基于RFID构成的嵌入式智能冰箱一体化系统设计

2018-05-07刘永红王炳淇

山东电力高等专科学校学报 2018年1期

李珂，刘永红，郝臻，赵宇，王炳淇

（大唐西北电力试验研究院，陕西西安 710065）

0 引言

随着科技的发展和我国综合国力的提升，特别是随着网络技术、智能控制技术的发展，国民对家庭生活水平的要求也日益升高。人们对自己每日生活的家庭住宅的要求也越来越高，迫切需要一种让人们的生活环境更加舒适、更加安全、更加便利的智能家居系统。

现有的智能冰箱功能比较单一，实现的功能也相对较少，不满足目前忙碌人群的完全需求，不能实现所有家居的一体化概念。本设计以此作为切入点，设计了一种基于RFID （radio frequency identification devices）构成的嵌入式智能冰箱管理系统，让工作繁忙的上班族能够随时随地对自己的智能冰箱加以控制［1］，享受更加方便快捷化、智能化、自动化的一体式服务体系。

1 系统介绍与相关技术

基于RFID构成的嵌入式智能冰箱管理系统依据全面感知、可靠传递、智能处理的功能需求，可划分为感知层、网络层和应用层3个层次，下面对该系统应用的RFID、Android Studio平台、手机应用交互程序进行介绍。

1.1 RFID技术

RFID是一种非接触式的自动识别技术，它是通过射频信号自动识别目标对象，从而获取食物标签的相关数据。这个识别工作无须人工干预，可以自动完成，同时可以应用于各种恶劣环境，比如冰箱低温环境［2］。另外，RFID技术能够识别出高速运动物体，并且能够同时识别多个标签，操作方便，准确率高。

RFID技术具体工作原理：当贴有标签的食品进入磁场后，接收来自解读器发出的射频信号，通过感应电流获得能量后，发送存储在芯片中的产品信息，或者主动发送某一频率的信号，通过解读器读取信息完成解码工作后，传送到中央信息管理系统处理数据，以完成识别过程［3］。

如表1所示，为RFID读写器参数。

表1 RFID读写器参数

1.2 界面开发工具——Android Studio平台

Android Studio是一种开放源代码、基于Java语言的一种可扩展开发平台。Android Studio是一个框架和一组服务的集合体，通过插件组件搭建起的一个开发环境。同时Android Studio附带了一个标准的插件集，包括Java开发工具（Java Development tools，JDT）。

1.3 手机应用交互程序

图1为手机应用交互程序的主界面。

2 经济效益分析

由于目前市场对智能家居的设计和功能的要求、期望越来越高，同时伴随着网络信息、传感技术、存储技术等相关技术领域的发展，该设计具有广阔的应用前景和发展空间，是智能化城市建设、智能家居体系的发展动向［4］，为人们生活带来技术性的创新改革，智能我们的生活。

图1 手机应用交互程序主界面

资料显示，一般城镇家庭由于冰箱内食物过期扔掉或勉强食用的食品金额一年平均为2 372元。单套智能冰箱系统所需成本：RFID读写器680元，压力传感器50元，摄像头175元，微处理器500元，ZigBee芯片10×5=50元，合计1455元。从经济效益可以看出，一次性投入1 455元就可以终身享受到智能冰箱带来的便捷，在合理有限的成本范围内能够节约更多的资源。同时智能冰箱带给我们更多的创新感、便捷感，节约大量时间和人力，解放潜在自由时间，从而更多的时间投入到健身、学习、工作中。如表2所示，是智能冰箱所应用到的软件与硬件系统参数及价目表［5］。

3 系统设计与实现过程

3.1 基于RFID的嵌入式智能冰箱管理系统设计

3.1.1 读取食物上的数据标签

通过RFID技术，在适定的距离内读取食品标签上的信息，同时可以一次性读取多个标签的数据，每一个标签里的数据信息通过代码表示。

3.1.2 食品过期提醒与健康管理系统

通过SQLITE数据库创建食品信息列表，其中记录了所有食品的生产日期以及保质期，健康管理系统自动根据食品的生产日期和保质期，计算该食品的使用期限，然后通过对比冰箱内所设定的当前日期，得到该食品的过期信息［6］，其主要的计算方法如下：

表2 智能冰箱所应用到的软件与硬件系统参数及价目表

1）过期日期等于生产日期和保质期之和。

2）即将过期提醒：当过期日期与实际日期之差小于7天的时候，系统自动提醒该食品即将过期，生产列表信息后，发送到终端（手机），从而提前解决，避免浪费。

3）系统内部存储了相克的食物列表，当使用者从冰箱同时或者较短间隔时间内取出相克食物时，健康管理系统发出报警，提示危险，防止中毒。

用户每次从冰箱取出的食物，经过系统读取RFID标签，根据设定的每种食物的营养成分表，综合计算出每次用户取出的所有食物的营养成分表。当某次所取食物糖分或者脂肪含量超过每一天的标准时，系统就会自动发送一个营养超量提醒，从而提供一直健康的饮食管理系统［7］，对当今快节奏的上班族提供一个保持健康、正常体重的管理系统。

该功能的实现是基于SQLite，SQLite是一种嵌入式数据库管理系统，其源代码完全开放，并且支持ACID，不需要安装和管理配置，体积小，速度快，无额外依赖。

3.1.3 冰箱智能补充食品与网络管理系统

在智能冰箱食品管理系统中，ASP网站（服务器），无论在前台还是后台，均实现了同客户端的信息交互，能够与购物网站对接，实现冰箱自主智能上网购买食品的过程。智能冰箱该功能体现在：商品浏览与查找、预购商品列表、确定下单并且完成支付、货物运输跟踪［8］。

通过对商品信息的浏览，可以直接购买。客户端提示需登录后，才有权限进行响应操作的界面，在该界面中，用户需要输入用户名以及密码。系统确定好购物清单后，发送给客户端，客户端确定好要购买的食品，直接进入购物车，同时可以通过查看购物车信息来了解购物的情况［9］。当用户确定购买购物车内的食品后，由系统生成订单，同时需要填写收货信息。填写好收货信息后，客户端选择付款方式，用户根据实际选择具体的支付方式。支付方式确定后，系统自动生成订单信息，用户可以通过客户端核查该订单的详细情况，发现错误信息后可以返回修改。

3.2 结合界面进行操作说明

3.2.1 系统主界面与读取食物RFID标签

如图2所示，是系统的主界面，当食物进入智能冰箱时，通过RFID对食物标签进行扫描，至此该食物就有唯一的码与之对应。

图2 系统主界面

图3 食品过期提醒

图4健康管理系统

3.2.2 食品过期提醒与健康管理系统

如图3所示，当食物进入冰箱并且被扫描后，有了自己唯一被识别的码，其相应的生产日期和保质期被记录到数据库，系统从此开始对物品的保鲜状态进行实时监控。过期日期与实际日期之差小于7天的时候，系统自动提醒该食品即将过期，提醒用户优先食用该食品，并将数据实时发送到手机客户端。系统结合自己扫描读取的数据，对食物进行匹配查询，如果查询出相克的食物（如猪肉与豆类相克造成腹胀），通过手机客户端提醒使用者。另外，用户每次从冰箱取出的食物，经过系统读取RFID标签，根据设定的每种食物的营养成分表，综合计算出每次用户取出的所有食物的营养成分表，同时给出该食物的种类（鱼、肉、蛋、蔬菜、水果、豆类）提醒用户均衡饮食。当某次所取食物糖分或者脂肪含量超过每一天的标准时，系统就会自动发送一个营养超量提醒，从而提供一直健康的饮食管理系统（如图4所示），对当今快节奏的上班族提供一个保持身体健康，维持一个正常体重的管理系统。

3.2.3 冰箱智能补充食品与网络管理系统

该系统根据冰箱内某种食品取出与放入的频率，以及通过压力传感器计算出的该食品剩余重量，综合智能计算出该食品目前的含有量。当该系统判断出该食品即将食用完时，冰箱内置摄像头拍摄该食物目前实时情况，并且通过RFID识别生成需要购买商品信息列表，再将需要购买食品信息列表及内置摄像头所拍摄的实时图片发送到用户终端，用户确定后点击“购买确认”按钮，系统自动将购买清单发送到卖家系统。同时系统自动根据所需该物品的数量（质量）以及当前该物品价格，计算出总价格，反馈给用户终端，用户确定订单无误后，在终端（支持远程操作）完成支付［10］，卖家立即打包派送，同时双方可以跟踪物流状态，直至食品被送到目的地。完成该过程，方便快捷，智能生活。