基于GPS与微信小程序的智能宠物管理系统设计_平欣.pdf

第 22卷 第 2期2023年 2月Vol.22 No.2Feb.2023软 件 导 刊Software Guide基于GPS与微信小程序的智能宠物管理系统设计平欣1，2，宋育斌1，2，孔维宾1，2，方忠庆1，2，陈希1，2（1.盐城工学院 信息工程学院；2.盐城市光纤传感及应用工程技术研究中心，江苏 盐城 224051）摘要：为解决饲养宠物过程中繁琐的管理问题，提出基于GPS与微信小程序的智能宠物管理系统。该系统基于MINA框架，使用MySQL数据库进行设计，包括首页、生活记录、预约、宠物档案、导航、电子围栏等模块，具备记录宠物生活习性、存储宠物档案信息、预约安排、定位宠物位置等功能。用户可在电子围栏模块中标记若干点生成多边形围栏设置宠物安全活动范围，防止宠物丢失。实践结果表明，系统减少了宠物饲养者的工作量，提升了宠物管理的科学性和安全性，以期为宠物管理领域提供新的思路。关键词：宠物管理；微信小程序；数据库；数据交互DOI：10.11907/rjdk.221531开 放 科 学（资 源 服 务）标 识 码（OSID）：中图分类号：TP319 文献标识码：A文章编号：1672-7800（2023）002-0121-06Design and Implementation of Intelligent Pet Management System Based on GPS and WeChat AppletPING Xin1，2，SONG Yu-bin1，2，KONG Wei-bin1，2，FANG Zhong-qing1，2，CHEN Xi1，2（1.School of Information Technology，Yancheng Institute of Technology；2.Yancheng Optical Fiber Sensing and Application Engineering Technology Research Center，Yancheng 224051，China）Abstract：In order to solve the complicated management problems in the process of raising pets，an intelligent pet management system based on GPS and WeChat applet is proposed.Based on the MINA framework，the system is designed using MySQL database，including home page，life record，appointment，pet file，navigation，electronic fence and other modules.It has the functions of recording pet habits，storing pet file information，appointment arrangement，locating pet locations and so on.Users mark a number of points in the electronic fence module to generate a polygon fence to set a safe range of pet activities to prevent pet loss.The practice results show that the system reduces the workload of pet keepers，improves the scientificity and safety of pet management，and provides new ideas for the field of pet management.Key Words：pet management；WeChat applet；database；data interaction0 引言随着社会经济高速发展，人民生活质量逐步提高，许多家庭饲养猫、狗等宠物。据统计，2021年全国城镇宠物饲养人数达到 6 844万人1，相较于 2020年增长 8.7%；消费市场规模则达到2 490亿元，相较于2020年猛增20.6%。研究表明，良好的饲养行为可有效促进老年人积极参与体力活动，缓解老年人抑郁症状2。由于生活节奏加快，人们缺乏精力照顾宠物，造成宠物走失现象大量增加3。为有效加强宠物管理，保障公共卫生安全，促进宠物产业和谐发展4，不少学者提出利用通信网络技术实现智能化宠物管理。例如，庄帅5采用三层架构和DAO、MySQL等技术设计宠物管理系统，主要实现宠物饲养者和宠物商店之间的业务。叶军等6以用户体验为中心，设计一种多功能宠物管理系统。该系统运用收稿日期：2022-05-16基金项目：国家自然科学基金项目（62071256）；江苏省高等学校自然科学研究面上项目（19KJB120014，19KJB510061，20KJB140025）作者简介：平欣（1996-），男，盐城工学院信息工程学院硕士研究生，研究方向为软件设计、系统与自动控制；宋育斌（1998-），男，盐城工学院信息工程学院硕士研究生，研究方向为信号处理与智能控制；孔维宾（1982-），男，博士，盐城工学院信息工程学院副教授、硕士生导师，研究方向为计算电磁学、智能算法；方忠庆（1990-），男，博士，盐城工学院信息工程学院讲师，研究方向为光信号处理、激光器等；陈希（1998-），男，盐城工学院信息工程学院硕士研究生，研究方向为智能算法。本文通讯作者：孔维宾。2023 年软 件 导 刊Arduino单片机实现多用户控制，但主要偏向于宠物监控功能。王亚文等7在社区层面基于SSM框架设计宠物信息管理系统。综上所述，本文针对饲养宠物中的管理问题，设计一款智能宠物管理系统。该系统提供生活喂养、添加宠物档案、导航电子围栏、GPS定位等功能，以便于用户在微信小程序端查看宠物当前位置信息，并利用polygons多边形围栏为宠物划警戒区域。1 系统设计1.1系统架构基于GPS与微信小程序的智能宠物管理系统支持记录宠物日常生活饮食，能提醒用户及时预约宠物疫苗，设置电子围栏防止宠物意外走丢。该系统既提升了宠物的生活质量，又便于饲养者合理安排宠物日常作息，系统整体结构如图1所示。由图1可见，系统分为硬件、软件两部分。其中，硬件部分由 STM32、GPS 定位模块及 NB-IoT 模块组成，通过GPS收集宠物位置信息；软件部分由微信小程序实现，包括首页、生活记录、预约、宠物档案、导航模块，导航模块主要与服务器数据进行通信以定位宠物位置，并包含电子围栏、腾讯地图等功能。具体而言，系统使用MySQL数据库存储位置信息及用户登录信息，Navicat作为数据库连接工具，其可视化界面可创建、组织、访问与共享信息8-10。基于GPS定位芯片实时获取STM32的位置信息，利用NB-IoT模块访问网络，服务器、MySQL数据库使用Socket进 行 通 信，并 将 获 取 的 STM32 位 置 信 息 发 送 至 小 程序端11-12。1.2系统概述宠物管理系统流程如图 2所示。当用户登录宠物管理系统小程序后，填写账号、密码等信息进行验证，若验证失败会弹出提示，用户可进行下一步操作；若用户验证成功则进入主界面。主界面包含首页、导航等 6 个页面模块，用户可根据自身需求选择不同模块。2 相关技术2.1硬件配置智能宠物管理系统硬件部分由GPS、NB-loT和STM32模块组成。其中，GPS定位模块的型号为ATGM336H-5N-31，具有高灵敏度、低功耗、低成本等优势，适用于车载导航、手持定位、可穿戴设备；数据传输模块型号为 WH-NB73-BA，具有体积小、功耗低等优势，适用于宠物穿戴设备，并且 WH-NB73-BA 可利用 NB-loT 网络传输数据，支持多频段。物联网平台能帮助开发者实现设备接入与连接，快速完成产品开发部署。此外，智能宠物管理系统还利用了云平台技术与用户设备进行连接。例如，将系统与微信关联，用户可通过小生活记录模块预约模块宠物档案模块电子围栏GPS模块NB-IoT模块智能宠物管理系统软件部分硬件部分首页STM32模块腾讯地图Fig.1Overall system structure图1系统整体结构开始登陆界面账号正确主界面首页腾讯地图电子围栏宠物商店疫苗列表选择商品到购物车结算疫苗详情填写起终点信息规划路线驾车公交步行标记若干点生成围栏判断是否在围栏内提示异常在围栏外宠物列表是否信息展示信息展示结束是否疫苗社区导航Fig.2Flow chart of pet management system图2宠物管理系统流程 122第 2 期平欣，宋育斌，孔维宾，等：基于GPS与微信小程序的智能宠物管理系统设计程序利用手机远程查看设备的工作情况与示警详情。2.2MINA框架MINA（Multipurpose Infrastructure for Network Applications）框架如图3所示。该框架在降低系统开发难度的同时，提升了运行速度，并且开发团队提供大量API，开发者可根据自身需求直接调用API来提升开发速度13。由图 3所示，MINA 框架由视图层和逻辑层组成。其中，视图层由页面Page组成，每个Page文件下均包含WXML、WXSS文件，WXML是一套由微信官方团队封装的标签语言，为开发者提供大量包装好的组件，WXSS是一套基于CSS语言封装的样式描述语言，具有CSS大部分特性；逻辑层是小程序的逻辑、服务处理中心，视图层页面需要的数据、页面交互处理逻辑均在逻辑层实现，该层使用JS语言进行逻辑处理、数据请求及调用API接口，数据在逻辑层处理后发送至视图层，触发视图层页面渲染，并接收来自视图层的事件反馈14-15。2.3数据交互移动终端利用微信小程序提供的接口与后端服务器进行数据交互，由于小程序与系统后台服务间通过微信服务器相连接，因此数据安全性有所保障。具体的数据交互流程如图4所示16。由图4可见，小程序首先通过wx.request接口向微信服务器发送https请求；然后由微信服务器发送数据至系统服务器；最后数据库得到指令写入数据16。在小程序接收返回消息时，服务器会先读取数据库数据，然后将数据输出至微信服务器。为保证传输的稳定性和便捷性，会选择以JSON的格式将数据返回。3 数据库设计预约信息、生活记录、宠物档案及经纬度信息均通过MySQL数据库进行保存。如表1所示，系统设计多张表保存不同类型的数据。其中，预约信息表包含预约名称、标题、地点、时间及备注字段。如表2所示，经纬度信息表保存用户运动轨迹、当前位置、经纬度信息等信息。如表 3所示，宠物档案表记录宠物生日、类别、名称等信息。如表4所示，宠物生活记录表记录宠物每天的喂食、换水情况等信息。4 系统功能实现4.1登录图 5为用户登录页面，包含图标、输入框及登录按钮组件。用户可输入手机号和密码进行登录，或选择页面下方微信、微博、QQ等第三方登录方式。微信能力离线存储网络请求.PagePagePageManagerAPIView（视图层）App Service（逻辑层）EventDataDataEventJSBridgeNative（系统层）WXMLWXSS Fig.3MINA frame图3MINA框架微信小程序微信服务器系统服务器数据库WRITEREAD发送数据输出数据发送请求返回消息Fig.4Data interaction flow chart图4数据交互流程Table 1Reservation information表1预约信息字段名称yy_idappointmentnameactivity timeremarkstitleplace字段类型inttextdatetimetexttexttext注释自增符号预约名称活动时间备注标题地点Table 2Longitude and latitude information表2经纬度信息字段名称jw_idstarting pointendcu_locationlongitudelatitude字段类型inttexttexttextfloatfloat注释自增标号起点终点当前位置经度纬度Table 3Pet profile information表3宠物档案信息字段名称da_idphotovarietiesgenderbirthName字段类型intblobtexttexttexttext注释自增符号照片品种性别生日名字Table 4Pet life record information表4宠物生活记录信息字段名称sh_iddaterecord字段类型intfloattext注释自增符号日期记录 1232023 年软 件 导 刊4.2首页图6为首页界面。页面顶部运用swiper滑块视图容器轮播 3 张图片，支持 indicatorDots 浮点点击更换图片。页面中间部分为宠物商店、疫苗社区、游乐场等入口。通过调用wx.navigateTo接口在每个图片中设置超链接，一旦点击图片触发事件即可跳转至其他页面，如图7、图8所示。首页下半部分为热点资讯区域，用户可根据自身需求进行查看。4.3生活记录图9为生活记录页面。页面包含switch滑块、提交和重置按钮 button组件，以便于用户设置行程安排，记录宠物日常生活习性，对宠物进行日常管理。4.4预约图10为预约页面。页面可添加活动、疫苗、就诊等预约信息。其中，标题、地点等使用weui框架和input输入框控件；活动时间使用picker组件，加入日期和时间选择器，可随意设置时间记录预约信息。4.5宠物档案图 11为宠物档案页面。页面包含图片上传功能，使用picker组件选择宠物类型、出生日期等。生日和名字使用 weui 框架和 input 输入框组件。此外，页面下方添加switch组件选择宠物性别及否绝育。4.6导航图 12为导航页面。页面通过调用 wx.navigateTo接口设置了腾讯地图和电子围栏两个入口。当用户点击腾讯地图时，即可跳转页面搜寻宠物位置。该模块调用了腾讯位置服务路线规划插件，使用唯一的 APPID 申请 key，在app.json文件中写入定位授权、插件包代码，在js文件中写入key、终点经纬度等信息，如图13所示。Fig.5Login interface图5登录界面（a）Product list（a）商品列表（b）Shopping Cart（b）购物车Fig.7Pet store page图7宠物商店页面Fig.6Home page图6首页页面Fig.9Life record page图9生活记录页面（a）Vaccine（a）疫苗（a）Vaccine details（b）疫苗详情Fig.8Vaccine community page图8疫苗社区页面 124第 2 期平欣，宋育斌，孔维宾，等：基于GPS与微信小程序的智能宠物管理系统设计如图 14所示，围栏使用 polygons组件，用户可绘制多边形围栏。页面调用map组件，并且页面下方添加button组件生成围栏、删除围栏并反馈宠物是否在围栏内。若宠物未在围栏区域内，系统将自动预警，提醒宠物饲养者。4.7电子围栏算法铅垂线内点法原理如图15所示。基于判别点向外引垂线，计算其与多边形交点的个数，若交点个数为奇数，则该点在多边形内；若为偶数，则在多边形外17。为判断宠物是否在电子围栏内，将宠物作为一个点P，将问题转化为点 P 和多边形之间的位置关系，如图 16所示。具体算法流程如图17所示。Fig.10Appointment page图10预约页面Fig.11Pet profile page图11宠物档案页面交点为奇数交点为偶数交点为2交点为1PPPP Fig.15Plumb line interior point method图15铅垂线内点法P Fig.16Judge whether the P point is within the polygon图16判断P点是否在多边形内（a）Inside enclosure（a）围墙内（b）Outside enclosure（b）围墙外Fig.14Electronic fence jump page图14电子围栏跳转页面Fig.12Navigation page图12导航页面（a）Driving route（a）驾车路线（b）Walking route（b）步行路线Fig.13Tencent map page图13腾讯地图页面开始当前位置为P，标记S个点生成围栏当前点P是否位于多边形顶点或边上？当前点P作射线与多边形相交，交点为12,.NP PP判断N%2=0?交点为奇数当前点P在围栏内当前点P不在围栏内交点为偶数是否否是结束Fig.17Plumb line interior point method flow chart图17铅垂线内点法流程 1252023 年软 件 导 刊5 结语本文根据当前宠物饲养的实际需求，基于GPS与微信小程序设计了一款智能宠物管理系统。该系统不仅提供了生活喂养、添加宠物档案、导航、GPS定位等功能，还可利用地图绘制polygons多边形电子围栏，防止宠物走失。实践测试表明，系统开发成本低、维护效率高、用户体验好，能满足饲养者对宠物管理的基本需求，可帮助饲养者更科学、合理的饲养宠物，具有一定实际应用价值。然而，现阶段系统硬件部分电子器件体积和重量偏大，对小型宠物而言过于笨重，未来将进一步对硬件设计、软件监控功能进行优化，以提升系统的通用性。参考文献：1 YUAN Q，LIU Y，XIE Z P，et al.Semi-automated construction method of pet knowledge graph J.Application Research of Computers，2020，37（1）：178-182.袁琦，刘渊，谢振平，等.宠物知识图谱的半自动化构建方法 J.计算机应用研究，2020，37（1）：178-182.2 CUI Z Y，ZHENG F，CHEN C X.Effect of keeping pets behavior on physical activity and depression in community elderly J.Chinese Journal of Public Health，2021，37（10）：1552-1555.崔兆一，郑芳，陈长香.饲养宠物行为对老年人运动状况和抑郁情绪影响 J.中国公共卫生，2021，37（10）：1552-1555.3 WU W Y，LIU S Y.Design of pet adoption management system based on B/S architecture J.Computer Engineering&Software，2020，41（11）：85-87.吴文洋，刘世宇.基于 B/S 架构宠物领养管理系统设计 J.软件，2020，41（11）：85-87.4 XIAO Z W，ZHONG J W，LUO G Q.Design and realization of RFID-based pet management system J.Modern Electronics Technique，2011，34（14）：58-61.肖作文，钟经伟，罗更强.基于RFID技术的宠物管理系统设计与实现J.现代电子技术，2011，34（14）：58-61.5 ZHUANG S.Design and implementation of pet management systemJ.Fujian Computer，2022，38（5）：68-72.庄帅.宠物管理系统的设计及实现 J.福建电脑，2022，38（5）：68-72.6 YE J，HUA X F，SUN X Y.Design and implementation of Internet+pet management system based on user experience J.Technology Innovation and Application，2020（31）：87-89.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（31）：87-89.7 WANG Y W，ZHAO C.Design and analysis of community pet information management system based on SSM framework J.Computer Programming Skills&Maintenance，2021（1）：103-105.王亚文，赵翠.基于SSM框架的社区宠物信息管理系统设计与分析J.电脑编程技巧与维护，2021（1）：103-105.8 LIU Y.Design and implementation of campus navigation system based on WeChat mini program J.Geomatics&Spatial Information Technology，2021，44（11）：84-86.柳叶.基于微信小程序的校园导航系统的设计与实现 J.测绘与空间地理信息，2021，44（11）：84-86.9 SONG L S，NI S Q.Design and implementation of WeChat mini program for campus lost and found J.Computer Era，2021（10）：86-89.宋龙生，倪胜巧.校园失物招领微信小程序的设计与实现 J.计算机时代，2021（10）：86-89.10 CHEN J X.Design and implementation of laboratory equipment management based on QR code technology and WeChat applet technologyJ.Computer Science，2020，47（S2）：673-677.陈静娴.基于二维码技术 微信小程序技术的实验室设备管理的设计与实现 J.计算机科学，2020，47（S2）：673-677.11 FAN Z Z，WAN T，ZHAO S T.Anti loss positioning system for special groups based on WeChat appletJ.Internet of Things Technologies，2021，11（1）：7-9.范整整，万涛，赵诗婷.基于微信小程序的特殊群体防走失定位系统J.物联网技术，2021，11（1）：7-9.12 ZHANG Z，ZHU T T，MA X L.Design of child anti-lost system based on NB-IoT J.Computer and Modernization，2018（2）：30-32，60.张中，朱甜甜，马兴录.基于NB-IoT的儿童防丢系统的设计 J.计算机与现代化，2018（2）：30-32，60.13 LIN R K，ZHENG R，LIU M L.Research and design of WeChat mini program based translation service platform J.Computer Era，2021（9）：39-41，45.林瑞凯，郑睿，刘美玲.基于微信小程序的翻译服务平台研究与设计J.计算机时代，2021（9）：39-41，45.14 JIN F.Development of home Internet of Things system based on WeChat applet D.Hangzhou：Zhejiang University，2019.金峰.基于微信小程序的家用物联网系统开发 D.杭州：浙江大学，2019.15 GU X P.Design and implementation of smart home control system based on WeChat applet D.Qingdao：Qingdao University，2019.顾新萍.基于微信小程序的智能家居控制系统设计与实现 D.青岛大学，2019.16 TIAN Z Y，ZHANG X L，LIANG B.Design and implementation of home school information system based on the WeChat micro-program J.Software Guide，2018，17（9）：122-124.田智雁，张晓丽，梁波.基于微信小程序的学生家校信息系统设计与实现 J.软件导刊，2018，17（9）：122-124.17 WANG R K，ZHANG Y L.The summarize of algorithm for judgment of relations between polygons and points J.Journal of Gansu Union University（Natural Science Edition），2006（6）：32-35，41.王润科，张彦丽.判断点与多边形位置关系的算法综述 J.甘肃联合大学学报（自然科学版），2006（6）：32-35，41.（责任编辑：刘嘉文）126