新型智能寵物項圈產品設計與應用分析

摘" 要：基于寵物主人高質量照顧寵物的市場需求，創新設計集創新性、便利性、實用性于一體的智能寵物項圈系統，主要包括電源動力、GPS定位、NB-IoT物聯網、NFC通信、耗能計算、自動警報和寵物情緒診斷等硬件系統，以及外出模式、居家模式、丟失模式等軟件系統。在智能寵物設備市場持續增長的背景下，該新型智能寵物項圈產品特色鮮明，將在相同品類產品中具有良好的商業價值和市場競爭優勢。

關鍵詞：寵物項圈；智能；智能寵物設備；寵物情緒診斷；產品設計

中圖分類號：TP391" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2024）11-0064-04

Abstract： Based on the market demand of high-quality pet care for pet owners， an innovative， convenient and practical intelligent pet collar system is designed， which mainly includes hardware systems such as power supply， GPS positioning， NB-IoT Internet of Things， NFC communication， energy consumption calculation， automatic alarm， pet emotion diagnosis， as well as software systems such as out mode， home mode， loss mode and so on. In the context of the continuous growth of the intelligent pet equipment market， the new intelligent pet collar product has obvious features and will have good commercial value and market competitive advantage in the same category of products.

Keywords： pet collar; intelligence; intelligent pet equipment; pet emotion diagnosis; product design

隨著人們生活水平的提高以及個性化情感需求，寵物已經成為了人們日常生活中的一部分。寵物用品不再局限于食具、水具等日常用具，已經拓展出了寵物玩具、衛生用品、寵物飾品、美容用具和智能硬件等細分門類，產品功效和產品設計更為精細化。智能寵物項圈類設備作為便捷、實用的寵物用具，正受到寵物主人的歡迎和大量購買使用。然而，如今市場上的智能寵物項圈僅包含寵物防走失定位系統或者警報系統，無法全方位觀察和實時關注寵物的身心健康狀態。本研究旨在設計一款創新型智能寵物項圈模型，除具備常規的寵物防走失定位系統以及警報系統外，還可以通過記錄、檢測寵物的每日運動量進行能量消耗計算，通過專業的寵物飼養配比對寵物日常飲食給予相應的指導建議。此外，智能寵物項圈還開發配備寵物情緒診斷功能，通過建立配比數據庫，及時比對、觀察寵物情緒變化，利用寵物不同叫聲數據信息等進行情緒配比，為主人提供寵物情緒變化信息參考，實現寵物高質量身心健康照護目標。

1" 智能寵物項圈硬件系統

該款智能寵物項圈配備有常規寵物項圈的常用功能，例如寵物身份信息顯示、定位追蹤以及警報防盜功能。在智能寵物項圈的使用過程中，通過輕觸電子顯示屏即可顯示寵物信息面板，寵物主人可以實現錄入寵物接種疫苗信息等功能。項圈安裝有GPS實時位置監控和跟蹤功能，將寵物位置信息實時上傳至數據服務平臺，有效防止寵物走丟。智能項圈硬件系統[1]主要包括以下幾個模塊。

1.1" 電源動力模塊

寵物項圈采用MPM3695-100電源模塊，這是一款擁有100 A可擴展且完全集成的低電壓、低耗能電源模塊，帶有PMBus接口。該器件提供完整的電源解決方案，可實現高達100 A的輸出電流，并在寬輸入電壓范圍內具有出色的負載和線路調節性能。MPM3695-100可在寬負載范圍內高效運行，并可并聯以提供高達800 A的電流。通過在單個模制電源模塊中集成4個交錯相位，MPM3695-100采用MPS專有的多相恒定導通時間（MCOT）控制，提供超快速瞬態響應和簡單的環路補償。此外，PMBus接口提供模塊配置和關鍵參數監控。

1.2" GPS定位模塊

寵物項圈采用GPS01-TD芯片作為GPS應用模塊，擁有高精密度、高集成度以及低耗能的特點。此外，GPS模塊還擁有有源天線接法和無源天線接法，可以通過更多的選擇性進行不同形式的連接。

1.3" NB-IoT物聯網模塊

寵物項圈采用NB-IoT通信系統標準，相對于其他標準，該通信標準范圍更廣、更普遍，還具有低延時、低耗能、易操作的特點，在4G/5G時代可以快速完成數據傳輸。智能寵物項圈使用Hi2115芯片，屬于支持3GPP R13/R14標準的SoC芯片，該芯片集成了MCU、存儲器及多種外設接口[2-3]。支持的頻段包括698～960 MHz和1 695～2 180 MHz，基于該芯片的模組已經被全球主要運營商認證并應用。NB-IoT技術的低功耗、廣覆蓋及低成本特性特別適合本智能寵物項圈的產品運用，其作用是在項圈丟失或是電量不足等情況下，及時向服務器傳輸項圈所在位置，向服務器發出報警信號[4]。

1.4" NFC通信模塊

寵物項圈設置有NFC技術以進行短距通信，既能低功耗又能低成本地進行信息編輯、讀寫功能，同時方便錄入信息。其主要作用是通過信號方式將信息傳導到終端設備，然后將其進行對點通訊，通過無接觸式對內容進行編輯[5]。NFC通信系統包括2個獨立部分，即NFC讀寫器芯片和NFC標簽。NFC讀寫器芯片是系統的有源部分，在觸發特定響應之前讀取或處理信息，提供電源并向系統的無源部分（即NFC標簽）發送NFC指令[6]。

1.5" 耗能計算模塊

寵物項圈會進行運動公里數計算，實時計算寵物的消耗能量，并據此提供寵物飲食建議，讓寵物得到更好的照顧。具體而言，寵物項圈通過使用Arduino開發板和ADXL335加速度計制作一個內嵌式簡便計步器，其中ADXL335加速度計用作計步器傳感器，用來計算寵物步數，并將步數結果發送到主人手機端。ADXL335是一個小尺寸、薄型、低功耗模塊，也是一個完整的三軸加速度計，基于電容式感應原理，帶有一個經過多晶硅表面微機械加工的傳感器和信號調理電路。ADXL335加速度計可以用于測量靜態和動態加速度。加速度計是一種可以將任意方向上的加速度轉換為其相應的可變電壓的設備，該設備通過使用電容器實現工作原理，隨著加速度的移動，位于其內部的電容器也將根據該運動而發生變化。

1.6" 自動警報模塊

寵物項圈產品在智能項圈鎖方面進行了警報功能設置，同時具備防拆報警功能，若有人試圖強行拔開項圈則會觸發警報功能，將危險信號實時傳輸到寵物主人手機[7]，進行30 s左右響鳴報警。或者，當輸入項圈密碼錯誤次數達到5次以上，項圈電量過低時也會觸發該自動報警功能，提醒用戶及時進行充電處理。

1.7" 寵物情緒診斷模塊

寵物項圈將搭建一個寵物情緒數據庫，主要通過從50多種不同犬種中收集到的大約10萬個聲音樣本錄入并存儲于該數據庫，可以檢測出寵物包括快樂、放松、焦慮、憤怒和悲傷等在內的5種不同情緒。該情緒診斷模塊通過寵物自身發出的不同叫聲進行上傳到錄音收集器，再通過系統傳導至數據庫內進行信息比對，配對出此時不同的寵物情緒，再將其反饋到主人的手機信息。寵物主人通過手機APP端就能實時了解寵物的情緒波動和身體狀況，據此判斷寵物情緒是否穩定，是否需要將其帶到寵物醫院進行醫治等，以便更好地照顧寵物。

2" 智能寵物項圈軟件系統

寵物項圈的軟件系統程序使用織信informat開發平臺進行編輯，平臺包含代碼編輯、編譯、調試等功能，界面操作簡單，在嵌入式系統領域應用廣泛，可以滿足本項圈系統的開發需要。寵物項圈軟件包含3個程序：外出模式、居家模式、丟失模式。在外出模式下，寵物主人可以實時監控寵物的地理位置，也便于孩童或老年人帶寵物出去玩耍時檢測所處位置，并且開啟防盜模式，若有人強行對寵物項圈進行拆除或故意破壞時，軟件會及時反饋警報到主人的手機信息中。在居家模式下，系統會關閉防盜模式并且不會實時上傳位置信息，若通過設置過的電子圍欄判斷離開家庭范圍，如果不遠則恢復到外出模式。而丟失模式則是先觸發防盜模式，而后系統會詢問是否開啟丟失模式，通過主人的訪問成功開啟，會向服務器發出報警，實時上傳寵物位置信息，同時會在顯示屏中顯示寵物主人警告話語，即使設備處于關機狀態也可被強行開機，同時啟用備用電源，會進行全鎖屏模式減少耗電，電量能夠堅持14 d以上的信息傳輸，并且會持續發送地址位置信息。

寵物項圈軟件系統還包括以下子程序：中心控制程序、NB-IoT數據處理程序、NFC數據處理程序、USB數據處理程序、GPS定位程序、防盜程序和顯示驅動程序。在首次進行信息注冊時需要進行設備ID注冊，通過USB連線口連接到電腦，進行信息錄入，傳導出相應的身份信息，隨后進行管理人員注冊，將主人的設備型號以及賬號進行錄入。在注冊過程中，墨水屏會實時顯示系統狀態以及進度，隨后便可通過IoT傳輸或者NFC修改屏顯信息和身份信息[8]。在正常使用時，系統初始化后會首先在墨水屏上刷新顯示信息，同時進行NB-IoT入網操作。若入網失敗則30 s后重試一次。待入網成功后，GPS會進行搜星、定位操作，每間隔30 s向服務器上報一次位置信息，此時整個系統進入低功耗模式。若入網失敗，則進入離線工作模式，整個活動軌跡信息將被記錄在存儲模塊中[9]。寵物項圈同時設置兒童模式，防止兒童進行修改或誤觸等操作，還設置了手動保存模式，能夠保存用戶設置的一切相關信息，在受到肆意修改時還可以使用一鍵恢復功能，將系統恢復到出廠設置。

3" 智能項圈產品特色與市場價值

3.1" 產品特色分析

對于寵物愛心人士而言，當飼養的寵物出現營養不良、肥胖或者發生應激情緒異常時，常常讓寵物主人手足無措。由于不了解寵物身體狀況，往往導致寵物的異常情況越來越嚴重。新型智能寵物項圈可以實時檢測寵物的運動信息，分析所消耗的卡路里能量，同時給予合理膳食搭配指導，通過智能計算寵物消耗的能量和所需能量，讓寵物主人及時預防異常狀況。此外，主人通過寵物情緒診斷系統還可以及時察覺寵物不開心、緊張、害怕等消極情緒，讓寵物主人更好地照顧寵物，提升寵物身心健康水平。

新型智能寵物項圈定位于飼養寵物貓狗的目標客戶人群，擁有普通智能寵物項圈的常規功能，同時額外增加了耗能計算、寵物情緒診斷等創新功能，其多樣性的應用模式將吸引更多計劃購買寵物項圈的青少年或者老年人群體。新型智能寵物項圈的防丟功能也深受目標客戶的歡迎，許多寵物在外出時具備“撒手沒”的特性，該功能能夠讓寵物主人實時定位寵物的所處位置，擁有較好的市場吸引力。

智能寵物項圈的操作系統十分簡單，除觸屏功能外，還可以通過語音功能進行系統設置。除在信息注冊時仍需進行相關信息錄入操作外，在隨后便可通過智能語音識別功能進行相關語音聲控操作，以便讓老人、兒童在無法閱讀的情況下也能夠進行設備操作，同時還設置了兒童模式，防止兒童進行誤觸或誤修改等操作。

3.2" 市場應用價值

有報告研究了全球智能寵物項圈的發展現狀及未來發展趨勢，分別從生產和消費的角度分析智能寵物項圈的主要生產地區、消費地區、產品類型，以及不同產品類型的價格、產量、產值，還有全球主要生產商的市場份額等。

從消費結構來看，寵物食品仍然占據主要份額。寵物主人花費最多的項目為主糧，占比達68.90%；其次為零食，占比為27.10%[10]。其中，寵物用品在我國寵物市場消費結構占比達到11.7%，僅次于寵物食品類。在購買過智能寵物設備人群中，55.7%的人購買過智能飲水機，占比最高；其次為購買過寵物攝像機和智能喂食器，占比分別為39.2%和30.6%。66.1%的寵物主人在購買智能用品時更多關注產品的功能實用性，其次是性能穩定性，占比為56.3%。此外，35.3%的寵物主人比較關心產品設計是否安全與科學[11]。

如今，智能寵物項圈已經快速走進了大眾視野。2021年全球智能寵物項圈市場總值達到了46億元，預計2028年將達到209億元，2022年至2028年期間的年復合增長率（CAGR）預計為23.8%。全球智能寵物項圈主要廠商有Whistle（Tagg）、FitBark、Petsafe、Tractive等，全球前四大廠商共占據接近25%的市場份額。目前，北美地區是全球智能寵物項圈最大的市場，占據約50%的市場份額[12]。由此可見，亞太地區將在智能寵物項圈市場增長中扮演更重要角色。除中國、美國及歐洲國家之外，日本、韓國、印度及東南亞地區將是不可忽視的重要市場。

4" 結束語

隨著現代社會的快速發展，人們越發注重提高寵物飼養質量，我國寵物市場規模的發展勢頭迅猛。與同類寵物項圈競品相比，本研究設計的智能寵物項圈功能齊全，產品設計具有創新性、便利性、實用性等特點，有助于主人更好地照顧自己心愛的寵物。根據未來市場發展趨勢，智能寵物設備將獲取更多的產業投資，市場發展潛力巨大。總之，該智能寵物項圈具備較好的市場吸引力和開發潛力，凸顯良好的商業價值以及產品競爭優勢。

參考文獻：

[1] 吳逸豪，何銘浩，彭曉宏，等.融合窄帶物聯網及NFC技術的智能寵物項圈設計[J].傳感器與微系統，2022，41（2）：86-89.

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[3] 王新宇.基于軟件無線電平臺的NB-IoT下行鏈路物理層設計與實現[D].北京：北京郵電大學，2019.

[4] 李玲，郭曉玲，武仁杰，等.基于NB-IoT及ZigBee的無線傳感器網絡網關設計[J].通信技術，2019，52（1）：234-238.

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[6] 陳維熙.基于NFC的信息無線裝訂系統的設計與實現[D].武漢：武漢理工大學，2015.

[7] 陳霖凱，秦會斌，胡煒薇.基于云服務器的車位鎖管理系統設計[J].傳感器與微系統，2019，38（8）：73-75，79.

[8] 王高杰，靳東安.基于NB-IoT的全球定位設計與實現[J].中國新通信，2020，22（1）：28-30.

[9] 賀軼烈，許曉榮，樓丁溧，等.基于電子墨水屏的無線電子標簽設計[J].電子設計工程，2019，27（6）：138-141.

[10] 派讀寵業參考.《2023年中國寵物食品市場消費報告》解讀：品類結構進一步多元化，犬貓市場格局“生變”[EB/OL].（2023-07-26）[2023-09-27].https：//www.36kr.com/p/2360714507745541.

[11] 華經情報網.2019年智能寵物設備行業市場現狀分析，產品同質化嚴重，硬件技術還有待提高[EB/OL].（2021-01-18）[2023-09-27].https：//www.huaon.com/channel/trend/681617.html.

[12] 華經情報網.2022-2028全球及中國智能寵物項圈行業研究及十四五規劃分析報告[EB/OL].（2022-01-01）[2023-09-27].ttps：//www.qyresearch.com.cn/reports/smart-pet-collar-p933003.html.