自動監測食品的新鮮度，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，作為自主研發的產品，要爭取盡快占領相應的市場，從而獲得發展的主動權。

1前期準備工作

根據現在冰箱的功能和消費者們的需求，設計目標是一種能夠檢測食品質量的智能冰箱。在設計之前，需要分析消費者市場以定位冰箱價格和完善功能。當然，這種冰箱并不是專為需要高質量生活的人們設計的，生活規律和收入穩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情況，智能冰箱恰好迎合消費 者的需求。智能化產品已是一種發展趨勢并逐漸普 遍。據統計，全國生產冰箱（ 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， 國內產能明顯過剩，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求狀態。而 且，在當今人們如此重視健康而價格相當的情況下， 相比于普通冰箱，一種能夠檢測食品質量的智能冰箱會是消費者們的首選。總的來說，智能冰箱存在著廣大的市場。

1.2設計定位

經過市場調查分析，我國冰箱市場處于供不應求狀態，而功能性的智能冰箱的市場會更大。我們所設計的能夠監測食品保質期的智能冰箱主要的是面向中高端、收入和生活穩定的人群。在價格方面，我們會定在產品關注度最高的 3000 ～ 5000 元。在功能方面，主要是實現能夠監控食品的保質期，很多食品放在冰箱中卻忽視了它的保質期，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冰箱結構

內部結構如圖 1。冰箱工作原理如圖 2 所示。

圖 1 冰箱內部結構圖

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按鈕調節冷凍溫度。第二層 是冷藏層，冷藏層主要分肉類層（ 可改變空間大小） 、果蔬層（ 可改變空間大小） 、飲料層。冰箱側方有一個提醒喇叭和一個顯示屏。

3功能實現

本款智能冰箱的核心功能是監測食物的保質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、食品識別及錄入管理系統、食品監測和報警系統。

3.1控制系統

3.1.1控制器的選擇

為了集成各系統功能，采用了 STC89C51ＲC 嵌入式 微控制器作為控制系 統。 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 有著廣泛的應用。STC89C51ＲC 采用 8051 核的 ISP （ In System Programming） 在系統可編程芯片，最高工作時鐘頻率為 80 MHz，片內含 4K Bytes 的可反復擦寫 1 000 次的 Flash 只讀程序存儲器，器件兼容標準 MCS－51 指令系統及 80C51 引腳結構，芯片內集成了通用 8 位中央處理器和 ISP Flash 存儲單元，具有在系統可編程（ 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 編譯系統進行編寫，如圖 4所示，此系統由 KEIL 公司開發，有較強的可讀性模塊化的系統編程軟件，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。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環境。

在實現程序的編寫后，需要對程序進行導入。對于程序導入軟件，選擇 STC－ ISP 進行程序導入。如圖 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

冰箱采用了 ＲFID 食品管理技術。射頻識別 （ ＲFID） 是一種無線通信技術，可以通過無線電訊號識別特定目標并讀寫相關數據，而無需識別系統與特 定目標之間建立機械或者光學接觸。將待儲食物貼上 ＲFID 電子標簽，實現食物電子身份證的標識， ＲFID 閱讀器對 ＲFID 電子標簽讀寫和識別，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，在冰箱內每層當中都會有壓力傳感器，當有食物放進去的時候，壓力傳感器會把信號傳給單片機，單片機根據不同的信號會做出相對應的處理。

3.3食品監測系統

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。冰箱內分為肉類層和蔬果層，當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，單片機會根據不同的信號做出相應的處理。

3.4報警系統

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

3.5功能模塊程序設計

功能模塊程序設計流程圖如圖 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，錄入后結合壓力傳感器信號來確定食品所處位置和時間，并根據食品的種類在一定時間內進行報警和顯示提示。如圖 7 所示。

圖 6 功能模塊程序設計流程圖

圖 7 實踐中肉類變質 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產品設計的先進性

該產品是一款能夠實現食物保鮮監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的食物，并且能夠準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的食品。

4.1控制系統的優點

控制系統選擇 STC89C51 單片機作為控制器，選擇此控制器有 4 大優點： ①成本較低。由于現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，所以整體設計起來，成本比較低; ②可以對外部存儲容量根據需要進行擴展，設計可以相 對比較靈活; ③由于現存有許多已經設計很完善的子程序和庫文件，在系統軟件設計中可以直接調用， 減少較大工作量; ④優異的性能/ 價格比。由于單片機構成的硬件結構簡單、開發周期短、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 機開發的控制系統比用其它類型的微型計算機開發 的控制系統價格更便宜。

4.2ＲFID 識別技術優勢

采用 ＲFID 識別技術進行管理有著以下優勢：

（ 1） 掃描識別方面： 電子標簽（ ＲFID） 識別更準確，識別的距離更靈活。可以做到穿透性和無屏障閱讀。

（ 2） 數據的記憶體容量： ＲFID 最大的容量則有數 MegaBytes，隨著記憶載體的發展，數據容量也有不斷擴大的趨勢。

（ 3） 抗污染能力和耐久性： ＲFID 對水、油和化學藥品等物質具有很強抵抗性; ＲFID 卷標是將數據存在芯片中，因此可以免受污損。

（ 4） 可重復使用： ＲFID 標簽則可以重復地新增、修改、刪除 ＲFID 卷標內儲存的數據，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。此外， ＲFID 標簽更可往小型化與多樣形態發展，以應用于不同產品。

5結語

整個設計過程中智能化始終貫穿在設計思路中， 首先我們了解到我國現階段冰箱功能的缺陷，根據現 代生活的需要，提出了可監測食物智能冰箱設計方案。在設計冰箱之前，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。總的來說，在設計 過程中取得的成效如下： ①設計出冰箱結構為單門冰箱; ②設計出以 STC89C51 為控制器的具有食品保鮮監測系統和管理系統智能冰箱。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。在研發過程中，發現錄入多個標簽時，其發 出的信號會將這些標簽一起激活，導致多個標簽會在 同一時間向閱讀器發送信號，閱讀器在接收這些信號 會產生沖突，以至于閱讀器出現信息誤讀現象，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。當然，雖然在研發過程中 實現了這些功能，但在功能模塊和冰箱系統還需要集 成在同一系統上。對于功能方面，后續將開發一款APP，通過藍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。