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宠物智能投喂基于物联网技术的系统设计

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2024-09-29 19:19

摘要：生活中很多人喜欢在家饲养犬猫等宠物，但有时因工作需要长时间外出，不能及时投喂食物，严重影响宠物的健康。针对以上现象，文中设计了一款基于物联网技术的宠物智能投喂系统。该系统采用物联网技术，以STC89C52RC单片机为核心，通过新浪云服务器ESP8266模块连接，远程控制舵机SG90、水泵智能投喂食物，控制DS18B20传感器、红外学习模块调节宠物生存环境的温度，从而解决了由于时间、距离关系而无法照顾宠物的现实问题，保障了宠物的健康。

随着我国经济的快速发展，人民的生活水平日渐提高，越来越多的人喜欢在家饲养宠物，但因工作需要，可能长期不在家，无法做到及时投喂，从而影响宠物的健康。现有的宠物饲养大多采用一次性投喂足量的食物和水等方式，使食物长期暴露在室外，容易造成细菌感染，也极易造成宠物暴饮暴食，影响宠物健康[1,2,3,4,5]。因此，设计一款简单实用、价格实惠的智能投喂系统非常必要。

1、系统总体设计方案

系统主要以51单片机为主控芯片，由无线传输模块、显示模块、语音系统、温度监测模块、红外遥控系统、喂水和喂食系统构成[4]，如图1所示。

图1宠物智能投喂系统框图

当系统启动时，显示模块将显示各模块的运行状态，以便用户了解系统的运行状况；系统正常运行时，温度监测模块将不断监测室内环境的温度，当温度超过设定的阈值时，系统将向用户发送室内温度超标提醒，用户接收提醒信号后，可以通过手机客户端指挥红外遥控系统调节室内的温度；当用户想为宠物喂食时，可以通过手机客户端发出控制信号，控制信号经云端服务器传输到宠物智能投喂系统，系统接收到控制信号后，对控制信号进行分析，根据控制信号的类型做出相应动作[6,7]。

2、硬件电路设计

2.1单片机最小系统

该系统采用STC89C52RC单片机作为主控制芯片，通过引脚RST与电容C3相连，实现上电复位功能，接入的R9作为下拉电阻，在正常工作时，单片机不复位，直到有按键按下，才强制复位；电容C1、C2分别与单片机引脚XTAL2、XTAL1相连，形成耦合电容，防止电路被击穿；11.059 2 MHz晶振X1接在C2与C3间，为单片机提供所需频率。单片机最小系统电路如图2所示

图2单片机最小系统

2.2 ESP8266无线模块电路设计

该系统采用安信可推出的ESP8266-Wi Fi模块，其为串口型Wi Fi，通信稳定，一次可传输几千字节的数据，非常适合传输传感器的开关量等信息。该系统通过杜邦线将模块管脚与单片机的I/O口连接，具体见表1所列。

表1模块与单片机的I/O口连接关系

2.3喂水和投食系统电路设计

喂水系统采用5 V小型水泵，与PNP三极管S8850相连，通过单片机控制引脚实现定量给水；喂食系统选用舵机，利用定时器和中断产生PWM脉冲，从而控制舵机旋转一定角度，打开宠物食物开关，实现宠物投喂。喂水和投食电路如图3所示。

图3喂水和投食系统

2.4显示模块电路设计

该设计采用字符显示的LCD12864F-3液晶显示器显示输出信息，LCD12864功耗低、价格实惠、显示内容丰富，不仅可以显示字符和汉字，还可以显示图像，满足了本系统的需求。LCD12864液晶显示电路如图4所示。

图4 LCD12864液晶显示电路

从图4可知，LCD12864的8位数据口LCD＿D0～LCD＿D7与单片机的P0.0～P0.7管脚连接，LCD12864的RS、RW、E脚与单片机的P2.6、P2.5、P2.7管脚连接，LCD12864的RES复位脚连接在VCC上，其他引脚悬空。当使用LCD12864时，其他设备无需占用这些管脚，即使使用也仅为分时复用[8]。

2.5温度控制模块

温度检测模块采用体积小、硬件开销低、抗干扰能力强、精度高的DS18B20温度传感器，其中1脚接地，3脚接5 V电源，2脚接单片机引脚；温度控制模块采用红外学习模块，首先将红外学习模块与电脑相连，通过串口发送学习命令，使模块进入内部或外部存储学习模式，按空调遥控器上的按钮，模块会收到红外编码数据，把编码数据存储到芯片内部FLASH中，并按协议将控制命令发送到串口助手；然后与STC89C52RC单片机相连，当有控制信号到来时，单片机串口发送控制命令，此时，由模块会通过红外发射头发送，进而控制空调调节温度[9,10]。温度控制模块图示如图5所示。

图5温度控制模块

3、系统软件设计

3.1主程序设计

主程序流程如图6所示。首先对各模块进行系统初始化，使其正常工作，接着开启ESP8266模块，连接云端服务器，不断检测远程客户端信号；当检测到远程控制信号后，系统立即开启串口中断，分析信号的类型，做出相应的投食动作。

图6主程序流程

3.2无线模块程序设计

我们使用的ESP8266为串口型Wi Fi，与51单片机通信之前，需要对单片机的串口进行初始化操作；通过串口使Wi Fi相关AT指令传送给模块，对Wi Fi模块初始化，使其工作在Station+AP混合模式下；连接室内路由器，通过物联网连接新浪云服务器，当手机端与Wi Fi模块建立连接后，手机端发送数据，单片机串口进入中断函数接收数据，通过判断数据格式内容控制系统相应模块。无线Wi Fi程序流程如图7所示。

图7无线Wi Fi程序流程

4、结语

该文针对宠物饲养过程中的投喂需求进行深入研究，以STC89C52RC单片机为主控芯片，设计了一款实用型宠物智能投喂系统，以满足用户随时给宠物喂食的需要。同时，对宠物生存环境进行了实时监视和远程调节。设计过程中采用温度传感器、红外传感器和无线模块ESP8266等电子元件，并根据实际需求进行软硬件设计，最终实现了宠物智能投喂系统。宠物智能投喂系统操作简单、安全稳定、价格实惠并且功耗低，使用方便。随着现代人们饲养宠物意识的增强以及科学技术的快速发展，相信该宠物智能投喂系统必将在更广阔的领域得到更深层次的应用。

参考文献:

[1]王伸,常奇,程鹏,等.基于物联网的宠物智能饲喂系统设计[J].无线互联科技,2022,19(16):99-101.

[2]宫占霞,杨泽锋,黄闯,等.智能宠物投食器设计[J].电子世界,2021,43(11):122-124.

[3]叶军,华旭奋,孙晓艳.基于用户体验的互联网+宠物管理系统设计与实现[J].科技创新与应用,2020,10(31):87-89.

[4]陈智锐.智能化的家养宠物喂食器设计研究[D].广州:广州大学,2018.

[5]刘惠惠.基于共生理论的智能宠物喂食器设计研究[D].西安:西安工程大学,2018.

[6]张安东,王家琪,李典航,等.宠物智能投喂器[J].中外企业家,2018,35(27):110.

[7]陈金谊,李泳清,邱广萍.机智云技术在宠物管理系统中的应用[J].物联网技术,2019,9(9):87-89.

[8]牛仲阳.基于物联网技术的宠物管理系统设计[J].电子技术与软件工程,2013,20(21):36.

[9]胡正练,王桥,陈旭,等.可清理残食的自动宠物喂食系统[J].物联网技术,2018,8(8):92-93.

[10]段续峰.基于物联网技术的生猪精准投饲系统设计与应用[J].饲料研究,2022,45(5):123-127.

文章来源:李冰乳,李帅东,刘昕洋,陈自力.基于物联网技术的宠物智能投喂系统设计[J].物联网技术, 2023, 13 (12): 109-111.