宠物喂养远程控制系统设计

2021-12-17李俊娇周志成何俊康

电子制作 2021年22期

李俊娇，周志成，何俊康

（南京机电职业技术学院，江苏南京，211306）

0 引言

随着我国社会的发展，工作生活压力变大，生活节奏变快，越来越多的人选择喂养宠物陪伴自己、缓解压力和孤独，但是由于工作繁忙，经常会出现早出晚归或者加班、出差的情况，从而导致无法保证宠物的正常进食，影响宠物情绪，进而损坏家中物品，严重的可能会影响宠物健康以及生命安全。因此，需要对宠物进行定时喂养，保证宠物的健康。目前，市面上存在的宠物自动喂食机只具备定时喂食的功能，不会根据宠物的实际情况进行喂食。一旦宠物不想进食，食物易回潮、变质。同时，宠物喂养者们已不满足于简单的宠物定时喂养，他们想要观看宠物进食过程，了解宠物进食情况，在宠物进食过程中与宠物进行交流，这就对宠物的投喂提出了更高的要求。

1 设计方案

设计系统主要实现定时投喂模块、人工投喂、自主饮水、视频监控、音乐播放等功能，其外观如图1所示。其中定时投喂功能可以实现对宠物定时、定量投喂，养成宠物每日规律进食习惯；人工投喂功能可以实现通过视频监控和音乐播放与宠物行成互动、陪伴，并通过选择投放食物1或食物2进而对宠物投喂主食或零食；音乐播放功能可以选择宠物喜欢的音乐或者饲养主喂食宠物的录音，在定点进食前播放，养成宠物听到声音自动到食盆前进食的习惯；视频模块可以实现饲养主在线观看宠物进食、与宠物互动。

图1 宠物喂养装置外观图

系统是由宠物检测模块、食物投放模块、以及视频监控模块构成。系统主要以STM32单片机为控制核心，通过定时器、红外传感器、重量传感器、限位开关等作为触发信号，培养宠物进食习惯，同时记录宠物每次进食量和时间间隔，建立相应的宠物每日进食情况，配合宠物进食视频，方便饲养主和医生在线浏览或观察宠物身体状况。宠物喂养远程控制系统的框图如图2所示。

图2 宠物喂养装置框图

2 硬件设计

■2.1 主控模块

主控模块采用的是STM32F103RCT6芯片，它是是基于ARM微处理器32位内核处理器，具有2.0～3.6V的电源供电，上电/断电复位、可编程电压检测器。同时，芯片连接温湿度传感器、摄像头、定时器、电机、重量传感器等。当定时器启动后，旋转电机旋转清洁食盆，经清洁刷清洁后，下料电机1旋转投喂宠物食物。通过网络主控模块与手机APP相连接，通过温湿度传感器显示实时环境温湿度，可以远程手动控制下料电机2旋转给宠物喂食。

■2.2 电源模块

喂养系统的电源主要给STM32、电机、温湿度传感器、红外传感器、摄像头等供电，所以，电源部分主要为220V电压通过降压模块转换为3.3V的直流电，对STM32控制模块以及传感器等部件进行供电。

■2.3 温湿度采集模块

宠物的生活环境应保持良好的温度和湿度，尤其是猫、狗类宠物，他们怕热、喜暖，对寒冷的环境有一定的抵抗力。由于猫体、狗体被长毛覆盖，缺乏汗腺，不易散热，因此要特别注意饲养环境的温湿度。一般来说，长毛类宠物适宜在气温18℃~30℃、相对湿度在40%~70%的环境下正常生活。

为了较好的宠物进食环境的温湿度，选择温湿度复合传感器AM2302，它的测量精度高，输出信号为已校准的数字信号，其温湿度检测范围分别为-40～80℃，0%～99．9%，可以满足系统要求。经测量选择将温度传感器放置在食盆的中下方位置，使其能够更准确地测量环境中的温湿度，及时向饲养主反馈。

图3 喂养食盆结构

■2.4 定时投食模块

定时喂养模块主要是首先启动自清洁模式，通过清洁刷与旋转食盆达到清理食盆上附着的残留食物，残留食物掉落至废料滤槽后在经过滤口掉落至废弃食物储物盒，完成自清洁。其次，播放宠物喜欢的音乐，让宠物获知进食信息，养成宠物定时进食的习惯。再通过STM32设置定时器进而控制继电器，打开下料闸门，旋转电机配合食盆下方的重量传感器精准控制食物盒1投放喂食量，随后电机停止旋转投放，投放闸口关闭。定时投放模式中，投食的时间间隔和投食重量可以人为控制，饲养主可以根据宠物的食量，适当投放。

■2.5 自主投食模块

自主投食模式主要是通过手机APP通过网络控制食物盒2投食闸门开关、下料电机旋转，进而饲养主给宠物投喂零食。饲养主可以通过摄像头远程观看宠物，与宠物互动、给宠物投食，在自主投食模式下，单片机会记录宠物的进食时间、进食量，方便在宠物不适就医时，提供一定的数据参考。

■2.6 饮水模块

饮水采用的是独立于食盆设计，通过储水盒与饮水槽虹吸出水，储水盒为通用口径，可以替换其他饮用瓶装水。中间增加饮水槽与食盆间隙，防止宠物饮水溅出，同时增加饮水盆挡板高度，防止宠物饮水黑下巴。

■2.7 视频模块

视频模块的目的是通过摄像头与扬声器实现与宠物的互动，喂养者可以通过摄像头在线观看宠物进食情况，并通过自主投食奖励宠物，增加与宠物的互动性。摄像头选用OV2640摄像头模块,该摄像头200W像素， STM32F4驱动源码3.3V 。

3 软件设计

系统上电后，通过蓝牙与手机连接，设置相应数据以及wifi网络。宠物喂养装置如图4方式实现对宠物的喂养。主程序首先实现各个模块的初始化，然后通过网络获取设置信息以及控制信息。根据接收到的控制信息，判断是否对宠物进行投喂活动。宠物食盆清洁主要是通过环形食盆与清洁刷旋转摩擦，清洁掉食盆上附着的食物，剩余物通过食盆下方的过滤口，掉落到废弃食物储物盒中，进而完成食盆清洁，具体步骤如图5所示。

图4 主程序控制流程图

图5 食盆清洁控制流程图

当系统接收到对宠物的定时投喂信号后，自动按照设定信号进行定时定量投喂，如图6所示。定时投喂启动后，每次投喂前食盆自动清洁，同时播放喂食音乐，唤醒宠物进食，投喂开始后打开下料闸门，同时下料电机1打开，食盆中内置的重量传感器检测食物重量，当达到预定重量后，下料电机1停止，下料闸门关闭。饲养主选择自主投食模式后，系统会首先让使用者选择投食的重量，确定后对食盆进行清洁，其次打开下料电机，对投放食物进行称重，达到设置重量后，投食进入食盆，自主投食结束，如图7所示。