基于物联网技术的宠物智能投喂系统设计.pdf

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：10.16667/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 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、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，2018.5 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）：123-127.7 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 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 MISHRA 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）