【文章內(nèi)容簡介】 在 20 世紀(jì)以前，使用電冰箱存儲食物是不可想象的，長久以來人們?yōu)榱吮４媸澄锓墙?jīng)周折，想出了許多的方法來保存食物，比如使用食鹽、風(fēng)干等。自 1913 年第一臺電冰箱問世以來，電冰箱隨著科技的發(fā)展和人們對于電冰箱功能的需求不斷發(fā)生變化。 現(xiàn)在的社會生活中，人們的生活節(jié)奏越來越快，還有對生活水平要求的不斷提高，人們對于電冰箱不再限于是一個簡單的食物保鮮工具，而是能像智能手機(jī)，智能電視等，成為擁有保鮮制冷技術(shù)的家庭食物及健康管 理的終端。 在沒有智能冰箱前，普通的電冰箱僅擁有制冷保鮮的功能，人們把食物放進(jìn)冰箱后會隨著記憶力的減退，或是食物放在冰箱深處等原因，忘記了保存在冰箱內(nèi)的食物。普通的生鮮食物通常只有極短暫的保存時間，不同的種類的食物最佳保存環(huán)境也是不同的。人們在保存生鮮食物時，常常因為忘記食物的存在使食物腐敗在冰箱內(nèi)，超過保質(zhì)期、或是使食物在不適宜的環(huán)境下保存容易導(dǎo)致食物的加速腐敗。這樣就造成了食物的浪費，對電冰箱的管理容易出錯。 因此，有必要通過電冰箱數(shù)據(jù)的采集系統(tǒng)，以全新的管理模式來管理電冰箱。通過設(shè)計與實現(xiàn)此系統(tǒng)，完成 對電冰箱內(nèi)部的溫度數(shù)據(jù)采集、濕度數(shù)據(jù)采集及食物重量數(shù)據(jù)采集功能，幫助管理電冰箱減少食物腐敗過期。 研究現(xiàn)狀 家電的智能化已經(jīng)成為一種趨勢，正在走進(jìn)我們的生活。這幾年來，很多的傳統(tǒng)家電廠商紛紛推出智能化的產(chǎn)品，如智能電視、智能冰箱、智能空調(diào)、智能電飯煲，甚至小小的智能插座也都智能化了。智能家電智能化帶來的盛宴驅(qū)使幾乎所有的廠商都不敢落后。韓國電子巨頭三星自然也不例外。三星公司在兩年前就開始研發(fā)智能冰箱，并推出了三星智能冰箱 Family Hub。 該冰箱運行的是三星 Tizen 系統(tǒng)，在這塊顯示器上用戶可以 像使用電腦一樣查詢到許多信息，比如日歷、新聞資訊、天氣、備忘錄、食譜、食物過期提醒、社區(qū)附近的打折信息或者用于給其他家庭成員留言的便利貼功能。在冰箱內(nèi)部， Family Hub內(nèi)置有三個攝像頭，用戶可通過智能手機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控冰箱門的開啟情況，也可以實時查看冰箱內(nèi)食物的存儲、保鮮情況。 在我國，美的推出了智能冰箱 “OS 集智 ”，本款搭載阿里 YunOS 操作系統(tǒng)實現(xiàn)冰天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 2 箱與用戶、與手機(jī)的交互，最關(guān)鍵的是，通過 ArcSoft 實時圖像識別系統(tǒng)，對食材進(jìn)行識別及實時管理，將冰箱的 “智能 ”化向前推進(jìn)一大步。搭載 ArcSoft 最新研 發(fā)的實時圖像識別系統(tǒng)，冰箱內(nèi)置百萬級像素高清攝像頭，可根據(jù)用戶放入的食材進(jìn)行實時識別，識別服務(wù)器具備瞬時響應(yīng)能力。用戶通過手機(jī) APP，即可實時查看冰箱內(nèi)食材存儲情況。在常見食材的基礎(chǔ)上，通過不斷豐富識別食材的種類，智能記錄用戶的日常飲食數(shù)據(jù)，集合大數(shù)據(jù)云計算、深度學(xué)習(xí)，分析出用戶的飲食習(xí)慣，并給出營養(yǎng)膳食建議。此外，美國虹軟 (ArcSoft)還推出基于冰箱智能屏，通過冰箱外部攝像頭及虹軟手勢控制技術(shù)，在廚房等不便觸摸屏幕的情況下無需打開冰箱。 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 3 2 系統(tǒng)分析 需求分析 開發(fā)前景 自 1913 年 世界第一臺電冰箱在美國芝加哥誕生以來，電冰箱就隨著科技的發(fā)展不斷的變化，才形成了現(xiàn)在我們常見到的家庭電冰箱，具有冷藏、冷凍食物的功能。 如今科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，單片機(jī)在家電中的應(yīng)用也越來越廣泛，利用單片機(jī)不僅大大提高了電器的智能程度，還能增加功能。單片機(jī)有高集成度、體積小、高可靠，控制能力強(qiáng)，易拓展等優(yōu)點，適用于開發(fā)各種電子設(shè)備。智能冰箱開發(fā)中最重要的部分是微處理器（單片機(jī)），主要通過對微處理器的編程控制，能夠做到實時控制系統(tǒng)操作。 對于電冰箱內(nèi)食物的管理，一直是由人工操作，需要人通過記憶力來管理食物存放進(jìn)電 冰箱的時間、存放數(shù)量等，這種方式極易產(chǎn)生錯誤。所以必須將以前的人工操作改變?yōu)橐?guī)范的由單片機(jī)管理才能適應(yīng)現(xiàn)在社會生活的需要。為此，擬開發(fā) “智能冰箱數(shù)據(jù)采集及平臺的設(shè)計與顯示 ”，來改變現(xiàn)在由人工操作的現(xiàn)狀，通過合理的使用單片機(jī)，實現(xiàn)對電冰箱內(nèi)食物管理過程中的信息進(jìn)行合理、高效和科學(xué)的管理，以提高工作效率，保證能讓食物保存在最佳環(huán)境。 智能化是家電如今發(fā)展的一種趨勢，隨著購買家電的主要人群變?yōu)?80 后以及 90后，對于電冰箱的要求也越來越高，生產(chǎn)商也紛紛發(fā)表自己的智能化家電，其中電冰箱的要求就已經(jīng)不是簡簡單單的冷藏冷 凍食物，而是如何科學(xué)、合理的冷藏冷凍食物，更具備了智能管理功能。智能化、云端融合以及人機(jī)交互已成為了家電行業(yè)的必要發(fā)展趨勢。 具備功能 為電冰箱管理者提供方便、快捷的方法，系統(tǒng)的對電冰箱進(jìn)行合理的管理，實現(xiàn)智能化工作，節(jié)省大量時間和避免食物的浪費，擬開發(fā)一套電冰箱數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，具體功能如下： 擁有溫度數(shù)據(jù)采集功能，能測量電冰箱內(nèi)溫度數(shù)據(jù)。 擁有濕度數(shù)據(jù)采集功能，能測量電冰箱內(nèi)濕度數(shù)據(jù)。 擁有重量數(shù)據(jù)采集功能，能測量電冰箱內(nèi)存放的食物的重量數(shù)據(jù)。 能把采集到的溫度數(shù)據(jù)、濕度數(shù)據(jù)和重量數(shù)據(jù)匯總后顯示在 LED 顯示屏上。 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 4 可行性分析 技術(shù)可行性 在當(dāng)前的科學(xué)環(huán)境下，單片機(jī)的技術(shù)越來越成熟，所以設(shè)計系統(tǒng)完全可以實現(xiàn)。根據(jù)課題的要求而制定出總體設(shè)計方案，不能脫離現(xiàn)實過于理想化。技術(shù)可行性就是使用現(xiàn)在擁有的相對成熟的技術(shù)來設(shè)計系統(tǒng)功能，簡單來說就是使用單片機(jī)、 ADC（ AnalogtoDigital Converter，模數(shù)轉(zhuǎn)換器）、應(yīng)變片、溫濕度傳感器和 LED 顯示屏來開發(fā)系統(tǒng)，在現(xiàn)在的環(huán)境下是完全可行的。 經(jīng)濟(jì)可行性 開發(fā)一個新系統(tǒng)，需要考慮在合理的預(yù)算下完成合理的系統(tǒng)。預(yù)算過高，在 實際開發(fā)過程中可能會造成資金鏈短缺，而影響到系統(tǒng)的開發(fā)；預(yù)算太低，會缺乏資金來購買所需要的零器件，也會影響到系統(tǒng)的開發(fā)。所以，有一個合理的預(yù)算在系統(tǒng)開發(fā)中是十分必要的。對于本系統(tǒng)而言，需要的零器件不多，只需購買所需零器件就可以搞定本項目，是完全可行的。 法律可行性 根據(jù)國家法律法規(guī)，系統(tǒng)的開發(fā)與設(shè)計不得使用非法工具，侵犯他人權(quán)益。本系統(tǒng)的開發(fā)和設(shè)計所使用的元器件以及工具符合國家法律法規(guī)，不會與法律法規(guī)產(chǎn)生沖突，同時尊重他人版權(quán)等相關(guān)事宜，所以在法律層面上本系統(tǒng)的開發(fā)與設(shè)計的完全可行的。 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 5 3 相關(guān) 技術(shù)和工具介紹 STM32F103C8T6 單片機(jī) 在本次 課題設(shè)計中我選用 STM32ZET6 作為主控 芯片 來對 整個系統(tǒng)進(jìn)行控制， 它是 基于 ARM（ cortexM3）為內(nèi)核的 增強(qiáng)型單片機(jī)， 其 機(jī)身自帶 512K 內(nèi)存 存儲空間為程序提供 大容量 存儲 ， 具有 16 路 12 位 AD 轉(zhuǎn)換 通道，可以快速 高效的 處理模擬信號，同時對于 STM32ZET6 單片機(jī)來說 ，其完美的低功耗特點 在 實際應(yīng)用中具有 良好的 表現(xiàn)， 讓 所搭建出的系統(tǒng) 更 節(jié)能，更環(huán)保 。 在 整個系統(tǒng)中用到了 單片機(jī) 的內(nèi)部資源，在傳感器方面， 溫濕度 傳感器與單片機(jī)以單總線方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸 ， 對 單片機(jī) 傳輸 速度要求較高，同時 單片機(jī)還 通過 SPI通訊 協(xié)議對 壓力 傳感器模塊進(jìn)行通訊， 采集 當(dāng)前壓力值，并最終將這些數(shù)據(jù)傳送到液晶屏 上 ，與用戶進(jìn)行人機(jī)對話。 單片機(jī)最小系統(tǒng) 由于 單片機(jī) 僅僅 只是一個芯片，而在實際工作中需要 為 其 配備 一 些 工作助手，例如 供電 電路，復(fù)位電路，晶振電路等， 只有 這些電路與單片機(jī)組合在一起，單片機(jī)才可以正常工作 ， 實現(xiàn)系統(tǒng)功能 。 在 該系統(tǒng)中 ， 為實現(xiàn) 系統(tǒng)的靈活性，將單片機(jī)最小系統(tǒng)與 電源電路、 傳感器 電路等 外圍電路 用 兩塊 PCB 板 分別制作，最后通過插針與之相連接， 這樣不僅提高 了系統(tǒng)的靈活性 ，還對以 后的 系統(tǒng) 升級 帶來了 方便，大大降低了改造成本。 Keil MDK 在 本設(shè)計的 編程 環(huán)境中，選用 Keil MDK 軟件 為 該設(shè)計單片機(jī)進(jìn)行程序編寫 。 Keil MDK 是一款 成熟 、實 用的開發(fā)平臺 ， 到如今已經(jīng)從 Keil MDK 1 延續(xù)到 了 Keil MDK4，是市場上 為數(shù)不多的 經(jīng)典 編程環(huán)境之一。 在 該軟件中 人機(jī)交互界面相對 簡潔 ， 軟件簡單易學(xué) ， 對 程序移植，改 寫相對 容易， 為程序設(shè)計 人員提供了良好的 開發(fā) 環(huán)境 。 CS5530ADC 在本設(shè)計中， 一個重要的 指標(biāo)即 是 完成 對 冰箱內(nèi) 存放物品的 一個質(zhì)量檢測功能 ，在設(shè)計中 ， 為對 傳感器進(jìn)行 信號 采集 ，則 選用 CS5530 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 為傳感器采集信號，