基于AT89C51單片機(jī)的智能寵物家居

邵彥達(dá)++沈睿++眭耀宇

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2017.14.001

摘 要：寵物需要陪伴和照顧，當(dāng)今飼養(yǎng)寵物的家庭也越來越多，但在繁忙的工作中有些人難以抽出時間去喂養(yǎng)寵物，它可能會餓肚子或者出現(xiàn)毫無節(jié)制猛吃的情況。近年來，面對我國養(yǎng)寵人群、養(yǎng)寵觀念、養(yǎng)寵需求的不斷迭代，如今，借助于智能家居，你可以輕松喂養(yǎng)家中的寵物。而智能寵物家居作為一個新生產(chǎn)業(yè)，處于一個導(dǎo)入期與成長期的臨界點(diǎn)，市場消費(fèi)觀念還未形成，但隨著智能家居市場推廣普及的進(jìn)一步落實(shí)，培育起消費(fèi)者的使用習(xí)慣，智能家居市場的消費(fèi)潛力是巨大的，產(chǎn)業(yè)前景光明。

關(guān)鍵詞：寵物 智能家居 喂養(yǎng)寵物

中圖分類號：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）05（b）-0001-02

智能寵物家居由兩個模塊組成，即投食模塊與喂水模塊，核心為AT89C51單片機(jī)，通過橋式壓力傳感器接收壓力信號，再由AT89C51單片機(jī)作為調(diào)節(jié)器控制喂水與投食。AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲器（FPEROM-閃爍可編程可擦除只讀存儲器）的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機(jī)。單片機(jī)可反復(fù)擦除100次，該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。

1 硬件架構(gòu)分析

1.1 投食模塊

該模塊用于為寵物投放食物，并控制寵物食量見圖1。

該裝置由食物存儲箱、滑道、閘門和底座構(gòu)成。處于最上端的食物存儲箱用于存儲寵物的食物，可一次性存儲一周的食物，閘門為電動推桿，由51單片機(jī)控制，底座的主體為橋式傳感器，上面放置寵物餐盤，用于接收壓力信號。實(shí)驗(yàn)電子秤、郵政電子秤、廚房電子秤等一般選用橋式傳感器（雙孔懸臂平行梁應(yīng)變式稱重傳感器），它的特點(diǎn)是： 精度高、易加工、結(jié)構(gòu)簡單緊湊、抗偏載能力強(qiáng)、固有頻率高。主人在離開家的時候，將食物儲存箱中填滿食物，當(dāng)寵物吃完食物，由于壓力低于一定值，51單片機(jī)控制電動推桿下降，通過重力作用，食物會沿著滑道流入餐盤，當(dāng)壓力達(dá)到一定值的時候，單片機(jī)控制電動推桿上升，擋住滑道。橋式傳感器由于壓力的作用產(chǎn)生形變，但壓力信號并不能直接由51單片機(jī)控制，需要由HX711芯片采集由壓力傳感器傳輸?shù)膲毫π盘柌鬏數(shù)絾纹瑱C(jī)。HX711是一款專為高精度電子秤而設(shè)計的24位A/D轉(zhuǎn)換器芯片。該芯片與后端MCU芯片的接口和編程非常簡單，所有控制信號由管腳驅(qū)動，無需對芯片內(nèi)部的寄存器編程。輸入選擇開關(guān)可任意選取通道A或通道B，與其內(nèi)部的低噪聲可編程放大器相連。單片機(jī)的信號不能直接控制電動推桿和抽水機(jī)，中間需要一個增強(qiáng)功率的模塊，而（L298N）同時還有控制電壓方向的功能，驅(qū)動力強(qiáng)，發(fā)熱量低，抗干擾能力強(qiáng)。

1.2 喂水模塊

該模塊用于給寵物喂水，并保障水質(zhì)，見圖2。

該模塊由水箱、管道、凈水裝置、抽水機(jī)、底座構(gòu)成。水箱用于存儲寵物用水，凈水裝置是用來防止寵物用水在水箱存放時間過長發(fā)生變質(zhì)，導(dǎo)致寵物腸胃不適，由木炭等活性材料構(gòu)成，主人可自己更換；抽水機(jī)由51單片機(jī)控制用于抽水和放水，底座由橋式壓力傳感器與水盆構(gòu)成。當(dāng)水盆中的水被喝掉之后，壓力傳感器會把信號傳遞給HX711芯片，再由HX711芯片傳遞給51單片機(jī)，單片機(jī)控制抽水機(jī)從水箱中抽水然后自動放水，當(dāng)放水量達(dá)到一定值之后，壓力傳感器又會將信號由上述通道傳遞到51單片機(jī)，再由單片機(jī)控制抽水機(jī)停止抽水。由于考慮到寵物可能在喝水后繼續(xù)在水盒附近，所以單片機(jī)會控制抽水機(jī)在水盒水減少到一定量后延時1 min放水，以防止水澆到寵物身上。

2 軟件架構(gòu)分析

在軟件部分，我們設(shè)計了基于C語言的程序，此程序可采集傳感器壓力信號，轉(zhuǎn)換成AD值。我們主要的思路是：當(dāng)食物或是水少于一定數(shù)值時，壓力傳感器產(chǎn)生形變，經(jīng)由HX711壓力芯片轉(zhuǎn)換為AD值，并與程序中已經(jīng)設(shè)定的值進(jìn)行比較。若小于這值，開關(guān)打開進(jìn)行抽水或喂食；若大于，開關(guān)關(guān)閉。為了使單片機(jī)可以接收壓力信號，需要對壓力信號進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，我們使用了主次比較型，逐次比較型AD由一個比較器和DA轉(zhuǎn)換器通過逐次比較邏輯構(gòu)成，從MSB開始，順序地對每一位將輸入電壓與內(nèi)置DA轉(zhuǎn)換器輸出進(jìn)行比較，經(jīng)n次比較而輸出數(shù)字值。

3 測試結(jié)果

經(jīng)過軟、硬件調(diào)試及后期測試，該系統(tǒng)基本實(shí)現(xiàn)了既定的功能：可以正常實(shí)現(xiàn)對寵物的喂食喂水，系統(tǒng)較為穩(wěn)定。

4 結(jié)語

在該文中，我們介紹了一個基于51單片機(jī)的智能寵物家居生活館。該系統(tǒng)以AT89C51單片機(jī)為核心，利用少量的I/O接口，擴(kuò)展出一個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，在寵物投食喂水裝置上得到了利用，并表現(xiàn)出良好的效果。該基于單片機(jī)的過程控制系統(tǒng)具有簡單實(shí)用、成本低、性能價格比高等特點(diǎn)，且系統(tǒng)不易受到干擾，可靠性好。

參考文獻(xiàn)

[1] Institute of Electrical and Electronics Engineers （IEEE）[Z].

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