智能寵物喂養裝置及設計

馬嘉桐

摘 要：本文提出一種基于Raspberry Pi設計的智能寵物喂養裝置，該裝置能夠將自動喂食與主動喂食結合起來，根據攝取食物傳感器對寵物攝取食物的需求進行檢測，從而按照寵物需求自主地對裝置的喂養時間進行調整。該裝置包括自動喂養器、用于控制自動喂養器的控制組件、云端服務器、終端控制設備，其中，控制組件基于Raspberry Pi Super Kit進行設計和實現，自動喂養器包括攝取食物傳感器、食物盒、食物投放器以及食物投放執行器。

關鍵詞：智能;寵物喂養;raspberry;自主喂食

中圖分類號：TP29 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2020）02-0038-02

0引言

現有的寵物喂養方式主要基于人力手工進行喂養，如果喂養人員離開幾天，所飼養的寵物將會因為沒有喂食而被餓死。對于獨自居住的年輕人、擁有寒暑假的學生等群體，這一直是難以克服的問題。另外，目前有自動喂養的方法，可按照事先設定的食物投放量和投放時間向寵物投放食物。采用這樣的方法，能夠節約喂養寵物作業的勞動力，但難以適應寵物的食欲變化。另外，喂養人員也無法實時地根據寵物的情況來對寵物進行遠程喂養[1-2]。

本文提出一種能夠將自動喂食與主動喂食結合起來的智能寵物喂養裝置。其能根據攝取食物傳感器對寵物攝取食物的需求進行檢測，從而按照寵物需求自主地對裝置的喂養時間進行調整。以下，將對智能寵物喂養裝置及設計進行介紹。

1 智能寵物喂養裝置總述

1.1 智能寵物喂養裝置的功能和優點

智能寵物喂養裝置的主要功能和優點包括如下方面：

（1）例如手機等終端控制設備經由互聯網而能夠與云端服務器連接，云端服務器經由互聯網和無線通信網而能夠與基于Raspberry Pi設計的自動喂養器連接。其優點在于，由于智能寵物喂養裝置的設置信息等均存儲于云端服務器，因此不會因為手機等終端控制設備、自動喂養器等出現故障等而導致之前的設置信息丟失。

（2）自動喂養器基于Raspberry Pi的硬件、raspbian操作系統以及C語言開發的程序運行。其優點在于，開發容易，程序穩定。

（3）食物盒包括上部食物儲存盒和下部滑動件，食物投放執行器位于下部滑動件上并能夠自由滑動，從而進行食物投放動作的控制。其優點在于，能夠以簡單的結構控制食物的定量投放。

1.2 智能寵物喂養裝置的整體結構

智能寵物裝置的整體結構如圖1所示。智能寵物喂養裝置包括自動喂養器、用于控制自動喂養器的控制組件、云端服務器、智能手機等終端控制設備。云端服務器通過互聯網而與終端控制設備連接，并且也能夠經由互聯網和無線通信網而與控制組件連接。控制組件連接有攝像機和自動喂養器。

2自動喂養器的結構與設計

2.1 自動喂養器的結構

自動喂養器包括用于儲存食物的食物盒、食物投放器以及食物投放執行器。自動喂養器從云端服務器以及終端控制設備接收來設置信息或喂養人員主動發送的控制信息，控制食物投放執行器進行動作，使食物投放器滑動，實現食物的投放。食物盒包括上部食物儲存盒和下部滑動件，上部食物儲存盒儲存有食物，其側面形成為斜面。食物投放器位于下部滑動件上并能夠自由滑動，其食物室部分上下貫通。食物投放執行器包括電機、連桿以及彈簧。食物投放執行器與食物投放器之間通過連桿連接在一起。連桿的一端與電機連接，另一端與食物投放器連接。彈簧夾設于食物盒與食物投放器之間。

當從控制組件接收到投放食物的控制信號時，電機通電而推動連桿向圖中的右方運動，連桿克服彈簧的作用力推動食物投放器向右運動。當食物室與出口相對時，食物從出口落下。完成食物的投放之后，電機斷電，食物投放器在彈簧的作用下回到原位，如圖2所示。

2.2 攝取食物傳感器的構成

自動喂養器還包括攝取食物傳感器，其用于檢測寵物的攝取食物需求。以下對攝取食物傳感器的結構和工作模式進行介紹。

在攝取食物傳感器上通過軟線栓有供寵物拉拽的觸發件。作為一例，（圖3）觸發件設為骨頭形狀，根據飼養的寵物不同，也可以將觸發件設為魚形狀。在觸發件被拉動時，攝取食物傳感器被觸發。喂養人員在平時訓練寵物在饑餓時拉拽該觸發件。這樣，當寵物饑餓時，其能夠通過拉拽觸發件而觸發攝取食物傳感器，向控制組件發送信號，從而控制組件會控制自動喂養器進行投放食物。通過這樣的設置，本文的裝置除了能夠根據用戶的預先設置對食物進行投放之外，還能夠由寵物根據自身需要來獲取食物。

3控制組件的設計與實現

以下，對智能寵物喂養裝置的控制組件進行介紹。控制組件的硬件基于raspberry，開發平臺采用Raspbian操作系統，開發語言采用C語言。

3.1 控制組件的結構

控制組件的功能通過硬件、軟件相結合來實現。控制組件根據從云端服務器接收來的信息以及喂養人員通過終端控制設備輸入的信息等對自動喂養器進行控制，使自動喂養器根據用戶設定的投放食物時間進行投放食物。此外，當從自動喂養器的攝取食物傳感器檢測到寵物攝取食物需求時，控制組件控制自動喂養器投放一定的食物。

控制組件的硬件采用樹莓派（Raspberry Pi）B型板。在該長方形基板中心設有Broadcom BCM2711片上系統，考慮到智能寵物喂養裝置的實際應用場景不需要特別精準的控制，但需要經常性地與手機等終端控制設備進行交互這樣的需求，因此Raspberry Pi為本文的裝置提供理想的嵌入式開發平臺。

控制組件的軟件方面選擇Raspbian操作系統。Linux作為開源軟件平臺，能夠讓用戶以較低的價格或者免費獲得操作系統和軟件的源碼，用戶能夠根據需要編輯修改源碼，因此Linux操作系統受到嵌入式開發者的喜愛。Debian Linux是由GPL和其他自由軟件許可協議授權的自由軟件組成的操作系統，而Raspbian則是基于Debian并根據Raspberry Pi硬件條件修改得到的操作系統。

3.2 控制組件的軟件設計

控制組件的運行程序的開發語言選擇C語言。智能寵物喂養裝置以如下方式實現智能寵物喂養裝置的控制。主程序首先實現各個模塊的初始化，然后從云端服務器獲取控制信息和設置信息，根據接收到的控制信息，判斷是否需要對寵物進行投喂。在監控到需要對寵物進行投喂的指令時，控制自動喂養器進行投喂。其程序流程圖如圖4所示。

4 結語

以上，介紹了一種基于Raspberry Pi設計的智能寵物喂養裝置，其能夠將自動喂食與主動喂食結合起來，根據攝取食物傳感器對寵物攝取食物的需求進行檢測，從而按照寵物需求自主地對裝置的喂養時間進行調整。該裝置包括自動喂養器、用于控制自動喂養器的控制組件、云端服務器、終端控制設備，其中，控制組件基于Raspberry Pi Super Kit進行設計，自動喂養器包括攝取食物傳感器、食物盒、食物投放器以及食物投放執行器。

參考文獻

[1] 歐陽艷，劉方玉.新形勢下如何發展寵物產業[J].中國畜牧業，2016（07）：34-35.

[2] 歐陽艷，馬濤，車海林.新常態下的寵物經濟發展思考[J].中獸醫學雜志，2015（10）：102-103.