自動(dòng)監(jiān)測(cè)食品的新鮮度，并且及時(shí)進(jìn)行報(bào)警，極大方便人們管理冰箱中的食品。人們往往在不確定食品是否過(guò)期從而食用或者丟棄食品，前者可能有害健康，后者則浪費(fèi)食品，使用智能冰箱能夠快速解決這樣的問(wèn)題。此外，作為自主研發(fā)的產(chǎn)品，要爭(zhēng)取盡快占領(lǐng)相應(yīng)的市場(chǎng)，從而獲得發(fā)展的主動(dòng)權(quán)。

1前期準(zhǔn)備工作

根據(jù)現(xiàn)在冰箱的功能和消費(fèi)者們的需求，設(shè)計(jì)目標(biāo)是一種能夠檢測(cè)食品質(zhì)量的智能冰箱。在設(shè)計(jì)之前，需要分析消費(fèi)者市場(chǎng)以定位冰箱價(jià)格和完善功能。當(dāng)然，這種冰箱并不是專(zhuān)為需要高質(zhì)量生活的人們?cè)O(shè)計(jì)的，生活規(guī)律和收入穩(wěn)定的大眾也是我們的消費(fèi)者。

1.1消費(fèi)者市場(chǎng)分析

為了方便消費(fèi)者在使用冰箱過(guò)程中能夠更加方 便簡(jiǎn)易清楚食品的保質(zhì)情況，智能冰箱恰好迎合消費(fèi) 者的需求。智能化產(chǎn)品已是一種發(fā)展趨勢(shì)并逐漸普 遍。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國(guó)生產(chǎn)冰箱（ 包括普通冰箱） 能力在 2 000 萬(wàn)臺(tái)以上，而我國(guó)的冰箱年需求量在 1 200 萬(wàn)臺(tái)， 國(guó)內(nèi)產(chǎn)能明顯過(guò)剩，但我國(guó)每年冰箱出口 2 245 萬(wàn)臺(tái)。所以，市場(chǎng)上的冰箱處于供不應(yīng)求狀態(tài)。而 且，在當(dāng)今人們?nèi)绱酥匾暯】刀鴥r(jià)格相當(dāng)?shù)那闆r下， 相比于普通冰箱，一種能夠檢測(cè)食品質(zhì)量的智能冰箱會(huì)是消費(fèi)者們的首選。總的來(lái)說(shuō)，智能冰箱存在著廣大的市場(chǎng)。

1.2設(shè)計(jì)定位

經(jīng)過(guò)市場(chǎng)調(diào)查分析，我國(guó)冰箱市場(chǎng)處于供不應(yīng)求狀態(tài)，而功能性的智能冰箱的市場(chǎng)會(huì)更大。我們所設(shè)計(jì)的能夠監(jiān)測(cè)食品保質(zhì)期的智能冰箱主要的是面向中高端、收入和生活穩(wěn)定的人群。在價(jià)格方面，我們會(huì)定在產(chǎn)品關(guān)注度最高的 3000 ～ 5000 元。在功能方面，主要是實(shí)現(xiàn)能夠監(jiān)控食品的保質(zhì)期，很多食品放在冰箱中卻忽視了它的保質(zhì)期，比如說(shuō)水果，鮮肉等等。冰箱具有智能功能，能夠梳理食品信息并及時(shí)提醒即將過(guò)期的食品，使人們能夠使用安全食品，保證了人們的健康。

2冰箱結(jié)構(gòu)

內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 1。冰箱工作原理如圖 2 所示。

圖 1 冰箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

圖 2 冰箱工作原理

冰箱為單門(mén)冰箱，主要分為兩層，第一層是冷凍 層，可以通過(guò)附近的旋轉(zhuǎn)按鈕調(diào)節(jié)冷凍溫度。第二層 是冷藏層，冷藏層主要分肉類(lèi)層（ 可改變空間大?。?、果蔬層（ 可改變空間大小） 、飲料層。冰箱側(cè)方有一個(gè)提醒喇叭和一個(gè)顯示屏。

3功能實(shí)現(xiàn)

本款智能冰箱的核心功能是監(jiān)測(cè)食物的保質(zhì)情況和食物的錄入管理。這個(gè)功能有三個(gè)核心部分組成，控制系統(tǒng)、食品識(shí)別及錄入管理系統(tǒng)、食品監(jiān)測(cè)和報(bào)警系統(tǒng)。

3.1控制系統(tǒng)

3.1.1控制器的選擇

為了集成各系統(tǒng)功能，采用了 STC89C51ＲC 嵌入式 微控制器作為控制系 統(tǒng)。 如 圖 3 所 示。STC89C51ＲC 微控制器具有體積小、控制能力強(qiáng)、集成度高、可靠性高、性?xún)r(jià)比高等特點(diǎn)，在家用電器 有著廣泛的應(yīng)用。STC89C51ＲC 采用 8051 核的 ISP （ In System Programming） 在系統(tǒng)可編程芯片，最高工作時(shí)鐘頻率為 80 MHz，片內(nèi)含 4K Bytes 的可反復(fù)擦寫(xiě) 1 000 次的 Flash 只讀程序存儲(chǔ)器，器件兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS－51 指令系統(tǒng)及 80C51 引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用 8 位中央處理器和 ISP Flash 存儲(chǔ)單元，具有在系統(tǒng)可編程（ ISP） 特性，配合 PC 端的控制程序即可將用戶(hù)的程序代碼下載進(jìn)單片機(jī)內(nèi)部，省去了購(gòu)買(mǎi)通 用編程器，而且速度更快。

圖 3 STC89C51ＲC 圖 4 Keil 操作界面

3.1.2編程軟件的選擇

編程軟件采用 Keil 編譯系統(tǒng)進(jìn)行編寫(xiě)，如圖 4所示，此系統(tǒng)由 KEIL 公司開(kāi)發(fā)，有較強(qiáng)的可讀性模塊化的系統(tǒng)編程軟件，能夠方便地進(jìn)行程序的編寫(xiě)、編譯以及修改。要使單片機(jī)和各硬件進(jìn)行配合運(yùn)作，就要通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)。利用 C 語(yǔ)言編譯軟件，Keil可以加以運(yùn)用任何 51 系列單片機(jī)，同時(shí)該編程軟件有著完美的編譯開(kāi)發(fā)環(huán)境。

在實(shí)現(xiàn)程序的編寫(xiě)后，需要對(duì)程序進(jìn)行導(dǎo)入。對(duì)于程序?qū)胲浖x擇 STC－ ISP 進(jìn)行程序?qū)?。如圖 5 所示。STC－ISP 是一款單片機(jī)下載編程燒錄軟件，是針對(duì) STC 系列單片機(jī)而設(shè)計(jì)的，可下載 STC89 系列、12C2052 系列和 12C5410 等系列的 STC 單片機(jī)，使用簡(jiǎn)便，現(xiàn)已被廣泛使用。

圖 5 STC －ISP 操作界面

3.2食品識(shí)別及錄入管理系統(tǒng)

冰箱采用了 ＲFID 食品管理技術(shù)。射頻識(shí)別 （ ＲFID） 是一種無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，可以通過(guò)無(wú)線(xiàn)電訊號(hào)識(shí)別特定目標(biāo)并讀寫(xiě)相關(guān)數(shù)據(jù)，而無(wú)需識(shí)別系統(tǒng)與特 定目標(biāo)之間建立機(jī)械或者光學(xué)接觸。將待儲(chǔ)食物貼上 ＲFID 電子標(biāo)簽，實(shí)現(xiàn)食物電子身份證的標(biāo)識(shí)， ＲFID 閱讀器對(duì) ＲFID 電子標(biāo)簽讀寫(xiě)和識(shí)別，實(shí)時(shí)自動(dòng)識(shí)別儲(chǔ)存食品的類(lèi)別、時(shí)間和位置，并對(duì)其進(jìn)行管理。其次，在冰箱內(nèi)每層當(dāng)中都會(huì)有壓力傳感器，當(dāng)有食物放進(jìn)去的時(shí)候，壓力傳感器會(huì)把信號(hào)傳給單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)不同的信號(hào)會(huì)做出相對(duì)應(yīng)的處理。

3.3食品監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

一般來(lái)說(shuō)，蔬菜在冰箱里儲(chǔ)蓄一周就不能吃了，而水果的新鮮期一般是 3 ～ 4 天，肉類(lèi)一般為 2 ～ 3 天。冰箱內(nèi)分為肉類(lèi)層和蔬果層，當(dāng)有肉類(lèi)或是蔬果放進(jìn)冰箱，通過(guò)壓力傳感器把信號(hào)傳給單片機(jī)，單片機(jī)會(huì)根據(jù)不同的信號(hào)做出相應(yīng)的處理。

3.4報(bào)警系統(tǒng)

報(bào)警系統(tǒng)主要由蜂鳴器組成。單片機(jī)接收不同電子標(biāo)簽信號(hào)以及用蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警。當(dāng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到電子標(biāo)簽時(shí)，根據(jù)不同的電子標(biāo)簽進(jìn)行倒計(jì)時(shí)，倒計(jì)時(shí)完畢報(bào)警系統(tǒng)將會(huì)用蜂鳴器提醒主人有食品的品質(zhì)或新鮮度有問(wèn)題，并在液晶顯示屏上具體顯示哪個(gè)位置的食品。報(bào)警系統(tǒng)不會(huì)進(jìn)行持續(xù)報(bào)警，每次報(bào)警持續(xù) 2 min，夜間不報(bào)警。

3.5功能模塊程序設(shè)計(jì)

功能模塊程序設(shè)計(jì)流程圖如圖 6。通過(guò) ＲFID 識(shí)別果蔬類(lèi)和肉類(lèi)后把信息反饋給單片機(jī)對(duì)食品進(jìn)行錄入，錄入后結(jié)合壓力傳感器信號(hào)來(lái)確定食品所處位置和時(shí)間，并根據(jù)食品的種類(lèi)在一定時(shí)間內(nèi)進(jìn)行報(bào)警和顯示提示。如圖 7 所示。

圖 6 功能模塊程序設(shè)計(jì)流程圖

圖 7 實(shí)踐中肉類(lèi)變質(zhì) LCD 顯示提醒

功能模主要有 5 個(gè)步驟： ＲFID 識(shí)別錄入、壓力傳感器、單片機(jī)中央處理、蜂鳴器報(bào)警、LCD 顯示。

4產(chǎn)品設(shè)計(jì)的先進(jìn)性

該產(chǎn)品是一款能夠?qū)崿F(xiàn)食物保鮮監(jiān)測(cè)與管理的智能冰箱，相比于普通的冰箱，增加了食品鮮度監(jiān)測(cè)功能和食品錄入管理功能，能夠提醒人們及時(shí)食用即將變質(zhì)的食物，并且能夠準(zhǔn)確顯示食品名稱(chēng)以及所在位置，方便人們盡快找到即將變質(zhì)的食品。

4.1控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

控制系統(tǒng)選擇 STC89C51 單片機(jī)作為控制器，選擇此控制器有 4 大優(yōu)點(diǎn)： ①成本較低。由于現(xiàn)在單片機(jī)的價(jià)格相對(duì)都比較低，而且外圍電路的元器件 價(jià)格也不高，所以整體設(shè)計(jì)起來(lái)，成本比較低; ②可以對(duì)外部存儲(chǔ)容量根據(jù)需要進(jìn)行擴(kuò)展，設(shè)計(jì)可以相 對(duì)比較靈活; ③由于現(xiàn)存有許多已經(jīng)設(shè)計(jì)很完善的子程序和庫(kù)文件，在系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中可以直接調(diào)用， 減少較大工作量; ④優(yōu)異的性能/ 價(jià)格比。由于單片機(jī)構(gòu)成的硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、開(kāi)發(fā)周期短、控制功能強(qiáng)、可靠性高，因此，在達(dá)到同樣功能的條件下，用單片 機(jī)開(kāi)發(fā)的控制系統(tǒng)比用其它類(lèi)型的微型計(jì)算機(jī)開(kāi)發(fā) 的控制系統(tǒng)價(jià)格更便宜。

4.2ＲFID 識(shí)別技術(shù)優(yōu)勢(shì)

采用 ＲFID 識(shí)別技術(shù)進(jìn)行管理有著以下優(yōu)勢(shì)：

（ 1） 掃描識(shí)別方面： 電子標(biāo)簽（ ＲFID） 識(shí)別更準(zhǔn)確，識(shí)別的距離更靈活?？梢宰龅酱┩感院蜔o(wú)屏障閱讀。

（ 2） 數(shù)據(jù)的記憶體容量： ＲFID 最大的容量則有數(shù) MegaBytes，隨著記憶載體的發(fā)展，數(shù)據(jù)容量也有不斷擴(kuò)大的趨勢(shì)。

（ 3） 抗污染能力和耐久性： ＲFID 對(duì)水、油和化學(xué)藥品等物質(zhì)具有很強(qiáng)抵抗性; ＲFID 卷標(biāo)是將數(shù)據(jù)存在芯片中，因此可以免受污損。

（ 4） 可重復(fù)使用： ＲFID 標(biāo)簽則可以重復(fù)地新增、修改、刪除 ＲFID 卷標(biāo)內(nèi)儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)，方便信息的更新。

（ 5） 體積小型化、形狀多樣化： ＲFID 在讀取上并不受尺寸大小與形狀限制，不需為了讀取精確度而配合紙張的固定尺寸和印刷品質(zhì)。此外， ＲFID 標(biāo)簽更可往小型化與多樣形態(tài)發(fā)展，以應(yīng)用于不同產(chǎn)品。

5結(jié)語(yǔ)

整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中智能化始終貫穿在設(shè)計(jì)思路中， 首先我們了解到我國(guó)現(xiàn)階段冰箱功能的缺陷，根據(jù)現(xiàn) 代生活的需要，提出了可監(jiān)測(cè)食物智能冰箱設(shè)計(jì)方案。在設(shè)計(jì)冰箱之前，分析了智能冰箱的消費(fèi)市場(chǎng)、人們的 消費(fèi)水平以及對(duì)冰箱功能的要求?？偟膩?lái)說(shuō)，在設(shè)計(jì) 過(guò)程中取得的成效如下： ①設(shè)計(jì)出冰箱結(jié)構(gòu)為單門(mén)冰箱; ②設(shè)計(jì)出以 STC89C51 為控制器的具有食品保鮮監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和管理系統(tǒng)智能冰箱。這將方便人們管理冰 箱里面的食物和在不浪費(fèi)食物的前提下吃到了新鮮健 康的食品。在研發(fā)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)錄入多個(gè)標(biāo)簽時(shí)，其發(fā) 出的信號(hào)會(huì)將這些標(biāo)簽一起激活，導(dǎo)致多個(gè)標(biāo)簽會(huì)在 同一時(shí)間向閱讀器發(fā)送信號(hào)，閱讀器在接收這些信號(hào) 會(huì)產(chǎn)生沖突，以至于閱讀器出現(xiàn)信息誤讀現(xiàn)象，這個(gè)問(wèn) 題還沒(méi)得到很好的解決，擬采取在碰撞算法中加上八 叉樹(shù)搜索方法進(jìn)行解決。當(dāng)然，雖然在研發(fā)過(guò)程中 實(shí)現(xiàn)了這些功能，但在功能模塊和冰箱系統(tǒng)還需要集 成在同一系統(tǒng)上。對(duì)于功能方面，后續(xù)將開(kāi)發(fā)一款A(yù)PP，通過(guò)藍(lán)牙連接把冰箱里面的食品信息反饋到手機(jī)上，更加方便人們管理冰箱里的食物。