基于ZigBee的智能奶箱系统

王政++王青青++马昊

摘要：基于国内并没有这种智能奶箱技术来减少人力的消耗的情况下，设计一种智能奶箱，通过奶箱底部的压力传感器，判断奶箱内是否有奶，若有奶，通过奶箱的ZigBee无线通信模块发送信号到室内指示灯，确保新鲜牛奶及时取回饮用或冷藏。若判断是空奶瓶，通过GPRS模块发送信息给供奶公司，提醒回收奶瓶。

关键词：ZigBee；智能；传感

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）17-0165-02

Intelligent Milk Box System Based on ZigBee

WANG Zheng， WANG Qing-qing， MA Hao

（Xuzhou College of Industrial Technology， Xuzhou 221140， China）

Abstract： Based on the domestic milk box not have this kind of intelligence technology to reduce the consumption of manpower，to design a smart milk box，milk through the bottom of smart sensors，whether milk boxes have milk，if have milk ，and milk by box of ZigBee wireless communication module to send signals to the indoor light，ensure the timely and retrieve drink fresh milk or frozen.If a bottle is empty，judged by GPRS module to send information to be used for milk，remind recycled bottles

Key words： ZigBee； smart； sense

目前，我国社区内的奶箱仅是一个能放奶瓶的盒子，未使用任何智能装置，完全依靠人工检查确认奶箱内是否有瓶，以及瓶内是有奶，极大的耗费了人力；如果送到奶箱里的新鲜牛奶不能及时取回饮用或冷藏，导致牛奶变质，以至于浪费资源或者造成身体健康的危害。另一方面，如果用户已经将空瓶放回奶箱，供奶公司也无法确切了解多少用户将奶瓶放回奶箱，给奶瓶的及时回收带来的一定的麻烦。基于这种情况，设计一种智能奶箱，当牛奶送到时，通过无线信号在室内某个醒目位置进行提示，以确保新鲜牛奶第一时间饮用或者冷藏，放回空瓶时，及时向供奶公司相关负责人员发生信息。从而保证订奶用户都喝到新鲜的牛奶，同时减少供奶公司人力消耗。

1 系统总设计

1.1 ZigBee 独创特点

ZigBee技术新兴的一种近距离无线通信技术。该技术具有复杂程度低、功耗小、延迟短、安全、网络容量大、成本低廉等特点。[1]

智能奶箱采用ZigBee无线通信技术，通过奶箱底部的压力传感器实时监测新鲜牛奶有没有送来，当送到时，就及时发送无线信号到室内的提醒装置，将提醒灯点亮，从而使订奶用户能第一时间饮用牛奶或者进行冷藏，避免订奶用户由于遗忘、放在奶箱时间过长造成的资源浪费、损坏健康。

订奶用户放回空瓶后，能通过GPRS模块发送短信到供奶公司相关工作人员，便于工作人员统计、回收奶瓶。

智能奶箱安装简单，灵活，实用性强。

1.2智能奶箱设置结构图

本智能奶箱采用ZigBee无线通信技术，无线连接，在门口的智能奶箱箱底安装带有压力传感器的接受模组，通过传感器收集压力值，将收集到的数值使用ZigBee射频模块无线发送，在室内醒目位置的协调器节点来接收信号，点亮提示灯，从而达到及时饮用或者及时冷藏的提醒工作。系统的结构图如图1所示。

2 系统的硬件设计

2.1 ZigBee无线芯片的选择

CC2530是用于2.4-GHz IEEE 802.15.4、ZigBee和RF4CE的应用系统，可编程功率达到4.5dBM，只需要极少的外接元件和一个预读代码的低耗能微控制器内核，有效的降低了工程的成本实现了小型化并且在主动模式下RX中功耗24mA，采用2个支持多种串行通信协议的强大USART和拥有强大处理能力的CPU。 CC2530芯片基本的特点如下：

1）高效率、功耗低智能主动模式RX：24 mA；

2）2 个支持多种串行通信协议的强大USART；

3）硬件支持CSMA/CA；

4）21 个通用I/O 引脚（19×4 mA，2×20 mA）；

5）具有8路124位ADC；

6）支持精确的数字化RSSI/LQI；

7）32-、64-或128-KB 的系统内可编程闪存；

8）8-KB RAM，具备在各种供电方式下的数据保持能力

CC253使用6mmX6mmQFN封包，一共40个引脚。示列顶视图图2：

图2 ZigBee无线芯片顶视图

2.2 ZigBee构造无线通信模组

zigBee构造无线通信模组上构有终端节点和协调器节点。这两类节点系统工作方式不同，其设备构造相似。无线通信模块的硬件结构框图图3所示。其中终端节点通过串口联络了压力传感器，传感器收集到的数据通过信号处理电路后接到CC2530引脚，CC2530通过射频天线发送给协调器节点。结构图如图所示：

2.3 压力传感器

压力传感器是一种工用实践工作中经常使用的传感器，其广泛应用于各种自控环境，例如船舶制造业，钢铁加工，水利电力活动

静电容量型静电容量型压力传感器，是将玻璃的固定极和硅的可动极相对而形成电容，将通过外力（压力）使可动极变形所产生的静电容量的变化转换成电气信号。 （E8Y的动作原理便是静电容量方式，其他机种采用半导体方式）。在温度，相对压，绝对压，正常环境下运行，可以对物理量进行准确测量

智能奶箱在设计制作过程中，将通过实际系统测试，选取符合系统要求的压力传感器。

2.4 GPRS模块

GPRS是通用分组无线服务技术的简称，它是GSM移动电话用户可用的一种移动数据业务。是一种基于GSM系统的无线分组交换技术，提供端到端的、广域的无线IP连接。通俗地讲，GPRS是一项高速数据处理的技术，方法是以“分组”的形式传送资料到用户手上。GPRS可说是GSM的延续。GPRS的传输速率可提升至56甚至114Kbps。[3]

SIM300：使用更好的耗能设计有效减少电量，设备损耗，通过GPRS或短消息方式送出数据，可以使用GSM工具来实现SIM3000功能指令并可以使用串口工具来通过自己输入AT指令来控制模块，由此可以通过单片机来自己写控制程序，同时内嵌强大的TCP/IP协议栈，具有三频GSM/GPRS900/ 1800/ 1900 MH或四频850/900/1800/1900MHz模块，自动适应波特率

SIM300内部功能模块有：

1）用户定制的MMI和输入设备，LCD接口；

2）WM9713芯的GSM的音频输入；

3）AT指令集模板：

SIM300RF天线接口：天线线针接口

3 系统的软件设计

系统的软件设计主要有收集模块的软件构造、构造ZigBee无线域网的软件。流程图如图4所示。

3.1 ZigBee网络组建流程

终端节点主要是传感器数据的收集和送出，组建ZigBee无线网络来完成数据的送出，ZigBee节点启动及入网流程如图5所示。

4 结束语

该程序设计简单，具有较强的实用性，可以完整的实现设计的功能，在完成设计图中磨炼知识与实践的融合，增强实践能力和创新素养的能力。在程序的整个运行过程中，合理的节点设计使系统使用的更加高效。

参考文献：

[1] 郭渊博. ZigBee技术与应用[M]. 北京：国防工业出版社出版，2010.

[2] 李文仲， 段朝玉. ZigBee无线网络技术入门与实战[M].北京：北京航空航天大学出版社，2007.

[3] 吕捷. GPRS技术[M]. 北京：北京邮电大学出版社，2001