健康智能旋转冰箱的设计与实现

芮林 章华

【摘 要】本文设计的是一款健康智能旋转冰箱，包括下位机端和手机APP端，结合传感器技术、无线通信技术实时检测并记录食品的存储时间点，设置食品能存放的最佳时间，一旦超出此时间限度，即可提醒用户及时食用，避免累积造成食品浪费。同时可以实现食品的旋转存取，冰箱内环境检测，项目理论性和实践性强，具有一定的研究价值。

【关键词】立体分层;旋转存取;存取时间

中图分类号： TU731.2 文献标识码： A文章编号： 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

随着社会的发展，人们生活水平的提高，冰箱设计制造水平的提高，冰箱的性能水平虽越来高，但却无法解决诸如食品存放时间过长而导致浪费以及提醒用户及时食用的问题。许多家庭或者上班族通常会趁周末休息时间进行大采购，将冰箱塞的满满的，殊不知，这种大采购方式是非常危险，危险也则来自采购的蔬菜水果本身含有硝酸盐，硝酸盐本身无毒，然而在储藏一段时间之后，由于酶和细菌的作用，硝酸盐被还原成亚硝酸盐，亚硝酸盐是一种有毒物质，它在人体内与蛋白质类物质结合，可生成强致癌性亚硝酸盐类物质，存储蔬菜水果不仅会产生有害物质，而且会发生营养素的损失。

随着物联网、人工智能技术的发展，老式的家用电器都变得智能化，本文将感知、通信、上位机控制技术运用到了冰箱，使得冰箱智能起来，不再因为大采购存储发生危险。

1 系统总体设计

1.1 功能设计

本设计对冰箱模型中的每一层区域进行了分块化，使其存放区域更加区分化，达到分类存储的目的。系统以51单片机作为下位机控制中心，能够实现冰箱内环境检测、各格间压力信号采集、按键控制、APP显示和控制等功能，实现了远程智能化监控冰箱。

1.2 方案设计

本设计主要包括以下模块：压力传感器信号采集模块、LCD12864显示模块、蓝牙模块、舵机控制模块，由51单片机进行控制，按键用来通过压力传感器实时检测并记录食品的存储时间点，将传感器采集到的数据经过蓝牙发送给手机端，手机端APP实时显示相关参数信息，设置食品能存放的最佳时间，一旦超出此时间限度，即可提醒用户及时食用。

2 系统硬件设计

2.1 压力检测电路

本系统的压力检测采用的是HX711，是一款高精度24位A/D转换器芯片。具有两路可选择差分输入，片内低噪声可编程放大器，可选增益为32，64和128，片内稳压电路可直接向外部传感器和芯片内A/D转换器提供电源片内时钟振荡器无需任何外接器件。其电路连接如下图1所示。

2.2 按键扫描电路

按键电路如下图所示，四个按键分别接在CC2530的GPIO口P3.2、P3.3、P3.4、P3.5，按下按键给GPIO四个I/O口接低电平。具体如下图2所示。

2.3 液晶显示电路

LCD12864内置8192个16*16 点汉字，和128 个16*8 点ASCII 字符集。利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面，也可完成图形显示。低电压低功耗是其又一显著特点。由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶 显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。其电路分别接在单片机的P0口和P2口，具体如下图所示。

3 系统软件设计

系统软件设计涉及到信号采集与处理，首先是系统初始化，然后通过压力传感器检测冰箱内的格间是否可以存取，如果可以，则放入物品，通过传感器检测是否有物品放入，如果有则通过控制舵机关闭冰箱门，同时通过定时器设定物品存放时间点，提醒用户及时食用。

4 手机APP设计

手机APP界面设计包括冰箱四个格间中是否存有食品的实时显示，同时包括物品存放时间设定，提醒食物食用的消息提醒。

5 系統测试

本设计需要在以下几方面进行测试，具体测试如下。

（1）压力传感器：搭建一个独立的压力传感器，通过不断增加物品来提到平台上的重量并记录，从而推测不同质量的物品对应的电阻值。然后改变环境温度测试不同温度下的温度对压力传感器的影响。

（2）LCD1286显示：先全部点亮观察显示屏是否可以正常显示。显示几个文字数字，检查显示屏字库是否可以正常使用。

（3）时钟模块：对时钟模块进行设置并通过LCD12864显示屏进行显示实时时间，比对时间是否准确无误。

（4）蓝牙模块：将蓝牙模块接入单片机并通过手机APP进行通信确保手机可以和硬件正常连接，保证后期通行正常进行。

（5）360°舵机：通过不断输出不同脉宽的pwm波记录下不同脉冲的波使舵机转动的角度。

（6）按键：通过万用表检测按键按下是否导通。

6 总结

本設计的亮点在于突破传统冰箱模式，实现原始创新，并使其走向智能化，将会引导未来冰箱领域的一场革命。通过现代科技的不同组合，满足现代人健康化的需求且具有个性化。冰箱大小可以根据场所空间，个人兴趣爱好进行设计，实现量身定制，随心所欲，所以设计思路就是让冰箱更加自由化、智能化。

6.1 功能实现

（1）冰箱内部采用立体式分层结构，大大增加了内部存储空间，且每一层采用分隔式空间，使内部空间更加区分化，便于存放物品。

（2）每次物品放入冰箱的瞬间，可在液晶显示屏上记录并显示出时间，且可设置物品的存放时间，方便用户实时查看。

（3）通过手机APP及按键控制，可实现对冰箱门的智能旋转，以达到食物“先放先出”的目的。

6.2 创新应用

可通过按键或者手机APP设置食品能存放的最佳时间，一旦超出此时间限度，即可提醒用户及时食用，避免累积造成食品浪费。同时能够实现健康实时提醒，每天的固定时间点提醒用户食用什么，符合现代人的健康饮食习惯。

【参考文献】

[1]荆静静.大数据的冰箱行业发展[J].家用电器.2014.

[2]高冬花，王波，刘磊.图像识别技术在智能冰箱食品管理中的应用[J].日用电器，2016.

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[4]褚文利，林杉.一种基于智能冰箱的食品管理系统[D].广州：广东工业大学，2015.

[5]吴方，袁浩杰，钟海华.基于物联网的智能冰箱设计与实现[J].现代计算机，2011.