Умный холодильник

Система умный холодильник на ардуино

В данной статье будет расмсотрен проект автоматизированной системы учета продуктов и их расхода умный холодильник на ардуино. В то время как продукты постоянно дорожают, а каждый седьмой человек в мире страдает от недоедания и хронического голода (по утверждению Продовольственной и сельскохозяйственной организация ООН), данные недавнего доклада просто шокируют – оказывается, почти половина всей произведенной в мире еды – целых 2 миллиарда тонн – выбрасывается на помойку. Объемы выбрасываемого и теряемого продовольствия хватило бы,  чтобы накормить растущее население планеты, так же как тех, кто сейчас голодает. Кроме того, это ненужная трата земли, воды и энергетических ресурсов, которые используются в ходе производства, обработки и распространения продовольствия.
Сократить пищевые отходы  можно, если оптимизировать покупку продуктов, не покупать лишнего. Это возможно, если потребитель в любой момент знает о наличии продуктов и их расходе. Часто пользователь просто не знает , какие продукты есть в холодильнике и покупает лишнее, подпав под влияние различных маркетинговых приемов.  Кроме того, часто не производится анализа , какие продукты часто выкидываются, ненужные продукты  покупаются вновь.
Поэтому стало  актуальным разработка автоматизированной системы , которая учитывала бы наличие продуктов  в холодильниках потребителей и анализировала   их потребление.
Исследование существующих систем умный холодильник .
Существует два типа холодильников, которые подходят под определение «умный»:
Поддерживающие интеграцию в систему умного дома и удаленное управление.
Самостоятельно принимающие важные решения.
Первый тип холодильников представляет собой сложное электронно-механическое устройство, полностью подконтрольное управляющей системе «умный дом». Этот тип холодильников может выполнять различные функции, но управляет режимом его работы контроллер умного дома, связь с которым возможна по:
радиоканалу;
сети Wi-Fi или ее аналогам;
сети GSM;
проводным сетям.
Вот список основных функций, присущих умным холодильникам:
самодиагностика;
извещение владельца о режиме работы;
определение продуктов и срока годности;
сравнение количества продуктов с вшитым в память списком и автоматический заказ недостающих;
автоматический выбор режима электропотребления;
книга рецептов.
Любой умный холодильник обязательно оснащен функцией самодиагностики. Управляющий блок, следуя вшитым в его память алгоритмам, опрашивает все системы и агрегаты холодильника, определяя их состояние. Благодаря этому любая неисправность обнаруживается в начальной стадии. Если это какой-то программный сбой, то холодильник самостоятельно устраняет его и отправляет SMS-сообщение владельцу, в котором описывается устраненная проблема. Если же нарушение работы вызвано внешними факторами или серьезной неисправностью, то холодильник посылает на телефон, планшет или смартфон SMS, включает звуковой сигнал тревоги и старается минимизировать последствия. Все это позволяет владельцу умного дома вовремя заметить неисправность и вызвать мастера, чтобы оперативно провести ремонт.
Во многих холодильниках, даже не относящихся к умным моделям, устанавливают камеры, которые позволяют владельцу видеть находящиеся внутри продукты. В умных холодильниках эта технология получила логичное развитие – изображение камеры используется процессором, чтобы определить, какие продукты находятся на хранении. Кроме того, возможно определение их срока годности при автоматическом заказе. В России эта услуга пока не предоставляется, но в ближайшее время появятся организации, обеспечивающие доставку продуктов и по таким заказам. В Южной Корее готовится к запуску площадка, поддерживающая автоматические заказы недостающих продуктов, которые формируют умные холодильники, ориентируясь на предпочтения владельцев. Поэтому сейчас приходится вводить название продуктов и их срок годности вручную. Когда срок годности заканчивается, или подходят к концу какие-то продукты, на дисплее холодильника и телефоне/смартфоне владельца появляется информация об этом.
Функция автоматического выбора режима электропотребления позволяет холодильнику самостоятельно определять, находятся ли владельцы дома, или уехали на долгое время. Если владельцев долгое время нет дома, то холодильник переходит в режим минимального энергопотребления. Ведь дверцы не открываются, теплый воздух не попадает внутрь, а значит, нет необходимости в сильном охлаждении. Когда холодильник переходит в такой режим, владелец получает SMS сообщение, информирующее об этом.
Лидер в производстве умных холодильников – компания Самсунг. Она выпустила умный холодильник Т-9000, который стал эталоном устройств этого типа. Стоимость Т-9000 в зависимости от модификации и места реализации колеблется от 4 до 8 тысяч долларов. Менее умные модели с поддержкой Wi-Fi и несколькими дополнительными функциями можно приобрести от 2 до 4 тысяч долларов.
Существенным недостатком  данных систем является то, что данные системы анализируют только наличие продуктов и не могут произвести анализ был ли выброшен продукт или  потреблен. Данный анализ позволяет  выявить список продуктов , которые чаще всего выкидываются. Этот анализ позволит построить  системой оптимальные рекомендации по покупке  именно необходимых и потребляемых продуктов и существенно сократит пищевые отходы.
Чтобы создать такую систему,  необходимо с системой холодильника интегрировать электронную систему утилизации продуктов. Т.е. к каждому типу продуктов привязать свой мусорный контейнер, оснащенный системой датчиков. Тогда в случае выкидывания продукта, система сможет проанализировать это и выдать рекомендации  по оптимальному плану покупок продуктов.
Кроме того данные системы достаточно дороги.
Создание  интегрированной относительно недорогой системы  учета наличия продуктов и их утилизации  и стало целью данного проекта. 
Цель проекта: Разработка прототипа автоматизированной системы умный холодильник учета наличия и расхода пищевых продуктов в холодильнике на базе микроконтроллера Arduino.
Разработка прототипа системы “умный холодильник”+”умная система утилизации”.
Программирование системы умный холодильник в среде программирования IDE Arduino.
Протестировать систему умный холодильник.
Схема работы системы умный холодильник.
Данная система может быть установлена на любом холодильнике. Она позволит производить учет имеющихся продуктов и их расход.Система  умный холодильник позволяет отдельно хранить пищевые отходы,  накапливает статистику  по потреблению различных продуктов.  Система позволит существенно экономить на продуктах , так как  поможет исключить покупку  ненужных продуктов.Данная система может быть установлена на любом холодильнике. Она позволит производить учет имеющихся продуктов и их расход.Система  умный холодильник позволяет отдельно хранить пищевые отходы,  накапливает статистику  по потреблению различных продуктов.  Система позволит существенно экономить на продуктах, так как  поможет исключить покупку  ненужных продуктов.Для каждого типа продуктов предусмотрен свой контейнер. В прототипе системы для наглядности мы  используем два типа продуктов, соответственно, имеется два контейнера.
В контейнере установлен лазер и напротив его на другой стенке контейнера фоторезистор.
Когда мы берем продукт из контейнера, контейнер освобождается, лазерный луч, в системе попадает на фотодатчик и микроконтроллер дает команду на поворот мусорных контейнеров. Мусорные контейнеры поворачиваются с помощью сервопривода,подключенного к arduino
Теперь пользователь либо может потребить продукт, либо выбросить его в соответствующий  мусорный контейнер.
Каждому типу продуктов предусмотрен свой контейнер для утилизации.
Контейнеры для утилизации также имеют лазеры и фоторезисторы.
Если продукт будет выброшен, то  микроконтроллер узнает об этом  с помощью лазерного модуля и фотодатчика в мусорном контейнере.Если продукт часто выбрасывается то система выводит информацию на экран, что данный продукт покупать не надо.В системе также есть интернет модуль, если есть подключение к сети интернет, то система может отсылать  информацию о наличии продуктов в холодильники на мобильный телефон. это поможет купить нужные продукты и не покупать лишних продуктов.В перспективе данную систему можно подключить к единой системе умный дом. Система умный дом   имеет  компьютер,  в котором анализируются данные различных датчиков. Компьютер системы может отсылать уведомления на смартфоны пользователей через интернет, а также управлять устройствами.

На рисунке 1. приведена принципиальная схема установки.
Система состоит из микроконтроллера Arduino AT Mega, лазерных датчиков, фоторезисторов, сервопривода для вращения мусорных контейнеров, дисплея
В приложении  приведена программа  системы Умный холодильник в среде IDE Arduino

Реализация системы умный холодильник
Был собран прототип системы с двумя контейнерами для продуктов  и двумя мусорными контейнерами.
Система была запрограммирована в среде IDE Arduino
Собранная система  была  успешно протестирована. Система  производила расчет тех продуктов, которые выбрасывались, и выводила дна экран информацию об этом. Также система выдает информацию о наличии  того или иного продукта в холодильнике.
Прототип системы имеет относительную низкую цену, порядка 3 тысяч рублей. Кроме  того следует отметить, что

Перспективы проекта умный холодильник
Подключение системы к персональному компьютеру с  помощью программы на VB.
Отправка информации  о наличии продуктов через интернет c помощью программы на VB.
Увеличение числа контейнеров для продуктов в холодильнике и системе утилизации
Подключение датчиков веса .  Лазерные датчики могут  только  анализировать
наличие или отсутствие продукта в контейнере. Весовые датчики позволят  вести учет  динамики потребления и спрогнозировать  окончание продуктов, выдать оптимальные рекомендации по их покупке.
Разработка и внедрение промышленного образца, интеграция системы в различные типы холодильников

Список литературы по робототехнике и arduino
Большая книга экспериментов для школьников/под ред. А. Мейяни; пер.: Э.И. Мотылева. – М.: Росмэн-Пресс, 2007. – 260 с.
Улли Соммер – Программирование микроконтроллерных плат Arduino Freeduino 2012г.
Чарльз Платт -Электроника для начинающих «БХВ-Петербург» 2012 г.

Познакомиться с другими проектами  по робототехнике и компьютерному моделированию

Поделиться: