基于單片機的多功能智能寵物窩

重慶大學城市科技學院 曠 璨 黃希偉 周 朋 林梓良 李 敏 汪 鑫

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展和物質(zhì)生活水平的提高，人們的精神和物質(zhì)文化需求日益增長，當今社會喂養(yǎng)寵物的家庭越來越多。為了解決很多人沒有時間照看寵物導致寵物無法得到良好照料的問題，我們團隊設計了能夠?qū)櫸镞M行日常生活照料的智能寵物窩。本次設計通過單片機對直流電機、舵機、紅外傳感器模塊、藍牙模塊、煙霧傳感器模塊和溫濕度傳感器等模塊的控制，進而實現(xiàn)對寵物日常生活的照看和監(jiān)管。

1 設計目的

設計這個產(chǎn)品的目的是主人由于工作或旅游等原因外出而不能及時有效地照顧寵物的日常，智能寵物窩能自動照料寵物，該系統(tǒng)能實現(xiàn)自動定時定量給寵物喂食、自動檢測食物余量、實時檢測寵物窩內(nèi)的溫濕度并調(diào)節(jié)溫濕度、電子寵物門的智能控制、火災檢測報警和藍牙控制等功能。該寵物窩的設計比較人性化，解決了用戶不在家時寵物的飲食等基本日常活動（劉文定，謝克明，自動控制原理：電子工業(yè)出版社，2013）。

2 工作原理

1)通過單片機控制LCD12864顯示正常時鐘（楊海清，周安棟，羅勇，陳牧，嵌入式系統(tǒng)實時網(wǎng)絡通信中的LCD顯示設計方法：計算機與數(shù)學工程，2010。），并用按鍵設置寵物喂食的時間及其喂食量。當正常時間和喂食時間相等時，單片機驅(qū)動直流電機帶動機械齒輪打開閥門放出食物，直到放出食物量和設定的實物量相等，直流電機停止轉(zhuǎn)動，關閉投食閥門，從而實現(xiàn)定時定量喂食（姜波，單片機原理及C51應用設計：高等教育出版社，2017）。

2)紅外障礙檢測模塊分為紅外對管模塊和紅色LED燈。當食物充足時，紅外對管檢測前方有食物，LED燈在熄滅狀態(tài)。反之，當食物不足時，紅外對管沒有檢測到前方障礙， LED燈點亮，提醒用戶添加食物。

3)用溫濕度傳感器實時檢測寵物窩內(nèi)環(huán)境的溫濕度，并設置一個窩內(nèi)溫度和濕度閾值。只要窩內(nèi)環(huán)境溫度大于或等于設置的溫度和濕度閾值，單片機驅(qū)動加濕器和小風扇調(diào)節(jié)窩內(nèi)的溫濕度，給寵物營造一個良好的生活環(huán)境。

4)寵物電子門是通過單片機控制舵機實現(xiàn)。當按下開門/關門按鈕時，單片機傳輸PWM波控制舵機正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)90度，舵機通過牽引線帶動寵物門的開/關。

5)如果發(fā)生火災，煙霧傳感器檢測到一定程度的煙霧，單片機通過蜂鳴器發(fā)出警告，同時單片機控制舵機正轉(zhuǎn)開門，方便寵物逃生（陳顯平，傳感器技術：北京航空航天大學出版社，2015）。

6)通過藍牙串口助手連接手機和藍牙模塊，實現(xiàn)在手機上控制智能寵物窩。在手機上按下不同按鍵，通過藍牙發(fā)送不同信號給單片機，單片機識別并分析信號，再控制不同模塊工作，從而實現(xiàn)手機控制寵物窩喂食、開/關寵物門、風扇和加濕器的工作。

圖1 寵物窩內(nèi)控制系統(tǒng)框圖

3 系統(tǒng)設計結構分析

3.1 硬件部分

本系統(tǒng)主要包括兩個部分。一部分如圖1寵物窩內(nèi)控制系統(tǒng)框圖所示 ，包括主控芯片HT66F70A；安裝在寵物窩內(nèi)的隱蔽位置，利用I/0口連接LCD12864液晶顯示屏，紅外障礙模塊，煙霧傳感器模塊、溫濕度傳感器模塊、藍牙模塊、投食器模塊、電子門模塊、風扇、加濕器和按鍵。另一部分如圖2喂食器模塊內(nèi)部結構所示，主要是單片機控制直流電機工作帶動齒輪旋轉(zhuǎn)從而促使閥門翻轉(zhuǎn)，放出食物。

圖2 喂食器模塊內(nèi)部結構

3.2 軟件部分

智能寵物窩的工作流程如圖3寵物窩具體流程圖所示，利用程序控制LCD12864液晶的顯示、紅外障礙模塊的信號檢測，煙霧傳感器的信號檢測、溫濕度傳感器的信號檢測、藍牙模塊的信號檢測、喂食器的運轉(zhuǎn)、舵機的工作狀態(tài)、風扇和加濕器的控制和按鍵信號的判斷檢測，從而控制寵物窩系統(tǒng)功能的具體實現(xiàn)（周林，劉嘉敏，C語言程序設計：機械工程出版社，2013）。

圖3 寵物窩具體流程圖