基于STM32和Zigbee的mini宠物智能喂养系统的设计

文/卞港 王仁彪 石永伟

1 引言

饲养迷你宠物逐渐成为年轻人的时尚，但由于工作繁忙很多萌宠都无法得到悉心照顾，课题设计了一个针对迷你宠物饲养的智能家居系统，系统基于应用层、网络层、感知层三层物联网体系架构，具有云平台、上位机、下位机、移动智能终端四大模块。其中，下位机由CC2530作为协调器，通过ZigBee协议完成无线终端节点组网， STM32单片机搭载ESP8266WIFI模块作为下位机网关，借助机智云平台提供的M2M协议完成下位机和移动智能终端的远程数据传输。

2 系统设计

2.1 下位机整体设计

下位机系统主要依靠CC2530芯片、以及STM32F103芯片基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议，组成星形无线传输网络层。采用ZigBee进行下位机组网，下位机由宠物环境监测模块、宠物体征监测模块、执行部件控制模块、安防报警模块组成，主要负责宠物环境以及体征状况信息采集以及执行部件控制，下位机硬件结构框图见图1。

图1：硬件结构框图

2.2 上位机设计

上位机选用PC作为硬件平台，利用C#语言完成上位机界面开发，SerialPort控件完成与下位机网关的数据通信，上位机带有显示界面，能够对宠物环境以及宠物体征数据进行实时动态显示，另外它还具有控制界面，能够进行投食、喂水、加热等执行部件控制。部分上位机控制显示界面见图2。

图2：上位机控制显示界面

2.3 移动智能终端和云服务平台部署

移动智能终端基于Android平台开发，其APP界面能够实现对宠物环境数据的远程监控，同时界面设定有控制投食、喂水、开关灯的控制按键，能够实现宠物窝内执行部件的远程控制。选取机智云作为云服务平台，创建数据节点，建立映射关系后，便可以作为下位机与移动智能终端的通信平台，下位机网关搭建ESP8266芯片，通过Wi-Fi连接到公网与云端进行通信，负责将宠物环境参数以及宠物体征数据上传，并通过移动智能终端显示，同时通过云服务平台接收用户下发的指令数据，进而对下位机各执行部件进行控制。

3 系统性能测试

搭建宠物环境并对整个系统功能进行测试，测试工作主要包括下位机上电组网测试、宠物环境以及体征参数本地和远程监测测试、下位机执行部件本地和远程控制测试，下位机系统闭环双位式控制测试。系统测试过程如下：

（1）开启下位机协调器及各终端节点，观测下位机液晶屏，查看各终端节点是否依次上报数据。

（2）开启下位机网关，连接路由上网后，打开手机APP页面，查看数据是否通过云端转发至移动终端；开启上位机界面，并打开预先配置端口，查看数据是否正常传送至上位机界面。

（3）触控上位机以及移动端界面按键，依次测试投食、喂水、加热、制冷等执行部件是否正常开启。

（4）系统升温、降温、加湿、降湿操作，查看执行部件是否按照闭环双位式规定控制模式开启。

4 结束语

课题设计了一个针对迷你宠物饲养的智能家居系统，经连续24小时不停机测试，系统性能稳定，运行正常，在网络状况良好的情况下，正确数据采样频率达到2kS/s，现已成功通过天津市大学生创新创业训练项目验收，其整体设计方案对于迷你宠物的智慧喂养具有一定的指导意义。