基于STM32和Zigbee的mini寵物智能喂養系統的設計

文/卞港 王仁彪 石永偉

1 引言

飼養迷你寵物逐漸成為年輕人的時尚，但由于工作繁忙很多萌寵都無法得到悉心照顧，課題設計了一個針對迷你寵物飼養的智能家居系統，系統基于應用層、網絡層、感知層三層物聯網體系架構，具有云平臺、上位機、下位機、移動智能終端四大模塊。其中，下位機由CC2530作為協調器，通過ZigBee協議完成無線終端節點組網， STM32單片機搭載ESP8266WIFI模塊作為下位機網關，借助機智云平臺提供的M2M協議完成下位機和移動智能終端的遠程數據傳輸。

2 系統設計

2.1 下位機整體設計

下位機系統主要依靠CC2530芯片、以及STM32F103芯片基于IEEE802.15.4標準的低功耗局域網協議，組成星形無線傳輸網絡層。采用ZigBee進行下位機組網，下位機由寵物環境監測模塊、寵物體征監測模塊、執行部件控制模塊、安防報警模塊組成，主要負責寵物環境以及體征狀況信息采集以及執行部件控制，下位機硬件結構框圖見圖1。

圖1：硬件結構框圖

2.2 上位機設計

上位機選用PC作為硬件平臺，利用C#語言完成上位機界面開發，SerialPort控件完成與下位機網關的數據通信，上位機帶有顯示界面，能夠對寵物環境以及寵物體征數據進行實時動態顯示，另外它還具有控制界面，能夠進行投食、喂水、加熱等執行部件控制。部分上位機控制顯示界面見圖2。

圖2：上位機控制顯示界面

2.3 移動智能終端和云服務平臺部署

移動智能終端基于Android平臺開發，其APP界面能夠實現對寵物環境數據的遠程監控，同時界面設定有控制投食、喂水、開關燈的控制按鍵，能夠實現寵物窩內執行部件的遠程控制。選取機智云作為云服務平臺，創建數據節點，建立映射關系后，便可以作為下位機與移動智能終端的通信平臺，下位機網關搭建ESP8266芯片，通過Wi-Fi連接到公網與云端進行通信，負責將寵物環境參數以及寵物體征數據上傳，并通過移動智能終端顯示，同時通過云服務平臺接收用戶下發的指令數據，進而對下位機各執行部件進行控制。

3 系統性能測試

搭建寵物環境并對整個系統功能進行測試，測試工作主要包括下位機上電組網測試、寵物環境以及體征參數本地和遠程監測測試、下位機執行部件本地和遠程控制測試，下位機系統閉環雙位式控制測試。系統測試過程如下：

（1）開啟下位機協調器及各終端節點，觀測下位機液晶屏，查看各終端節點是否依次上報數據。

（2）開啟下位機網關，連接路由上網后，打開手機APP頁面，查看數據是否通過云端轉發至移動終端；開啟上位機界面，并打開預先配置端口，查看數據是否正常傳送至上位機界面。

（3）觸控上位機以及移動端界面按鍵，依次測試投食、喂水、加熱、制冷等執行部件是否正常開啟。

（4）系統升溫、降溫、加濕、降濕操作，查看執行部件是否按照閉環雙位式規定控制模式開啟。

4 結束語

課題設計了一個針對迷你寵物飼養的智能家居系統，經連續24小時不停機測試，系統性能穩定，運行正常，在網絡狀況良好的情況下，正確數據采樣頻率達到2kS/s，現已成功通過天津市大學生創新創業訓練項目驗收，其整體設計方案對于迷你寵物的智慧喂養具有一定的指導意義。