一種智能寵物喂食器的設計

項　志　趙　娟

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一種智能寵物喂食器的設計

項志趙娟

（荊楚理工學院電子信息工程學院 湖北荊門 448000）

文章設計了一種基于T89S52單片機控制的智能寵物喂食器，可實現(xiàn)提前放食物在投食器的儲物箱中，當設置好的投食時間到達時自動發(fā)出報警信號引起寵物注意，然后自動投放食物給寵物。系統(tǒng)由單片機主控系統(tǒng)、揚聲器、步進電機模擬投食模塊、鬧鐘模塊、萬年歷、光控開關幾部分組成，整個設計結構簡單，操作方便，功能齊全，能夠自動化投食，可為無時間照顧寵物的人解決煩惱，讓那些寵物在無人照顧的情況下也能正常飲食，彌補了傳統(tǒng)喂養(yǎng)的不足。

定時喂養(yǎng)；單片機AT89S52；萬年歷

隨著科技的發(fā)展和人們生活的提高，飼養(yǎng)寵物的人越來越多，而研究表明飼養(yǎng)寵物在喂食方面有很多不方便的，上班、外出、學習等場合不可能帶著寵物，那么他們的喂食就無法得以保障。有些老人空閑時間多，但是自己照顧自己有一些問題，找個寵物陪伴也無法保證寵物的喂食。導致許多國家存在很多的流浪狗、流浪貓。傳統(tǒng)的喂養(yǎng)方式需要飼養(yǎng)者親力親為，造成時間、人力上的大量浪費，對于一般家庭來說，是需要占用很多不必要的時間，畢竟工作學習后，是很疲勞的。對于飼養(yǎng)企業(yè)來說，成本需求過高，嚴重影響了他們的發(fā)展。智能寵物喂食器無疑是可以解決現(xiàn)此類問題的，讓寵物在無人看管時，給予日常飲食，省時省力，彌補了傳統(tǒng)喂養(yǎng)的不足。寵物自動喂食器的適用范圍大，幾乎什么年齡段的使用者都可以輕松上手，而且設計簡單方便，適用價值也高，因此寵物自動喂食器的市場是很廣闊的，相信可以為大多數(shù)寵物伺養(yǎng)者所用。

該設計利用AT89 S52 單片機作為主控芯片，通過單片機對各個模塊進行控制，實現(xiàn)食物投放功能。在投食器上設置定時鬧鐘，每當定時鬧鐘響起就是食物的投放時間，利用鬧鐘的響聲提醒并引起寵物的注意。通過顯示器顯示時間，當時間到達時就會發(fā)出信號，此時步進電機運轉，開始投食，步進電機運轉時間的長短決定食物投放的多少。食物投放時間的設置采用按鍵電路來實現(xiàn)，一般會根據(jù)不同的寵物靈活的設置投食時間，以滿足不同寵物一天的食物需求，同時還設置了光控開關，用以探知寵物的具體位置。

1 系統(tǒng)方案設計

本設計能夠實現(xiàn)鬧鐘提醒功能、溫度測試功能、時間顯示功能、自動投放功能，因此選用單片機去控制電路，步進電機去自動投食。整個系統(tǒng)包括顯示模塊、時鐘模塊、電源模塊、電機模塊、按鍵模塊、傳感器模塊、照明模塊、鬧鐘模塊和單片機主控制模塊。系統(tǒng)整體框圖如圖1所示。

圖1　 系統(tǒng)整體設計原理框圖

主控模塊采用AT89 S52 單片機，功能比較齊全；顯示模塊采用的是LCD1602 液晶屏作為，顯示直觀、靈活、體積小、功耗少，只需要適當改變程序無需改變硬件電路就可以進行相應數(shù)據(jù)的變換；時鐘模塊采用DS1302 ，時間誤差比較小，而且可對時間進行自動計時，性能和精度都比較高；鬧鐘模塊中揚聲器的功能是為了引起寵物的注意主動過來進食，是喂食的傳輸媒介之一。如果用一般的蜂鳴器智能是單純的發(fā)音，效果不是特別好，再次我們采用WT588 D芯片進行語音播報，播放日常生活中的語音，寵物進食效率大幅度提高，設計比較簡單。整個系統(tǒng)通過AT89 S52 進行主控，利用按鍵模塊對單片機進行設置，通電后液晶顯示屏能夠顯示時間和日期，當投食時間達到后會有照明燈供應，時間、日期通過通過按鍵矯正，寵物偷食事件也是通過按鍵設置的，投食時間根據(jù)需要可設置多個，當時間到達后就會自動進行寵物投放，這個過程可以用電機來實現(xiàn)。電機轉動一段時間后，就會播放錄好的一段語音，吸引寵物過來進食。同時還加入了光控開光，用來檢測寵物的位置，當寵物觸碰到了，就會燈亮，反之，即滅。

2 系統(tǒng)硬件設計

體電路主要包括單片機主控電路、LCD1602 顯示器電路、步進電機電路、語音電路、按鍵電路、DS1302 時鐘電路、光電開光控制電路等組成，系統(tǒng)整體電路設計原理圖如圖2所示。

圖2　 整體電路設計原理圖

整體系統(tǒng)采用5V供電，由于AT89 S52 的P0端口為雙向口，因此在使用時為了能夠正常的輸出高電平，在此添加了4.7K歐姆的上拉排阻。AT89 S52 單片機功耗比較低，微控制器性能比較高，具有較高的FLASH存儲器，同時具有定時、存儲 等功能，符合設計的需求。

顯示電路主要采用LCD1602 液晶屏，體積小、功耗低、攜帶方便，能夠顯示不同的數(shù)據(jù)類型。LCD1602 連接上AT89 S52 單片機的輸出，不停地讀取單片機傳遞的數(shù)據(jù)，通過程序設置，使該部分具有萬年歷功能，同時整個系統(tǒng)所有時間都是通過1602 顯示的。語音電路接的是一個WT588 D語言芯片，通過配套軟件WT588 DVoiceChip編譯，可以設置語音輸出，操作較為簡單，因為本次設計的語音部分是為了能夠吸引寵物，選用這個芯片就可以很好的解決這一個問題，可以錄制生活中寵物喂食時較為便捷的語音，當芯片接收到單片機輸出的高電平信號，WT588 D就會傳出之前保存的語音。

按鍵電路主要是為了便捷，為了靈活性就設置了幾個按鍵，便于操作，主要包括一個設置選項按鍵，一個加號按鍵，一個減號按鍵，一個鬧鐘選項按鍵，還有一個語音按鍵和一個復位按鍵，滿足了基本功能可以通過按鍵設置的效果，因此該按鍵模塊采用6個按鍵開關，5個設置鍵和一個復位鍵。

時鐘電路采用DS1302 ，功耗低、性能高、精度高、誤差小，DS1302 時鐘電路模塊經(jīng)過AT89 S52 單片機采集它的時鐘數(shù)據(jù)，之后經(jīng)過程序的處理，然后在LCD1602 液晶屏上顯示。

步進電機電路是將電信號轉化為角位移或線位移的一種開環(huán)控制元件，該系統(tǒng)采用的是28 BYJ-48 步進電機，是一個電壓為DC5V-DC12 V的四相八拍電機，由于單片機的接口信號不夠大，所以在電機之間加上了一個ULN2003 去放大，再傳送到電機。

3 系統(tǒng)軟件設計

設計采用AT89 S52 單片機為主控元件，需要編寫程序進行單片機控制、按鍵調整萬年歷和喂食時間，喂食時間到了，步進電機運轉，之后語音響起，自動喂食。因此本次采用的軟件為Keil，主要思想是根據(jù)寵物自動喂食器的基本要求來設計的，主程序流程圖如圖3。

圖3 　主程序流程圖

顯示數(shù)據(jù)子程序主要是顯示時間，顯示調整時間和鬧鐘整個過程，當調整完畢就會回到萬年歷界面；鬧鐘子程序主要是讀取當前時間是否達到預設時間，當?shù)竭_預設時間就會就會促使揚聲器發(fā)聲；步進電機特性是接收到電脈沖就會運轉，但沒有電脈沖的時候，就會停止運轉，與設計的主喂食功能要求很符合；按鍵子程序的主要功能是調節(jié)時間和設定鬧鐘的時間，按下設置鍵，就進入設置界面，就可以調整時間，再次按下推出設置界面，處于萬年歷界面。

4 系統(tǒng)調試

系統(tǒng)硬件調試時應在焊接的時候應該按照一定的順序進行，先劃分元件，在插入板子后焊接，最后進行調制，這樣便于尋找故障所在。當調試的時候發(fā)現(xiàn)有故障的時候要根據(jù)不同的情況，逐級檢查，看看是否有虛焊、漏焊的情況；是否有開路、短路、錯焊的情況；萬用表是否正常，標的極性是否弄錯；電源是否有短路或斷路；元器件是否損壞等。

在實際調試過程中語音部分沒有響聲，經(jīng)萬用表的測試發(fā)現(xiàn)語音芯片部分短路，經(jīng)過重新焊接解決了這一問題；測試時LCD1602 不能夠全部顯示，檢查后，才知道LCD1602 背光沒有調好，改變連接在LCD1602 上的變阻器，改變了電壓，屏幕就出現(xiàn)了萬年歷；調試時發(fā)現(xiàn)DS1302 發(fā)熱，之后發(fā)現(xiàn)是引腳接錯，改過來之后，就沒有出現(xiàn)這個問題了。

系統(tǒng)軟件調試主要通過修改完善程序進行，編寫完程序之后，就需要調試驗證功能上完整性，在運行看是否達到理想情況。在整個軟件調試中還是有許多的小問題，就如顯示器上的星期顯示有錯誤，經(jīng)過返回程序觀察發(fā)現(xiàn)，是自己在程序的編寫過程中將代表字母標錯，經(jīng)過修改發(fā)現(xiàn)一周七天顯示無誤。

5 總結

本設計主要研究的是一個基于52單片機的自動寵物喂食系統(tǒng)，自動寵物喂食器主要包括單片機AT89S52、按鍵電路、顯示模塊、揚聲器模塊，電機模塊DS1302模塊。隨著社會的發(fā)展，人們物質生活要求越來越高，對于自動寵物喂食器的出現(xiàn)給予了那些養(yǎng)寵物人們許多方便，有著重大的意義。

[1]張仁彥.單片機原理及應用[M].機械工業(yè)出版社,2016.

[2]王珊珊,魏虹.基于51單片機貓用自動喂食器的分析研究[J].科技風.2017(19).

10.3969/j.issn.2095-1205.2019.04.13

省教育廳計劃項目《荊門市農(nóng)谷信息化監(jiān)控技術需求與頂層方案設計》(B2018241)。

項志(1996- )，男，本科在讀，研究方向：電氣工程及其自動化方面；趙娟(1979- )，女，荊楚理工學院，副教授，碩士，研究方向：通信與信息系統(tǒng)。

S817.3

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2095-1205(2019)04-24-02