1、2023年/第12期 物联网技术智能处理与应用Intelligent Processing and Application1090 引 言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1-5。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
2、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
3、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 单片机最小系统基于物联网技术的宠物智能投喂系统设计李冰乳1,李帅东2,刘昕洋2,陈自力2(1.郑州电子信息职业技术学院,河南 中牟 451450;2.新疆政法学院 信息网络安全学院,新疆 图木舒克 844000)摘 要:生活中很多人喜欢在家饲养犬猫等宠物,但
4、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。关键词:51 单片机;智能投喂;无线模块;物联网;DS18B20;PWM中图分类号:TP393 文献标识码:A 文章编号:2095-1302(2023)12-0109-03DOI:10.16
5、667/j.issn.2095-1302.2023.12.029收稿日期:2023-02-06 修回日期:2023-03-15基金项目:基于智能控制的光伏MPPT控制研究(xzzk2022003)物联网技术 2023年/第12期 智能处理与应用Intelligent Processing and Application1102.2 ESP8266 无线模块电路设计 该系统采用安信可推出的 ESP8266-WiFi 模块,其为串口型 WiFi,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
6、块与单片机的 I/O 口连接关系ESP8266 模块51 单片机最小系统VCC3.3 VCH_PD3.3 VTXDP30RXDP31GNDGND2.3 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
7、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 D
8、S18B20 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
9、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 WiFi,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WiFi 相关 AT 指令传送给模块,对 WiFi 模块初始化,使其2023年/第12期 物联网技术智能处理与应用Intelligent Processing and Application111工作在 Station+AP 混合模式下;连接室内路由器,通过
10、物联网连接新浪云服务器,当手机端与 WiFi 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 WiFi 程序流程如图 7 所示。图 7 无线 WiFi 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、
11、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。注:本文通讯作者为李帅东。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.
12、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):123-12
13、7.7 潘铭志,陈嘉欣,刘慧玲.基于 STM32 单片机的智能婴儿床设计J.机械工程与自动化,2021,50(5):161-163.8 SHAHADI H I,MUHSEN D H,HAIDER H T,et al.Design and implementation of a smart baby crib J.IOP conference series:materials science and engineering,2020,671.9 SACHIT K A,MANHAL H S,K.A N,et al.Smart management system for monitoring and
14、 control of infant baby bed J.International journal of electrical and computer engineering(IJECE),2020,10(5).10佚名.机械斯诺婴儿床世界第一个智能婴儿床J.工业设计,2018,14(5):155.11 RAMDEVI M,GUJJULA R,RANJITH M,et al.IoT evaluating indoor environmental quality check of air and noise Z.Materials today:proceedings,2021.12 MIS
15、HRA N,BAJPAI S,NARAYAN E.Speed control of DC motor using PID controller FED H-Bridge J.International journal of innovative technology and exploring engineering(IJITEE),2020,9(10).作者简介:单宾宾(2000),男,本科,研究方向为新能源科学与工程。梁宸睿(2002),男,本科,研究方向为光电信息科学与工程。李森森(2000),男,本科,研究方向为新能源科学与工程。焦泽栋(2000),男,本科,研究方向为新能源科学与工程。张苏南(1999),女,本科,研究方向为新能源科学与工程。薛 清(1966),女,教授,研究方向为物联网、自动化。(上接第108页)