基于STM32和Zigbee的mini寵物智能喂養(yǎng)系統(tǒng)的設(shè)計

文/卞港 王仁彪 石永偉

1 引言

飼養(yǎng)迷你寵物逐漸成為年輕人的時尚，但由于工作繁忙很多萌寵都無法得到悉心照顧，課題設(shè)計了一個針對迷你寵物飼養(yǎng)的智能家居系統(tǒng)，系統(tǒng)基于應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層、感知層三層物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)，具有云平臺、上位機、下位機、移動智能終端四大模塊。其中，下位機由CC2530作為協(xié)調(diào)器，通過ZigBee協(xié)議完成無線終端節(jié)點組網(wǎng)， STM32單片機搭載ESP8266WIFI模塊作為下位機網(wǎng)關(guān)，借助機智云平臺提供的M2M協(xié)議完成下位機和移動智能終端的遠程數(shù)據(jù)傳輸。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 下位機整體設(shè)計

下位機系統(tǒng)主要依靠CC2530芯片、以及STM32F103芯片基于IEEE802.15.4標準的低功耗局域網(wǎng)協(xié)議，組成星形無線傳輸網(wǎng)絡(luò)層。采用ZigBee進行下位機組網(wǎng)，下位機由寵物環(huán)境監(jiān)測模塊、寵物體征監(jiān)測模塊、執(zhí)行部件控制模塊、安防報警模塊組成，主要負責寵物環(huán)境以及體征狀況信息采集以及執(zhí)行部件控制，下位機硬件結(jié)構(gòu)框圖見圖1。

圖1：硬件結(jié)構(gòu)框圖

2.2 上位機設(shè)計

上位機選用PC作為硬件平臺，利用C#語言完成上位機界面開發(fā)，SerialPort控件完成與下位機網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)通信，上位機帶有顯示界面，能夠?qū)櫸锃h(huán)境以及寵物體征數(shù)據(jù)進行實時動態(tài)顯示，另外它還具有控制界面，能夠進行投食、喂水、加熱等執(zhí)行部件控制。部分上位機控制顯示界面見圖2。

圖2：上位機控制顯示界面

2.3 移動智能終端和云服務(wù)平臺部署

移動智能終端基于Android平臺開發(fā)，其APP界面能夠?qū)崿F(xiàn)對寵物環(huán)境數(shù)據(jù)的遠程監(jiān)控，同時界面設(shè)定有控制投食、喂水、開關(guān)燈的控制按鍵，能夠?qū)崿F(xiàn)寵物窩內(nèi)執(zhí)行部件的遠程控制。選取機智云作為云服務(wù)平臺，創(chuàng)建數(shù)據(jù)節(jié)點，建立映射關(guān)系后，便可以作為下位機與移動智能終端的通信平臺，下位機網(wǎng)關(guān)搭建ESP8266芯片，通過Wi-Fi連接到公網(wǎng)與云端進行通信，負責將寵物環(huán)境參數(shù)以及寵物體征數(shù)據(jù)上傳，并通過移動智能終端顯示，同時通過云服務(wù)平臺接收用戶下發(fā)的指令數(shù)據(jù)，進而對下位機各執(zhí)行部件進行控制。

3 系統(tǒng)性能測試

搭建寵物環(huán)境并對整個系統(tǒng)功能進行測試，測試工作主要包括下位機上電組網(wǎng)測試、寵物環(huán)境以及體征參數(shù)本地和遠程監(jiān)測測試、下位機執(zhí)行部件本地和遠程控制測試，下位機系統(tǒng)閉環(huán)雙位式控制測試。系統(tǒng)測試過程如下：

（1）開啟下位機協(xié)調(diào)器及各終端節(jié)點，觀測下位機液晶屏，查看各終端節(jié)點是否依次上報數(shù)據(jù)。

（2）開啟下位機網(wǎng)關(guān)，連接路由上網(wǎng)后，打開手機APP頁面，查看數(shù)據(jù)是否通過云端轉(zhuǎn)發(fā)至移動終端；開啟上位機界面，并打開預(yù)先配置端口，查看數(shù)據(jù)是否正常傳送至上位機界面。

（3）觸控上位機以及移動端界面按鍵，依次測試投食、喂水、加熱、制冷等執(zhí)行部件是否正常開啟。

（4）系統(tǒng)升溫、降溫、加濕、降濕操作，查看執(zhí)行部件是否按照閉環(huán)雙位式規(guī)定控制模式開啟。

4 結(jié)束語

課題設(shè)計了一個針對迷你寵物飼養(yǎng)的智能家居系統(tǒng)，經(jīng)連續(xù)24小時不停機測試，系統(tǒng)性能穩(wěn)定，運行正常，在網(wǎng)絡(luò)狀況良好的情況下，正確數(shù)據(jù)采樣頻率達到2kS/s，現(xiàn)已成功通過天津市大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項目驗收，其整體設(shè)計方案對于迷你寵物的智慧喂養(yǎng)具有一定的指導(dǎo)意義。