基于單片機的智能寵物牽引繩設計

劉偉峰，陳廷炫

（廣東石油化工學院，廣東茂名，525000）

1 項目簡介

隨著科技的進步，智能化成為了人們關注的焦點，同時隨著生活條件的改善和養寵樂趣的普及，人們對于寵物的健康生活需求也催生出了智能養寵設備，我們所研究的智能寵物牽引繩就應運而生。產品在保留寵物出門必備的傳統牽引繩的功能上，利用各類模塊，實現應用于監測運動和人寵交互，監測寵物的運動情況以及智能化地安排作息和飲食等，是一款符合當今時代發展的智能化產物。

2 項目意義和目的

我國近幾年的高速發展，在很多方面都躍居世界前列，可在養寵觀念及寵物設備方面，雖然近幾年也是高速發展，可是相對于其他發達國家來說，是比較落后的，這就造成了在智能化養寵方面的硬件設備還不夠完善。許多市面上出現的產品還不完善，功能較雞肋，給用戶帶來不好的使用體驗[1]。因此本項目想做的是，打開養寵智能設備市場，參考國內外先進同類產品，結合當今時代，不帶有華而不實雞肋的產品功能，初步創新制作出符合當代養寵需求的智能養寵設備——智能寵物牽引繩。

3 項目搭建

■3.1 基本思路

主要分為三個部分端：

①牽引繩寵物端：寵物端實現了寵物步數統計、寵物位置實時定位、深度防水、防撕咬（軟硅膠套）、手機查看、遠程語音命令等；

②牽引繩主人端：（顯示屏）顯示寵物步數、顯示寵物測量心率和呼吸率、顯示寵物大體位置、USB 充電、LED燈照明、遠程語音命令等；

③牽引繩對應手機APP 端：養寵社交、養寵百科、運動定位、運動情況、顯示寵物測量心率和呼吸率、健康分析（輸入養寵類型及品種、年齡和一些固有病癥等，APP 將會根據傳輸過來的各傳感器數據進行分析，為你制定更好的養寵飲食運動計劃等）。

系統主要以STM32F103RCT6 為主控芯片，在主人端和寵物端分別搭配有WIFI 無線傳輸模塊通訊，還有GPS 定位模塊、寵物心率傳感器、MPU6050 六軸傳感器模塊以及無線語音交互模塊等分別應用在主人端或寵物端。系統結構如圖1 和圖2 所示。

圖1 主人端主控芯片模塊

圖2 寵物端主控芯片模塊

■3.2 硬件設計

硬件部分分為寵物端和主人端。寵物端和主人端均采用STM32F103RCT6 為主控MCU，MPU6050 傳感器進行寵物的計步傳感器，GPS 模塊作為寵物的實時定位模塊。無線語音模塊可以實現對寵物的遠程命令。寵物端和主人端的數據傳輸主要是通過WIFI 模塊進行傳輸數據，蜂鳴器可以在寵物超出安全距離時實現報警的作用。主人端的LED 夜行燈可以在照明不好的地方實現安全遛寵；心率傳感器模塊可以實現對寵物的心率及呼吸率進行采集，并通過WIFI 發送給主人端及手機端，進行顯示及下一步的健康分析[2]。主要模塊簡述如下：

MPU6050 記步功能：MPU6050 芯片內部的DMP 模塊其實在出廠的時候已經配帶了姿態角檢測和計步器等功能，可是里面的算法是根據人的記步統計，我們利用在寵物上，需要調整相應的參數和算法，實現對寵物的記步功能。

GPS 定位功能：定位模塊的功能十分強大，不過項目使用GPS 實時獲取當前的位置信息和時間信息等，其實只需處理GPS 發來的數據并解析數據包即可。

WIFI 模塊無線傳輸：我們使用ESP8266 這款作為WIFI無線傳輸的，分別設置兩個WIFI 模塊為WIFI STA 和WIFI AP 模式，并設置其中一個為客戶端，一個為服務器端，通過配對可以實現兩個模塊的無線通訊。

主機原理圖及從機原理圖設計如圖3 和圖4 所示。

圖3 主機原理圖設計

圖4 從機原理圖設計

■3.3 軟件設計

系統的程序流程圖如圖5 所示。

圖5 主、從機流程圖

需求整理：通過項目的這個策劃，充分整理智能寵物牽引繩的項目需求，初步有3 個板塊，一是寵物數據，二是寵物社區，三是我的寵物，各個板塊都有其相應的數據信息，例如在寵物數據中顯示運動定位、運動情況、顯示狗狗測量心率和呼吸率，在養寵社區中有著養寵社交、養寵百科、健康分析（輸入養寵類型及品種、年齡和一些固有病癥，應用將會根據傳感器的數據進行分析，為你制定更好的養寵飲食運動計劃）等功能，更好的為主人提供養寵的便捷與體現養寵的現代化[3]。我的寵物即可設置自己的寵物種類，對應寵物數據和養寵社區中的內容也會相應的更改。

UI 設計：我們會根據我們智能寵物牽引繩項目的特色進行相應的UI 配色設計，功能具象化處理、交互設計、以及各種機型、系統的適配等。

APP 開發：服務器端：編寫接口協議文檔，服務器環境架設，設計數據庫和編寫API 接口；APP 端：根據UI 設計進行界面開發，UI 開發完成則進入和服務端接口對接，通過服務端的接口獲取數據，編寫功能上的邏輯代碼。

調試測試：APP 大概開發完成后，不可能就可以完美使用了，我們會對整個項目進行反復的系統性測試，追蹤排除各個存在的bug，使得智能寵物牽引繩項目能夠很好地使用。

4 項目研發及測試步驟

(1)首先通過調研來尋找相關功能的知識并了解需要用到的元件。

(2)篩選合適的模型和傳感器來使用。

(3)搭建心率傳感器模塊，使其能準確監測寵物的心率及呼吸率。

(4)應用MPU6050 模塊統計寵物步數，使其能進行準確統計寵物步數。

(5)構建無線語音模塊，實現主人對寵物的遠程命令。

(6)應用GPS 模塊，獲取寵物的實時位置。

(7)搭建相應的智能寵物牽引繩手機APP。

(8)搭建WIFI 進行數據傳輸，并實時將各項數據發送到用戶的手機APP。(9)進行實物測試，進行各個項目的整合調試及問題排查。

5 項目預期成果及其效益

(1)在寵物端可以實現寵物步數統計、寵物位置實時定位，并且上傳至主人端及手機APP 端。

(2)對牽引繩寵物端采用深度防水、防寵物撕咬的軟硅膠套，設計美觀小巧。

(3)在主人端采用硬質磨砂ABS，內握部分為TPE 軟膠，舒適耐用，使主人在遛寵時不易感到不適與疲憊。

(4)在主人端可以顯示寵物步數、寵物測量心率和呼吸率、顯示寵物大體位置，還可以遠程語音命令寵物。

(5)手機APP 功能完善，有養寵社交、養寵百科、運動情況顯示并對相應步數的多少制定相應的飲食休息計劃、健康分析。

6 結語

智能化的養寵設備隨著養寵觀念的普及，需求會越來越大。智能寵物牽引繩不僅可以在牽引寵物出門時，利用手機或者牽引繩達到監測寵物健康的目的，還可以在不牽引時，達到遠程命令，監控的監測寵物安全的目的，便捷的LED 設計及手機端APP的對應，實現養寵人士越來越智能化的養寵體驗，寵物的健康也能進一步得到保障。希望在不久的將來，養寵有著自己的智能化生活社區，人寵交互，養寵無憂。