基于AT89C51单片机的智能宠物家居

邵彦达++沈睿++眭耀宇

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2017.14.001

摘 要：宠物需要陪伴和照顾，当今饲养宠物的家庭也越来越多，但在繁忙的工作中有些人难以抽出时间去喂养宠物，它可能会饿肚子或者出现毫无节制猛吃的情况。近年来，面对我国养宠人群、养宠观念、养宠需求的不断迭代，如今，借助于智能家居，你可以轻松喂养家中的宠物。而智能宠物家居作为一个新生产业，处于一个导入期与成长期的临界点，市场消费观念还未形成，但随着智能家居市场推广普及的进一步落实，培育起消费者的使用习惯，智能家居市场的消费潜力是巨大的，产业前景光明。

关键词：宠物 智能家居 喂养宠物

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）05（b）-0001-02

智能宠物家居由两个模块组成，即投食模块与喂水模块，核心为AT89C51单片机，通过桥式压力传感器接收压力信号，再由AT89C51单片机作为调节器控制喂水与投食。AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROM-闪烁可编程可擦除只读存储器）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。单片机可反复擦除100次，该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。

1 硬件架构分析

1.1 投食模块

该模块用于为宠物投放食物，并控制宠物食量见图1。

该装置由食物存储箱、滑道、闸门和底座构成。处于最上端的食物存储箱用于存储宠物的食物，可一次性存储一周的食物，闸门为电动推杆，由51单片机控制，底座的主体为桥式传感器，上面放置宠物餐盘，用于接收压力信号。实验电子秤、邮政电子秤、厨房电子秤等一般选用桥式传感器（双孔悬臂平行梁應变式称重传感器），它的特点是： 精度高、易加工、结构简单紧凑、抗偏载能力强、固有频率高。主人在离开家的时候，将食物储存箱中填满食物，当宠物吃完食物，由于压力低于一定值，51单片机控制电动推杆下降，通过重力作用，食物会沿着滑道流入餐盘，当压力达到一定值的时候，单片机控制电动推杆上升，挡住滑道。桥式传感器由于压力的作用产生形变，但压力信号并不能直接由51单片机控制，需要由HX711芯片采集由压力传感器传输的压力信号并传输到单片机。HX711是一款专为高精度电子秤而设计的24位A/D转换器芯片。该芯片与后端MCU芯片的接口和编程非常简单，所有控制信号由管脚驱动，无需对芯片内部的寄存器编程。输入选择开关可任意选取通道A或通道B，与其内部的低噪声可编程放大器相连。单片机的信号不能直接控制电动推杆和抽水机，中间需要一个增强功率的模块，而（L298N）同时还有控制电压方向的功能，驱动力强，发热量低，抗干扰能力强。

1.2 喂水模块

该模块用于给宠物喂水，并保障水质，见图2。

该模块由水箱、管道、净水装置、抽水机、底座构成。水箱用于存储宠物用水，净水装置是用来防止宠物用水在水箱存放时间过长发生变质，导致宠物肠胃不适，由木炭等活性材料构成，主人可自己更换；抽水机由51单片机控制用于抽水和放水，底座由桥式压力传感器与水盆构成。当水盆中的水被喝掉之后，压力传感器会把信号传递给HX711芯片，再由HX711芯片传递给51单片机，单片机控制抽水机从水箱中抽水然后自动放水，当放水量达到一定值之后，压力传感器又会将信号由上述通道传递到51单片机，再由单片机控制抽水机停止抽水。由于考虑到宠物可能在喝水后继续在水盒附近，所以单片机会控制抽水机在水盒水减少到一定量后延时1 min放水，以防止水浇到宠物身上。

2 软件架构分析

在软件部分，我们设计了基于C语言的程序，此程序可采集传感器压力信号，转换成AD值。我们主要的思路是：当食物或是水少于一定数值时，压力传感器产生形变，经由HX711压力芯片转换为AD值，并与程序中已经设定的值进行比较。若小于这值，开关打开进行抽水或喂食；若大于，开关关闭。为了使单片机可以接收压力信号，需要对压力信号进行AD转换，我们使用了主次比较型，逐次比较型AD由一个比较器和DA转换器通过逐次比较逻辑构成，从MSB开始，顺序地对每一位将输入电压与内置DA转换器输出进行比较，经n次比较而输出数字值。

3 测试结果

经过软、硬件调试及后期测试，该系统基本实现了既定的功能：可以正常实现对宠物的喂食喂水，系统较为稳定。

4 结语

在该文中，我们介绍了一个基于51单片机的智能宠物家居生活馆。该系统以AT89C51单片机为核心，利用少量的I/O接口，扩展出一个数据采集系统，在宠物投食喂水装置上得到了利用，并表现出良好的效果。该基于单片机的过程控制系统具有简单实用、成本低、性能价格比高等特点，且系统不易受到干扰，可靠性好。

参考文献

[1] Institute of Electrical and Electronics Engineers （IEEE）[Z].

[2] （美）Huddleston，C.Intelligent Sensor Design：Using the Microchip dsPIC（智能传感器设计[M].北京：人民邮电出版社，2000.