基于物联网技术的宠物智能投喂系统设计

李冰乳，李帅东，刘昕洋，陈自力

（1.郑州电子信息职业技术学院，河南 中牟 451450；2.新疆政法学院 信息网络安全学院，新疆 图木舒克 844000）

0 引 言

随着我国经济的快速发展，人民的生活水平日渐提高，越来越多的人喜欢在家饲养宠物，但因工作需要，可能长期不在家，无法做到及时投喂，从而影响宠物的健康。现有的宠物饲养大多采用一次性投喂足量的食物和水等方式，使食物长期暴露在室外，容易造成细菌感染，也极易造成宠物暴饮暴食，影响宠物健康[1-5]。因此，设计一款简单实用、价格实惠的智能投喂系统非常必要。

1 系统总体设计方案

系统主要以51 单片机为主控芯片，由无线传输模块、显示模块、语音系统、温度监测模块、红外遥控系统、喂水和喂食系统构成[4]，如图1 所示。

图1 宠物智能投喂系统框图

当系统启动时，显示模块将显示各模块的运行状态，以便用户了解系统的运行状况；系统正常运行时，温度监测模块将不断监测室内环境的温度，当温度超过设定的阈值时，系统将向用户发送室内温度超标提醒，用户接收提醒信号后，可以通过手机客户端指挥红外遥控系统调节室内的温度；当用户想为宠物喂食时，可以通过手机客户端发出控制信号，控制信号经云端服务器传输到宠物智能投喂系统，系统接收到控制信号后，对控制信号进行分析，根据控制信号的类型做出相应动作[6-7]。

2 硬件电路设计

2.1 单片机最小系统

该系统采用STC89C52RC 单片机作为主控制芯片，通过引脚RST 与电容C3相连，实现上电复位功能，接入的R9作为下拉电阻，在正常工作时，单片机不复位，直到有按键按下，才强制复位；电容C1、C2分别与单片机引脚XTAL2、XTAL1 相连，形成耦合电容，防止电路被击穿；11.059 2 MHz晶振X1接在C2与C3间，为单片机提供所需频率。单片机最小系统电路如图2 所示

图2 单片机最小系统

2.2 ESP8266 无线模块电路设计

该系统采用安信可推出的ESP8266-WiFi 模块，其为串口型WiFi，通信稳定，一次可传输几千字节的数据，非常适合传输传感器的开关量等信息。该系统通过杜邦线将模块管脚与单片机的I/O 口连接，具体见表1 所列。

表1 模块与单片机的I/O 口连接关系

2.3 喂水和投食系统电路设计

喂水系统采用5 V 小型水泵，与PNP 三极管S8850 相连，通过单片机控制引脚实现定量给水；喂食系统选用舵机，利用定时器和中断产生PWM 脉冲，从而控制舵机旋转一定角度，打开宠物食物开关，实现宠物投喂。喂水和投食电路如图3 所示。

图3 喂水和投食系统

2.4 显示模块电路设计

该设计采用字符显示的LCD12864F-3 液晶显示器显示输出信息，LCD12864 功耗低、价格实惠、显示内容丰富，不仅可以显示字符和汉字，还可以显示图像，满足了本系统的需求。LCD12864 液晶显示电路如图4 所示。

图4 LCD12864 液晶显示电路

从图4 可知，LCD12864 的8 位数据口LCD_D0 ～LCD_D7 与单片机的P0.0 ～P0.7 管脚连接，LCD12864的RS、RW、E 脚与单片机的P2.6、P2.5、P2.7 管脚连接，LCD12864 的RES 复位脚连接在VCC 上，其他引脚悬空。当使用LCD12864 时，其他设备无需占用这些管脚，即使使用也仅为分时复用[8]。

2.5 温度控制模块

温度检测模块采用体积小、硬件开销低、抗干扰能力强、精度高的DS18B20 温度传感器，其中1 脚接地，3 脚接5 V 电源，2 脚接单片机引脚；温度控制模块采用红外学习模块，首先将红外学习模块与电脑相连，通过串口发送学习命令，使模块进入内部或外部存储学习模式，按空调遥控器上的按钮，模块会收到红外编码数据，把编码数据存储到芯片内部FLASH 中，并按协议将控制命令发送到串口助手；然后与STC89C52RC 单片机相连，当有控制信号到来时，单片机串口发送控制命令，此时，由模块会通过红外发射头发送，进而控制空调调节温度[9-10]。温度控制模块图示如图5所示。

图5 温度控制模块

3 系统软件设计

3.1 主程序设计

主程序流程如图6 所示。首先对各模块进行系统初始化，使其正常工作，接着开启ESP8266 模块，连接云端服务器，不断检测远程客户端信号；当检测到远程控制信号后，系统立即开启串口中断，分析信号的类型，做出相应的投食动作。

图6 主程序流程

3.2 无线模块程序设计

我们使用的ESP8266 为串口型WiFi，与51 单片机通信之前，需要对单片机的串口进行初始化操作；通过串口使WiFi 相关AT 指令传送给模块，对WiFi 模块初始化，使其工作在Station+AP 混合模式下；连接室内路由器，通过物联网连接新浪云服务器，当手机端与WiFi 模块建立连接后，手机端发送数据，单片机串口进入中断函数接收数据，通过判断数据格式内容控制系统相应模块。无线WiFi 程序流程如图7 所示。

图7 无线WiFi 程序流程

4 结 语

该文针对宠物饲养过程中的投喂需求进行深入研究，以STC89C52RC 单片机为主控芯片，设计了一款实用型宠物智能投喂系统，以满足用户随时给宠物喂食的需要。同时，对宠物生存环境进行了实时监视和远程调节。设计过程中采用温度传感器、红外传感器和无线模块ESP8266 等电子元件，并根据实际需求进行软硬件设计，最终实现了宠物智能投喂系统。宠物智能投喂系统操作简单、安全稳定、价格实惠并且功耗低，使用方便。随着现代人们饲养宠物意识的增强以及科学技术的快速发展，相信该宠物智能投喂系统必将在更广阔的领域得到更深层次的应用。

注：本文通讯作者为李帅东。