基于ZigBee的智能奶箱系統(tǒng)

王政++王青青++馬昊

摘要：基于國內(nèi)并沒有這種智能奶箱技術(shù)來減少人力的消耗的情況下，設(shè)計一種智能奶箱，通過奶箱底部的壓力傳感器，判斷奶箱內(nèi)是否有奶，若有奶，通過奶箱的ZigBee無線通信模塊發(fā)送信號到室內(nèi)指示燈，確保新鮮牛奶及時取回飲用或冷藏。若判斷是空奶瓶，通過GPRS模塊發(fā)送信息給供奶公司，提醒回收奶瓶。

關(guān)鍵詞：ZigBee；智能；傳感

中圖分類號：TP311 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：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，我國社區(qū)內(nèi)的奶箱僅是一個能放奶瓶的盒子，未使用任何智能裝置，完全依靠人工檢查確認奶箱內(nèi)是否有瓶，以及瓶內(nèi)是有奶，極大的耗費了人力；如果送到奶箱里的新鮮牛奶不能及時取回飲用或冷藏，導(dǎo)致牛奶變質(zhì)，以至于浪費資源或者造成身體健康的危害。另一方面，如果用戶已經(jīng)將空瓶放回奶箱，供奶公司也無法確切了解多少用戶將奶瓶放回奶箱，給奶瓶的及時回收帶來的一定的麻煩?；谶@種情況，設(shè)計一種智能奶箱，當(dāng)牛奶送到時，通過無線信號在室內(nèi)某個醒目位置進行提示，以確保新鮮牛奶第一時間飲用或者冷藏，放回空瓶時，及時向供奶公司相關(guān)負責(zé)人員發(fā)生信息。從而保證訂奶用戶都喝到新鮮的牛奶，同時減少供奶公司人力消耗。

1 系統(tǒng)總設(shè)計

1.1 ZigBee 獨創(chuàng)特點

ZigBee技術(shù)新興的一種近距離無線通信技術(shù)。該技術(shù)具有復(fù)雜程度低、功耗小、延遲短、安全、網(wǎng)絡(luò)容量大、成本低廉等特點。[1]

智能奶箱采用ZigBee無線通信技術(shù)，通過奶箱底部的壓力傳感器實時監(jiān)測新鮮牛奶有沒有送來，當(dāng)送到時，就及時發(fā)送無線信號到室內(nèi)的提醒裝置，將提醒燈點亮，從而使訂奶用戶能第一時間飲用牛奶或者進行冷藏，避免訂奶用戶由于遺忘、放在奶箱時間過長造成的資源浪費、損壞健康。

訂奶用戶放回空瓶后，能通過GPRS模塊發(fā)送短信到供奶公司相關(guān)工作人員，便于工作人員統(tǒng)計、回收奶瓶。

智能奶箱安裝簡單，靈活，實用性強。

1.2智能奶箱設(shè)置結(jié)構(gòu)圖

本智能奶箱采用ZigBee無線通信技術(shù)，無線連接，在門口的智能奶箱箱底安裝帶有壓力傳感器的接受模組，通過傳感器收集壓力值，將收集到的數(shù)值使用ZigBee射頻模塊無線發(fā)送，在室內(nèi)醒目位置的協(xié)調(diào)器節(jié)點來接收信號，點亮提示燈，從而達到及時飲用或者及時冷藏的提醒工作。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計

2.1 ZigBee無線芯片的選擇

CC2530是用于2.4-GHz IEEE 802.15.4、ZigBee和RF4CE的應(yīng)用系統(tǒng)，可編程功率達到4.5dBM，只需要極少的外接元件和一個預(yù)讀代碼的低耗能微控制器內(nèi)核，有效的降低了工程的成本實現(xiàn)了小型化并且在主動模式下RX中功耗24mA，采用2個支持多種串行通信協(xié)議的強大USART和擁有強大處理能力的CPU。 CC2530芯片基本的特點如下：

1）高效率、功耗低智能主動模式RX：24 mA；

2）2 個支持多種串行通信協(xié)議的強大USART；

3）硬件支持CSMA/CA；

4）21 個通用I/O 引腳（19×4 mA，2×20 mA）；

5）具有8路124位ADC；

6）支持精確的數(shù)字化RSSI/LQI；

7）32-、64-或128-KB 的系統(tǒng)內(nèi)可編程閃存；

8）8-KB RAM，具備在各種供電方式下的數(shù)據(jù)保持能力

CC253使用6mmX6mmQFN封包，一共40個引腳。示列頂視圖圖2：

圖2 ZigBee無線芯片頂視圖

2.2 ZigBee構(gòu)造無線通信模組

zigBee構(gòu)造無線通信模組上構(gòu)有終端節(jié)點和協(xié)調(diào)器節(jié)點。這兩類節(jié)點系統(tǒng)工作方式不同，其設(shè)備構(gòu)造相似。無線通信模塊的硬件結(jié)構(gòu)框圖圖3所示。其中終端節(jié)點通過串口聯(lián)絡(luò)了壓力傳感器，傳感器收集到的數(shù)據(jù)通過信號處理電路后接到CC2530引腳，CC2530通過射頻天線發(fā)送給協(xié)調(diào)器節(jié)點。結(jié)構(gòu)圖如圖所示：

2.3 壓力傳感器

壓力傳感器是一種工用實踐工作中經(jīng)常使用的傳感器，其廣泛應(yīng)用于各種自控環(huán)境，例如船舶制造業(yè)，鋼鐵加工，水利電力活動

靜電容量型靜電容量型壓力傳感器，是將玻璃的固定極和硅的可動極相對而形成電容，將通過外力（壓力）使可動極變形所產(chǎn)生的靜電容量的變化轉(zhuǎn)換成電氣信號。 （E8Y的動作原理便是靜電容量方式，其他機種采用半導(dǎo)體方式）。在溫度，相對壓，絕對壓，正常環(huán)境下運行，可以對物理量進行準(zhǔn)確測量

智能奶箱在設(shè)計制作過程中，將通過實際系統(tǒng)測試，選取符合系統(tǒng)要求的壓力傳感器。

2.4 GPRS模塊

GPRS是通用分組無線服務(wù)技術(shù)的簡稱，它是GSM移動電話用戶可用的一種移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。是一種基于GSM系統(tǒng)的無線分組交換技術(shù)，提供端到端的、廣域的無線IP連接。通俗地講，GPRS是一項高速數(shù)據(jù)處理的技術(shù)，方法是以“分組”的形式傳送資料到用戶手上。GPRS可說是GSM的延續(xù)。GPRS的傳輸速率可提升至56甚至114Kbps。[3]

SIM300：使用更好的耗能設(shè)計有效減少電量，設(shè)備損耗，通過GPRS或短消息方式送出數(shù)據(jù)，可以使用GSM工具來實現(xiàn)SIM3000功能指令并可以使用串口工具來通過自己輸入AT指令來控制模塊，由此可以通過單片機來自己寫控制程序，同時內(nèi)嵌強大的TCP/IP協(xié)議棧，具有三頻GSM/GPRS900/ 1800/ 1900 MH或四頻850/900/1800/1900MHz模塊，自動適應(yīng)波特率

SIM300內(nèi)部功能模塊有：

1）用戶定制的MMI和輸入設(shè)備，LCD接口；

2）WM9713芯的GSM的音頻輸入；

3）AT指令集模板：

SIM300RF天線接口：天線線針接口

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計

系統(tǒng)的軟件設(shè)計主要有收集模塊的軟件構(gòu)造、構(gòu)造ZigBee無線域網(wǎng)的軟件。流程圖如圖4所示。

3.1 ZigBee網(wǎng)絡(luò)組建流程

終端節(jié)點主要是傳感器數(shù)據(jù)的收集和送出，組建ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)來完成數(shù)據(jù)的送出，ZigBee節(jié)點啟動及入網(wǎng)流程如圖5所示。

4 結(jié)束語

該程序設(shè)計簡單，具有較強的實用性，可以完整的實現(xiàn)設(shè)計的功能，在完成設(shè)計圖中磨煉知識與實踐的融合，增強實踐能力和創(chuàng)新素養(yǎng)的能力。在程序的整個運行過程中，合理的節(jié)點設(shè)計使系統(tǒng)使用的更加高效。

參考文獻：

[1] 郭淵博. ZigBee技術(shù)與應(yīng)用[M]. 北京：國防工業(yè)出版社出版，2010.

[2] 李文仲， 段朝玉. ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)入門與實戰(zhàn)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2007.

[3] 呂捷. GPRS技術(shù)[M]. 北京：北京郵電大學(xué)出版社，2001