CN109885115A - 一种基于互联网的智能保鲜箱控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及保鲜箱技术领域，尤其是涉及一种基于互联网的智能保鲜箱控制系统，包括单片机、电源、输入装置、输出装置和通信装置，所述单片机上设置有主控模块、输入模块、输出模块、通信模块和电源模块，本发明通过通信装置、输出装置、输入装置和电源均与单片机电连接，电源为单片机提供动力源，使用者通过输入装置和通信装置向单片机设定参数、采集数据和网络通信，单片机根据实时采集的数据来判断是否需要向输出装置发出控制命令，使用方便，并且电源模块、通信模块、输出模块和输入模块均与主控模块电连接，主控模块用来集中控制电源模块、通信模块、输出模块和输入模块，集成化程度高。

Description

一种基于互联网的智能保鲜箱控制系统及方法

技术领域

本发明涉及保鲜箱技术领域，尤其是涉及一种基于互联网的智能保鲜箱控制系统及方法。

背景技术

保鲜箱作为一种保鲜工具广泛用于海鲜、冷饮、瓜果和蔬菜等产品的短途或长途运输，保鲜箱常见的有两种：一种是塑料保鲜箱即保鲜盒：采用树脂材料制成，一般耐温范围：最高温120℃，最低温-20℃，一种是泡沫保鲜箱，树脂保鲜箱和泡沫保鲜箱其优点是重量轻和成本低，这样的保鲜箱比较适合短途的运输，当需要长途运输时，由于保鲜箱内不具备制冷设备，长期运输的途中，保鲜箱内的温度会缓慢升高，保鲜箱内的海鲜、冷饮、瓜果和蔬菜等仍然时刻进行着复杂的物理或者化学变化，温度升高会加速水份的蒸发速度，而水分蒸发将导致瓜果和蔬菜的表面皱缩、光泽消退和萎蔫等现象，因此会给人们带来使用上的不便，并且我们所要保鲜的物品是多样化的，每一样物品的最佳保鲜温度和压力都有所差异，然而一般的保鲜箱，需要人们根据所保鲜的物品来随时调节保鲜箱内的温度和压力，保鲜箱无法自动调节箱内的温度和压力，因此使用过程不够自动化和智能化，保鲜箱在使用过程中，使用者也无法非常精确地控制保鲜箱内始终处于一个恒温和恒压的状态，人工控制的精度低，使得保鲜箱无法保持住物品的新鲜度。

发明内容

针对上述现有技术的现状，本发明所要解决的技术问题在于提供一种使用方便、自动化程度高和控制精度高的基于互联网的智能保鲜箱控制系统及方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种基于互联网的智能保鲜箱控制系统，包括单片机、电源、输入装置、输出装置和通信装置，所述通信装置、输出装置、输入装置和电源均与单片机电连接，所述单片机上设置有主控模块、输入模块、输出模块、通信模块和电源模块，所述电源模块、通信模块、输出模块和输入模块均与主控模块电连接，由于通信装置、输出装置、输入装置和电源均与单片机电连接，首先电源为单片机提供动力源，然后使用者通过输入装置和通信装置向单片机设定参数、实时采集数据和进行网络通信，单片机根据实时采集的数据来判断是否需要向输出装置发出控制命令，使得保鲜箱内始终处于最佳的保鲜状态，方便使用者使用保鲜箱，其优点是使用方便，并且电源模块、通信模块、输出模块和输入模块均与主控模块电连接，主控模块用来集中控制电源模块、通信模块、输出模块和输入模块的工作，集成化程度高，使得整个单片机的功能多样化，方便使用者使用，其优点是使用方便。

优选地，所述单片机的型号为MSP430单片机，由于MSP430单片机具有运算速度快、能源消耗低、可以随意嵌套和使用时更加灵活方便的特点，其优点是使用方便。

优选地，所述输入装置包括温度传感器、气压传感器和输入键盘，所述输入键盘、气压传感器和温度传感器均与所述单片机电连接，由于输入键盘、气压传感器和温度传感器均与所述单片机电连接，输入键盘用来向单片机设置参数或发出控制命令，气压传感器用来实时检测保鲜箱内的压力，并将压力值反馈给单片机，温度传感器用来实时检测保鲜箱内的温度，并将温度值反馈给单片机，单片机再通过内部的控制方进行分析和计算，并作出控制命令，确保保鲜箱一直处于最佳的保鲜状态，方便使用者使用保鲜箱，其优点是自动化程度高。

优选地，所述输出装置包括LED显示屏、温度控制器和气压控制器，所述气压控制器、温度控制器和LED显示屏均与所述单片机电连接，由于气压控制器、温度控制器和LED显示屏均与所述单片机电连接，气压控制器用来执行单片机所发出的压力控制命令，温度控制器用来执行单片机所发出的温度控制命令，无需人工操作，其优点是自动化程度高，并且使用者还可以通过LED显示屏来观察保鲜箱的工作状态和输入控制命令时的情况，无需打开保鲜箱就可以了解到保鲜箱内的情况，方便使用者使用，其优点是使用方便。

优选地，所述通信装置包括手机端、PC端和云平台控制端，所述云平台控制端、PC端和手机端均通过无线网络与所述单片机相连接，由于云平台控制端、PC端和手机端均通过无线网络与所述单片机相连接，云平台控制端用来储存所要保鲜的物品的最佳温度和压力，并将其反馈给单片机，使用者通过PC端或手机端向单片机设定参数或观察保鲜箱的工作状态，方便使用者控制保鲜箱，其优点是使用方便。

优选地，所述输入模块包括温度采集模块、气压采集模块和键盘输入模块，所述键盘输入模块、气压采集模块和温度采集模块均与所述主控模块电连接，由于键盘输入模块、气压采集模块和温度采集模块均与所述主控模块电连接，键盘输入模块用来处理输入键盘输入的数据，气压采集模块用来处理气压传感器反馈的数据，温度采集模块用来处理温度传感器反馈的数据，并且键盘输入模块、气压采集模块和温度采集模块分别再将处理后的数据反馈给主控模块，主控模块将数据进行集中分析和处理，方便使用者使用，其优点是使用方便。

优选地，所述输出模块包括显示模块、温度控制模块和气压控制模块，所述气压控制模块、温度控制模块和显示模块均与所述主控模块电连接，由于气压控制模块、温度控制模块和显示模块均与所述主控模块电连接，气压控制模块来控制保鲜箱内的气压，温度控制模块用来控制保鲜箱内的温度，显示模块用来显示保鲜箱内工作状态和输入控制命令时的情况，方便使用者使用保鲜箱，其优点是使用方便。

优选地，所述通信模块包括GPRS通信模块，所述GPRS通信模块与所述主控模块电连接，由于GPRS通信模块与所述主控模块电连接，GPRS通信模块用来实现单片机与手机端、PC端和云平台控制端的网络连接，方便使用者控制保鲜箱，其优点是使用方便。

优选地，所述单片机上还设置有扩展模块，所述扩展模块与所述主控模块电连接，由于扩展模块与所述主控模块电连接，使用者可以通过扩展模块来二次开发单片机的控制系统，为后续的开发预留端口，方便使用者对控制系统进行拓展，其优点是使用方便。

优选地，一种基于互联网的智能保鲜箱控制方法，包括如下步骤：

(1)假设系统输入变量X_i(i＝1，2，3，…，n)的论域为X_i＝[-E，E](i＝1，2，3，…，n)，输出变量y的论域为Y＝[-U，U]，X_i的模糊划分为{A_ij}(1≤j≤m)糊推理规则为；

(2)IF x_i is A_1j and x₂ is A_2j and…and x_n is A_nj，Then y is B_j，j＝1，2，3，…，m，x₁是A_1j，的峰点，y_j是B_j的峰点，则输出表示为：

(3)经过论域伸缩变换以后，论域的形式为：

X_i(x_i)＝[-a_i(x_i)E_i，a_i(x_i)E_i]

Y(y_j)＝[-β_i(y_i)μ_i，β_i(y_i)μ_i]

其中a_i(x_i)，β_i(y_i)，M)为论域的伸缩因子；

(4)选取伸缩因子，a(x)＝1-λexp(-kx²)，其中，λ∈(0，1)，k＞0，

K_I为比例常数，β(0)为初始设计参数，根据实际情况调整，通常取β(0)＝1；

(5)单输入单输出变论域的模糊控制输出表示为：

(6)同理，双输入引入误差e和误差变化ec作为输入，其变论域的模糊控制可表示为：

(7)选取智能化保鲜箱的环境温度或者气压的偏差e和偏差变化率ec作为输入量，模糊控制器输出量为PID三个参数的修正值，分别为Δk_p、Δk_i、Δk_d，因此所设计模糊控制系统为两输入量为(e，ec)和三个输出量为(Δk_p，Δk_i，Δk_d)。

该控制方法采用变论域模糊PID控制方法将模糊控制器与PID控制器相结合，即在传统模糊控制的基础上变论域的模糊控制对输入量和输出量的论域分别加上一个伸缩因子以达到论域收缩的目的，不仅仅能够在线整定比例、积分、微分3个控制参数，而且还能对模糊控制器的论域进行调节，变相地扩大了控制规则，提高控制精度，使得保鲜箱内的温度和压力变化更加准确，其优点是控制精度高。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明通过通信装置、输出装置、输入装置和电源均与单片机电连接，首先电源为单片机提供动力源，然后使用者通过输入装置和通信装置向单片机设定参数、实时采集数据和进行网络通信，单片机根据实时采集的数据来判断是否需要向输出装置发出控制命令，使得保鲜箱内始终处于最佳的保鲜状态，方便使用者使用保鲜箱，其优点是使用方便，并且电源模块、通信模块、输出模块和输入模块均与主控模块电连接，主控模块用来集中控制电源模块、通信模块、输出模块和输入模块的工作，集成化程度高，使得整个单片机的功能多样化，方便使用者使用，其优点是使用方便，并且MSP430单片机具有运算速度快、能源消耗低、可以随意嵌套和使用时更加灵活方便的特点，其优点是使用方便，并且输入键盘、气压传感器和温度传感器均与所述单片机电连接，输入键盘用来设置参数或发出控制命令，气压传感器用来实时检测保鲜箱内的压力，并将压力值反馈给单片机，温度传感器用来实时检测保鲜箱内的温度，并将温度值反馈给单片机，单片机再通过内部的控制方进行分析和计算，并作出控制命令，确保保鲜箱一直处于最佳的保鲜状态，方便使用者使用保鲜箱，其优点是自动化程度高，并且气压控制器、温度控制器和LED显示屏均与所述单片机电连接，气压控制器用来执行单片机所发出的压力控制命令，温度控制器用来执行单片机所发出的温度控制命令，无需人工操作，其优点是自动化程度高，并且使用者还可以通过LED显示屏来观察保鲜箱的工作状态和输入控制命令时的情况，无需打开保鲜箱就可以了解到保鲜箱内的情况，方便使用者使用，其优点是使用方便，并且云平台控制端、PC端和手机端均通过无线网络与所述单片机相连接，云平台控制端用来储存所要保鲜的物品的最佳温度和压力，并将其反馈给单片机，使用者通过PC端或手机端向单片机设定参数或观察保鲜箱的工作状态，方便使用者控制保鲜箱，其优点是使用方便，并且键盘输入模块、气压采集模块和温度采集模块均与所述主控模块电连接，键盘输入模块用来处理输入键盘输入的数据，气压采集模块用来处理气压传感器反馈的数据，温度采集模块用来处理温度传感器反馈的数据，并且键盘输入模块、气压采集模块和温度采集模块分别再将处理后的数据反馈给主控模块，主控模块将数据进行集中分析和处理，方便使用者使用，其优点是使用方便，并且气压控制模块、温度控制模块和显示模块均与所述主控模块电连接，气压控制模块来控制保鲜箱内的气压，温度控制模块用来控制保鲜箱内的温度，显示模块用来显示保鲜箱内工作状态和输入控制命令时的情况，方便使用者使用保鲜箱，其优点是使用方便，并且GPRS通信模块与所述主控模块电连接，GPRS通信模块用来实现单片机与手机端、PC端和云平台控制端的网络连接，方便使用者控制保鲜箱，其优点是使用方便，并且扩展模块与所述主控模块电连接，使用者可以通过扩展模块来二次开发单片机的控制系统，为后续的开发预留端口，方便使用者对控制系统进行拓展，其优点是使用方便，并且该控制方法采用变论域模糊PID控制方法将模糊控制器与PID控制器相结合，即在传统模糊控制的基础上变论域的模糊控制对输入量和输出量的论域分别加上一个伸缩因子以达到论域收缩的目的，不仅仅能够在线整定比例、积分、微分3个控制参数，而且还能对模糊控制器的论域进行调节，变相地扩大了控制规则，提高控制精度，使得保鲜箱内的温度和压力变化更加准确，其优点是控制精度高。

附图说明

图1为本发明的控制系统结构示意图；

图2为本发明的单片机的结构示意图；

图3为本发明的压力控制的流程图；

图4为本发明的温度控制的流程图。

其中：1-单片机；2-电源；3-输入装置；4-输出装置；5-通信装置；6-主控模块；7-输入模块；8-输出模块；9-通信模块；10-电源模块；11-扩展模块；3-1-温度传感器；3-2-气压传感器；3-3-输入键盘；4-1-LED显示屏；4-2-温度控制器；4-3-气压控制器；5-1-手机端；5-2-PC端；5-3-云平台控制端；7-1-温度采集模块；7-2-气压采集模块；7-3-键盘输入模块；8-1-显示模块；8-2-温度控制模块；8-3-气压控制模块；9-1-GPRS通信模块。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步详述，以使本发明技术方案更易于理解和掌握。

如图1-4所示，一种基于互联网的智能保鲜箱控制系统，包括单片机1、电源2、输入装置3、输出装置4和通信装置5，所述通信装置5、输出装置4、输入装置3和电源2均与单片机1电连接，所述单片机1上设置有主控模块6、输入模块7、输出模块8、通信模块9和电源模块10，所述电源模块10、通信模块9、输出模块8和输入模块7均与主控模块6电连接，所述单片机1的型号为MSP430单片机，所述输入装置3包括温度传感器3-1、气压传感器3-2和输入键盘3-3，所述输入键盘3-3、气压传感器3-2和温度传感器3-1均与所述单片机1电连接，所述输出装置4包括LED显示屏4-1、温度控制器4-2和气压控制器4-3，所述气压控制器4-3、温度控制器4-2和LED显示屏4-1均与所述单片机1电连接，所述通信装置5包括手机端5-1、PC端5-2和云平台控制端5-3，所述云平台控制端5-3、PC端5-2和手机端5-1均通过无线网络与所述单片机1相连接，所述输入模块7包括温度采集模块7-1、气压采集模块7-2和键盘输入模块7-3，所述键盘输入模块7-3、气压采集模块7-2和温度采集模块7-1均与所述主控模块6电连接，所述输出模块8包括显示模块8-1、温度控制模块8-2和气压控制模块8-3，所述气压控制模块8-3、温度控制模块8-2和显示模块8-1均与所述主控模块6电连接，所述通信模块9包括GPRS通信模块9-1，所述GPRS通信模块9-1与所述主控模块6电连接，所述单片机1上还设置有扩展模块11，所述扩展模块11与所述主控模块6电连接；

一种基于互联网的智能保鲜箱控制方法，包括如下步骤：

(1)假设系统输入变量X_i(i＝1，2，3，…，n)的论域为X_i＝[-E，E](i＝1，2，3，…，n)，输出变量y的论域为Y＝[-U，U]，X_i的模糊划分为{A_ij}(1≤j≤m)糊推理规则为；

(2)IF x_i is A_1j and x₂ is A_2j and…and x_n is A_nj，Then y is B_j，j＝1，2，3，…，m，x₁是A_1j，的峰点，y_j是B_j的峰点，则输出表示为：

(3)经过论域伸缩变换以后，论域的形式为：

X_i(x_i)＝[-a_i(x_i)E_i，a_i(x_i)E_i]

Y(y_j)＝[-β_i(y_i)μ_i，β_i(y_i)μ_i]

其中a_i(x_i)，β_i(y_i)，M)为论域的伸缩因子；

(5)选取伸缩因子，a(x)＝1-λexp(-kx²)，其中，λ∈(0，1)，k＞0，

K_I为比例常数，β(0)为初始设计参数，根据实际情况调整，通常取β(0)＝1；

(5)单输入单输出变论域的模糊控制输出表示为：

(6)同理，双输入引入误差e和误差变化ec作为输入，其变论域的模糊控制可表示为：

(7)选取智能化保鲜箱的环境温度或者气压的偏差e和偏差变化率ec作为输入量，模糊控制器输出量为PID三个参数的修正值，分别为Δk_p、Δk_i、Δk_d，因此所设计模糊控制系统为两输入量为(e，ec)和三个输出量为(Δk_p，Δk_i，Δk_d)。

上述中一种基于互联网的智能保鲜箱控制系统及方法的工作过程如下：人工根据自己所要运输的物品，首先通过输入键盘选择所运物品的种类，该物品对应的运输存储温度和压力在云平台控制端已预先设定好，箱体内的单片机会自动将所装物品的相关参数通过网络从云平台控制端下载到单片机上，并将下载的数据作为设定的控制参数，或者使用者还可以通过输入键盘、手机端或PC端向单片机设定需要运输物品的参数，然后在保鲜箱运输过程中，箱体内的温度传感器实时采集箱体内的温度的，压力传感器实时采集箱体内的压力，通过LED显示屏显示出来，并且同时将采集到的温度和压力反馈给单片机，单片机上的主控模块通过GPRS通信模块来实现单片机与手机端、PC端和云平台控制端的网络连接，后台人员或者使用者通过PC端或手机端能随时接收这些信息，以实现远程监测，如果监测的温度数据超出预设的范围，主控制模块经通过温度控制模块来驱动温度控制器来调节保鲜箱内的温度，温度控制的具体的控制步骤为：

(1)设置温度为T1；

(2)获取箱内的温度为T2；

(3)判断T1与T2的关系；

(4)如果T1＞T2，则将判断保鲜箱是否处于制冷模式，如果保鲜箱处于制冷模式，则关闭制冷模式，如果不是制冷模式，则保持现有状态不变；

(5)如果T1＜T2，则开启制冷模式进行制冷。

如果监测的压力数据超出预设的范围，主控制模块经通过压力度控制模块来驱动压力控制器来调节保鲜箱内的压力，使得保鲜箱始终处于最佳的保鲜状态，压力控制的具体的控制步骤为：

(1)设置压力为K1；

(2)获取箱内的压力为K2；

(3)判断K1与K2的关系；

(4)如果K1＞K2，则判断保鲜箱是否处于抽气模式，如果保鲜箱处于抽气模式，则关闭抽气模式，如果保鲜箱不是处于抽气模式，则保持现有状态不变；

(5)如果K1＜K2，则开启抽气模式进行减压。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的技术人员应当理解，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行同等替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神与范围。

Claims (10)

1.一种基于互联网的智能保鲜箱控制系统，包括单片机(1)、电源(2)、输入装置(3)、输出装置(4)和通信装置(5)，所述通信装置(5)、输出装置(4)、输入装置(3)和电源(2)均与单片机(1)电连接，其特征在于，所述单片机(1)上设置有主控模块(6)、输入模块(7)、输出模块(8)、通信模块(9)和电源模块(10)，所述电源模块(10)、通信模块(9)、输出模块(8)和输入模块(7)均与主控模块(6)电连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于互联网的智能保鲜箱控制系统，其特征在于，所述单片机(1)的型号为MSP430单片机。

3.根据权利要求1所述的一种基于互联网的智能保鲜箱控制系统，其特征在于，所述输入装置(3)包括温度传感器(3-1)、气压传感器(3-2)和输入键盘(3-3)，所述输入键盘(3-3)、气压传感器(3-2)和温度传感器(3-1)均与所述单片机(1)电连接。

4.根据权利要求1所述的一种基于互联网的智能保鲜箱控制系统，其特征在于，所述输出装置(4)包括LED显示屏(4-1)、温度控制器(4-2)和气压控制器(4-3)，所述气压控制器(4-3)、温度控制器(4-2)和LED显示屏(4-1)均与所述单片机(1)电连接。

5.根据权利要求1所述的一种基于互联网的智能保鲜箱控制系统，其特征在于，所述通信装置(5)包括手机端(5-1)、PC端(5-2)和云平台控制端(5-3)，所述云平台控制端(5-3)、PC端(5-2)和手机端(5-1)均通过无线网络与所述单片机(1)相连接。

6.根据权利要求1所述的一种基于互联网的智能保鲜箱控制系统，其特征在于，所述输入模块(7)包括温度采集模块(7-1)、气压采集模块(7-2)和键盘输入模块(7-3)，所述键盘输入模块(7-3)、气压采集模块(7-2)和温度采集模块(7-1)均与所述主控模块(6)电连接。

7.根据权利要求1所述的一种基于互联网的智能保鲜箱控制系统，其特征在于，所述输出模块(8)包括显示模块(8-1)、温度控制模块(8-2)和气压控制模块(8-3)，所述气压控制模块(8-3)、温度控制模块(8-2)和显示模块(8-1)均与所述主控模块(6)电连接。

8.根据权利要求1所述的一种基于互联网的智能保鲜箱控制系统，其特征在于，所述通信模块(9)包括GPRS通信模块(9-1)，所述GPRS通信模块(9-1)与所述主控模块(6)电连接。

9.根据权利要求1所述的一种基于互联网的智能保鲜箱控制系统，其特征在于，所述单片机(1)上还设置有扩展模块(11)，所述扩展模块(11)与所述主控模块(6)电连接。

10.根据权利要求1所述一种基于互联网的智能保鲜箱控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)假设系统输入变量X_i(i＝1，2，3，…，n)的论域为X_i＝[-E，E](i＝1，2，3，…，n)，输出变量y的论域为Y＝[-U，U]，X_i的模糊划分为{A_ij}(1≤j≤m)糊推理规则为；

(2)IF x_i is A_1j and x₂ is A_2j and … and x_n is A_nj，Then y is B_j，j＝1，2，3，…，m，x₁是A_1j，的峰点，y_j是B_j的峰点，则输出表示为：

(3)经过论域伸缩变换以后，论域的形式为：

X_i(x_i)＝[-a_i(x_i)E_i，a_i(x_i)E_i]

Y(y_j)＝[-β_i(y_i)μ_i，β_i(y_i)μ_i]

其中a_i(x_i)，β_i(y_i)，M)为论域的伸缩因子；

(4)选取伸缩因子，a(x)＝1-λexp(-kx²)，其中，λ∈(0，1)，k＞0，

K_I为比例常数，β(0)为初始设计参数，根据实际情况调整，通常取β(0)＝1；

(5)单输入单输出变论域的模糊控制输出表示为：

(6)同理，双输入引入误差e和误差变化ec作为输入，其变论域的模糊控制可表示为：

(7)选取智能化保鲜箱的环境温度或者气压的偏差e和偏差变化率ec作为输入量，模糊控制器输出量为PID三个参数的修正值，分别为Δk_p、Δk_i、Δk_d，因此所设计模糊控制系统为两输入量为(e，ec)和三个输出量为(Δk_p，Δk_i，Δk_d)。