自動監(jiān)測食品的新鮮度，并且及時進行報警，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期從而食用或者丟棄食品，前者可能有害健康，后者則浪費食品，使用智能冰箱能夠快速解決這樣的問題。此外，作為自主研發(fā)的產(chǎn)品，要爭取盡快占領(lǐng)相應(yīng)的市場，從而獲得發(fā)展的主動權(quán)。

1前期準(zhǔn)備工作

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

1.1消費者市場分析

為了方便消費者在使用冰箱過程中能夠更加方 便簡易清楚食品的保質(zhì)情況，智能冰箱恰好迎合消費 者的需求。智能化產(chǎn)品已是一種發(fā)展趨勢并逐漸普 遍。據(jù)統(tǒng)計，全國生產(chǎn)冰箱（ 包括普通冰箱） 能力在 2 000 萬臺以上，而我國的冰箱年需求量在 1 200 萬臺， 國內(nèi)產(chǎn)能明顯過剩，但我國每年冰箱出口 2 245 萬臺。所以，市場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格相當(dāng)?shù)那闆r下， 相比于普通冰箱，一種能夠檢測食品質(zhì)量的智能冰箱會是消費者們的首選?？偟膩碚f，智能冰箱存在著廣大的市場。

1.2設(shè)計定位

經(jīng)過市場調(diào)查分析，我國冰箱市場處于供不應(yīng)求狀態(tài)，而功能性的智能冰箱的市場會更大。我們所設(shè)計的能夠監(jiān)測食品保質(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。在價格方面，我們會定在產(chǎn)品關(guān)注度最高的 3000 ～ 5000 元。在功能方面，主要是實現(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提醒即將過期的食品，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

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

3功能實現(xiàn)

本款智能冰箱的核心功能是監(jiān)測食物的保質(zhì)情況和食物的錄入管理。這個功能有三個核心部分組成，控制系統(tǒng)、食品識別及錄入管理系統(tǒng)、食品監(jiān)測和報警系統(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、集成度高、可靠性高、性價比高等特點，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，最高工作時鐘頻率為 80 MHz，片內(nèi)含 4K Bytes 的可反復(fù)擦寫 1 000 次的 Flash 只讀程序存儲器，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的程序代碼下載進單片機內(nèi)部，省去了購買通 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)進行編寫，如圖 4所示，此系統(tǒng)由 KEIL 公司開發(fā)，有較強的可讀性模塊化的系統(tǒng)編程軟件，能夠方便地進行程序的編寫、編譯以及修改。要使單片機和各硬件進行配合運作，就要通過編程實現(xiàn)。利用 C 語言編譯軟件，Keil可以加以運用任何 51 系列單片機，同時該編程軟件有著完美的編譯開發(fā)環(huán)境。

在實現(xiàn)程序的編寫后，需要對程序進行導(dǎo)入。對于程序?qū)胲浖?，選擇 STC－ ISP 進行程序?qū)搿Ｈ鐖D 5 所示。STC－ISP 是一款單片機下載編程燒錄軟件，是針對 STC 系列單片機而設(shè)計的，可下載 STC89 系列、12C2052 系列和 12C5410 等系列的 STC 單片機，使用簡便，現(xiàn)已被廣泛使用。

圖 5 STC －ISP 操作界面

3.2食品識別及錄入管理系統(tǒng)

冰箱采用了 ＲFID 食品管理技術(shù)。射頻識別 （ ＲFID） 是一種無線通信技術(shù)，可以通過無線電訊號識別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，而無需識別系統(tǒng)與特 定目標(biāo)之間建立機械或者光學(xué)接觸。將待儲食物貼上 ＲFID 電子標(biāo)簽，實現(xiàn)食物電子身份證的標(biāo)識， ＲFID 閱讀器對 ＲFID 電子標(biāo)簽讀寫和識別，實時自動識別儲存食品的類別、時間和位置，并對其進行管理。其次，在冰箱內(nèi)每層當(dāng)中都會有壓力傳感器，當(dāng)有食物放進去的時候，壓力傳感器會把信號傳給單片機，單片機根據(jù)不同的信號會做出相對應(yīng)的處理。

3.3食品監(jiān)測系統(tǒng)

一般來說，蔬菜在冰箱里儲蓄一周就不能吃了，而水果的新鮮期一般是 3 ～ 4 天，肉類一般為 2 ～ 3 天。冰箱內(nèi)分為肉類層和蔬果層，當(dāng)有肉類或是蔬果放進冰箱，通過壓力傳感器把信號傳給單片機，單片機會根據(jù)不同的信號做出相應(yīng)的處理。

3.4報警系統(tǒng)

報警系統(tǒng)主要由蜂鳴器組成。單片機接收不同電子標(biāo)簽信號以及用蜂鳴器進行報警。當(dāng)監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測到電子標(biāo)簽時，根據(jù)不同的電子標(biāo)簽進行倒計時，倒計時完畢報警系統(tǒng)將會用蜂鳴器提醒主人有食品的品質(zhì)或新鮮度有問題，并在液晶顯示屏上具體顯示哪個位置的食品。報警系統(tǒng)不會進行持續(xù)報警，每次報警持續(xù) 2 min，夜間不報警。

3.5功能模塊程序設(shè)計

功能模塊程序設(shè)計流程圖如圖 6。通過 ＲFID 識別果蔬類和肉類后把信息反饋給單片機對食品進行錄入，錄入后結(jié)合壓力傳感器信號來確定食品所處位置和時間，并根據(jù)食品的種類在一定時間內(nèi)進行報警和顯示提示。如圖 7 所示。

圖 6 功能模塊程序設(shè)計流程圖

圖 7 實踐中肉類變質(zhì) LCD 顯示提醒

功能模主要有 5 個步驟： ＲFID 識別錄入、壓力傳感器、單片機中央處理、蜂鳴器報警、LCD 顯示。

4產(chǎn)品設(shè)計的先進性

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

控制系統(tǒng)選擇 STC89C51 單片機作為控制器，選擇此控制器有 4 大優(yōu)點： ①成本較低。由于現(xiàn)在單片機的價格相對都比較低，而且外圍電路的元器件 價格也不高，所以整體設(shè)計起來，成本比較低; ②可以對外部存儲容量根據(jù)需要進行擴展，設(shè)計可以相 對比較靈活; ③由于現(xiàn)存有許多已經(jīng)設(shè)計很完善的子程序和庫文件，在系統(tǒng)軟件設(shè)計中可以直接調(diào)用， 減少較大工作量; ④優(yōu)異的性能/ 價格比。由于單片機構(gòu)成的硬件結(jié)構(gòu)簡單、開發(fā)周期短、控制功能強、可靠性高，因此，在達到同樣功能的條件下，用單片 機開發(fā)的控制系統(tǒng)比用其它類型的微型計算機開發(fā) 的控制系統(tǒng)價格更便宜。

4.2ＲFID 識別技術(shù)優(yōu)勢

采用 ＲFID 識別技術(shù)進行管理有著以下優(yōu)勢：

（ 1） 掃描識別方面： 電子標(biāo)簽（ ＲFID） 識別更準(zhǔn)確，識別的距離更靈活?？梢宰龅酱┩感院蜔o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)容量也有不斷擴大的趨勢。

（ 3） 抗污染能力和耐久性： ＲFID 對水、油和化學(xué)藥品等物質(zhì)具有很強抵抗性; 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

整個設(shè)計過程中智能化始終貫穿在設(shè)計思路中， 首先我們了解到我國現(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)測食物智能冰箱設(shè)計方案。在設(shè)計冰箱之前，分析了智能冰箱的消費市場、人們的 消費水平以及對冰箱功能的要求?？偟膩碚f，在設(shè)計 過程中取得的成效如下： ①設(shè)計出冰箱結(jié)構(gòu)為單門冰箱; ②設(shè)計出以 STC89C51 為控制器的具有食品保鮮監(jiān)測系統(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食物的前提下吃到了新鮮健 康的食品。在研發(fā)過程中，發(fā)現(xiàn)錄入多個標(biāo)簽時，其發(fā) 出的信號會將這些標(biāo)簽一起激活，導(dǎo)致多個標(biāo)簽會在 同一時間向閱讀器發(fā)送信號，閱讀器在接收這些信號 會產(chǎn)生沖突，以至于閱讀器出現(xiàn)信息誤讀現(xiàn)象，這個問 題還沒得到很好的解決，擬采取在碰撞算法中加上八 叉樹搜索方法進行解決。當(dāng)然，雖然在研發(fā)過程中 實現(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。對于功能方面，后續(xù)將開發(fā)一款A(yù)PP，通過藍(lán)牙連接把冰箱里面的食品信息反饋到手機上，更加方便人們管理冰箱里的食物。