嵌入式系統(tǒng)在智能冰箱中的應用

1、基于嵌入式系統(tǒng)基于嵌入式系統(tǒng)PXA270在在智能冰箱中的應用智能冰箱中的應用主要內容主要內容主要功能主要功能產品特點產品特點硬件設計硬件設計軟件設計軟件設計發(fā)展前景發(fā)展前景主要功能主要功能智能冰箱是一種能對冰箱進行智能化控制、對食品進行智能化管理的冰箱，其智能冰箱是一種能對冰箱進行智能化控制、對食品進行智能化管理的冰箱，其主要功能有：主要功能有： 食品管理智能化；食品管理智能化； 食品購買網絡化；食品購買網絡化； 食品訂購自動化；食品訂購自動化； 廚房生活趣味化；廚房生活趣味化； 網絡交易安全化；網絡交易安全化； 系統(tǒng)設置人性化。系統(tǒng)設置人性化。產品特點產品特點系統(tǒng)選用系統(tǒng)選用RFID卡作為食

2、品信息載體，當食品放入冰箱時，安裝在冰箱內的卡作為食品信息載體，當食品放入冰箱時，安裝在冰箱內的RFID讀卡器讀取食品信息，存入數(shù)據(jù)庫并監(jiān)視食品狀態(tài)，當發(fā)現(xiàn)食品將要過讀卡器讀取食品信息，存入數(shù)據(jù)庫并監(jiān)視食品狀態(tài)，當發(fā)現(xiàn)食品將要過期或者用盡時，會通過短信提醒用戶，用戶也可以利用手機短信隨時獲取食期或者用盡時，會通過短信提醒用戶，用戶也可以利用手機短信隨時獲取食品信息；品信息；系統(tǒng)可以通過系統(tǒng)可以通過Internet網絡，享用超市提供的網上購物服務；網絡，享用超市提供的網上購物服務；當冰箱內食品將要用完時，系統(tǒng)會按照用戶的設置自動為用戶購買；當冰箱內食品將要用完時，系統(tǒng)會按照用戶的設置自動為用戶購

3、買；冰箱提供了大量菜譜，并能夠選出當前冰箱內食品可以制作哪些菜，用戶可冰箱提供了大量菜譜，并能夠選出當前冰箱內食品可以制作哪些菜，用戶可以自制菜譜并上傳到廠商服務器，也可以下載別人的菜譜參考；以自制菜譜并上傳到廠商服務器，也可以下載別人的菜譜參考；系統(tǒng)采用了嚴密的網絡安全策略，保證網上交易的安全性；系統(tǒng)采用了嚴密的網絡安全策略，保證網上交易的安全性；系統(tǒng)操作簡單，界面美觀，安全級別高，送貨時間等都允許用戶自由設置。系統(tǒng)操作簡單，界面美觀，安全級別高，送貨時間等都允許用戶自由設置。硬件設計硬件設計在設計智能冰箱控制器時，考慮到系統(tǒng)的穩(wěn)定性和擴展性，應將控制器硬件設在設計智能冰箱控制器時，考慮到系

4、統(tǒng)的穩(wěn)定性和擴展性，應將控制器硬件設計成核心板和控制板兩部分。核心板主要用來構成一臺嵌入式計算機系統(tǒng)，控計成核心板和控制板兩部分。核心板主要用來構成一臺嵌入式計算機系統(tǒng)，控制板是一些外圍接口。制板是一些外圍接口。PXA270核心板核心板采用的是核心板采用的是Intel公司生產的公司生產的PXA270嵌入式微處理器，基于嵌入式微處理器，基于ARMv5E的的Xscale核心，最高頻率可達核心，最高頻率可達624MHz，并內建，并內建64MB的堆棧型的堆棧型Intel StrataFlash內存。內置內存。內置LCD控制器，支持控制器，支持24位色雙屏顯示，支持兩個位色雙屏顯示，支持兩個overla

5、ys窗口和一個硬件光標，內部集成窗口和一個硬件光標，內部集成7通道通道DMA。PXA270的的LCD控制控制器與觸屏連接實現(xiàn)視頻輸出，同時器與觸屏連接實現(xiàn)視頻輸出，同時FLASH作為存儲器實現(xiàn)作為存儲器實現(xiàn)WinCE5.0內核內核和文件的存儲。和文件的存儲。GSM模板GSM模板采用的是模板采用的是Siemens公司的公司的TC35，模板主要由，模板主要由GSM基帶處理器、基帶處理器、GSM射射頻模塊、供電模塊（頻模塊、供電模塊（ASIC）、內存、）、內存、ZIF連接器、天線接口六部分組成。連接器、天線接口六部分組成。TC35共有共有40個引腳，通過個引腳，通過ZIF連接器分別與電源電路、連接器

6、分別與電源電路、COU（啟動電路）、數(shù)據(jù)通（啟動電路）、數(shù)據(jù)通信接口電路、信接口電路、SIM卡電路等連接，可以快速安全可靠地實現(xiàn)數(shù)據(jù)、語音傳輸、卡電路等連接，可以快速安全可靠地實現(xiàn)數(shù)據(jù)、語音傳輸、短消息服務（短消息服務（Short Message Service）和傳真。模塊的工作電壓為）和傳真。模塊的工作電壓為3.35.5V，可，可以工作在以工作在900MHz和和1800MHz兩個頻段，所在頻段功耗分別為兩個頻段，所在頻段功耗分別為2W（900M）和）和1W(1800M)。模塊有模塊有AT命令集接口，支持文本和命令集接口，支持文本和PDU模式的短消息、第三組的二類傳真、以模式的短消息、第三組

7、的二類傳真、以及及2.4k，4.8k，9.6k的非透明模式。此外，該模式還具有電話簿功能、多方通的非透明模式。此外，該模式還具有電話簿功能、多方通話，漫游檢測功能，常用工作模式有省電模式、話，漫游檢測功能，常用工作模式有省電模式、IDLE、TALK等模式。通過獨等模式。通過獨特的特的40引腳的引腳的ZIF連接器，實現(xiàn)電源連接、指令、數(shù)據(jù)、語音信號、及控制信連接器，實現(xiàn)電源連接、指令、數(shù)據(jù)、語音信號、及控制信號的雙向傳輸。通過號的雙向傳輸。通過ZIF連接器及連接器及50歐天線連接器，可分別連接歐天線連接器，可分別連接SIM卡支架和天卡支架和天線線。CF無線網卡CF無線網卡是基于無線網卡是基于80

8、2.11無線網絡基礎上的，選用無線網絡基礎上的，選用SENAO公司公司CF接口的接口的SL-2511 CF無線網卡，其最大覆蓋范圍可達無線網卡，其最大覆蓋范圍可達400m，支持，支持IEEE 802.11b,傳傳輸速率最大高達輸速率最大高達11Mbps.CF接口有其固定的協(xié)議，所以用一片接口有其固定的協(xié)議，所以用一片CPLD接在接在PXA270的的GPIO口上，完成口上，完成CF口的邏輯控制，并且在口的邏輯控制，并且在CPLD和和CF接口之間接口之間用用74VC16245A連接，以實現(xiàn)總線方向的控制。連接，以實現(xiàn)總線方向的控制。控制板控制板塊是基于控制板塊是基于ARM7單片機系統(tǒng)作為冰箱信息的

9、采集和預處理終端。采用單片機系統(tǒng)作為冰箱信息的采集和預處理終端。采用Philips公司生產的公司生產的LPC2210嵌入式微控制器。嵌入式微控制器。RFID讀卡器，各種傳感器接在讀卡器，各種傳感器接在ARM7上上。溫度傳感器溫度傳感器與溫度與溫度控制：控制：TI TMP17數(shù)字式溫度傳感芯片，數(shù)字式溫度傳感芯片，I2C總線接口，可提總線接口，可提供在供在-25攝氏度到攝氏度到80攝氏度之間正負攝氏度之間正負1.5攝氏度誤差的溫度測試值，供應電壓范攝氏度誤差的溫度測試值，供應電壓范圍圍2.75.5V。壓力傳感器：壓力傳感器壓力傳感器：壓力傳感器通過冰箱內支撐壓力的變化來計算冰箱內物品的重通過冰箱

10、內支撐壓力的變化來計算冰箱內物品的重量變化。系統(tǒng)采用量變化。系統(tǒng)采用350歐標準的應變片作為壓力傳感器。當冰箱內支撐板上施歐標準的應變片作為壓力傳感器。當冰箱內支撐板上施加壓力時，應變片感受到支撐板形變，從而阻值發(fā)生改變，物品的變化通過加壓力時，應變片感受到支撐板形變，從而阻值發(fā)生改變，物品的變化通過壓力的改變計算出來壓力的改變計算出來。RFID設計：采用設計：采用最新最新Philips高高集成集成ISO14443A讀卡讀卡芯片芯片MF RC500或或RS485芯片芯片、自動波特率探測、軟件控制輸出頻率及持續(xù)時間，非常方便、自動波特率探測、軟件控制輸出頻率及持續(xù)時間，非常方便。軟件設計軟件設計

11、系統(tǒng)軟件設計主要是操作系統(tǒng)的裁剪和移植、設備驅動程序的編寫和固化以及系統(tǒng)軟件設計主要是操作系統(tǒng)的裁剪和移植、設備驅動程序的編寫和固化以及應用程序的開發(fā)。應用程序的開發(fā)。1. 操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)的移植和裁剪的移植和裁剪 Win CE 是微軟開發(fā)的一種嵌入式操作系統(tǒng)。它是一種模塊化的、可組裝定制是微軟開發(fā)的一種嵌入式操作系統(tǒng)。它是一種模塊化的、可組裝定制的、實時的、有強大通信能力、搶占式、多任務、開放、可升級的的、實時的、有強大通信能力、搶占式、多任務、開放、可升級的32位嵌入式位嵌入式操作系統(tǒng)，是基于掌上型電腦類的電子設備操作系統(tǒng)。與操作系統(tǒng)，是基于掌上型電腦類的電子設備操作系統(tǒng)。與PC上的上的W

12、indows 操操作系統(tǒng)相比，作系統(tǒng)相比，Win CE 可視為小、快、可靠、方便易用的可視為小、快、可靠、方便易用的Windows。Win CE 是是專門面向只有有限資源的硬件系統(tǒng)，它不需要標準硬件，它提供了一個操作系專門面向只有有限資源的硬件系統(tǒng)，它不需要標準硬件，它提供了一個操作系統(tǒng)所能提供的最大柔性，并且有緊湊高效可伸縮的特性。統(tǒng)所能提供的最大柔性，并且有緊湊高效可伸縮的特性。Win CE 直接支持多類直接支持多類硬件外圍設備，如鍵盤、鼠標設備、觸摸面板、串行口、以太網、調制解調器、硬件外圍設備，如鍵盤、鼠標設備、觸摸面板、串行口、以太網、調制解調器、USB設備、音頻設備、并行口和存儲設

13、備等設備、音頻設備、并行口和存儲設備等。一般可以利用一般可以利用Platform Builder(簡稱簡稱PB，微軟提供的用于平臺定制和驅動開發(fā)，微軟提供的用于平臺定制和驅動開發(fā)的工具的工具)去定制去定制Win CE/創(chuàng)建創(chuàng)建BSP、導出一個定制的軟件開發(fā)工具包（、導出一個定制的軟件開發(fā)工具包（SDK）、開）、開發(fā)與測試驅動程序、在模擬器中測試平臺或應用程序、在目標設備上調試定制發(fā)與測試驅動程序、在模擬器中測試平臺或應用程序、在目標設備上調試定制的操作系統(tǒng)鏡像以及在一個定制的操作系統(tǒng)鏡像上調試應用程序等。的操作系統(tǒng)鏡像以及在一個定制的操作系統(tǒng)鏡像上調試應用程序等。Win CE 可分為四個主要模

14、塊，它們分別是內核模塊、對象存儲可分為四個主要模塊，它們分別是內核模塊、對象存儲/文件系統(tǒng)模塊、文件系統(tǒng)模塊、網絡與通信模塊、網絡與通信模塊、GWES模塊（圖形、窗口、事件子系統(tǒng)）。除此之外，還有模塊（圖形、窗口、事件子系統(tǒng)）。除此之外，還有三個重要的組成部分：驅動程序、設備管理器、三個重要的組成部分：驅動程序、設備管理器、OAL(OEM適配層，適配層，OEM Adaptation Layer)。2. 設備驅動程序的編寫和固化設備驅動程序的編寫和固化設備設備驅動主要是驅動主要是GSM、RFID卡的處理程序。卡的處理程序。2.1 GSM通信程序通信程序根據(jù)根據(jù)GSM 07.05的定義，的定義，S

15、MS短信息的發(fā)送和接收模式共有兩種：基于短信息的發(fā)送和接收模式共有兩種：基于AT命令命令的的Text模式和基于模式和基于AT命令的命令的PDU模式。本文采用模式。本文采用PDU模式下發(fā)送和接收短消息。模式下發(fā)送和接收短消息。PDU串不僅包含可顯示的消息本身，還包含很多其他信息，如串不僅包含可顯示的消息本身，還包含很多其他信息，如SMS服務中心號服務中心號碼、目標號碼和服務時間等。碼、目標號碼和服務時間等。ARM設備和設備和GSM模塊設備之間的串口通信采用的模塊設備之間的串口通信采用的是超時控制的同步（阻塞）模式，實現(xiàn)的方法是專門將接收處理封裝在一個工是超時控制的同步（阻塞）模式，實現(xiàn)的方法是專

16、門將接收處理封裝在一個工作子線程內。發(fā)送可用作子線程內。發(fā)送可用WinCE內的消息進行傳遞。其中，串口通信通過調用內的消息進行傳遞。其中，串口通信通過調用Windows API函數(shù)可以方便實現(xiàn)自己想要的各種功能。函數(shù)可以方便實現(xiàn)自己想要的各種功能。2.2 RFID讀、寫卡程序讀、寫卡程序 智能智能冰箱系統(tǒng)中，每個食品貼一張冰箱系統(tǒng)中，每個食品貼一張RFID卡，卡中記錄商品的相關信息?？?，卡中記錄商品的相關信息。RFID讀卡器讀卡器ZLG500B讀取冰箱內商品信息，然后發(fā)送給讀取冰箱內商品信息，然后發(fā)送給ARM7，由，由ARM7對信息進行對信息進行初步處理后發(fā)送到智能的核心控制端上，從而實現(xiàn)了對

17、冰箱內食品的實時監(jiān)控。初步處理后發(fā)送到智能的核心控制端上，從而實現(xiàn)了對冰箱內食品的實時監(jiān)控。2.3 應用程序的應用程序的開發(fā)開發(fā)Win CE 下運行的應用程序，需要使用專門用于下運行的應用程序，需要使用專門用于Windows CE 的開發(fā)工具?，F(xiàn)在的開發(fā)工具?，F(xiàn)在應用廣泛的開發(fā)工具就是應用廣泛的開發(fā)工具就是Embedded VisualC+。EVC是微軟公司推出的是微軟公司推出的Win CE 程序可視化開發(fā)工具。其典型特點就是：界面友好，開發(fā)的程序執(zhí)行效率高。程序可視化開發(fā)工具。其典型特點就是：界面友好，開發(fā)的程序執(zhí)行效率高。軟件采用基于軟件采用基于WEB的客戶機的客戶機/服務器模式，這里只對

18、客戶端作簡要服務器模式，這里只對客戶端作簡要分析。分析。發(fā)展前景發(fā)展前景早在早在2012年年3月，海信便發(fā)布了第一代博納智能月，海信便發(fā)布了第一代博納智能冰箱冰箱，當年，當年9月開始推向市場，月開始推向市場，并在并在2013年在全國年在全國30多個大中城市實現(xiàn)全面鋪貨銷售。多個大中城市實現(xiàn)全面鋪貨銷售。 博博納智能冰箱是海信推納智能冰箱是海信推出的出的高端智能冰箱產品之一，高端智能冰箱產品之一，是海信實施是海信實施“智能化戰(zhàn)略智能化戰(zhàn)略”的最新的最新成果。成果。海海信博納智能冰箱在門體上嵌入信博納智能冰箱在門體上嵌入10.1寸屏幕，搭載寸屏幕，搭載Android 3.2操作系統(tǒng)、內存操作系統(tǒng)、內存高達高達1G的特制平板電腦，首次借助智能物聯(lián)網技術手段實現(xiàn)冰箱的的特制平板電腦，首次借助智能物聯(lián)網技術