基于Zigbee实现的智能化冰箱管理系统

李昆仑

【摘要】随着“互联网+”战略计划的提出，新一代互联网与通信技术将不断融入各个传统领域，普通家电智能化的发展趋势愈来愈明显，但由于传统家电更新换代的周期较长，如何能在现有家电基础上，通过简单的升级改造，使之具有智能化的功能，提供给用户全新的智能家电体验的同时，探索全新的商业模式，将是未来几年内重要的研究课题。而智能化冰箱管理系统正是利用Zigbee技术，结合互联网信息处理相关技术，实现了对冰箱中食品动态的、智能化管理，并提供了一些快捷的购物渠道以及绿色生活的理念。

【关键字】Zigbee 智能化冰箱

一、Zigbee的技术优势

Zigbee技术是基于IEEE802.15.4标准实现的局域网通信技术，具有低复杂度、低功耗、低速率、低成本的特点。主要用于短距离，功耗低且传输速率要求不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。

利用Zigbee技术实现智能化冰箱管理的优势如下：

1）低功耗：由于Zigbee的传输速率低，发射功率仅为ImW，而且采用了休眠模式，功耗低，据估算，Zigbee设备仅靠两节5号电池就可以维持长达6个月到2年左右的使用时间，这是其它无线设备望尘莫及的。

2）成本低：Zigbee模块的初始成本目前在2美元左右，并且Zigbee协议是免专利费的，目前产业链比较成熟。

3）时延短：通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短，典型的搜索设备时延30ms，休眠激活的时延是15ms，活动设备信道接入的时延为15ms。因此Zigbee技术适用于对时延要求苛刻的无线控制（如工业控制场合等）应用。

4）网络容量大：一个星型结构的Zighee网络最多可以容纳254个从设备和一个主设备，一个区域内可以同时存在最多100个Zigbee网络，而且网络组成灵活。

5）可靠：采取了碰撞避免策略，避开了发送数据的竞争和冲突。MAC层采用了完全确认的数据传输模式，每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息，如果传输过程中出现问题可以进行重发。

6）安全：Zigbee提供了基于循环冗余校验（CRC）的数据包完整性检查功能，支持鉴权和认证，采用了AES-128的加密算法，各个应用可以灵活确定其安全属性。

因此，Zigbee技术广泛被应用于物联网产业链中的M2M行业，如智能电网、智能交通、智能家居等，采用Zigbee技术是目前家电智能化管理最适宜的技术之一

二、智能化冰箱管理系统实现的功能

基于Zigbee技术建立的智能化冰箱管理系统，将会在保留传统冰箱基本功能的基础卜设计实现如下主要几点突出的智能化管理功能：

2.1 食品库存及状态管理

建立食品库存动态管理数据库，用户可在移动客户端上随时、随地查询冰箱现有库存情况。当某种库存食品临近保质期限时，系统将自动提醒用户。

2.2 常用食品的自动购买

对用冰箱中常用的食品，如：蛋类，奶类，水果类等，系统将监控现有库存情况，当库存低于预置临界数量时，系统将连接京东、l号店等主流购物平台，自动进行下单购买，补充现有库存。

2.3 健康饮食的自动搭配

系统将根据冰箱库存食品的情况，并结合健康饮食菜谱，提供用户区分时段、区分年龄的多种可选择的健康饮食菜单及相关合理化饮食的建议。

三、智能化冰箱管理系统设计

该智能化冰箱管理系统主要包含硬件和软件部分，其中硬件部分组成有显示触摸屏、二维码扫码/打印设备和Zigbee通信没备；软件部分主要包含二维码管理模块、Zighee通信管理模块、系统客户端/服务端程序。

智能化冰箱管理系统架构设计如图1所示。

该架构设计主要分为冰箱端、服务端和客户端。其中冰箱端在传统的冰箱管理模块基础上，增加了二维码管理模块、Zigbee通信模块、显示（输出/输入）模块，这三个模块的功能如下：

二维码管理模块：该模块分为二维码管理子模块和打印子模块，其中管理子模块为进入冰箱的每一样食品建立独有的二维码标签，打印子模块负责打印每一个二维码的实体标签。商品入库登记的时候，管理模块生成并打印标签，用户将标签贴于食物表面，并按照标签指示放人指定位置，完成入库。当商品出库时，用户进行扫码操作，管理模块完成食品出库操作。

Zighee通信模块：该模块负责与控制中心建立通信连接，将冰箱内食品的库存情况、食品的进出库信息、食品相关的状态等信息，通过控制中心、家用宽带路南器等网络设备上传至位于云端的智能化管理系统服务端。

显示（输出/输入）模块：该模块负责冰箱食品信息的本地输出，通过触摸屏可以查询冰箱现有库存情况，查询是否存在将要到达保质期的食品。

智能化冰箱管理系统的服务端位于云端，服务端会为每个冰箱终端建立一个独立的识别ID，在该ID下会预存用户的相关身份信息，实现对冰箱库存的管理、食品购物支付、饮食习惯的分析等功能。服务端会根据冰箱的库存情况定期给用户发送冰箱库存状态，同时，当某类食物库存时间较长，已临近保质期限时，会自动通知客户端提醒用户。在服务端会建立健康食谱数据库，并结合冰箱现有食品情况，提供给用户健康的饮食菜谱。服务端也会与主流购物平台建立接口，对于常用食物实现自动比价、筛选、下单并在用户授权下完成支付等操作，自动进行冰箱食物的补给。

该系统的客户端以App形式安装在用户的移动终端已主要完成的功能有：

冰箱动态信息提醒（食物库存情况、出入库信息、食物保质期限、健康饮食推荐）；

在线购物；

服务端自动购物支付授权；

服务端系统账户管理；

冰箱运行状态及系统日志查询。

四、智能化冰箱管理系统的应用前景

本设计采用了Zigbee技术，并采用了互联网和信息处理的相关技术，建立了智能化冰箱管理系统，实现了对冰箱内食物的记录与监控。那么冰箱内食品可以通过液晶屏上显示/查询，也可以通过手机客户端到冰箱查询家里的食物，并且通过客户端购买冰箱食物，满足未来智能家居的需求，为现代家庭的健康生活提供保障，减少了社会资源浪费，也符合当代社会绿色环保的理念。

五、结束语

以新一代互联网技术为基础的智能化冰箱管理系统，不仅将冰箱中食物的相关信息进行了有效的监控，同时也提供了全新的智能化生活理念，探索了一些创新的市场运作模式。该系统的设计，将为物联网的发展、智能家居的设计提供一些可参考的信息，