智能寵物項圈設計

劉立勛，鄭嘉儀，盧曼妮，陳焯鵬

（吉林大學珠海學院，廣東珠海，519000）

0 引言

雖然傳統寵物項圈能給寵物起到一定的牽制作用，但是也會出現寵物走丟而無法尋回的情況。據不完全統計，每年寵物丟失的案例超過1000 例，可知寵物的走失率極高，而且每年寵物死于疾病的案例也超過100 例。同時，寵物的心情及健康問題也是主人難以清楚了解的。針對以上的情況，我們認為設計一款適于多場景的智能寵物項圈具有重大意義，它不僅能極大地提高寵物被尋回的可能性，還能檢測寵物的情緒及健康狀況，降低寵物患上某種疾病的發病率。此款智能寵物項圈，不僅可以成為開啟主人關心愛寵的一把“鑰匙”，也是寵物健康安全一件“利器”。

1 市場分析

目前市場上出現的寵物周邊產品有寵物玩具，寵物咬膠、寵物飾品、訓練用具等，各種產品以功能明確分類，使用方式單一不變，缺少趣味性，難以互動。且使用頻率低，壽命相對較短。而隨著社會經濟的快速發展和人民生活水平的日益提高，養寵人群逐漸壯大，寵物地位也逐漸提高，人們越來越重視寵物的生活質量與身體健康，也更加渴望與寵物建立真正親密的關系，增添養寵樂趣，對寵物產品的要求也越來越高。

而市面上的寵物產品功能單一，種類繁多，不僅大大增加了養寵的費用負擔，也制造了許多不必要的麻煩。如若使用一款多功能個性化的寵物智能產品，就可以滿足寵物主人更加多樣化的需求，如定位尋寵，趣味互動等，但市面上此類產品出現較少，知名度較低，應用并不廣泛。

隨著經濟發展和消費水平增長，養寵人群也在持續壯大，對寵物生活的要求也越來越高。寵物市場的規模不斷壯大，同時，在5G 智能技術的不斷發展中，各類智能產品也相繼出現，不僅僅是針對人使用，寵物使用的智能化產品也逐漸增多，再加上寵物地位的提高，提供了龐大的寵物智能產品市場需求。據統計目前中國寵物經濟市場潛力至少達到150億元人民幣，且呈快速增長趨勢。目前不過是剛剛窺到了寵物經濟的一角而已，市場遠沒有成熟，寵物經濟潛力無窮，至少還蘊藏著數以億元計的商機，未來十年，我國的寵物飼養者將會以幾何級數增加。這意味著處在起步階段的我國寵物產業蘊含著無限的商機和利益，有待寵物廠商去發掘。

2 智能寵物項圈的組成

2.1 智能寵物項圈的機械結構

項圈由智能主機、復合尼龍織帶組成。智能主機部分左右兩側有可以固定項圈絲帶的圓柱。根據寵物大小選擇合適的項圈帶,套在智能主機盒體上。智能主機盒體可拆卸,其中包含智能控制部分。智能主機盒體使用PLA 材質在寵物貼近側附帶防水透氣膜。

2.2 服務器優化算法設計結構框圖

通過Eclipse 軟件及其插件等編寫服務器服務程序，設計相關優化算法，能進行數據分析、疾病檢測、運動計劃調整等功能，對寵物日常活動進行最優化。具體優化算法設計如圖1 所示。

圖1 服務器優化算法設計結構框圖

3 硬件設計

3.1 MCU 核心控制模塊

FM331x 是控制板的核心部件，其具有功耗低、價格適中、性能優越的特點，滿足寵物項圈設備的控制設計要求，其主要結構和功能如下：

·基于16 位增強型8xC251 處理器內核；

·串口程序下載，芯片供電電源電壓范圍為1.8-5.5V；

·ROM，512K緩存，4KB RAM，片內ROM支持聯機操作（IAP）；

·24M 主頻，流水線式處理流程，數據與命令分開執行，可最大化地提高芯片運行效率；

·擁有57 個以上的輸入輸出接口，包括2 個功能定時器，1路SPI 串口，4 路UART 串口，接口大部分兼容5V 電平，另外包括USB 接線口，現場總線口，可兼容多種現行的通訊協議接口；

·6 路11 位通道，高精度數據采集或傳輸。

3.2 定位模塊

定位包括室外定位和室內定位。室外定位通過AGPS 技術，由手機將AGPS 模塊的基站信息發送到位置服務器，位置服務器將GPS 的輔助信息傳給項圈，項圈由AGPS 模塊輔助信號接收GPS 的原始信號，并進行處理與計算得到衛星偽距發送到位置服務器，最后，位置服務器由偽距信息及輔助信息計算出項圈位置定位寵物位置信息。

室內定位則依靠ZigBee 技術進行數據傳輸；得到位置信息后，通過高德地圖API 進行導航和設置電子圍欄。

寵物項圈與客戶端結合，寵物走失時，用戶可通過客戶端填寫相應的寵物信息及用戶聯系方式，所填寫的信息將顯示在項圈的LED 顯示屏上。

3.3 通信模塊

GSM 模塊應用于短距離無線通信，GSM 模塊將GSM 射頻芯片、基帶處理芯片、存儲器、功放器件等集成在一塊線路板上，具有獨立的操作系統、GSM 射頻處理、基帶處理并提供標準接口的功能模塊。

3.4 傳感器模塊

傳感器模塊包括加速度傳感器、溫濕度傳感器，用于收集寵物生理語言行為數據。加速度傳感器由質量塊、阻尼器、彈性元件、敏感元件和適調電路等部分組成，當寵物在運動時，傳感器檢測到寵物運動，得到速度值；溫濕度傳感器裝有濕敏和熱敏元件，能夠實時檢測寵物體溫及環境溫濕度，具有體積小，性能穩定等優點；傳感器收集得到的數據由LSTM 進行處理，并與系統原有的數據庫進行比對、分析，發送到客戶端，在客戶端以寵物日常的行為和健康監測數據報告為基礎，生成個體寵物健康檔案，以可視化形式顯示寵物在各個時間段的生理參數數據，方便用戶更好的管理和監護寵物健康情況。

3.5 其他模塊

3.5.1 超聲裝置和振動裝置

相比于切除聲帶，電擊，使用藥物來說，超聲波和振動無疑是對寵物最安全的止吠措施，于是項圈安裝超聲裝置，振動裝置，通過項圈振動，發出寵物能聽到的超聲波，對寵物予以警告，幫助主人糾正寵物的不良習慣，以達到止吠的目的；除了止吠，超聲裝置和振動裝置還能輔助主人訓練寵物，合理地訓練寵物，不僅主人可以管理好寵物，而且還能避免寵物擾民，到處跑等問題。

3.5.2 實時攝像頭

通過攝像頭，可以更直觀的看到寵物的日常行為，同時，攝像頭與定位模塊的結合可以有效的在未來進行家庭化對于在家老人和小孩進行有效的實時監督。同時在外出旅行時可以對于身邊的老人和小孩進行保護避免走散形成無形的旅行和照顧老人和小孩的神器。

3.5.3 麥克風

為了分析寵物的健康情況及情緒，項圈內置麥克風，用于收集寵物的吠叫信息，同時，麥克風還與客戶端鏈接，用戶可以通過客戶端與寵物進行交流。

3.5.4 LED 顯示屏

項圈上安裝LED 顯示屏，用于顯示寵物的基本信息，主人的聯系方式及寵物的情緒，以可視化的形式顯示寵物的生理參數數據，方便用戶更好的管理和監護寵物健康情況；寵物走失時，主人的信息顯示提高了找回寵物的機率；及時的顯示寵物情緒，可以讓主人更加了解自己的寵物，也能更好的照顧寵物。

4 總結

智能寵物項圈的軌跡追蹤可以直觀地了解到寵物每天的活動軌跡，掌握寵物動向，為寵物走失尋回提供了保障；還能及時了解寵物的情緒及健康狀況，預防寵物心理及生理疾病；當寵物出現一些擾民或是安全問題時，超聲裝置和振動裝置還能幫助主人訓練寵物。

同時，項圈在信息技術以及大數據分析領域和線上線下資源整合方面將起到推波助瀾的作用，帶給寵物健康，舒適和美觀，帶給寵物主人省心安心和放心。同時也能搭建起寵物與寵物之間，寵物主人與寵物主人之間的聯系紐帶和橋梁搭建全新的寵物社群社區文化交流平臺。將使得寵物市場更加規范化，模式化，法制化，趣味化的發展和前進，并向其他行業不斷延伸發展。