嵌入式系統(tǒng)在智能冰箱中的應(yīng)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(yīng)用智能冰箱中的應(yīng)用 主要內(nèi)容主要內(nèi)容 主要功能主要功能 產(chǎn)品特點產(chǎn)品特點 硬件設(shè)計硬件設(shè)計 軟件設(shè)計軟件設(shè)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(wǎng)絡(luò)化；食品購買網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)交易安全化；網(wǎng)絡(luò)交易安全化； 系統(tǒng)設(shè)置人性化。系統(tǒng)設(shè)置人性化。 產(chǎn)品特點產(chǎn)品特點 系統(tǒng)選用

2、系統(tǒng)選用RFID卡作為食品信息載體，當(dāng)食品放入冰箱時，安裝在冰箱內(nèi)的卡作為食品信息載體，當(dāng)食品放入冰箱時，安裝在冰箱內(nèi)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(dāng)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(dāng)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(wǎng)絡(luò)，享用超市提供的網(wǎng)上購物服務(wù)；網(wǎng)絡(luò)，享用超市提供的網(wǎng)上購物服務(wù)； 當(dāng)冰箱內(nèi)食品將要用完時，系統(tǒng)會按照用戶的設(shè)置自動為用戶購買；當(dāng)冰箱內(nèi)食品將要用完時

3、，系統(tǒng)會按照用戶的設(shè)置自動為用戶購買； 冰箱提供了大量菜譜，并能夠選出當(dāng)前冰箱內(nèi)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(dāng)前冰箱內(nèi)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(wù)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(wù)器，也可以下載別人的菜譜參考； 系統(tǒng)采用了嚴(yán)密的網(wǎng)絡(luò)安全策略，保證網(wǎng)上交易的安全性；系統(tǒng)采用了嚴(yán)密的網(wǎng)絡(luò)安全策略，保證網(wǎng)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(shè)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(shè)置。 硬件設(shè)計硬件設(shè)計 在設(shè)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(yīng)

4、將控制器硬件設(shè)在設(shè)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(yīng)將控制器硬件設(shè) 計成核心板和控制板兩部分。核心板主要用來構(gòu)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(gòu)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(chǎn)的公司生產(chǎn)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(nèi)建，并內(nèi)建64MB的堆棧型的堆棧型Intel StrataFlash內(nèi)存。內(nèi)置內(nèi)存。內(nèi)置LCD控制器，支持控制器，支持24

5、位色雙屏顯示，支持兩個位色雙屏顯示，支持兩個 overlays窗口和一個硬件光標(biāo)，內(nèi)部集成窗口和一個硬件光標(biāo)，內(nèi)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(nèi)核內(nèi)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(nèi)存、）、內(nèi)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

6、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(wù)（短消息服務(wù)（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

7、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

8、分別連接SIM卡支架和天卡支架和天 線線。 CF無線網(wǎng)卡 CF無線網(wǎng)卡是基于無線網(wǎng)卡是基于802.11無線網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上的，選用無線網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上的，選用SENAO公司公司CF接口的接口的 SL-2511 CF無線網(wǎng)卡，其最大覆蓋范圍可達無線網(wǎng)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

9、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)作為冰箱信息的采集和預(yù)處理終端。采用單片機系統(tǒng)作為冰箱信息的采集和預(yù)處理終端。采用 Philips公司生產(chǎn)的公司生產(chǎn)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(yīng)電壓范攝氏度誤差的溫度測試值，供應(yīng)電壓范

10、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(nèi)支撐壓力的變化來計算冰箱內(nèi)物品的重通過冰箱內(nèi)支撐壓力的變化來計算冰箱內(nèi)物品的重 量變化。系統(tǒng)采用量變化。系統(tǒng)采用350歐標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)變片作為壓力傳感器。當(dāng)冰箱內(nèi)支撐板上施歐標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)變片作為壓力傳感器。當(dāng)冰箱內(nèi)支撐板上施 加壓力時，應(yīng)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(yīng)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(shè)計：采用設(shè)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

11、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(shè)計軟件設(shè)計 系統(tǒng)軟件設(shè)計主要是操作系統(tǒng)的裁剪和移植、設(shè)備驅(qū)動程序的編寫和固化以及系統(tǒng)軟件設(shè)計主要是操作系統(tǒng)的裁剪和移植、設(shè)備驅(qū)動程序的編寫和固化以及 應(yīng)用程序的開發(fā)。應(yīng)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(wù)、開放、可升級的的、實時的、有強大通信能力、搶占式、多任務(wù)、開放、可升

12、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(shè)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(shè)備操作系統(tǒng)。與PC上的上的Windows 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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(shè)備，如鍵盤、鼠標(biāo)設(shè)

13、備、觸摸面板、串行口、以太網(wǎng)、調(diào)制解調(diào)器、硬件外圍設(shè)備，如鍵盤、鼠標(biāo)設(shè)備、觸摸面板、串行口、以太網(wǎng)、調(diào)制解調(diào)器、 USB設(shè)備、音頻設(shè)備、并行口和存儲設(shè)備等設(shè)備、音頻設(shè)備、并行口和存儲設(shè)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(qū)動開發(fā)，微軟提供的用于平臺定制和驅(qū)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(dǎo)出一個定制的軟件開發(fā)工具包（、導(dǎo)出一個定制的軟件開發(fā)工具包（SDK）、開）、開 發(fā)與測試驅(qū)動程序、在模擬器中測試平臺或應(yīng)用程序、在目標(biāo)設(shè)備上調(diào)試定制發(fā)與測試驅(qū)動程序、在模擬器中測試平臺或應(yīng)用程序、在目標(biāo)設(shè)備上調(diào)

14、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(diào)試應(yīng)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(diào)試應(yīng)用程序等。 Win CE 可分為四個主要模塊，它們分別是內(nèi)核模塊、對象存儲可分為四個主要模塊，它們分別是內(nèi)核模塊、對象存儲/文件系統(tǒng)模塊、文件系統(tǒng)模塊、 網(wǎng)絡(luò)與通信模塊、網(wǎng)絡(luò)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(qū)動程序、設(shè)備管理器、三個重要的組成部分：驅(qū)動程序、設(shè)備管理器、OAL(OEM適配層，適配層，OEM Adaptation Layer)。 2. 設(shè)備驅(qū)動程序的編寫和固化設(shè)備

15、驅(qū)動程序的編寫和固化 設(shè)備設(shè)備驅(qū)動主要是驅(qū)動主要是GSM、RFID卡的處理程序?？ǖ奶幚沓绦颉?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，SMS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(wù)中心號服務(wù)中心號 碼、目標(biāo)號碼和服務(wù)時間等。碼、目標(biāo)號碼和服務(wù)時間等。ARM設(shè)備和設(shè)

16、備和GSM模塊設(shè)備之間的串口通信采用的模塊設(shè)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)的方法是專門將接收處理封裝在一個工 作子線程內(nèi)。發(fā)送可用作子線程內(nèi)。發(fā)送可用WinCE內(nèi)的消息進行傳遞。其中，串口通信通過調(diào)用內(nèi)的消息進行傳遞。其中，串口通信通過調(diào)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(guān)信息。卡，卡中記錄商品的相關(guān)信息。

17、RFID 讀卡器讀卡器ZLG500B讀取冰箱內(nèi)商品信息，然后發(fā)送給讀取冰箱內(nèi)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)了對冰箱內(nèi)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(nèi)食品的實時監(jiān)控。 2.3 應(yīng)用程序的應(yīng)用程序的開發(fā)開發(fā) Win CE 下運行的應(yīng)用程序，需要使用專門用于下運行的應(yīng)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。現(xiàn)在 應(yīng)用廣泛的開發(fā)工具就是應(yīng)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

18、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(wù)器模式，這里只對客戶端作簡要服務(wù)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(dāng)年，當(dāng)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(chǎn)品之一，高端智能冰箱產(chǎn)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(nèi)存操作系統(tǒng)、內(nèi)存 高達高達1G的特制平板電腦，首次借助智能物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)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(wǎng)技