一種基于移動物聯網的家庭寵物自動喂養系統和方法研究

楊奇榮

【摘要】 本文在基于對現有寵物喂養方法的分析基礎上，結合移動物聯網的特點，提出了一種全新的家庭寵物自動喂養系統和方法，并且對該系統和方法的具體實現方式進行了深入研究。通過對喂養屋、網絡傳輸層、喂養管理系統等逐一進行闡述，為用戶提供了一套端到端應用的解決方案。

【關鍵詞】 物聯卡 通信模組 M2M

一、引言

現代都市人生活圈子小，朋友少，往往都希望能養只寵物作伴，調節心情。但是主人平時工作又很繁忙，晚上往往還要留在單位加班，節假日可能還得回老家探親或外出旅游，因此，家里沒人的時候，寵物誰來喂養，成了很多人養寵物的一大難題。

現有技術中的遠程自動喂養寵物的系統，是基于電話線通信的寵物喂養系統，將寵物喂養屋連接家中的固話線端口，主人通過撥通家中固定電話，按下數字鍵和#、*鍵來傳達喂養指令，寵物喂養屋接收指令后，發放飼料。

隨著物聯網技術的逐漸發展，各種應用物聯網技術服務于人民群眾的產品也逐漸增多，并終將替代過去舊式的通信方式成為中國新興的通信方式。因此，將物聯網技術替代現有的固話通信技術實現寵物遠程自動喂養非常有必要。

二、現有實現方法的缺點

基于電話線通信的寵物喂養系統要求將寵物喂養屋連接固話線RJ11端口，而目前大多數家庭已撤銷了固定電話，即使還保存固定電話，也要以犧牲一個用于通話的電話端口為代價，并且，寵物喂養屋連接固話線端口也不方便，寵物喂養屋的擺放局限于電話線的長短，固話線接口的傳輸速率也限制了視頻功能的實施。另外，實施遠程喂養時，需要通過另一端按下不同電話鍵進行操作，容易產生誤操作。

三、本系統和方法的介紹

本系統參照移動物聯網實現原理，由喂養屋，網絡傳輸層，喂養管理系統三部分組成。

3.1 喂養屋

喂養屋放置于家庭中，采用雙層結構，下層放置飼料盤、水盤，供寵物直接進食，并且內置寵物眼（攝像頭）和傳音喇叭，供實時監控寵物進食狀態和遠程寵物呼叫；上層與下層隔開，上層包括飼料箱、水箱以及飼料傳送裝置和水傳送裝置。飼料箱和水箱分別儲放供寵物喂養用的飼料、水。飼料傳送裝置和水傳送裝置采用雙漏斗設計，飼料傳送裝置包括連接飼料箱的飼料口擋板和對準飼料盤的輸送管，水傳送裝置包括連接水箱的出水口擋板和對準水盤的輸水管，飼料口擋板和出水口擋板可進行關閉和打開，用于控制喂養量。飼料口擋板開啟后裝盛于飼料箱的飼料滑入輸送管，落入飼料盤中。出水口擋板開啟后水通過輸水管流入水盤，喂養屋外圍配備有物聯網通信模組，喂養屋電源模塊設置在下層，給物聯網通信模組、傳音喇叭和寵物眼提供電源。

物聯網通信模組內置貼片式物聯卡，避免了因卡座和物聯卡引起的機械＼電氣等故障的可能性，更穩定更可靠。支持標準的AT指令及擴展的AT指令，提供語音、SMS/GPRS/ USSD等數據業務功能，同時集成了物聯網M2M應用所常用的幾種硬件功能接口，物聯網通信模組內部采用微控制集成電路進行控制，根據指令控制飼料口擋板和出水口擋板的開關，同時提供USB接口與攝像頭連接、提供PCM數字音頻接口與傳音喇叭連接，實現了語言和視頻數據的傳輸。

物聯卡采用工業級設計，具備了現有手機通信或WIFI處理模塊所不具備的一些特點，可抗震、耐高溫，在20HZ～2000HZ震動頻率下使用正常， 在85°C環境下，90%～95%的濕度，物聯卡操作存儲正常， 并且擦寫次數可達50萬次，可放置于戶外（如露天庭院等），即使經寵物頻繁碰撞、喂養屋移動也不影響通信功能。物聯卡號碼采用工信部批準的106開頭的13位號碼，物聯卡內部寫有IMSI、KI/ K、OPC、SMSP等卡數據，用于通過網絡鑒權并進行連接，接收喂養指令。嵌入物聯卡后的物聯網通信模組，僅需通過2G/3G/4G網絡即可完成通信，無需有線寬帶或WIFI信號連接，網絡準入門檻低。

3.2 網絡傳輸層

網絡傳輸層由接入網和核心網組成，接入網共用現有的2G /3G/4G接入網絡，核心網采用新建的物聯網SMSC、HLR、GGSN設備，其他核心網設備共用現網核心網設備。其中，物聯網HLR提供了物聯網終端用戶的簽約數據信息、基礎通信業務的開通，物聯網GGSN提供GPRS通信的連接與路由功能，產生GPRS原始話單，并支持物聯網終端用戶在線狀態信息、IP地址信息的采集，物聯網SMSC提供短信通信的連接與路由功能，支持多優先級的短信服務功能。喂養屋通過物聯網通信模組與網絡傳輸層連接，可同時支持語音、SMS/GPRS/USSD等數據業務功能。

3.3 喂養管理系統

喂養管理系統底層采用Linux操作系統，部署了Web服務器軟件和應用服務器軟件，通過應用服務器軟件連接ORACLE數據庫。Linux是喂養管理系統的底層設施，Web服務器和應用服務器軟件共同提供了喂養管理系統的訪問和操作功能，ORACLE則支撐了系統數據的讀寫。喂養管理系統可劃分為提供給管理員的后臺管理子系統和提供給普通用戶的前臺管理子系統，管理員通過后臺管理子系統，可以管理普通用戶信息、給用戶關聯喂養屋、進行系統數據查詢等功能，普通用戶通過前臺管理子系統進行操作，觸發指令并通過網絡傳輸層傳送給喂養屋，實現寵物的自動喂養等功能。后臺管理子系統和前臺管理子系統均可以通過電腦或移動終端進行訪問。

3.3.1 后臺管理子系統

喂養管理系統提供給管理員的后臺管理子系統主要模塊包括：1）用戶信息管理模塊：可添加、修改、刪除用戶信息，用戶信息包括用戶姓名、住址、電話號碼等，并提供用戶初始登陸密碼設置功能；2）喂養屋管理模塊：建立喂養屋信息，喂養寵物資料填寫，并且與用戶關聯；3）查詢統計模塊：對所用用戶和喂養屋的登記信息進行統計查詢，對寵物的喂養情況進行分析，并可根據分析結果提供用戶合理化建議。

3.3.2 前臺管理子系統

喂養管理系統提供給普通用戶的前臺管理子系統主要模塊包括：

1）自動喂養模塊：支持自動喂養的設置，包括喂養時間的設定，如周一至周五，每天12：00、18：00投放飼料，每天12：10、18：10投放水；喂養時長的設定，如飼料喂養時長設定為5秒，飼料口擋板開放5秒后會自動關閉；支持設定的保存和激活生效；

2）手動喂養模塊：支持手動打開或關閉飼料口擋板和出水口擋板，供人工操作喂養；

3）寵物眼模塊：通過寵物眼功能，可打開安裝于喂養屋的攝像頭，實時觀察寵物的進食狀態和身體狀況；

4）寵物呼叫模塊：通過寵物呼叫功能，實現語音遠程呼叫寵物，利用喂養屋的傳音喇叭播放聲音，同時，也支持語音的錄制和保存，定時播放，以呼喚寵物進食等功能。

四、本系統和方法的優勢

1）配備了物聯網通信模組，內置貼片式物聯卡，避免了因卡座和物聯卡引起的機械＼電氣等故障的可能性，更穩定更可靠。物聯網通信模組集成了多種硬件接口，具有較強的功能擴展性。2）物聯卡采用工業級設計，可抗震、耐高溫，可放置于戶外（如露天庭院等），即使經寵物頻繁碰撞、喂養屋移動也不影響通信功能，嵌入物聯卡后的物聯網通信模組，僅需通過2G/3G/4G網絡即可完成通信，無需進行額外布線，不依賴于有線寬帶及WIFI網絡，網絡準入門檻低。3）物聯卡采用工信部批準的106開頭的13位物聯網專用號碼，利用新建SMSC、HLR、GGSN等物聯網專網設備進行業務承載，保障了系統處理的穩定性。4）搭建專屬物聯網專網寵物喂養系統，提供了一套完整的端到端應用的解決方案，具備新興物聯網應用推廣價值。5）用戶操作簡單，可通過電腦或移動終端隨時隨地進行寵物喂養。6）寵物眼和寵物呼叫功能，可同時作為家居安防的輔助手段。

五、結束語

本系統和方法應用了最新的物聯網通信技術，通過物聯網將喂養屋和后臺喂養管理系統連接，更方便用戶外出期間隨時隨地通過手機或PC登錄后臺喂養管理系統，遠程喂養寵物。主要技術要點在于，在喂養屋中配備了物聯網通信模組，內置貼片式物聯卡，利用移動物聯網專網專號進行通信，并且建立了一套后臺喂養管理系統，提供了一套端到端應用的解決方案。

參 考 文 獻

[1] 物聯中國 http：//www.50cnnet.com/

[2] 中國移動物聯網http：//iot.10086.cn/

[3] 郎為民《大話物聯網》人民郵電出版社，2011

[4] 中國移動通信集團公司，《新技術百問叢書.智能管道集》，《TD-LTE百問叢書.協議集》