基于遠程可視的智能寵物投食器的設計

摘要：文章旨在設計一款基于遠程可視化的智能寵物投食器，以解決傳統寵物喂養方式中人力物力資源浪費的問題。 研究方法采用單片機作為核心控制器，結合步進電機實現寵物食品的精確投放，從而實現自動化喂養。此外，系統集成 了溫度監測與時間日歷等功能，通過定時定量投放食物，便于寵物主人遠程監控寵物的健康狀況。研究結果表明，該智 能投食器具備經濟實惠、功能穩定可靠的特點。該智能投食器為寵物愛好者及寵物管理行業的寵物喂養問題提供了高 效便捷的解決方案，此方案有望成為寵物市場的新趨勢。

關鍵詞：STM32單片機；智能寵物投食器；esp32單片機；物聯網

中圖分類號：TP3 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2025）13-0053-03

0 引言

智能寵物投食器作為一種創新且實用的設備，其 出現極大地緩解了寵物愛好者在日常喂養中面臨的 諸多挑戰。傳統喂養方式主要依賴于人工手動放置 寵物食品，人工喂養難以精確控制食物投放的時間和 量，可能導致寵物飲食不均衡，進而影響其健康成長。 鑒于傳統喂養方式的種種不足，開發一種能夠自 動、精準且高效地完成寵物喂養任務的設備顯得尤為 重要。智能寵物投食器應運而生，它利用單片機作為 控制中心，通過步進電機精確控制寵物食品的投放， 既實現了喂養的自動化，又保證了食物投放的準確性 和規律性。相較于傳統喂養方式，智能投食器在價格 上更加親民，功能特性穩定可靠，且具備溫度檢測和 時間日歷功能，使得寵物主人能夠遠程監控寵物的健 康狀況，確保寵物得到及時且適當的照顧。

1 系統整體設計

本系統采用STM32系列單片機作為核心控制器 （以下簡稱STM32單片機） ，對數據進行分析、處理、執 行、檢測和控制作用。硬件設計包括投食器的外觀設 計、內部結構設計、食物儲存容器設計以及食物分發 機制等。這些設計需要考慮到寵物的安全性、清潔的 便捷性以及材料的耐用性。目前硬件采用STM32單 片機作為主控，OLED屏幕用于顯示參數信息，Wi-Fi 模塊用于進行遠程遙控，MQ135空氣質量檢測模塊用 于監測環境空氣質量[1] ，繼電器用于模擬水泵開關，風 扇用于模擬通風系統，DS18B20溫度傳感器用于實時 檢測環境溫度，壓力傳感器用于檢測是否還有食物， 電機用于模擬喂食，水位傳感器用于檢測是否有水， 缺水則打開水泵進行工作，采用 ESP32 單片機鏈接 ov2640攝像頭監控寵物實時動態。軟件設計：研究如 何讓用戶更加方便地設置和調整投食器的工作模式， 包括手機用戶通過 App 遠程調整投食器[2] 的各項參 數，如喂食時間、喂食量等。這一功能為用戶提供了 極大的靈活性，可以根據寵物的實際需求和活動規律 進行個性化設置。通過人機交互、工業設計等手段， 提升用戶的使用體驗。

1.1 系統硬件設計

人機交互屏幕選擇OLED屏幕，其價格相對低廉， 功能可靠且穩定，背光亮度高，電路焊接容易，完全滿 足本設計溫度、濕度的顯示，且可以顯示中文漢字，可 以在惡劣環境下穩定顯示，因此作為設計的首選屏 幕。系統硬件設計原理圖，如圖1所示。

電機機構作為本次設計的執行機構，常用的電機 有直流電機和步進電機兩種，直流電機通電就可以工 作，如果用在本次設計電機執行位置上，將與限位開 關進行配合，或者延時停止，這樣不僅控制起來麻煩， 也不能精確地對電機進行控制；步進電機是通過脈沖 進行控制的，可以控制轉動的角度，這樣可以更精確 地控制轉動的角度，因此作為設計的首選執行電機[3] 。 電機驅動電路設計，如圖2所示。電源模塊設計，如圖 3所示。

設計電機控制系統[4] ，核心模塊除了步進電機，還 有電機執行機構，本設計采用 5 線 4 相電機，通過UA2003 模塊進行驅動，一般步進電機由脈沖發生模 塊、功率驅動單元、保護單元等組成，這款電機是一種 可以將脈沖信號轉換成線位移或者角位移的開環機 構，這款電機精度高，力矩會跟隨轉速的升高而下降， 可以瞬間啟動、瞬間停止，可以通過 5 V 直接進行驅 動，其性能特征完全滿足本次的設計需求，如文獻[4] 所述，步進電機具有高精度控制的優勢。

本次設計只需要控制電機的速度以及電機的正 反轉，因此采用獨立按鍵的方式。設計的按鍵供地， 當有按鍵按下，STM32 單片機的 IO 口會檢測到低電 平，可以根據STM32單片機IO的高低電平，控制執行 相關的指令。

設計通過ESP8266這個Wi-Fi模塊[5] 將采集的溫 度值和水體渾濁度發 送到手機端顯示。用 戶可以在不同工作模 型上自行搭建所需的 物聯網系統，本設計 構 架 采 用 Wi-Fi 模 塊，實現遠程通信的 功能。ESP8266 可以 實現的功能是將單片 機與手機無線網絡連 接，通過此模塊將串 口連接無線網絡，并 采用 AT 指令實現服 務器與手機之間的通 信。當接收服務器指 令中斷時，STM32 單 片機也會中斷；若無 中斷情況發生，服務 器將正常接收單片機 的數據，并將數據傳 輸 至 手 機 端 顯 示 。

Wi-Fi 模塊支持密碼 自 行 修 改 和 重 新 設 置，可對已完成的軟件進行二次執行，讓整個系統變 得更加安全、可靠。正是因為Wi-Fi模塊工作穩定性 強，傳輸速率快，適用于大多數的無線智能設備，本設 計采用Wi-Fi模塊來提升系統的性能。

電源模塊電路設計通過5 V降壓電源進行驅動， 為了確保輸出電壓在設定的范圍內保持穩定，電源模 塊通常具有穩壓功能。這可以通過使用穩壓器或開 關電源控制電路來實現。系統總體還是 5 V 進行驅 動，電源模塊由DC插座和自鎖開關組成，電機驅動電 路是智能寵物投食器中的核心部分，負責將輸入的控 制信號轉化為適當的電流或電壓信號，以驅動電機 運行。

1.2 系統軟件設計

本次設計采用STM32單片機進行控制，采用keil5 編譯器，利用EDA設計外圍硬件模塊有：電機控制模 塊、電機驅動模塊以及按鍵輸入模塊等，系統主要包 括屏幕、電機、獨立按鍵等部件，按鍵采用簡單的IO口 操作，其他功能需要調用相關子程序。系統上電后各 個模塊進行初始化操作，調用相關的檢測函數、屏幕 顯示函數等，系統通過按鍵進行參數調節，以控制電 機運行，同時更新顯示屏上的數據。系統主程序流程 如下：首先，從“開始”啟動流程，進行系統初始化；接 著，LCD1602 屏幕顯示相關信息。此時，系統檢測是 否有按鍵被按下；若無按鍵按下，則進行電機速度控 制；若有按鍵按下，則進行電機正反轉控制；完成這些 控制后，系統進行信息處理；最后，整個流程結束。這 一流程設計清晰，步驟明確，有助于實現設備的有效控制和信息的準確處理。

2 實物調試

2.1 硬件調試

檢查所有硬件組件（如微控制器、電機、傳感器、 攝像頭、顯示模塊等） 是否完整，沒有損壞或缺失。確 保所有組件的型號和規格符合設計要求。根據設計 原理圖，將各個硬件組件正確連接到微控制器上，形 成完整的電路。使用萬用表，將萬用表設置為蜂鳴器 檔位或電阻檔位。逐一檢查電路中的每個連接點，確 保沒有斷路或短路的情況。檢查電源電壓和電流是 否穩定，并在必要時進行調整。對每個硬件模塊進行 單獨的功能測試，如電機的旋轉、傳感器的數據采集、 攝像頭的視頻傳輸等。驗證模塊的功能是否符合設 計要求，并記錄下測試結果。系統接線實物圖，如圖4 所示。

2.2 軟件調試

在使用keil5編譯器編寫、編譯和調試代碼時，確 保代碼的正確性和穩定性。對系統中的每個功能模 塊進行單獨的測試，如定時喂食模塊、遠程監控模塊、 數據分析模塊等。驗證模塊的功能是否符合設計要 求，并記錄下測試結果。將所有功能模塊集成到系統 中，形成完整的軟件體系。對系統進行整體測試，檢 查各個模之間的通信和數據傳輸是否正常。驗證系 統的整體功能是否符合設計要求，如遠程可視、定時 定量喂食等。測試手機 App 或網頁端的用戶界面是 否友好、易用。檢查用戶界面的響應速度、操作流程 等是否符合用戶習慣。驗證用戶與智能寵物投食器 之間的交互是否順暢、準確。根據測試結果，對系統 的性能進行優化和調整。提高系統的響應速度、穩定 性和準確性。改進用戶界面的設計和操作流程，提升 用戶體驗。遠程監控App界面，如圖5所示。

3 結束語

本文成功研發了一款集成單片機與物聯網技術 的遠程可視化智能寵物喂食器，實現了寵物喂食的自 動化、智能化與遠程監控。該喂食器不僅具備單片機 自動控制功能，還融入了開源智能云平臺技術，提供 了豐富的寵物健康數據及進食狀態監控功能。展望 未來，將繼續優化系統性能，擴展寵物活動監測、食物 庫存提醒等新功能，并積極探索市場應用前景，致力 于將該智能寵物喂食器推向更廣泛的寵物主人群體， 為寵物行業帶來更加智能化、便捷化的解決方案。

參考文獻：

[1] 張豐壯，高坤，王雪，等.低功耗、便攜式室內空氣質量檢測系 統設計[J].計算機光盤軟件與應用，2013，16（22）：65-66.

[2] 焦嘉偉，劉華，常若葵.寵物喂養遠程控制系統設計[J].電子 制作，2023，31（21）：89-92.

[3] 劉忠南，程怡安，張笑影.步進電機的單片機控制系統設計研 究[J].科技資訊，2024，22（16）：74-76.

[4] 李孟，程子霞，宋趙偉.基于單片機的智能家居控制系統設計 [J].機電工程技術，2023，52（07）：50-54.

[5] 李佳旺.基于ESP8266無線Wi-Fi模塊的交互裝置作品的設 計與實現[D].武漢：武漢音樂學院，2020.

【通聯編輯：朱寶貴】