寵物喂養(yǎng)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李俊嬌，周志成，何俊康

（南京機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇南京，211306）

0 引言

隨著我國(guó)社會(huì)的發(fā)展，工作生活壓力變大，生活節(jié)奏變快，越來(lái)越多的人選擇喂養(yǎng)寵物陪伴自己、緩解壓力和孤獨(dú)，但是由于工作繁忙，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)早出晚歸或者加班、出差的情況，從而導(dǎo)致無(wú)法保證寵物的正常進(jìn)食，影響寵物情緒，進(jìn)而損壞家中物品，嚴(yán)重的可能會(huì)影響寵物健康以及生命安全。因此，需要對(duì)寵物進(jìn)行定時(shí)喂養(yǎng)，保證寵物的健康。目前，市面上存在的寵物自動(dòng)喂食機(jī)只具備定時(shí)喂食的功能，不會(huì)根據(jù)寵物的實(shí)際情況進(jìn)行喂食。一旦寵物不想進(jìn)食，食物易回潮、變質(zhì)。同時(shí)，寵物喂養(yǎng)者們已不滿足于簡(jiǎn)單的寵物定時(shí)喂養(yǎng)，他們想要觀看寵物進(jìn)食過(guò)程，了解寵物進(jìn)食情況，在寵物進(jìn)食過(guò)程中與寵物進(jìn)行交流，這就對(duì)寵物的投喂提出了更高的要求。

1 設(shè)計(jì)方案

設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)定時(shí)投喂模塊、人工投喂、自主飲水、視頻監(jiān)控、音樂(lè)播放等功能，其外觀如圖1所示。其中定時(shí)投喂功能可以實(shí)現(xiàn)對(duì)寵物定時(shí)、定量投喂，養(yǎng)成寵物每日規(guī)律進(jìn)食習(xí)慣；人工投喂功能可以實(shí)現(xiàn)通過(guò)視頻監(jiān)控和音樂(lè)播放與寵物行成互動(dòng)、陪伴，并通過(guò)選擇投放食物1或食物2進(jìn)而對(duì)寵物投喂主食或零食；音樂(lè)播放功能可以選擇寵物喜歡的音樂(lè)或者飼養(yǎng)主喂食寵物的錄音，在定點(diǎn)進(jìn)食前播放，養(yǎng)成寵物聽到聲音自動(dòng)到食盆前進(jìn)食的習(xí)慣；視頻模塊可以實(shí)現(xiàn)飼養(yǎng)主在線觀看寵物進(jìn)食、與寵物互動(dòng)。

圖1 寵物喂養(yǎng)裝置外觀圖

系統(tǒng)是由寵物檢測(cè)模塊、食物投放模塊、以及視頻監(jiān)控模塊構(gòu)成。系統(tǒng)主要以STM32單片機(jī)為控制核心，通過(guò)定時(shí)器、紅外傳感器、重量傳感器、限位開關(guān)等作為觸發(fā)信號(hào)，培養(yǎng)寵物進(jìn)食習(xí)慣，同時(shí)記錄寵物每次進(jìn)食量和時(shí)間間隔，建立相應(yīng)的寵物每日進(jìn)食情況，配合寵物進(jìn)食視頻，方便飼養(yǎng)主和醫(yī)生在線瀏覽或觀察寵物身體狀況。寵物喂養(yǎng)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的框圖如圖2所示。

圖2 寵物喂養(yǎng)裝置框圖

2 硬件設(shè)計(jì)

■2.1 主控模塊

主控模塊采用的是STM32F103RCT6芯片，它是是基于ARM微處理器32位內(nèi)核處理器，具有2.0～3.6V的電源供電，上電/斷電復(fù)位、可編程電壓檢測(cè)器。同時(shí)，芯片連接溫濕度傳感器、攝像頭、定時(shí)器、電機(jī)、重量傳感器等。當(dāng)定時(shí)器啟動(dòng)后，旋轉(zhuǎn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)清潔食盆，經(jīng)清潔刷清潔后，下料電機(jī)1旋轉(zhuǎn)投喂寵物食物。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)主控模塊與手機(jī)APP相連接，通過(guò)溫濕度傳感器顯示實(shí)時(shí)環(huán)境溫濕度，可以遠(yuǎn)程手動(dòng)控制下料電機(jī)2旋轉(zhuǎn)給寵物喂食。

■2.2 電源模塊

喂養(yǎng)系統(tǒng)的電源主要給STM32、電機(jī)、溫濕度傳感器、紅外傳感器、攝像頭等供電，所以，電源部分主要為220V電壓通過(guò)降壓模塊轉(zhuǎn)換為3.3V的直流電，對(duì)STM32控制模塊以及傳感器等部件進(jìn)行供電。

■2.3 溫濕度采集模塊

寵物的生活環(huán)境應(yīng)保持良好的溫度和濕度，尤其是貓、狗類寵物，他們怕熱、喜暖，對(duì)寒冷的環(huán)境有一定的抵抗力。由于貓?bào)w、狗體被長(zhǎng)毛覆蓋，缺乏汗腺，不易散熱，因此要特別注意飼養(yǎng)環(huán)境的溫濕度。一般來(lái)說(shuō)，長(zhǎng)毛類寵物適宜在氣溫18℃~30℃、相對(duì)濕度在40%~70%的環(huán)境下正常生活。

為了較好的寵物進(jìn)食環(huán)境的溫濕度，選擇溫濕度復(fù)合傳感器AM2302，它的測(cè)量精度高，輸出信號(hào)為已校準(zhǔn)的數(shù)字信號(hào)，其溫濕度檢測(cè)范圍分別為-40～80℃，0%～99．9%，可以滿足系統(tǒng)要求。經(jīng)測(cè)量選擇將溫度傳感器放置在食盆的中下方位置，使其能夠更準(zhǔn)確地測(cè)量環(huán)境中的溫濕度，及時(shí)向飼養(yǎng)主反饋。

圖3 喂養(yǎng)食盆結(jié)構(gòu)

■2.4 定時(shí)投食模塊

定時(shí)喂養(yǎng)模塊主要是首先啟動(dòng)自清潔模式，通過(guò)清潔刷與旋轉(zhuǎn)食盆達(dá)到清理食盆上附著的殘留食物，殘留食物掉落至廢料濾槽后在經(jīng)過(guò)濾口掉落至廢棄食物儲(chǔ)物盒，完成自清潔。其次，播放寵物喜歡的音樂(lè)，讓寵物獲知進(jìn)食信息，養(yǎng)成寵物定時(shí)進(jìn)食的習(xí)慣。再通過(guò)STM32設(shè)置定時(shí)器進(jìn)而控制繼電器，打開下料閘門，旋轉(zhuǎn)電機(jī)配合食盆下方的重量傳感器精準(zhǔn)控制食物盒1投放喂食量，隨后電機(jī)停止旋轉(zhuǎn)投放，投放閘口關(guān)閉。定時(shí)投放模式中，投食的時(shí)間間隔和投食重量可以人為控制，飼養(yǎng)主可以根據(jù)寵物的食量，適當(dāng)投放。

■2.5 自主投食模塊

自主投食模式主要是通過(guò)手機(jī)APP通過(guò)網(wǎng)絡(luò)控制食物盒2投食閘門開關(guān)、下料電機(jī)旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而飼養(yǎng)主給寵物投喂零食。飼養(yǎng)主可以通過(guò)攝像頭遠(yuǎn)程觀看寵物，與寵物互動(dòng)、給寵物投食，在自主投食模式下，單片機(jī)會(huì)記錄寵物的進(jìn)食時(shí)間、進(jìn)食量，方便在寵物不適就醫(yī)時(shí)，提供一定的數(shù)據(jù)參考。

■2.6 飲水模塊

飲水采用的是獨(dú)立于食盆設(shè)計(jì)，通過(guò)儲(chǔ)水盒與飲水槽虹吸出水，儲(chǔ)水盒為通用口徑，可以替換其他飲用瓶裝水。中間增加飲水槽與食盆間隙，防止寵物飲水濺出，同時(shí)增加飲水盆擋板高度，防止寵物飲水黑下巴。

■2.7 視頻模塊

視頻模塊的目的是通過(guò)攝像頭與揚(yáng)聲器實(shí)現(xiàn)與寵物的互動(dòng)，喂養(yǎng)者可以通過(guò)攝像頭在線觀看寵物進(jìn)食情況，并通過(guò)自主投食獎(jiǎng)勵(lì)寵物，增加與寵物的互動(dòng)性。攝像頭選用OV2640攝像頭模塊,該攝像頭200W像素， STM32F4驅(qū)動(dòng)源碼3.3V 。

3 軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)上電后，通過(guò)藍(lán)牙與手機(jī)連接，設(shè)置相應(yīng)數(shù)據(jù)以及wifi網(wǎng)絡(luò)。寵物喂養(yǎng)裝置如圖4方式實(shí)現(xiàn)對(duì)寵物的喂養(yǎng)。主程序首先實(shí)現(xiàn)各個(gè)模塊的初始化，然后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)獲取設(shè)置信息以及控制信息。根據(jù)接收到的控制信息，判斷是否對(duì)寵物進(jìn)行投喂活動(dòng)。寵物食盆清潔主要是通過(guò)環(huán)形食盆與清潔刷旋轉(zhuǎn)摩擦，清潔掉食盆上附著的食物，剩余物通過(guò)食盆下方的過(guò)濾口，掉落到廢棄食物儲(chǔ)物盒中，進(jìn)而完成食盆清潔，具體步驟如圖5所示。

圖4 主程序控制流程圖

圖5 食盆清潔控制流程圖

當(dāng)系統(tǒng)接收到對(duì)寵物的定時(shí)投喂信號(hào)后，自動(dòng)按照設(shè)定信號(hào)進(jìn)行定時(shí)定量投喂，如圖6所示。定時(shí)投喂啟動(dòng)后，每次投喂前食盆自動(dòng)清潔，同時(shí)播放喂食音樂(lè)，喚醒寵物進(jìn)食，投喂開始后打開下料閘門，同時(shí)下料電機(jī)1打開，食盆中內(nèi)置的重量傳感器檢測(cè)食物重量，當(dāng)達(dá)到預(yù)定重量后，下料電機(jī)1停止，下料閘門關(guān)閉。飼養(yǎng)主選擇自主投食模式后，系統(tǒng)會(huì)首先讓使用者選擇投食的重量，確定后對(duì)食盆進(jìn)行清潔，其次打開下料電機(jī)，對(duì)投放食物進(jìn)行稱重，達(dá)到設(shè)置重量后，投食進(jìn)入食盆，自主投食結(jié)束，如圖7所示。

圖6定時(shí)投喂控制流程圖

圖7 自主投食控制流程圖

4 結(jié)語(yǔ)

本文介紹了一種基于STM32的寵物喂養(yǎng)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)櫸锏亩〞r(shí)喂養(yǎng)、自主投喂以及寵物飲水相結(jié)合，同時(shí)可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與手機(jī)APP相連接，實(shí)現(xiàn)飼養(yǎng)主實(shí)時(shí)在線觀看寵物進(jìn)食，并且通過(guò)傳感器記錄寵物進(jìn)食情況，為寵物健康提供數(shù)據(jù)服務(wù)，在實(shí)際生活中有著一定的實(shí)用價(jià)值。