一种智能宠物喂食器的设计

沈炎松



一种智能宠物喂食器的设计

沈炎松

（漳州职业技术学院 电子工程系，福建 漳州 363000）

提出了一个智能宠物喂食器设计方案，用户可以预先录制喂食提示语音，通过按键设置喂食时间、餐数、喂食量等信息，实现在无人的状态下自动喂食。用户可以通过手机APP与WiFi模块连接，及时跟踪喂食投放情况，也可以远程控制喂食器工作，实现自动喂食及远程监控的目的。

ISD4002；宠物喂食；OLED；WiFi；DS1302

目前，随着人们生活水平的提高，饲养宠物的人越来越多，但由于平时工作、学习、生活繁忙等，出现宠物无法及时喂食等问题，特别是在外出游玩期间，家中宠物的喂食问题更是困扰很多家庭。为此设计了一款智能宠物喂食器，通过按键结合手机终端APP控制以及语音提示等方式给宠物进行定时、定量自动喂食，保证宠物能够按时进食，解决了饲养宠物家庭的后顾之忧。

1 系统结构框图

本系统以STM8单片机为控制核心，由OLED显示模块、音频录放模块、WiFi模块、1302时钟电路、喂料伺服电机控制模块组成，系统总体结构框图如图1所示。系统实现功能如下：

图1 智能喂食器总体结构框图

（1）音频录放模块由语音芯片电路及音频输入、输出电路组成，用户可以预先录制一段或多段喂食提示语音，在宠物喂食时进行播放，提示宠物进食；

（2）控制器通过读取DS1302所提供的时间作为用餐基准时钟，用户能够通过键盘对宠物喂食的餐数、各餐喂食时间、喂食量等信息以及录音的启动及停止等参数进行设置，使控制器能控制喂料电机定时、定餐、定量的执行喂食行为，并结合语音提示宠物进行进食；

（3）喂食状态信息能通过WiFi模块反馈给用户，用户通过手机APP可实时监测喂食器工作状态，当用户外出忘记设置宠物喂食信息的情况下，用户也可以通过APP发送喂食设置信息，启动喂食器工作。

2 硬件设计

硬件部分电路包括单片机最小系统电路、音频处理模块电路、DS1302时钟电路、WiFi模块及人机交互电路等。

2.1单片机选择

STM8S103系列单片机是法国ST公司推出的一款性价比非常高的单片机，内部具有8 K flash，1K RAM, 640字节的EEPROM，10个ADC转换器，3个定时器等众多接口资源[1]，与其他同价格的单片机比较，有丰富的系统资源，正在逐步占领单片机市场的份额，有广阔的应用前景。

2.2 音频输入及输出电路

音频录制使用ISD公司的ISD4002语音录放芯片。芯片内部有振荡器、音频放大器、防混淆滤波器、平滑滤波器、扬声器驱动等，采用直接模拟量存储技术DAST，来完成语音的录入和存储，单片支持2到4分钟的语音录放。录音质量高，而且价格低，所以得到了广泛的使用[2]。使用时，事先使用麦克风驱动电路将提示语音信息录制到芯片中，单片机通过调用相应地址数据播报即可[3]。

ISD4002音频输入及输出电路如图所示。

图2 ISD4002音频输入及输出电路

2.3 电源模块

系统中CPU及ISD4002芯片使用3.3V供电，其他驱动电路及进食电机使用6V供电，整机耗电较少，设计中6V电源使用外接电源供电，经LM1117-3.3稳压输出3.3V的电压供语音芯片及CPU使用，稳压电路如图所示，D1为通电指示灯。电源及指示灯电路如下图3所示。

图3 电源稳压电路

2.4 按键及显示模块

考虑节能等问题，本方案显示器使用0.96寸带字库OLED12864显示模块，如图4所示。与普通LCD显示屏相比具有分辨率高、可视角度广、功耗低等特点，可以显示汉字、字母、图案等。模块与单片机使用IIC通信方式，单片机只需要两个端口（SDA双向数据线、SCL时钟信号线）即可实现显示控制，节约端口资源。显示模块在设置状态下结合按键控制显示对应信息，设置完毕进入工作状态后显示当前时间信息。

键盘设计为6个独立按键，如图5所示，key0和key1进行启动和停止录音设置，在软件设计时设置“启动录音按键”长按1秒有效并提示。按下功能键key2可以循环切换进行时钟设置、用餐数设置、各餐喂食时间设置、喂食量设置等，进入各功能模式设置状态下，通过key3、key4可以进行数据加、减设置，设置完成后按下key5确定键退出设置模式，系统进入工作状态。

图4 OLED显示屏

图5 按键设置电路

2.5 WiFi模块及电机控制

（1）本方案中，以一电机电路作为虚拟喂食进料装置，通过控制电机工作时间长短来模拟控制每餐喂食量多少，电机驱动电路如图6所示，电机与单片机控制端通过光耦PC817隔离驱动，控制端M_con输出有效信号（高电平）可以驱动控制电机工作，反之电机停止，通过一定占空比信号可以控制电机以一定速度运转。

（2）本方案WiFi模块使用ESP8266串口WiFi模块，由于喂食器与用户手机不在同一个网络服务器，因此，在系统调试时，必须先进行服务器设置及入网连接，在测试时单片机发送，设置和密码后连上。手机和服务器及控制终端通信结构图如图7所示，喂食器上电后其WiFi模块联网成功并和服务器建立连接，用户可以通过手机APP发送控制数据给服务器，服务器收到数据后将数据经过路由器转发给喂食器等控制终端，喂食器接收到数据后执行相关控制操作；喂食器也可以将喂食状态数据通过路由器发送给给服务器，由服务器发送到用户手机，实现对喂食过程的智能监控。

3 软件设计

系统软件设计流程图如图8所示，系统工作之前必须先进行WiFi模块网络连接调试。上电后先进行WiFi模块、DS1302模块初始化后启动时钟显示，WiFi模块自动连接到路由器，借助网络服务器可以与用户进行无线通信。用户可使用录音电路录制喂食提示音并保存，通过键盘设置喂食参数、喂食时间、喂食量、喂食提示音等信息后启动进入工作状态。

在工作过程，如果喂食器有接收到用户通过APP发送过来的即时控制信息，则接收控制信息后执行喂食操作，否则依据设置喂食时间信息，当时间到则启动预设的喂食操作，在工作过程用户可以通过键盘电路更改设置及录制提示音。

图8 宠物喂食器系统控制流程图

4 结语

介绍了一个智能宠物喂食器硬件、软件实现方案，该喂食器可以对喂食餐数、喂食时间、各餐喂食量进行设置，系统可以在无人的状态下按照预设信息进行喂食，并能播放用户录制的喂食提示音提醒宠物进食，同时将喂食信息通过网络发送到用户手机APP。用户外出时，在必要的情况下可以通过手机APP即时控制或更改喂食动作，实现在无人的情况下，对宠物喂食的智能监控，具有一定的市场前景。

[1]肖永松. 基于STM8S103的压力控制器设计[J]. 自动化与仪表,2017,32(9):24-26+31.

[2]刘骏,柴霖,李贵勇. 远程智能语音报警系统设计[J]. 电子世界,2017(5):193-195.

[3]杨洪军,石琳,刘永亮. 一种基于单片机的语音录放电路的设计和实现[J]. 成都大学学报:自然科学版,2008(1):62-65.

（责任编辑：黄文丽）

A design of the intelligent pet feeder

SHEN Yan-song

(Zhangzhou Institute of Technology, Zhangzhou, Fujian, 363000, China)

An intelligent pet-feeder design scheme was proposed in this paper.Using the feeder,in advance, Users can record feeding sound and set feeding time, feeding number and the food-intake by the keyboard.It can feed automatically.Users can connect to the WiFi through the APP, Tracking the status of the feeder. Users also can perform remote control by the APP,for the purpose of automatic feeding and remote monitoring.

ISD4002; Pet-feeder; OLED; WiFi; DS1302

2018－04－15

2015年福建省中青年教师教育科研项目（科技类），JA15692。

沈炎松（1982—），男，福建诏安人，讲师，本科，研究方向：电子技术、智能控制。

1673-1417（2018）02-0049-04

10.13908/j.cnki.issn1673-1417.2018.02.0011

TS976.38

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