基于51單片機貓用自動喂食器的分析研究

王珊珊　魏虹

摘要：由MSC51單片機構建的貓用自動喂食器，由蜂鳴器部件、自動開關部分和單片機部分、時間設定部分組成。該機器投喂貓咪的工作過程為：使用外部放置的鍵盤設定五個不同的投喂時間，當時間達到設定好的時刻時，開始自動投放食物，同時發光二極管和蜂鳴器分別發出信號，吸引寵物主動前行進食。單片機對其內部部件進行控制，倒計時時間在數碼管上顯示，在此期間單片機一直對時間進行判別，判斷其是否已到達喂食時間。如果達到設定投喂貓咪的時間，二極管便開始發光，蜂鳴器收到信號之后就開始工作。

關鍵詞：單片機；貓用寵物喂食器；定時喂養

近年來我國家養寵物越來越多，但是很多家庭由于工作、學業的繁忙，難以及時準確地給寵物喂食，并且不少家庭選擇在假期出游，然而家中寵物卻無人照顧。而自動寵物喂食器，能定時進行投喂，保證貓在主人不在家的情況下能夠吃飽喝足，利于貓的身心健康，避免其在饑腸轆轆的狀況之下誤食有毒之物。

本設計可以實現以下幾種功能：

（1）可通過鍵盤輸入需要喂食的時間，當時間到達之后，步進電機開始運轉投放貓糧。

（2）按照年月日時分的格式設定貓需要吃飯的時間。

1 硬件部分

1.1單片機部分

MCS51單片機具有CMOS的高速和高密度技術的特征，功耗相對來說較低，擁有十分標準的功能構造與指令系統。主要包含運算器、控制器、片內寄存器、4個I/O接口、串行接口、定時器/計數器、中斷系統、振蕩器等部件[1]。

（1）運算器。由暫存器、累加器、暫存器、程序狀態字和布爾處理器組成，并且以算術邏輯單元ALU作為其核心。

（2）控制器。負責控制協調整個系統運作，是CPU的靈魂之處，由指令期存器、指令譯碼器、定時和控制電路等部件組成。根據不同的指令發出對應操作時序和控制信號。

（3）振蕩器和CPU時序。51單片機具有高增益的反相放大器，通過外接晶體引腳接入反饋元件的晶體后成為自激振蕩器。該晶體呈感性，振蕩器的震蕩頻率與晶體相關，也可采用片外振蕩器。振蕩器輸出的震蕩脈成為內部時鐘信號之后，發出信號進行控制，協調內部各部件的順序工作。該周期稱為時鐘周期。

整個工作過程大致為：取指令、譯碼、操作，再取指令、譯碼、操作，如此循環往復，類似這樣自動的完成相應指令規定的功能作為時序。

（4）存儲器和寄存器。片內數據存儲器由工作寄存器區、位尋址區、數據緩沖區這些負責不同工作區域組成。堆棧可利用片內RAM的部分單元進行工作。如果容量不夠時，可外接片外存儲器。

（5）定時器/計數器。該部分是51單片機重要功能模塊之一。在檢測、控制等應用當中，把定時器當做實時時鐘來使用，實現定時的功能。定時器產生大約毫秒寬的脈沖，該脈沖就可以步進電機進行控制和操作。

MCS51系列單片機芯片引腳圖如圖所示：

1.2 其他各類模塊

（1）按鍵模塊。

該模塊使用的是7個按鍵作為開關，使用時五個倒計時間可以分別設定好，在這個模塊當中還有兩個按鍵用來調整時間，以及一個按鍵用來復位。

（2）自動開關模塊。

采用三極管和發光二極管近似表示。本系統是采用電阻和發光二極管來進行表示比較容易，當一個低電平輸入到發光二極管當中，開關就會閉合，其便導通發出啟動光芒，代表著已經開始工作進行自動投食。

（3）蜂鳴器模塊。這個模塊當中分別含有一個三極管與蜂鳴器，當發光二極管亮燈時，一個低電平就會被送入蜂鳴器內，然后蜂鳴器發會出響聲吸引貓前來進食。

蜂鳴器是一種使用直流電進行供電的整體化結構的電子元器件，在一些使用單片機的設計當中，很多部件都會用到蜂鳴器，在按鍵按下、開始工作、工作結束或是故障等等情況下，都是使用蜂鳴器來做提示或報警[4]。

（4）顯示模塊。

顯示模塊選用數碼管來進行顯示作用的實現，采用很普通的數碼管顯示簡單清晰的數字、符號或者字母，當中會顯示5個已經設定好的倒計時。

1.3 電源電路

單片機電源所需為5V，所以要把220V進行變壓處理。其中穩壓器件選用LM7805集成穩壓器，使用典型接法來進行連接。將家用供電的220V電源進行整流濾波之后，電源就進入LM7805，穩壓器就進行穩壓作業，如圖所示，在輸出端接入470U的電容和0.1U的電容，對電源進行濾除紋波，就能得到5V的電源。電源電路如圖所示。

電源電路

2 軟件部分

程序語言的選擇。目前針對單片機的語言選擇，主要有兩種程序可供選擇，一種是匯編，另一種是單片機C51語言[3]。這兩種語言各有優勢，但目前的主流選擇是C51語言。針對單片機的C51語言可讀性強，程序開發快，可移植性較強，程序結構簡單明了。

主程序和中斷服務程序這兩個不同的程序部分組成了系統軟件。主程序的部分是實現顯示當前時間、投食時間，還有其余系統顯示的這些不同功能。中斷服務程序的功能是要對系統各參數進行設定，中斷子程序要有傳感器數據采樣，各執行機構的控制等功能。程序框圖如圖所示[5]。

在本次設計之中，也有許多不足需要改進，如喂食器上按鍵眾多，容易被貓誤操作；喂食器如果不夠堅固，容易被貓暴力拆解，導致自動喂食功能失效。但是本設計基本上解決了主人工作繁忙或出門在外的情況下，由于主人不在家，不能對寵物進行喂食的困惑，防止了貓咪由于飲食不正常所產生的腸胃或者精神問題。

參考文獻：

[1]張仁彥，高正中，黃鶴松.單片機原理及應用[M].機械工業出版社，2016，2.

[2]趙建領，薛圓圓.零基礎學單片機C語言程序設計第2版（零基礎學編程）[M].2012，3，14.

[3]Brian W. Kernighan，Dennis M. Ritchie，C程序設計語言（第2版·新版）[M].機械工業出版，2016，10.

[4]劉巖，王丁，閆瑤.新型智能寵物喂養系統的設計與實現[J].自動化技術與應用，2008，27（1）.

[5]劉丹，胡旭波.基于ATmega88V單片機的智能喂食系統設計[J].電子元器件應用，20082，10（2）.

作者簡介：王珊珊，女，漢族，電氣工程及其自動化專業，現從事高校教師工作，主要教授《模擬電子技術》《數字電子技術》《信號與系統》《自動控制原理》等專業基礎課程；魏虹，女，漢族，電氣工程及其自動化專業，從事電力施工、保護調試等相關工作。