智能冰箱數(shù)據(jù)采集及平臺的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)畢業(yè)論文(編輯修改稿)
2025-07-25 05:29 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 現(xiàn)狀，通過合理的使用單片機(jī)，實(shí)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)?0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。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(shí)現(xiàn)智能化工作，節(jié)省大量時間和避免食物的浪費(fèi)，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。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(shí)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(shí)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。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(shí)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。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。 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(diǎn)在實(shí)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。由于單片機(jī)僅僅只是一個芯片，而在實(shí)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(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。在該系統(tǒng)中，為實(shí)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(shí)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，并將采集到的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量傳送至單片機(jī)中。在選擇模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片時，CS5513與CS5530都作為電子秤的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)入到了設(shè)計時的備選方案中，兩者的區(qū)別在于CS5513價格更為便宜，但其自身不具備運(yùn)放功能，需另外通過運(yùn)放芯片在前級加以處理，才能獲得正確的數(shù)據(jù)。而與此同時CS5530模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片雖價格稍貴，但其內(nèi)置可編程放大器，簡單高效的解決了CS5513所帶來的問題，則最終選擇CS5530為本系統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。CS5530是一款以SPI總線通信轉(zhuǎn)換位數(shù)為24位的高精度串行A/D芯片。其內(nèi)置1~64倍運(yùn)算放大器，根據(jù)程序編寫倍數(shù)可調(diào)；同時其線性失真小，分辨率高達(dá)19位以上；并且該芯片通過SPI串行通信接口與單片機(jī)相連具有傳輸效率高，結(jié)構(gòu)簡單等特點(diǎn)，是一款可靠實(shí)用的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。圖31 STM32F103C8T6單片機(jī)參數(shù)圖 SHT11溫濕度傳感器同樣對于該系統(tǒng)的溫濕度檢測功能，在設(shè)計也列選了兩種傳感器作為備選方案，一是利用SHT11溫濕度采集模塊，二是選擇DHT11溫濕度采集模塊，兩者之間無論使用環(huán)境，程序編寫還是價格方面都幾乎一樣，不同的是SHT11溫濕度采集模塊在采集精度上要更為出色，所以最終選擇SHT11溫濕度采集模塊作為本系統(tǒng)的溫濕度采集傳感器。SHT11溫濕度傳感器是以單總線的形式對單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，每40位數(shù)據(jù)為一組進(jìn)行傳輸，前16位為溫度信號，再16位為濕度信號，而最后的8位則是對傳輸信號的一個校驗(yàn)，在程序中需要將這16位信號以十進(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，最終得到正確的數(shù)值。如圖所示為SHT11溫濕度傳感器時引腳分配圖。如圖所示為SHT11溫濕度傳感器的時序響應(yīng)圖。圖32 CS5530ADC實(shí)物圖圖33 SHT11溫濕度傳感器實(shí)物圖D LCD12864顯示屏在
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