寵物喂養遠程控制系統設計

李俊嬌，周志成，何俊康

（南京機電職業技術學院，江蘇南京，211306）

0 引言

隨著我國社會的發展，工作生活壓力變大，生活節奏變快，越來越多的人選擇喂養寵物陪伴自己、緩解壓力和孤獨，但是由于工作繁忙，經常會出現早出晚歸或者加班、出差的情況，從而導致無法保證寵物的正常進食，影響寵物情緒，進而損壞家中物品，嚴重的可能會影響寵物健康以及生命安全。因此，需要對寵物進行定時喂養，保證寵物的健康。目前，市面上存在的寵物自動喂食機只具備定時喂食的功能，不會根據寵物的實際情況進行喂食。一旦寵物不想進食，食物易回潮、變質。同時，寵物喂養者們已不滿足于簡單的寵物定時喂養，他們想要觀看寵物進食過程，了解寵物進食情況，在寵物進食過程中與寵物進行交流，這就對寵物的投喂提出了更高的要求。

1 設計方案

設計系統主要實現定時投喂模塊、人工投喂、自主飲水、視頻監控、音樂播放等功能，其外觀如圖1所示。其中定時投喂功能可以實現對寵物定時、定量投喂，養成寵物每日規律進食習慣；人工投喂功能可以實現通過視頻監控和音樂播放與寵物行成互動、陪伴，并通過選擇投放食物1或食物2進而對寵物投喂主食或零食；音樂播放功能可以選擇寵物喜歡的音樂或者飼養主喂食寵物的錄音，在定點進食前播放，養成寵物聽到聲音自動到食盆前進食的習慣；視頻模塊可以實現飼養主在線觀看寵物進食、與寵物互動。

圖1 寵物喂養裝置外觀圖

系統是由寵物檢測模塊、食物投放模塊、以及視頻監控模塊構成。系統主要以STM32單片機為控制核心，通過定時器、紅外傳感器、重量傳感器、限位開關等作為觸發信號，培養寵物進食習慣，同時記錄寵物每次進食量和時間間隔，建立相應的寵物每日進食情況，配合寵物進食視頻，方便飼養主和醫生在線瀏覽或觀察寵物身體狀況。寵物喂養遠程控制系統的框圖如圖2所示。

圖2 寵物喂養裝置框圖

2 硬件設計

■2.1 主控模塊

主控模塊采用的是STM32F103RCT6芯片，它是是基于ARM微處理器32位內核處理器，具有2.0～3.6V的電源供電，上電/斷電復位、可編程電壓檢測器。同時，芯片連接溫濕度傳感器、攝像頭、定時器、電機、重量傳感器等。當定時器啟動后，旋轉電機旋轉清潔食盆，經清潔刷清潔后，下料電機1旋轉投喂寵物食物。通過網絡主控模塊與手機APP相連接，通過溫濕度傳感器顯示實時環境溫濕度，可以遠程手動控制下料電機2旋轉給寵物喂食。

■2.2 電源模塊

喂養系統的電源主要給STM32、電機、溫濕度傳感器、紅外傳感器、攝像頭等供電，所以，電源部分主要為220V電壓通過降壓模塊轉換為3.3V的直流電，對STM32控制模塊以及傳感器等部件進行供電。

■2.3 溫濕度采集模塊

寵物的生活環境應保持良好的溫度和濕度，尤其是貓、狗類寵物，他們怕熱、喜暖，對寒冷的環境有一定的抵抗力。由于貓體、狗體被長毛覆蓋，缺乏汗腺，不易散熱，因此要特別注意飼養環境的溫濕度。一般來說，長毛類寵物適宜在氣溫18℃~30℃、相對濕度在40%~70%的環境下正常生活。

為了較好的寵物進食環境的溫濕度，選擇溫濕度復合傳感器AM2302，它的測量精度高，輸出信號為已校準的數字信號，其溫濕度檢測范圍分別為-40～80℃，0%～99．9%，可以滿足系統要求。經測量選擇將溫度傳感器放置在食盆的中下方位置，使其能夠更準確地測量環境中的溫濕度，及時向飼養主反饋。

圖3 喂養食盆結構

■2.4 定時投食模塊

定時喂養模塊主要是首先啟動自清潔模式，通過清潔刷與旋轉食盆達到清理食盆上附著的殘留食物，殘留食物掉落至廢料濾槽后在經過濾口掉落至廢棄食物儲物盒，完成自清潔。其次，播放寵物喜歡的音樂，讓寵物獲知進食信息，養成寵物定時進食的習慣。再通過STM32設置定時器進而控制繼電器，打開下料閘門，旋轉電機配合食盆下方的重量傳感器精準控制食物盒1投放喂食量，隨后電機停止旋轉投放，投放閘口關閉。定時投放模式中，投食的時間間隔和投食重量可以人為控制，飼養主可以根據寵物的食量，適當投放。

■2.5 自主投食模塊

自主投食模式主要是通過手機APP通過網絡控制食物盒2投食閘門開關、下料電機旋轉，進而飼養主給寵物投喂零食。飼養主可以通過攝像頭遠程觀看寵物，與寵物互動、給寵物投食，在自主投食模式下，單片機會記錄寵物的進食時間、進食量，方便在寵物不適就醫時，提供一定的數據參考。

■2.6 飲水模塊

飲水采用的是獨立于食盆設計，通過儲水盒與飲水槽虹吸出水，儲水盒為通用口徑，可以替換其他飲用瓶裝水。中間增加飲水槽與食盆間隙，防止寵物飲水濺出，同時增加飲水盆擋板高度，防止寵物飲水黑下巴。

■2.7 視頻模塊

視頻模塊的目的是通過攝像頭與揚聲器實現與寵物的互動，喂養者可以通過攝像頭在線觀看寵物進食情況，并通過自主投食獎勵寵物，增加與寵物的互動性。攝像頭選用OV2640攝像頭模塊,該攝像頭200W像素， STM32F4驅動源碼3.3V 。

3 軟件設計

系統上電后，通過藍牙與手機連接，設置相應數據以及wifi網絡。寵物喂養裝置如圖4方式實現對寵物的喂養。主程序首先實現各個模塊的初始化，然后通過網絡獲取設置信息以及控制信息。根據接收到的控制信息，判斷是否對寵物進行投喂活動。寵物食盆清潔主要是通過環形食盆與清潔刷旋轉摩擦，清潔掉食盆上附著的食物，剩余物通過食盆下方的過濾口，掉落到廢棄食物儲物盒中，進而完成食盆清潔，具體步驟如圖5所示。

圖4 主程序控制流程圖

圖5 食盆清潔控制流程圖

當系統接收到對寵物的定時投喂信號后，自動按照設定信號進行定時定量投喂，如圖6所示。定時投喂啟動后，每次投喂前食盆自動清潔，同時播放喂食音樂，喚醒寵物進食，投喂開始后打開下料閘門，同時下料電機1打開，食盆中內置的重量傳感器檢測食物重量，當達到預定重量后，下料電機1停止，下料閘門關閉。飼養主選擇自主投食模式后，系統會首先讓使用者選擇投食的重量，確定后對食盆進行清潔，其次打開下料電機，對投放食物進行稱重，達到設置重量后，投食進入食盆，自主投食結束，如圖7所示。

圖6定時投喂控制流程圖

圖7 自主投食控制流程圖

4 結語

本文介紹了一種基于STM32的寵物喂養遠程控制系統，該系統能夠將寵物的定時喂養、自主投喂以及寵物飲水相結合，同時可以通過網絡與手機APP相連接，實現飼養主實時在線觀看寵物進食，并且通過傳感器記錄寵物進食情況，為寵物健康提供數據服務，在實際生活中有著一定的實用價值。