基于AT89C51單片機的智能寵物家居

邵彥達++沈睿++眭耀宇

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2017.14.001

摘 要：寵物需要陪伴和照顧，當今飼養寵物的家庭也越來越多，但在繁忙的工作中有些人難以抽出時間去喂養寵物，它可能會餓肚子或者出現毫無節制猛吃的情況。近年來，面對我國養寵人群、養寵觀念、養寵需求的不斷迭代，如今，借助于智能家居，你可以輕松喂養家中的寵物。而智能寵物家居作為一個新生產業，處于一個導入期與成長期的臨界點，市場消費觀念還未形成，但隨著智能家居市場推廣普及的進一步落實，培育起消費者的使用習慣，智能家居市場的消費潛力是巨大的，產業前景光明。

關鍵詞：寵物 智能家居 喂養寵物

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）05（b）-0001-02

智能寵物家居由兩個模塊組成，即投食模塊與喂水模塊，核心為AT89C51單片機，通過橋式壓力傳感器接收壓力信號，再由AT89C51單片機作為調節器控制喂水與投食。AT89C51是一種帶4K字節FLASH存儲器（FPEROM-閃爍可編程可擦除只讀存儲器）的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機。單片機可反復擦除100次，該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。

1 硬件架構分析

1.1 投食模塊

該模塊用于為寵物投放食物，并控制寵物食量見圖1。

該裝置由食物存儲箱、滑道、閘門和底座構成。處于最上端的食物存儲箱用于存儲寵物的食物，可一次性存儲一周的食物，閘門為電動推桿，由51單片機控制，底座的主體為橋式傳感器，上面放置寵物餐盤，用于接收壓力信號。實驗電子秤、郵政電子秤、廚房電子秤等一般選用橋式傳感器（雙孔懸臂平行梁應變式稱重傳感器），它的特點是： 精度高、易加工、結構簡單緊湊、抗偏載能力強、固有頻率高。主人在離開家的時候，將食物儲存箱中填滿食物，當寵物吃完食物，由于壓力低于一定值，51單片機控制電動推桿下降，通過重力作用，食物會沿著滑道流入餐盤，當壓力達到一定值的時候，單片機控制電動推桿上升，擋住滑道。橋式傳感器由于壓力的作用產生形變，但壓力信號并不能直接由51單片機控制，需要由HX711芯片采集由壓力傳感器傳輸的壓力信號并傳輸到單片機。HX711是一款專為高精度電子秤而設計的24位A/D轉換器芯片。該芯片與后端MCU芯片的接口和編程非常簡單，所有控制信號由管腳驅動，無需對芯片內部的寄存器編程。輸入選擇開關可任意選取通道A或通道B，與其內部的低噪聲可編程放大器相連。單片機的信號不能直接控制電動推桿和抽水機，中間需要一個增強功率的模塊，而（L298N）同時還有控制電壓方向的功能，驅動力強，發熱量低，抗干擾能力強。

1.2 喂水模塊

該模塊用于給寵物喂水，并保障水質，見圖2。

該模塊由水箱、管道、凈水裝置、抽水機、底座構成。水箱用于存儲寵物用水，凈水裝置是用來防止寵物用水在水箱存放時間過長發生變質，導致寵物腸胃不適，由木炭等活性材料構成，主人可自己更換；抽水機由51單片機控制用于抽水和放水，底座由橋式壓力傳感器與水盆構成。當水盆中的水被喝掉之后，壓力傳感器會把信號傳遞給HX711芯片，再由HX711芯片傳遞給51單片機，單片機控制抽水機從水箱中抽水然后自動放水，當放水量達到一定值之后，壓力傳感器又會將信號由上述通道傳遞到51單片機，再由單片機控制抽水機停止抽水。由于考慮到寵物可能在喝水后繼續在水盒附近，所以單片機會控制抽水機在水盒水減少到一定量后延時1 min放水，以防止水澆到寵物身上。

2 軟件架構分析

在軟件部分，我們設計了基于C語言的程序，此程序可采集傳感器壓力信號，轉換成AD值。我們主要的思路是：當食物或是水少于一定數值時，壓力傳感器產生形變，經由HX711壓力芯片轉換為AD值，并與程序中已經設定的值進行比較。若小于這值，開關打開進行抽水或喂食；若大于，開關關閉。為了使單片機可以接收壓力信號，需要對壓力信號進行AD轉換，我們使用了主次比較型，逐次比較型AD由一個比較器和DA轉換器通過逐次比較邏輯構成，從MSB開始，順序地對每一位將輸入電壓與內置DA轉換器輸出進行比較，經n次比較而輸出數字值。

3 測試結果

經過軟、硬件調試及后期測試，該系統基本實現了既定的功能：可以正常實現對寵物的喂食喂水，系統較為穩定。

4 結語

在該文中，我們介紹了一個基于51單片機的智能寵物家居生活館。該系統以AT89C51單片機為核心，利用少量的I/O接口，擴展出一個數據采集系統，在寵物投食喂水裝置上得到了利用，并表現出良好的效果。該基于單片機的過程控制系統具有簡單實用、成本低、性能價格比高等特點，且系統不易受到干擾，可靠性好。

參考文獻

[1] Institute of Electrical and Electronics Engineers （IEEE）[Z].

[2] （美）Huddleston，C.Intelligent Sensor Design：Using the Microchip dsPIC（智能傳感器設計[M].北京：人民郵電出版社，2000.