APP terminal. It combines sensor technology and wireless communication technology to detect and record the storage time point of food in real time. It sets the best time for food to be stored. Once it exceeds the time limit， it can remind users to eat in time and avoid food waste caused by accumulation. At the same time， it can realize the rotational access of food， the environmental detection of refrigerators， the project has strong theoretical and practical， and has a certain research value.

【Key words】Stereo Layering; Rotary Access; Access Time

0 引言

隨著社會的發(fā)展，人們生活水平的提高，冰箱設計制造水平的提高，冰箱的性能水平雖越來高，但卻無法解決諸如食品存放時間過長而導致浪費以及提醒用戶及時食用的問題。許多家庭或者上班族通常會趁周末休息時間進行大采購，將冰箱塞的滿滿的，殊不知，這種大采購方式是非常危險，危險也則來自采購的蔬菜水果本身含有硝酸鹽，硝酸鹽本身無毒，然而在儲藏一段時間之后，由于酶和細菌的作用，硝酸鹽被還原成亞硝酸鹽，亞硝酸鹽是一種有毒物質(zhì)，它在人體內(nèi)與蛋白質(zhì)類物質(zhì)結(jié)合，可生成強致癌性亞硝酸鹽類物質(zhì)，存儲蔬菜水果不僅會產(chǎn)生有害物質(zhì)，而且會發(fā)生營養(yǎng)素的損失。

隨著物聯(lián)網(wǎng)、人工智能技術的發(fā)展，老式的家用電器都變得智能化，本文將感知、通信、上位機控制技術運用到了冰箱，使得冰箱智能起來，不再因為大采購存儲發(fā)生危險。

1 系統(tǒng)總體設計

1.1 功能設計

本設計對冰箱模型中的每一層區(qū)域進行了分塊化，使其存放區(qū)域更加區(qū)分化，達到分類存儲的目的。系統(tǒng)以51單片機作為下位機控制中心，能夠?qū)崿F(xiàn)冰箱內(nèi)環(huán)境檢測、各格間壓力信號采集、按鍵控制、APP顯示和控制等功能，實現(xiàn)了遠程智能化監(jiān)控冰箱。

1.2 方案設計

本設計主要包括以下模塊：壓力傳感器信號采集模塊、LCD12864顯示模塊、藍牙模塊、舵機控制模塊，由51單片機進行控制，按鍵用來通過壓力傳感器實時檢測并記錄食品的存儲時間點，將傳感器采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過藍牙發(fā)送給手機端，手機端APP實時顯示相關參數(shù)信息，設置食品能存放的最佳時間，一旦超出此時間限度，即可提醒用戶及時食用。

2 系統(tǒng)硬件設計

2.1 壓力檢測電路

本系統(tǒng)的壓力檢測采用的是HX711，是一款高精度24位A/D轉(zhuǎn)換器芯片。具有兩路可選擇差分輸入，片內(nèi)低噪聲可編程放大器，可選增益為32，64和128，片內(nèi)穩(wěn)壓電路可直接向外部傳感器和芯片內(nèi)A/D轉(zhuǎn)換器提供電源片內(nèi)時鐘振蕩器無需任何外接器件。其電路連接如下圖1所示。

2.2 按鍵掃描電路

按鍵電路如下圖所示，四個按鍵分別接在CC2530的GPIO口P3.2、P3.3、P3.4、P3.5，按下按鍵給GPIO四個I/O口接低電平。具體如下圖2所示。

2.3 液晶顯示電路

LCD12864內(nèi)置8192個16*16 點漢字，和128 個16*8 點ASCII 字符集。利用該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機交互圖形界面，也可完成圖形顯示。低電壓低功耗是其又一顯著特點。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類型的圖形點陣液晶 顯示模塊相比，不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡潔得多，且該模塊的價格也略低于相同點陣的圖形液晶模塊。其電路分別接在單片機的P0口和P2口，具體如下圖所示。

3 系統(tǒng)軟件設計

系統(tǒng)軟件設計涉及到信號采集與處理，首先是系統(tǒng)初始化，然后通過壓力傳感器檢測冰箱內(nèi)的格間是否可以存取，如果可以，則放入物品，通過傳感器檢測是否有物品放入，如果有則通過控制舵機關閉冰箱門，同時通過定時器設定物品存放時間點，提醒用戶及時食用。

4 手機APP設計

手機APP界面設計包括冰箱四個格間中是否存有食品的實時顯示，同時包括物品存放時間設定，提醒食物食用的消息提醒。

5 系統(tǒng)測試

本設計需要在以下幾方面進行測試，具體測試如下。

（1）壓力傳感器：搭建一個獨立的壓力傳感器，通過不斷增加物品來提到平臺上的重量并記錄，從而推測不同質(zhì)量的物品對應的電阻值。然后改變環(huán)境溫度測試不同溫度下的溫度對壓力傳感器的影響。

（2）LCD1286顯示：先全部點亮觀察顯示屏是否可以正常顯示。顯示幾個文字數(shù)字，檢查顯示屏字庫是否可以正常使用。

（3）時鐘模塊：對時鐘模塊進行設置并通過LCD12864顯示屏進行顯示實時時間，比對時間是否準確無誤。

（4）藍牙模塊：將藍牙模塊接入單片機并通過手機APP進行通信確保手機可以和硬件正常連接，保證后期通行正常進行。

（5）360°舵機：通過不斷輸出不同脈寬的pwm波記錄下不同脈沖的波使舵機轉(zhuǎn)動的角度。

（6）按鍵：通過萬用表檢測按鍵按下是否導通。

6 總結(jié)

本設計的亮點在于突破傳統(tǒng)冰箱模式，實現(xiàn)原始創(chuàng)新，并使其走向智能化，將會引導未來冰箱領域的一場革命。通過現(xiàn)代科技的不同組合，滿足現(xiàn)代人健康化的需求且具有個性化。冰箱大小可以根據(jù)場所空間，個人興趣愛好進行設計，實現(xiàn)量身定制，隨心所欲，所以設計思路就是讓冰箱更加自由化、智能化。

6.1 功能實現(xiàn)

（1）冰箱內(nèi)部采用立體式分層結(jié)構(gòu)，大大增加了內(nèi)部存儲空間，且每一層采用分隔式空間，使內(nèi)部空間更加區(qū)分化，便于存放物品。

（2）每次物品放入冰箱的瞬間，可在液晶顯示屏上記錄并顯示出時間，且可設置物品的存放時間，方便用戶實時查看。

（3）通過手機APP及按鍵控制，可實現(xiàn)對冰箱門的智能旋轉(zhuǎn)，以達到食物“先放先出”的目的。

6.2 創(chuàng)新應用

可通過按鍵或者手機APP設置食品能存放的最佳時間，一旦超出此時間限度，即可提醒用戶及時食用，避免累積造成食品浪費。同時能夠?qū)崿F(xiàn)健康實時提醒，每天的固定時間點提醒用戶食用什么，符合現(xiàn)代人的健康飲食習慣。

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