摘要：基于RFID 技術(shù)，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)智能管理冰箱內(nèi)的食品。以PXA270 為平臺(tái)，采用WindowsCE 5.0 為操作系統(tǒng)， 使用QT、Visual Studio 2005 等開(kāi)發(fā)工具， 冰箱所涉及的技術(shù)有RFID 技術(shù)、GPRS 技術(shù)、有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接入、SQLite 數(shù)據(jù)庫(kù)等技術(shù)，通過(guò)不同的傳感器觸發(fā)完成不同的功能，實(shí)現(xiàn)人性化智能化的冰箱管理。

　　0 引言

　　隨著人民生活水平的飛速發(fā)展， 生活節(jié)奏不斷加快，冰箱在家庭中起的作用也越來(lái)越大，但整理起來(lái)麻煩， 同時(shí)也經(jīng)常弄不清楚食品是否用完或者遺忘某些食品在冰箱而造成各種生活麻煩。

　　本設(shè)計(jì)采用射頻識(shí)別（RFID,Radio Frequency Identification）技術(shù)，并結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)和信息處理技術(shù)，建立智能冰箱食品監(jiān)管系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)冰箱內(nèi)的食品記錄。那么冰箱內(nèi)食品可以通過(guò)查詢(xún)數(shù)據(jù)庫(kù)在冰箱的液晶屏上顯示，也可以通過(guò)手機(jī)發(fā)短信到冰箱查詢(xún)家里的食物，并且通過(guò)手機(jī)購(gòu)買(mǎi)冰箱食物，滿(mǎn)足未來(lái)智能家居的需求。

　　隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展， 物聯(lián)網(wǎng)方向智能家居的投入正在迅速擴(kuò)大，RFID 標(biāo)簽的成品也不斷地降低， 將來(lái)可能取代條形碼成為食品外包， 而且RFID 標(biāo)簽以其耐用、持久、免維護(hù)著稱(chēng)。隨著大多數(shù)人的家庭已達(dá)到小康水平的條件，渴望著更為方便、省事得家用電器。而本系統(tǒng)雖然只是雛形，但價(jià)格適中，而且采用較為前沿的技術(shù)，比傳統(tǒng)的冰箱更為省事，為都市人群忙碌的生活提供了便捷，解決眾多生活瑣碎事情，推向市場(chǎng)將為大部分人所接受。

　　1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

　　1.1 系統(tǒng)總體方案

　　根據(jù)智能冰箱終端的功能與技術(shù)要求情況， 決定采用"硬件+軟件"的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來(lái)設(shè)計(jì)智能冰箱終端，應(yīng)用層在OS 的基礎(chǔ)上根據(jù)項(xiàng)目的不同需求來(lái)編寫(xiě)，各部分簡(jiǎn)要介紹如下：

　　系統(tǒng)選用基于采用Intel Xscale PXA270 的硬件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，該平臺(tái)是以Intel XScale 架構(gòu)的ARM 處理器。

　　嵌入式操作系統(tǒng)選用Windows CE 5.0.Windows CE 是高度模塊化的嵌入式操作系統(tǒng)， 用戶(hù)可以根據(jù)自己的設(shè)備需求通過(guò)Platform Builder 工具進(jìn)行定制和裁減。

　　應(yīng)用程序框架：qt-embedded-wince-opensource4.6具有豐富的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)，動(dòng)態(tài)引擎，具有Widget 樣式表，強(qiáng)大的圖形布畫(huà)和多線(xiàn)程功能； 在Windows CE 上實(shí)現(xiàn)高性能、占位小等特點(diǎn)。

　　本系統(tǒng)是作為一個(gè)家居電器， 通過(guò)網(wǎng)絡(luò)可隨時(shí)對(duì)食品進(jìn)行查詢(xún)和上網(wǎng)， 用戶(hù)可以通過(guò)短信了解到冰箱食品信息， 決定是否網(wǎng)上購(gòu)買(mǎi)。系統(tǒng)總體方案圖1 如下。

圖1 系統(tǒng)框圖

　　1.2 系統(tǒng)模塊

　　根據(jù)設(shè)計(jì)方案， 我們將整個(gè)系統(tǒng)劃分為三個(gè)主要模塊，如圖2 所示。

圖2 系統(tǒng)模塊圖

　　1.3 模塊功能詳細(xì)描述

　?。?）食品狀態(tài)模塊。

表1

　?。?）網(wǎng)上購(gòu)物模塊。

表2

　?。?）菜譜模塊。

表3

2.硬件設(shè)計(jì)

圖3 系統(tǒng)硬件框圖

　　2.1 RFID 讀寫(xiě)器、天線(xiàn)模塊

　　ISO18000-6C I 系列讀寫(xiě)器是深圳市先施科技股份有限公司自主開(kāi)發(fā)的新一代遠(yuǎn)距離電子標(biāo)簽讀寫(xiě)器，讀寫(xiě)器所支持的標(biāo)簽主要是遵從ISO18000-6C （以下簡(jiǎn)稱(chēng)"6C"） 協(xié)議的無(wú)源電子標(biāo)簽。用戶(hù)可以使用本讀寫(xiě)器對(duì)6C 電子標(biāo)簽進(jìn)行讀、寫(xiě)、鎖定等功能操作。該讀寫(xiě)器有主從、定時(shí)和觸發(fā)三種讀電子標(biāo)簽的工作方式，連接主機(jī)和控制器的通信接口有RS-232、RS-485 和Wiegand 接口?？梢灾苯优c具有標(biāo)準(zhǔn)韋根W26 或W34接口的控制設(shè)備連接， 也可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)通信接口與控制器或PC 相連，進(jìn)行數(shù)據(jù)通信與交換；另外還有四路觸發(fā)信號(hào)輸入接口。當(dāng)壓力傳感器檢測(cè)冰箱內(nèi)壓力發(fā)生變化時(shí)， 觸發(fā)相應(yīng)的函數(shù)使讀寫(xiě)器掃描冰箱內(nèi)的食品標(biāo)簽。同時(shí)，該模塊提供一次讀寫(xiě)多個(gè)標(biāo)簽，適合本項(xiàng)目設(shè)計(jì)。

　　2.2 GPRS/GSM 模塊

　　該模塊采用鴻鵬電子有限公司DU600, 它支持多種連接模式，可以實(shí)現(xiàn)手機(jī)通信的基本功能。智能冰箱的GPRS 模塊只需要短信收發(fā)并且解譯收到的短信信息，只需要DU600 選擇喚醒模式等待接收短信并且可以通過(guò)解譯短信后得到的指令發(fā)送控制指令到PXA270實(shí)現(xiàn)購(gòu)買(mǎi)功能和查詢(xún)功能。[!--empirenews.page--]

圖4 讀寫(xiě)器和電子標(biāo)簽的工作示意圖

　　2.3 壓力傳感器模塊

　　通過(guò)89C51 單片機(jī)，集成了LCD 模塊、串口模塊、24 位ADC 模塊。該模塊主要負(fù)責(zé)感應(yīng)壓力的變化，通過(guò)串口傳送中斷信號(hào)到中控平臺(tái)。

　　壓力傳感器HX711 采用了海芯科技集成電路專(zhuān)利技術(shù)，是一款專(zhuān)為高精度電子秤而設(shè)計(jì)的24 位A/D轉(zhuǎn)換器芯片。當(dāng)壓力傳感器傳來(lái)變化時(shí)候才會(huì)發(fā)送信號(hào)到核心板說(shuō)明冰箱內(nèi)有變化并開(kāi)啟RFID 掃描。

　　2.4 控溫模塊

　　本模塊是基于單片機(jī)的制冷控制系統(tǒng)， 實(shí)時(shí)溫度顯示，制冷溫度可調(diào)，最低可達(dá)零下10 度。

　　本模塊的溫度傳感器采用DS18B20.根據(jù)DS18B20的通信協(xié)議，主機(jī)（單片機(jī)）控制DS18B20 完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過(guò)三個(gè)步驟：每一次讀寫(xiě)之前都要對(duì)DS18B20進(jìn)行復(fù)位操作，復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM 指令，最后發(fā)送RAM 指令， 這樣才能對(duì)DS18B20 進(jìn)行預(yù)定的操作。復(fù)位要求主CPU 將數(shù)據(jù)線(xiàn)下拉500 微秒，然后釋放，當(dāng)DS18B20 收到信號(hào)后等待16~60 微秒左右，后發(fā)出60~240 微秒的存在低脈沖， 主CPU 收到此信號(hào)表示復(fù)位成功。同時(shí)，本模塊采用了半導(dǎo)體制冷片，實(shí)現(xiàn)模擬冰箱保鮮功能。

圖5 控溫模塊局部原理圖

3 軟件設(shè)計(jì)

　　3.1 系統(tǒng)軟件框圖

　　基于Windows CE 5.0 的智能冰箱的軟件框圖如圖6 所示。

圖6 軟件框圖

　　3.2 應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)

　　（1）RFID 實(shí)現(xiàn)過(guò)程。

　　運(yùn)用RFID 的API 函數(shù)中ReadID 讀取在冰箱內(nèi)的RFID 卡，連續(xù)多次讀取RFID 卡。讀取期間運(yùn)用防碰撞算法將讀取到的相同的RFID 卡信息排除，然后將得到的RFID 卡信息保存在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)內(nèi)，以便以后用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)跟數(shù)據(jù)庫(kù)資料核對(duì)。完成讀取后，斷開(kāi)RFID 連接并且開(kāi)始跟數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)比資料。

　　這里我們采用了目前廣泛的二進(jìn)制樹(shù)防碰撞算法。讀寫(xiě)器與應(yīng)答器之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)，往往要傳輸序列號(hào)的部分或者全部位，此時(shí)的傳輸順序定義為：先發(fā)送低位，再發(fā)送高位。在讀寫(xiě)器或者應(yīng)答器內(nèi)部，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較時(shí)，遵循這樣的原則，即按位依次比較，先比較低位，再比較高位，約定0<1,根據(jù)這個(gè)比較順序，在判斷大小時(shí)，低位數(shù)據(jù)優(yōu)先，即兩數(shù)A,B 相比較，從低位開(kāi)始的第一個(gè)不相等位的大小決定了兩數(shù)的大小，只有當(dāng)兩個(gè)數(shù)的全部位均相等時(shí)，兩數(shù)才相等。二進(jìn)制樹(shù)算法執(zhí)行過(guò)程中， 讀寫(xiě)器會(huì)多次發(fā)送把應(yīng)答器分成兩組并且多次分組后得到唯一的一個(gè)應(yīng)答器命令給應(yīng)答器， 而且在這個(gè)分組過(guò)程中命令參數(shù)以節(jié)點(diǎn)的形式存儲(chǔ)起來(lái)成一個(gè)數(shù)據(jù)的分叉樹(shù)，從而形成"二進(jìn)制樹(shù)".智能冰箱的二進(jìn)制樹(shù)防碰撞算法在應(yīng)答器內(nèi)進(jìn)行比較，因?yàn)樽x寫(xiě)器可以有多個(gè)，而最后讀寫(xiě)器讀到的數(shù)據(jù)發(fā)送給應(yīng)答器， 因此選擇應(yīng)答器作為防碰撞算法的燒錄地方， 這樣可以在應(yīng)答器接受了讀寫(xiě)器讀到的標(biāo)簽排除相同后傳輸標(biāo)簽數(shù)據(jù)到主控平臺(tái)PXA270。

圖7 RFID 讀取流程圖[!--empirenews.page--]

（2）GPRS 實(shí)現(xiàn)過(guò)程

　　當(dāng)收到數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)比后請(qǐng)求購(gòu)物的清單，通過(guò)QT 運(yùn)行以C++代碼編寫(xiě)的GPRS 程序。首先從QT 里得到需要發(fā)送到客戶(hù)的信息數(shù)據(jù)， 然后用OnBnClickedBtnOpen （） 配置RS-232 串口連接配置GPRS, 等待GPRS 連接成功。

　　當(dāng)連接成功后GPRS 會(huì)返回"AT+OPENAT=MODE:3#" 數(shù)據(jù)確認(rèn)連接成功。然后通過(guò)OnBnClicked -BtnSend （string） 這個(gè)函數(shù)發(fā)送信息到GPRS, 然后GPRS 會(huì)根據(jù)信息內(nèi)容發(fā)送到客戶(hù)的手機(jī)內(nèi)。發(fā)送成功后GPRS 會(huì)待機(jī)5 分鐘等待客戶(hù)發(fā)送回復(fù)確認(rèn)購(gòu)買(mǎi)。

　　倘若5 分鐘內(nèi)客戶(hù)尚未回復(fù)確認(rèn)購(gòu)買(mǎi)， 則會(huì)自動(dòng)取消這次食物的購(gòu)買(mǎi)并且斷開(kāi)與GPRS 連接； 若5 分鐘內(nèi)客戶(hù)回復(fù)確認(rèn)購(gòu)買(mǎi)， 則程序會(huì)返回一個(gè)確認(rèn)購(gòu)買(mǎi)的信息并且斷開(kāi)GPRS 連接。

圖8 GPRS 算法流程圖