基于51单片机猫用自动喂食器的分析研究

王珊珊　魏虹

摘要：由MSC51单片机构建的猫用自动喂食器，由蜂鸣器部件、自动开关部分和单片机部分、时间设定部分组成。该机器投喂猫咪的工作过程为：使用外部放置的键盘设定五个不同的投喂时间，当时间达到设定好的时刻时，开始自动投放食物，同时发光二极管和蜂鸣器分别发出信号，吸引宠物主动前行进食。单片机对其内部部件进行控制，倒计时时间在数码管上显示，在此期间单片机一直对时间进行判别，判断其是否已到达喂食时间。如果达到设定投喂猫咪的时间，二极管便开始发光，蜂鸣器收到信号之后就开始工作。

关键词：单片机；猫用宠物喂食器；定时喂养

近年来我国家养宠物越来越多，但是很多家庭由于工作、学业的繁忙，难以及时准确地给宠物喂食，并且不少家庭选择在假期出游，然而家中宠物却无人照顾。而自动宠物喂食器，能定时进行投喂，保证猫在主人不在家的情况下能够吃饱喝足，利于猫的身心健康，避免其在饥肠辘辘的状况之下误食有毒之物。

本设计可以实现以下几种功能：

（1）可通过键盘输入需要喂食的时间，当时间到达之后，步进电机开始运转投放猫粮。

（2）按照年月日时分的格式设定猫需要吃饭的时间。

1 硬件部分

1.1单片机部分

MCS51单片机具有CMOS的高速和高密度技术的特征，功耗相對来说较低，拥有十分标准的功能构造与指令系统。主要包含运算器、控制器、片内寄存器、4个I/O接口、串行接口、定时器/计数器、中断系统、振荡器等部件[1]。

（1）运算器。由暂存器、累加器、暂存器、程序状态字和布尔处理器组成，并且以算术逻辑单元ALU作为其核心。

（2）控制器。负责控制协调整个系统运作，是CPU的灵魂之处，由指令期存器、指令译码器、定时和控制电路等部件组成。根据不同的指令发出对应操作时序和控制信号。

（3）振荡器和CPU时序。51单片机具有高增益的反相放大器，通过外接晶体引脚接入反馈元件的晶体后成为自激振荡器。该晶体呈感性，振荡器的震荡频率与晶体相关，也可采用片外振荡器。振荡器输出的震荡脉成为内部时钟信号之后，发出信号进行控制，协调内部各部件的顺序工作。该周期称为时钟周期。

整个工作过程大致为：取指令、译码、操作，再取指令、译码、操作，如此循环往复，类似这样自动的完成相应指令规定的功能作为时序。

（4）存储器和寄存器。片内数据存储器由工作寄存器区、位寻址区、数据缓冲区这些负责不同工作区域组成。堆栈可利用片内RAM的部分单元进行工作。如果容量不够时，可外接片外存储器。

（5）定时器/计数器。该部分是51单片机重要功能模块之一。在检测、控制等应用当中，把定时器当做实时时钟来使用，实现定时的功能。定时器产生大约毫秒宽的脉冲，该脉冲就可以步进电机进行控制和操作。

MCS51系列单片机芯片引脚图如图所示：

1.2 其他各类模块

（1）按键模块。

该模块使用的是7个按键作为开关，使用时五个倒计时间可以分别设定好，在这个模块当中还有两个按键用来调整时间，以及一个按键用来复位。

（2）自动开关模块。

采用三极管和发光二极管近似表示。本系统是采用电阻和发光二极管来进行表示比较容易，当一个低电平输入到发光二极管当中，开关就会闭合，其便导通发出启动光芒，代表着已经开始工作进行自动投食。

（3）蜂鸣器模块。这个模块当中分别含有一个三极管与蜂鸣器，当发光二极管亮灯时，一个低电平就会被送入蜂鸣器内，然后蜂鸣器发会出响声吸引猫前来进食。

蜂鸣器是一种使用直流电进行供电的整体化结构的电子元器件，在一些使用单片机的设计当中，很多部件都会用到蜂鸣器，在按键按下、开始工作、工作结束或是故障等等情况下，都是使用蜂鸣器来做提示或报警[4]。

（4）显示模块。

显示模块选用数码管来进行显示作用的实现，采用很普通的数码管显示简单清晰的数字、符号或者字母，当中会显示5个已经设定好的倒计时。

1.3 电源电路

单片机电源所需为5V，所以要把220V进行变压处理。其中稳压器件选用LM7805集成稳压器，使用典型接法来进行连接。将家用供电的220V电源进行整流滤波之后，电源就进入LM7805，稳压器就进行稳压作业，如图所示，在输出端接入470U的电容和0.1U的电容，对电源进行滤除纹波，就能得到5V的电源。电源电路如图所示。

电源电路

2 软件部分

程序语言的选择。目前针对单片机的语言选择，主要有两种程序可供选择，一种是汇编，另一种是单片机C51语言[3]。这两种语言各有优势，但目前的主流选择是C51语言。针对单片机的C51语言可读性强，程序开发快，可移植性较强，程序结构简单明了。

主程序和中断服务程序这两个不同的程序部分组成了系统软件。主程序的部分是实现显示当前时间、投食时间，还有其余系统显示的这些不同功能。中断服务程序的功能是要对系统各参数进行设定，中断子程序要有传感器数据采样，各执行机构的控制等功能。程序框图如图所示[5]。

在本次设计之中，也有许多不足需要改进，如喂食器上按键众多，容易被猫误操作；喂食器如果不够坚固，容易被猫暴力拆解，导致自动喂食功能失效。但是本设计基本上解决了主人工作繁忙或出门在外的情况下，由于主人不在家，不能对宠物进行喂食的困惑，防止了猫咪由于饮食不正常所产生的肠胃或者精神问题。

參考文献：

[1]张仁彦，高正中，黄鹤松.单片机原理及应用[M].机械工业出版社，2016，2.

[2]赵建领，薛圆圆.零基础学单片机C语言程序设计第2版（零基础学编程）[M].2012，3，14.

[3]Brian W. Kernighan，Dennis M. Ritchie，C程序设计语言（第2版·新版）[M].机械工业出版，2016，10.

[4]刘岩，王丁，闫瑶.新型智能宠物喂养系统的设计与实现[J].自动化技术与应用，2008，27（1）.

[5]刘丹，胡旭波.基于ATmega88V单片机的智能喂食系统设计[J].电子元器件应用，20082，10（2）.

作者简介：王珊珊，女，汉族，电气工程及其自动化专业，现从事高校教师工作，主要教授《模拟电子技术》《数字电子技术》《信号与系统》《自动控制原理》等专业基础课程；魏虹，女，汉族，电气工程及其自动化专业，从事电力施工、保护调试等相关工作。