智能冰箱设计（智能综合实践应用）

发布时间：2025-04-10 21:55

智能家居改变生活方式：智能音箱、智能冰箱的日常应用 #生活知识# #生活感悟# #科技生活变迁# #科技创新应用#

前言

本设计已经做出成果，有完整的报告，ppt，电路原理图，pcb板子，焊接好的电路板，模拟做出的冰箱，以及功能测试视频，完全实现设计效果如果有需要提供帮助，可以私信我。

设计概述：

1.1 设计背景

随着人们生活水平的提高和科技的不断进步，智能家居设备逐渐进入日常生活。冰箱作为家庭中使用频率极高的电器，其智能化和自动化需求也日益增强。然而，传统冰箱在使用过程中存在一些不足之处，例如冰箱门长时间未关、冷藏温度不稳定、以及食物储存时间过长导致变质等。这些问题不仅影响食品的安全与保鲜，还增加了能耗，造成资源浪费。

为了解决上述问题，本项目设计了一个智能冰箱控制系统，结合温度、颜色和距离传感器，实时监控冰箱内部环境，确保合理的温度控制、自动关闭冰箱门、并检测食物的新鲜度。该系统不仅能提升食品保鲜效果，减少食物浪费，还能够有效降低能耗，符合节能减排的绿色发展理念，为用户提供更加便捷、安全和智能的生活体验。

1.2 功能设计

该智能冰箱系统配备了温度监测与报警、门框距离监测与自动关闭、食物新鲜度检测和显示屏功能模块，全面提升了冰箱的智能化水平和用户体验：

冰箱温度监测与报警：系统实时监测冰箱内温度，并将当前温度数据在液晶屏幕上显示，方便用户随时查看。当冰箱门开启过久或内部温度超出正常冷藏范围时（即高温状态），系统会自动触发强制关闭冰箱门，确保冷藏效果。与此同时，系统会点亮红色LED灯作为高温警示，提醒用户注意异常温度状态；在正常情况下，系统将点亮绿色LED灯，表示温度处于安全范围内。门框距离监测与自动关闭：通过精确的距离传感器，系统持续监控冰箱门与门框的距离，并设定一个固定阈值，确保门的密封状态。当检测到门框距离小于该阈值时，系统会自动激活关闭功能，确保冰箱保持密封状态，有效避免冷气泄漏。若门未完全闭合，系统将提示用户并采取强制关门操作，为用户节省能源。食物新鲜度检测：定期检测冰箱内食物的颜色变化，以判断食物的新鲜程度。当颜色传感器检测到食物颜色发生显著变化时（如由绿色转为黄色或黑色），系统将判断食物可能接近过期或已腐坏，并通过显示屏和LED灯提醒用户及时检查和处理，以减少食物浪费。显示屏功能：液晶显示屏作为系统的主要交互界面，显示项目名称、实时温度、冰箱门状态和食物新鲜度信息。具体而言，显示屏将冰箱门状态以“强制关闭”或“正常使用”显示，食物状态分为“新鲜”、“临期”或“腐坏”以便用户快速判断。提高了系统的实用性和智能化，还提供了丰富的反馈信息，帮助用户实时了解冰箱内部情况。

1.3、硬件设计

主控单元

STM32单片机：负责协调各传感器、显示模块及驱动单元，实现智能冰箱的控制逻辑。

显示单元

OLED显示模块：显示项目名字，实时冰箱内温度，显示冰箱门状态（强制关闭/正常使用），显示冰箱内食物状态（新鲜，临期，腐坏）

温度测量单元

DS18B20温度传感器：通过单总线通信与STM32连接，用于实时监测冰箱内部温度。

距离检测单元

HC-SR04超声波传感器：测量冰箱门与门框之间的距离，判断是否需要自动关闭冰箱门。

驱动单元

TB6612FNG电机驱动模块：控制冰箱门的开启和关闭，通过电机端子一和端子二实现电机的正反转。

新鲜度检测单元

颜色识别模块：通过I2C通信连接主控单元，定期检测食物颜色变化，判断新鲜度。

供电模块

Type-C接口：提供系统5V输入电压。

电压转换模块：将Type-C输入的5V转换为3.3V，为STM32及低压模块供电。

通过多个传感器和模块的协同工作，实现了智能冰箱的温度监测、自动关门和食物新鲜度检测等功能。

二、实验设备和工具环境：

2.1、实验设备：

硬件：

（1）STM32系列STM32F103C8T6芯片一片

（2）贴片电阻若干

（3）贴片电容若干

（4）LED若干

（5）3.3V稳压芯片

（6）HC-49S_L11.4-W4.7-LS13.0无源贴片晶振

（7）排针、杜邦线若干

（8）极性电容

（9）温度检测模块DS18b20

（10）超声波测距HC-SR04模块

（11）颜色传感器TCS3472

（12）显示屏OLED

（13）马达及驱动芯片

2.2、工具环境：

焊接配套设备及嘉立创板，Keil5

三、实验方案：

1.方案概述

本实验方案旨在利用温度传感器、颜色传感器和距离传感器来实现智能冰箱的应用场景。通过温度传感器实时监测冰箱内部温度，并将数据显示在液晶屏幕上。当冰箱门长时间未关闭导致温度超出正常冷藏范围时，系统将自动触发强制关门，并且在温度异常时点亮红色LED灯作为警示；在正常情况下，则点亮绿色LED灯表示温度正常。同时，距离传感器用于监测冰箱门与门框的距离。设定一个固定阈值，当检测到门未完全闭合时，系统将自动关闭冰箱门确保密封。颜色传感器定期检测冰箱内食物的状态，通过颜色变化来判断食物的新鲜度，并分为“新鲜”、“临期”及“腐坏”三种状态，及时提醒用户处理。

2.微控制器

在本次试验中，我们使用了STM32F103C8T6微控制器，其是一款基于ARM Cortex-M3内核的32位闪存微控制器，具备256KB的Flash存储器和48KB的SRAM。它拥有丰富的外设接口，包括51个可编程I/O端口、7个定时器、3个12位ADC、2个12位DAC、3个USART、2个SPI、2个I2C和1个CAN。该器件采用LQFP64封装，工作电压范围为2.0V至3.6V，支持多种低功耗模式。在项目中，STM32F103C8T6主要负责控制模块功能，其高性能、低功耗的特点为系统稳定运行提供了有力保障。

3.温度传感器

项目使用的DS18B20是一款精确的单线数字温度传感器，采用小巧的TO-92封装，能够在宽温度范围内（-55°C至+125°C）进行温度测量。它具有9位至12位的可编程分辨率，允许用户根据需求调整测量精度，最高可达0.0625°C。通过其独特的单线接口，DS18B20能够直接与微控制器进行通信，无需额外的接口电路，简化了设计和布线。内置的强大功能，如温度报警设定和寄生电源模式，使得DS18B20非常适合于各种环境监测、设备温度控制等应用，为项目提供了高性价比且可靠的温度监测解决方案。

4.距离传感器

HC-SR04超声波距离传感器利用回声定位原理，通过其内置的发射器和接收器发送和接收40kHz的超声波脉冲，能够精确测量2cm至15m范围内的距离，具有高达±1cm的分辨率。该传感器配备四个引脚，包括触发引脚（Trig）和接收引脚（Echo）用于与微控制器通信，以及Vcc和GND引脚用于供电，操作简单且易于集成。在机器人避障、液体水平检测、自动门控制等多种应用场景中，HC-SR04以其稳定的性能和低成本的特点，成为项目中实现非接触式距离测量的理想选择。

5.颜色传感器

在本项目中，STM32F103C8T6微控制器搭载了高性能RGB颜色传感器——TCS34725。TCS34725则利用其内置的16位ADC和先进的色彩传感器技术，提供了高精度的数字颜色数据，同时支持自动增益控制和集成光源驱动，确保了在不同光照条件下都能获得稳定可靠的测量结果。这两种传感器的结合使用，不仅极大地提升了系统的颜色识别能力，还为实现复杂环境下的色彩匹配与智能调控提供了强有力的技术支持。

6.显示屏

本项目中，我们采用了OLED显示屏作为信息展示界面。该显示屏通过I2C通信接口与微控制器进行连接，实现了数据的高效传输。OLED显示屏则提供了更高的对比度和更广的视角。支持通过I2C协议进行地址配置和指令发送，使得系统集成更为简便。通过这一接口，系统可以实时显示关键参数和操作状态，为用户提供了直观的操作反馈和信息监控。