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基于单片机的等离子消毒保鲜点餐柜设计

第一章 系统整体架构设计

基于单片机的等离子消毒保鲜点餐柜以“无菌存储、新鲜保鲜、智能点餐”为核心目标，采用“感知-控制-消毒-交互”的四层架构。系统核心包含六大功能模块：环境感知模块、单片机控制模块、等离子消毒模块、温控保鲜模块、点餐交互模块及状态监测模块。环境感知模块实时监测柜内温度、湿度及细菌浓度，为消毒保鲜提供数据支撑；单片机控制模块选用STM32F103C8T6芯片，作为中枢处理传感数据并执行控制逻辑，兼顾响应速度与稳定性；等离子消毒模块通过低温等离子体杀灭细菌病毒；温控保鲜模块维持5-10℃低温环境；点餐交互模块支持触屏选餐与扫码支付；状态监测模块记录消毒时长与食材存储状态。设计适配餐饮门店场景，实现食材无菌存储与便捷点餐一体化。

第二章 硬件模块选型与电路设计

硬件选型遵循“食品级、高效能、易操作”原则。环境感知模块：温度检测采用SHT30传感器（精度±0.3℃），细菌浓度检测选用MQ-135气体传感器，湿度检测集成于SHT30，三者通过I2C与SPI接口连接单片机。单片机选用STM32F103C8T6，具备丰富外设接口，满足多模块协同控制需求。等离子消毒模块采用10W低温等离子发生器，通过继电器控制启停，消毒范围覆盖柜内所有区域。温控保鲜模块：半导体制冷片（TEC1-12706）配合散热风扇实现降温，DS18B20传感器辅助温度闭环控制。点餐交互模块采用2.4英寸触摸屏与二维码扫描模块，支持菜品选择与订单生成。电路设计采用12V直流供电，经DC-DC模块转换为5V、3.3V为控制电路供电；强电与弱电通过光耦隔离，制冷电路添加续流二极管；柜体内部传感器加装防水外壳，适应潮湿环境。

第三章 软件设计与逻辑实现

软件设计基于Keil MDK开发环境，采用C语言模块化编程，核心包含环境监测程序、消毒控制程序、温控保鲜程序、点餐管理程序及状态反馈程序。环境监测程序定时（30秒间隔）采集温湿度与细菌浓度数据，当细菌浓度超过阈值（≥0.5mg/m³）时触发消毒指令。消毒控制程序采用定时+触发双模式：每日凌晨自动消毒30分钟，触发模式下消毒至细菌浓度≤0.3mg/m³后停止，同时记录消毒日志。温控保鲜程序通过PID算法调节半导体制冷片功率，维持柜内温度稳定在5-10℃（温差±0.5℃），湿度高于70%时启动除湿模块。点餐管理程序实现触屏选餐、订单生成与扫码支付对接，选餐后自动记录食材取用信息并更新库存。状态反馈程序在触摸屏显示当前温度、消毒状态及食材余量，异常时通过蜂鸣器报警。

第四章 系统调试与性能验证

系统调试分为硬件调试与软件调试，性能验证围绕消毒效果与保鲜能力展开。硬件调试测试等离子发生器，30分钟内对大肠杆菌杀灭率≥99.9%；校准温控系统，5-10℃范围内温度波动≤±0.3℃。软件调试优化消毒逻辑，确保细菌浓度超标后5秒内启动消毒；验证点餐流程，从选餐到支付完成耗时≤10秒。性能验证在餐饮场景测试：连续存储熟食48小时，菌落总数增长≤10cfu/g，食材新鲜度保持良好；每日消毒能耗≤0.5度，符合节能要求。连续运行30天，系统无故障，触摸屏响应灵敏，支付成功率100%。测试结果表明，系统实现了消毒保鲜与智能点餐的融合，适合餐饮门店提升食材安全与点餐效率。





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