基于物聯網的Smart Pets·智慧投喂器設計

陳玉乾，趙建川，田裕中，王莎莎，孫小麗，李懷旭

（貴州師范學院，貴州 貴陽 550018）

隨著我國人民生活質量和生活水平的日益提升，寵物行業得到快速蓬勃發展。現在的社會情況分析，人們的工作學習的強度具有明顯提升，并不能對家中的寵物提供合理及時的喂養和照顧。特別是長時間外出工作或需要頻繁往返各城市，出國的人群，寵物的食物供給成為心中一大問題。在萬物互聯時代到來的今天，相信關于寵物自動喂養產品的設計，研發制造都會有很好的發展空間，在主要功能的基礎上還可以更完善，更多元化。本文對目前國內寵物自動投喂產品的市場產品問題，Smart pets·智慧投喂器設計理念及幫助飼養人和寵物解決的問題展開以下討論。

1. 寵物自動投喂器市場產品現狀需求及設計流程

現如今國內電子商務及各地市場的環境狀態高度發展和便利，我國人民在商品購買上有著更多，更廣的選擇，從原來的有什么買什么變成了買什么有什么，國內外產品貿易的開放使人民的生活水準發生著飛速變化。圍繞著寵物的周邊產品，也隨著大環境不斷地更新，變化，很多品牌產品在使用過程中基本滿足了飼養人的需要，但同時產品也存在普遍的問題，以寵物自動投喂器為例，經過產品研究和市場調查發現以下幾點問題：一是產品在設計時的出發點的方向出現偏差，大多的寵物投食器的設計中心思想時為了方便飼養人的起居，外出，工作，生活以及時間控制。并沒有結合寵物的實際需要做出調整，食物的投放時間以及食物殘渣的清理并不及時，從而讓寵物將剩余的食物殘渣帶到其他區域，污染家庭環境 能達到寵物的即時需求。二是普通的寵物自動投喂器在投食過程中通常是采用定時定量的工作思路，不能隨著寵物的生長發育和其他原因所產生的食量變化而變化。對正在生長發育的寵物而言，會影響寵物生長體質,還會出現投食減少的情況，迫使寵物在飯后還會去其他地方尋找食物。三是自動投喂器在應有功能方面仍然有待完善，大多自動投喂器的寵物食品投放原料都是干糧，寵物在食用時干糧相對濕糧的口感，味道以及寵物食用后的舒適度都明顯不足，既然濕糧無法投放，就更別說細心的飼養人為寵物加餐的營養膏類產品了。

由于以上產品問題的體現，寵物自動投喂器的自動化、智能化、人性化等方面的問題都成為飼養人在心理期望及產品挑選的重要思考方向。全新的寵物自動投喂器應該具備自動喂食功能，自動給水功能，食物殘渣清理，警報裝置，夜燈，藍牙連接，WIFI連接，遠程監控，智能互動等功能，此外，配合相應的手機App下載服務，實現多功能數據采集分析，包括GpRS獨立定位服務，藍牙距離感應，行跡追蹤，遠程控制等。這些功能可以有效解決飼養人出門后與寵物距離太遠從而出現丟失的情況，因此設計一款智能的寵物自動投食器是很有必要的。設計寵物自動投食器要根據飼養寵物的場地，環境，以及

圖1技 術路線圖

2. Smart Pets·智慧投喂器的技術功能及運行原理

Smart pets·智慧投喂器主件技術功能表現：使用NRF52832藍牙芯片進行控制，采用主從發射技術，雙向傳輸芯片分別嵌入投喂器主機和寵物佩戴的投喂器外設感應單元內，通過App操作以及主機與外設實時連接通過NRF52832藍牙芯片進行信息交換傳輸，同時寵物外設內的生物感應芯片對寵物的生理狀態進行分析，得出智能投喂的時間計算，進行精確投喂，避免過量和停止投喂。NRF52832藍牙芯片的遙感通信范圍是≤10m，這個距離在絕大多數居室內均可以很好地進行覆蓋，而且NRF52832藍牙芯片具有良好的抗干擾功能，保證智能投喂器的正常運行。此外，從飼養人方面來講，手機App的其他人性化功能的使用，可以協助飼養人獲得更多的寵物信息，并可以通過上傳云端數據的方式與其他飼養人實現互動交流。運行原理，如圖2主程序流程圖。

圖2主 程序流程圖

2.1 NRF52832芯片性能介紹

NRF52832芯片為藍牙無線電操作帶來了重大變化，顯然提供了更高的吞吐量可能性。使用前向糾錯（FEC）進行了相關的LE編碼處理，可以更輕松地檢索周圍噪聲中的數據傳輸。簡而言之，靈敏度提高了，特別是提高了約12 dB。以RF術語來說，鏈路預算中6 dB的改善是理論范圍的兩倍，因此12 dB的改善將范圍可能性提高了四倍。可以通過增加輸出功率來改善鏈路預算，但是至關重要的是，NRF52832芯片的長距離改進并不依賴于提高的輸出功率，這意味著無需增加峰值輸出功率就可以實現多達四倍的范圍。對于許多藍牙相對簡單的感應和驅動應用而言是完全足夠的。

2.2 主機基本功能

主機通過NRF52832藍牙芯片與寵物所佩戴的遙測感應芯片相連接并建立傳輸，使主機可以檢測到寵物的距離主機是否在遙測感應范圍半徑≦10m之內。將感應分析結果解碼傳輸至手機App端，實現主機與手機端信息同步。飼養人進行科學的寵物食物投放，可以通過手機端和主機顯示端的提示來進行線下操作。在投食器主機設定完成后，可通過寵物佩戴感應器，定時定量地進行食物投放，同時飼養人在離開寵物后可根據手機App進行對寵物狀態的檢測，根據實際需要來進行控制投食。

2.3 從機（藍牙電子標簽）基本功能

寵物投喂器的主機設備是整套設備包括寵物攜帶的藍牙感應外設的主體，在進行數據分析時會對寵物攜帶的藍牙感應裝置主動進行信號傳輸，而寵物攜帶的感應裝置會對周圍的藍牙信號進行分析。寵物投喂器作為該系統的主機設備，寵物投喂器會去尋呼寵物身上的電子標簽，寵物投喂器會以跳頻的方式去尋呼寵物身上的電子標簽，而寵物身上的電子標簽會固定時間去掃描外部的尋呼，當檢測到外部的尋呼時，它就會響應該尋呼，這樣兩個設備之間就建立了聯系。因此帶有藍牙電子標簽的寵物進入到寵物投食器的尋呼范圍內，寵物投食器就立刻知道了，并且記錄寵物的活動及身體數據，通過藍牙網關上傳至云服務器，供App訪問。

2.4 WiFi連接遙控方案設計

WiFi 模塊常見有四種工作模式：透傳模式、串口指令模式、HTTpDClient模式、GpIO模式。使WiFi模塊可以適用于不同環境下工作。透明傳輸模式：在該模式下，模塊實現串口與網絡之間的透明傳輸，實現通用串口設備與網絡設備之間的數據傳遞。串口指令模式：在該模式下，用戶可以按照我們的協議發送數據給服務器，無需重啟即可向主控制器發送數據。GpIO模式：在該模式下，用戶可以發送我們協議的指令控制模塊的六個引腳，分別是TXD、RXD、CTS、RTS、nReady、nLink。

3. 可解決的寵物飼養問題

3.1 實時投食問題

從寵物的角度出發，根據NRF52832藍牙芯片傳輸的數據進行分析，將投食量控制在合理之內，需要照顧到寵物的食量，生長發育狀況。食物殘渣清理進行時，結合投喂時間，以及飼養人手動在App上設定的時間或是即時進行完成，全面實現手機遠程自主控制，了解寵物活動狀態，解決寵物喂養問題。

3.2 寵物情感問題

寵物獨自在家中時，也是會感到寂寞和恐懼的，部分寵物會選擇拆家來尋找娛樂方式，但也有部分寵物會逐漸郁郁寡歡，這足以證明寵物也是有感情和情緒的。針對這一點，為了寵物在家時不會感到無聊，產品在設計時應考慮到Smart pets·智慧投喂器的娛樂功能，除了互動以外，寵物所喜愛的玩具也是一個具有參考價值的條件，比如利用寵物對球狀物的敏感，強化投食器的娛樂功能。

4. 結語

Smart pets·智慧投喂器是建立在物聯網技術發展之上的智能產品，對實現寵物喂食的自動、智能、科學，為飼養人提供有效幫助，為家庭飼養寵物帶來了一個可靠的技術保障。Smart pets·智慧投喂器的設計理念會讓寵物自動喂養更便利，更嚴謹，更易懂，更靈活；且擁有更安全，更穩定，更智能的使用體驗。伴隨現代寵物飼養人在飼養寵物時的理念變化，相信Smart pets·智慧投喂器會有更廣闊的市場發展空間。