基于單片機的貓砂處理系統設計

王馨萱

基于單片機的貓砂處理系統設計

王馨萱

（北京郵電大學 世紀學院，北京 102101）

單片機作為主控制器，在目前電子產品中應用廣泛，它體積小、處理速度較快、性價比高，適合學生創新、家用電器等多領域使用。貓砂處理系統以單片機為主控制器，添加了多個傳感器模塊，保證功能能夠很好的實現，同時該系統主要是針對快速清理貓砂這一功能進行了創新，為家庭飼養寵物提供了高效的清潔方式。

單片機；貓砂清理；系統設計；單片機

1 貓砂處理系統的設計意義及內容

1.1 意義

隨著中國經濟的快速發展，人們生活水平日益提高，生活節奏、城市化進程加快，越來越多的人開始飼養寵物，但是一系列問題隨之而來，例如無法及時清理貓砂的問題。因此，設計出了一款貓砂處理系統。該系統的主要功能有清理貓砂、定時投喂等，通過這些功能的實現，既節省了將寵物貓送去托管的高額費用，也解決了當寵物貓無人照看時的一系列問題，為人們飼養寵物提供了方便。

1.2 主要設計內容

本文設計的貓砂處理系統主要通過手機控制實現清理貓砂、短信提醒、紫外消毒、陪伴玩耍等功能，讓飼養寵物貓的家庭保持室內清爽干凈。該系統的外殼采用木質材料進行制作，并對外殼的美觀、陪伴玩耍的玩具也進行了設計，環保，性價比高，耐用，該貓砂清理系統極大地方便了無暇照顧寵物貓的人士。

2 總體方案設計

2.1 系統方案設計

本系統采用單片機作為主控制器，加入了藍牙模塊、紅外傳感模塊、GSM模塊及電機模塊，初步實現了手機遠程操控清理貓砂、短信提醒、定時消毒等功能。可以通過手機藍牙對直流電機進行控制，由直流電機帶動刷子前后移動，從而達到清理貓砂的效果；通過GSM模塊實現了短信提醒功能，飼養者可通過讀取短信監控寵物貓的身體情況。在箱體內部設計安裝了紫外線消毒燈，定時為箱體內部進行消毒，保證箱體及室內環境的干凈衛生。

該貓砂清理系統的外殼采用了環保木材，最終確定制作成為長方體的箱體，并對外觀進行了裝飾設計。系統總體結構如圖1所示。

2.2 方案論證

系統設計之初對貓砂清理的細節過程進行了討論，設計了貓砂清理裝置。本系統的操作更加方便智能，不僅減少了飼養寵物家庭為貓咪清理糞便所花費的時間，也解決了當寵物貓無人看管時，飼養者不清楚寵物貓情況的問題。

本系統設計了長方體形狀的木質箱體，箱體內部設置了紫外線消毒燈，能夠對清理過后的箱體內部進行物理消毒，盡可能地避免箱體內部滋生細菌，在一定程度上保證了寵物及飼養者的健康。本系統新型實用、結構緊湊、設計合理，適合新一代養貓人士選擇和使用。

圖1 系統總體組成框圖

3 系統硬件設計

本系統設計的硬件設計部分主要包括主控模塊、藍牙模塊、電源模塊、GSM模塊、紅外傳感模塊、電機模塊，主要功能有貓砂清理、短信提醒、陪伴玩耍、清理消毒等。

3.1 主控器選型

本系統的主控制器選用了針對電機控制的STC12C5A60S2單片機。該系列單片機屬于增強型的51單片機，易學習，易開發。該單片機還具備3個5 V供電和3個3.3 V引腳，可以為本次設計提供足夠的供電引腳，其抗干擾能力比傳統的51單片機強，指令讀取和運行的速度更快，更適合于本系統。

3.2 藍牙模塊選型

本設計選用了型號為HC-05的藍牙模塊，該模塊具有藍牙V2.0協議標準，選擇的主控模塊可以直接與該藍牙模塊相連，通過串口通信與單片機進行數據交換，可以與具有藍牙適配的手機相連接，通過手機連接藍牙直接控制電機運轉，從而達到清理貓砂的作用。

3.3 電機模塊選型

本設計選擇使用JGA25-370直流減速電機，電機選擇工作電壓為12 V。該類型的電機扭矩大、轉速可控，且該電機普遍適合于機器人小車運行，所以選擇這款電機可以滿足本設計的需求，不會出現電機帶不動刷子進而達不到清理效果、電機帶刷子過快導致箱體損壞的情況。

電機驅動模塊選擇型號為L298N的直流電機驅動模塊。該模塊采用L298N作為驅動芯片，可以驅動JGA25-370直流減速電機運行。該模塊驅動能力較強、抗干擾能力較強，并選擇了12 V的驅動電壓為電機提供動力。

3.4 GSM模塊選型

本系統設計的GSM模塊選型為SIM800C模塊。經過對比發現，該模塊可以很好地實現短信傳輸功能，具備供電引腳（5 V）、V_TTL引腳、TXD、RXD、GND引腳等，能夠較好地節省空間，并且在該模塊上SIM卡采用的是MICRO的卡座，適合現在的小型SIM的安裝，方便實用，是目前智能家居等領域應用廣泛的型號，滿足了本設計發動接收短信的需求。

3.5 紅外傳感模塊選型

本設計的紅外傳感模塊采用了普通的紅外線發射與接收傳感器模塊。該模塊廣泛應用于流水線計數等場合，輸出端口可以直接與單片機的IO口相連接，可以采用5 V或3.3 V供電，簡單實用，并且可以與所選單片機直接相連接，符合本設計的技術要求，選擇該傳感器模塊能夠滿足飼養者監測寵物貓身體情況的需求。

3.6 電源模塊

本設計主要通過單片機的3個5 V和3個3.3 V的供電引腳為各個模塊提供電壓，由于單片機的引腳數量有限，所以本系統設計了12 V鋰電池進行外部供電。因為鋰電池環保且可以多次循環充電，循環使用，因此在電機驅動模塊中，如果使用12 V降壓模塊，則采用外部供電。

4 貓砂箱外部結構設計

本次設計的外觀主要是長方體結構，采用了環保的木質材料進行制作，空間占地少，設計堅固耐用。箱體上部開設有窗口，寵物貓可以從上部開啟的窗口進入貓砂箱，在貓砂箱內部設置有一個斜坡，其功能是方便電機控制刷子在更大范圍對貓砂進行清理，并將清理的排泄物裝入底層的抽屜中，底層抽屜是可以拿出的，方便了飼養者及時清理，保證箱內的干凈整潔。本次設計的箱體結構內部空間能夠被充分利用。

5 軟件設計

本系統主要實現定時清理貓砂、手機藍牙控制、短信提醒、紅外檢測寵物貓等功能，根據功能進行硬件選型，并對該系統的軟件部分進行設計，畫出主程序流程圖。軟件設計是通過利用Keil軟件進行編程，利用STC_ISP燒錄軟件，將程序燒寫入單片機中的。主程序流程如圖2所示。

圖2 主程序流程圖

6 結論

本文設計的貓砂處理系統的硬件部分主要對主控模塊、GSM模塊、紅外傳感模塊、藍牙模塊、電源模塊等進行了設計及選型。通過STC12C5A60S2單片機來控制直流電機，使刷子運轉，最終達到清理貓砂的目的。本設計也可以通過手機藍牙進行匹配，通過手機控制刷子，實現人機交互的過程，也可以達到清理貓砂的效果。通過GSM模塊來實現收發短信的功能，可以讓飼養者遠程對貓咪的身體狀況進行監測，最終達到本次設計的目的。本設計的外觀采用了環保的木質材料，設計為長方體結構，質量輕、占地小、結實耐用、方便搬運。但是本文設計的貓砂箱體還存在一些美中不足，還需繼續改進，完善結構。

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TP368.1

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.13.050

2095－6835（2019）13－0117－02

〔編輯：王霞〕