太陽(yáng)能智能寵物喂食單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn),計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)論文

太陽(yáng)能智能寵物喂食單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn),計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)論文內(nèi)容摘要：當(dāng)代生活中，寵物對(duì)人的作用越來(lái)越重要。人們總是由于旅游、出差等短期外出，無(wú)法較好照顧寵物，因而提出一種基于單片機(jī)的太陽(yáng)能智能寵物喂養(yǎng)系統(tǒng)，能夠定時(shí)投食喂養(yǎng)，自動(dòng)生成喂養(yǎng)參數(shù)智能喂養(yǎng)，還有寵物陪伴功能，在太陽(yáng)較好時(shí)能夠用太陽(yáng)能充電提供電源，較好地解決了家中無(wú)人時(shí)的寵物喂養(yǎng)問(wèn)題。本文關(guān)鍵詞語(yǔ)：?jiǎn)纹瑱C(jī);太陽(yáng)能;寵物喂養(yǎng);1概述隨著我們國(guó)家經(jīng)濟(jì)水平的發(fā)展，人們的生活方式方法發(fā)生很大的變化，飼養(yǎng)寵物越來(lái)越成為人們喜歡的一種方式。寵物在人們生活中從一個(gè)看門(mén)的作用逐步成為人們的玩伴甚至家庭的一員，對(duì)人們的關(guān)系越來(lái)越重要。當(dāng)人們外出短暫外出旅游或工作出差時(shí)，就無(wú)法按時(shí)喂養(yǎng)寵物，要么需要寄養(yǎng)在昂貴的寵物店，要么會(huì)使寵物饑一頓飽一頓，使寵物得不到良好的照顧，容易生病。市面上智能喂養(yǎng)寵物的設(shè)備較少，要么功能單一，要么無(wú)法實(shí)現(xiàn)智能喂養(yǎng)[1]。提出一種基于單片機(jī)的智能寵物喂養(yǎng)系統(tǒng)，定時(shí)喂養(yǎng)，根據(jù)日常進(jìn)食記錄自動(dòng)生成適宜的喂養(yǎng)參數(shù)，同時(shí)具有聲、光、機(jī)械等寵物陪伴功能，可由太陽(yáng)能板為系統(tǒng)提供電源。2設(shè)計(jì)方案系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能包括：定時(shí)投食喂養(yǎng)[2]；自動(dòng)喂養(yǎng)參數(shù)生成；聲、光、機(jī)械寵物陪伴功能。定時(shí)投食喂養(yǎng)功能，能夠人為設(shè)定投食量和加水量，設(shè)定投食時(shí)間，以及食物水量缺乏報(bào)警功能，保證寵物免受受餓。自動(dòng)喂養(yǎng)參數(shù)生產(chǎn)，能夠通過(guò)一定傳感器對(duì)寵物每一次的進(jìn)食量、飲水量進(jìn)行記錄，通過(guò)算法處理，生成合適寵物飲食習(xí)慣的自動(dòng)定時(shí)定量投放食物的參數(shù)，智能化喂養(yǎng)寵物，使寵物飲食習(xí)慣更規(guī)律。聲、光、機(jī)械寵物陪伴功能，在寵物無(wú)人照看的時(shí)候，能夠由寵物通過(guò)一定機(jī)械動(dòng)作觸發(fā)燈光、音樂(lè)、機(jī)械裝置來(lái)陪伴寵物。系統(tǒng)是由食物投放模塊、檢測(cè)模塊及寵物陪伴模塊構(gòu)成。系統(tǒng)以STM32F103ZET6單片機(jī)為核心控制器，通過(guò)限位開(kāi)關(guān)、壓力傳感器等作為觸發(fā)信號(hào)，測(cè)量寵物進(jìn)食的時(shí)間和進(jìn)食量的多少，輸入單片機(jī)記錄；設(shè)定按鈕，引導(dǎo)寵物學(xué)會(huì)使用按鈕，當(dāng)寵物觸動(dòng)按鈕時(shí)會(huì)觸發(fā)單片機(jī)，單片機(jī)發(fā)出指令，發(fā)光二極管發(fā)出燈光，蜂鳴器播放音樂(lè)，電時(shí)機(jī)帶動(dòng)寵物玩具發(fā)出動(dòng)作來(lái)陪伴寵物。電源能夠選擇通過(guò)太陽(yáng)能電池板充電為系統(tǒng)提供電源，可以以采用直流穩(wěn)壓電源。如此圖1為智能喂養(yǎng)系統(tǒng)的構(gòu)造框圖。圖13系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1主控模塊單片機(jī)作為整個(gè)功能設(shè)計(jì)的核心部分，本設(shè)計(jì)采用STM32F103ZET6單片機(jī)作為控制器，該單片機(jī)是意法半導(dǎo)體〔ST〕公司出品，以ARMCotex-M3為內(nèi)核，最高72MHz工作頻率，在存儲(chǔ)器的0等待周期訪(fǎng)問(wèn)時(shí)可達(dá)1.25DMips/MHz。具有低功耗形式，自帶有2個(gè)12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，1us轉(zhuǎn)換時(shí)間〔多達(dá)16個(gè)輸入通道〕，轉(zhuǎn)換范圍0至3.6V，雙采樣和保持功能，帶有溫度傳感器。芯片工作在3.3V低壓，具有112個(gè)通用I/O，內(nèi)置高速內(nèi)存，512KB閃存容量。該芯片廣泛應(yīng)用在電機(jī)驅(qū)動(dòng)、應(yīng)用控制、醫(yī)療、手持設(shè)備、PC游戲外設(shè)、GPS平臺(tái)、編程控制器〔PLC〕、變頻器、掃描儀、打印機(jī)、警報(bào)系統(tǒng)、視頻對(duì)講、暖氣通風(fēng)、空調(diào)系統(tǒng)、LED條屏控制等工程中。STM32F103作為核心控制器，控制著智能喂養(yǎng)功能模塊、投食記錄模塊及寵物陪伴模塊。3.2智能喂養(yǎng)模塊在定時(shí)喂養(yǎng)形式下，智能喂養(yǎng)模塊通過(guò)單片機(jī)控制繼電器動(dòng)作，打開(kāi)投放閘門(mén)，定量投放食物和飲水，隨后繼電器關(guān)閉，停止投放食物和飲水。定時(shí)喂養(yǎng)形式，投放時(shí)間能夠人為設(shè)定，通過(guò)按鍵控制投放時(shí)間，投放量可以以根據(jù)不同寵物的食量，適當(dāng)投放。在自動(dòng)喂養(yǎng)參數(shù)形式下，單片時(shí)機(jī)定時(shí)記錄寵物的進(jìn)食時(shí)間和進(jìn)食量，通過(guò)一定的算法得出為寵物投放食物的時(shí)間和投放量。繼電器選用通用5V兩路，分別控制食物和飲水投放，帶光耦隔離，支持高低電平觸發(fā)。時(shí)間模塊采用DS1302。DS1302是美國(guó)DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，它能夠?qū)δ?、月、日、周、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓為2.0V～5.5V。采用三線(xiàn)接口與CPU進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)或RAM數(shù)據(jù)。DS1302內(nèi)部有一個(gè)318的用于臨時(shí)性存放數(shù)據(jù)的RAM托存器。DS1302是DS1202的升級(jí)產(chǎn)品，與DS1202兼容，但增加了主電源/后備電源雙電源引腳，同時(shí)提供了對(duì)后備電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力。3.3檢測(cè)模塊檢測(cè)模塊主要檢測(cè)進(jìn)食槽食物的余量和水槽的飲水的余量，將檢測(cè)的余量通過(guò)電路轉(zhuǎn)換成電量的形式，由單片機(jī)采集記錄，主要檢測(cè)每次投食前和投食后的重量，能夠得出寵物進(jìn)食量和飲水量，為自動(dòng)喂養(yǎng)參數(shù)生成提供參考數(shù)據(jù)。同時(shí)檢測(cè)總食槽和總水槽的余量，假如余量缺乏則發(fā)出預(yù)警，提示主人給寵物及時(shí)補(bǔ)充食物和飲水。在食槽前方設(shè)限位開(kāi)關(guān)，當(dāng)寵物進(jìn)食時(shí)接觸限位開(kāi)關(guān)，觸發(fā)單片機(jī)記錄進(jìn)食時(shí)間。食物和飲水余量檢測(cè)采用FSR402電阻式薄膜壓力傳感器，F(xiàn)orceSensingResistor是著名InterlinkElectronics公司生產(chǎn)的一款重量輕、體積小、感測(cè)精度高，超薄型電阻式壓力傳感器。這款壓力傳感器是將施加在FSR傳感器薄膜區(qū)域的壓力轉(zhuǎn)換成電阻值的變化，進(jìn)而獲得壓力信息。壓力越大，電阻越低。其允許用在壓力0g-10kg的場(chǎng)合。3.4寵物陪伴模塊寵物的壽命只要十幾年，但寵物一生有一半的時(shí)間在等待中度過(guò)，寵物也和人一樣，有情緒的變動(dòng)，高興的情況下能夠更健康，帶給人們更多歡樂(lè)，因而開(kāi)發(fā)出簡(jiǎn)單的寵物陪伴模塊能夠帶給寵物娛樂(lè)活動(dòng)。寵物陪伴模塊是由彩色LED、蜂鳴器和電機(jī)組成，設(shè)置一個(gè)按鈕，當(dāng)寵物觸碰后會(huì)觸發(fā)單片機(jī)，單片機(jī)控制開(kāi)關(guān)動(dòng)作，此時(shí)LED會(huì)發(fā)光，蜂鳴器會(huì)播放音樂(lè)，電機(jī)帶動(dòng)玩偶轉(zhuǎn)動(dòng)，為寵物提供娛樂(lè)活動(dòng)。LED能夠根據(jù)一定的形式進(jìn)行閃爍，蜂鳴器播放音樂(lè)能夠以為選擇合適寵物的音樂(lè)，電機(jī)所帶玩偶能夠根據(jù)寵物的愛(ài)好選擇寵物喜歡的玩偶，安裝在電機(jī)上。3.5太陽(yáng)能電池板模塊太陽(yáng)能電池板是通過(guò)吸收太陽(yáng)光，將太陽(yáng)輻射能通過(guò)光電效應(yīng)或者光化學(xué)效應(yīng)直接或間接轉(zhuǎn)換成電能的裝置，大部分太陽(yáng)能電池板的主要材料為硅，隨著技術(shù)進(jìn)步帶來(lái)成本的下降，如今已被大量地應(yīng)用在各種供電不便的場(chǎng)合。硅太陽(yáng)能電池分為晶體硅電池板，非晶硅電池板等幾種。單晶硅太陽(yáng)能電池板的光電轉(zhuǎn)換效率為15%左右，最高通常能夠到達(dá)24%，它是所有種類(lèi)的太陽(yáng)能電池中光電轉(zhuǎn)換效率最高的?？蓪櫸锘\子移動(dòng)到陽(yáng)臺(tái)或飄窗，通過(guò)太陽(yáng)能板模塊為系統(tǒng)充電，為系統(tǒng)提供電能。太陽(yáng)能電池板的太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)是其工作的基礎(chǔ)，是充電器的能量來(lái)源，其功能是將太陽(yáng)光轉(zhuǎn)為電能。選用的單晶硅太陽(yáng)能電池板，采用PET材料封裝，其開(kāi)路電壓最大7.2V，短路電流最大1.1A。到達(dá)最大輸出功率6W，此時(shí)輸出電壓6V，輸出電流1A。由于單晶硅太陽(yáng)能板工作的時(shí)候有能量損失，轉(zhuǎn)換輸出后功率較小，此處采用兩塊單晶硅太陽(yáng)能板并聯(lián)的方式，輸出電壓不變，最大為7.2V，輸出電流增大一倍最大到達(dá)2A，功率相應(yīng)增大一倍到達(dá)12W。4系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包括3個(gè)功能：〔1〕定時(shí)喂養(yǎng)形式，能夠通過(guò)按鍵設(shè)計(jì)定時(shí)定量投食，保證寵物按時(shí)進(jìn)食，投食時(shí)間和投食量能夠通過(guò)單片機(jī)調(diào)節(jié)；〔2〕智能喂養(yǎng)形式，通過(guò)采集寵物進(jìn)食時(shí)間、進(jìn)食量和飲水時(shí)間、飲水量，通過(guò)算法計(jì)算出寵物每日進(jìn)食量及時(shí)間參數(shù)，通過(guò)反應(yīng)調(diào)節(jié)，進(jìn)一步優(yōu)化投食時(shí)間和投食量，使寵物喂養(yǎng)愈加智能化；〔3〕寵物陪伴形式，當(dāng)寵物觸碰特定按鈕，觸發(fā)單片機(jī)，開(kāi)啟寵物陪伴形式，此時(shí)單片機(jī)控制LED發(fā)光、蜂鳴器播放音樂(lè)、電機(jī)帶動(dòng)寵物玩具，為寵物提供娛樂(lè)。同時(shí)系統(tǒng)還能夠?qū)櫸镞M(jìn)食、飲水的時(shí)間及參數(shù)加以統(tǒng)計(jì)，這樣會(huì)構(gòu)成寵物的健康檔案，系統(tǒng)會(huì)以寵物記錄的進(jìn)食、飲水參數(shù)作為參考值，當(dāng)某一天或某一段時(shí)間寵物進(jìn)食量、飲水量發(fā)生變化的時(shí)候，系統(tǒng)會(huì)以特定的燈光和音樂(lè)為主人發(fā)出告警，提示主人寵物健康狀況有異常，假如這種情況持續(xù)，告警信息持續(xù)動(dòng)作，直到人為按鍵解除告警，系統(tǒng)會(huì)以為主人已經(jīng)對(duì)異常進(jìn)行處理。5結(jié)束語(yǔ)提出一款智能寵物喂養(yǎng)系統(tǒng)，包含定時(shí)喂養(yǎng)形式、智能喂養(yǎng)形式和寵物陪伴形式，具有太陽(yáng)能充電提供