基于单片机的猫砂处理系统设计

王馨萱

基于单片机的猫砂处理系统设计

王馨萱

（北京邮电大学 世纪学院，北京 102101）

单片机作为主控制器，在目前电子产品中应用广泛，它体积小、处理速度较快、性价比高，适合学生创新、家用电器等多领域使用。猫砂处理系统以单片机为主控制器，添加了多个传感器模块，保证功能能够很好的实现，同时该系统主要是针对快速清理猫砂这一功能进行了创新，为家庭饲养宠物提供了高效的清洁方式。

单片机；猫砂清理；系统设计；单片机

1 猫砂处理系统的设计意义及内容

1.1 意义

随着中国经济的快速发展，人们生活水平日益提高，生活节奏、城市化进程加快，越来越多的人开始饲养宠物，但是一系列问题随之而来，例如无法及时清理猫砂的问题。因此，设计出了一款猫砂处理系统。该系统的主要功能有清理猫砂、定时投喂等，通过这些功能的实现，既节省了将宠物猫送去托管的高额费用，也解决了当宠物猫无人照看时的一系列问题，为人们饲养宠物提供了方便。

1.2 主要设计内容

本文设计的猫砂处理系统主要通过手机控制实现清理猫砂、短信提醒、紫外消毒、陪伴玩耍等功能，让饲养宠物猫的家庭保持室内清爽干净。该系统的外壳采用木质材料进行制作，并对外壳的美观、陪伴玩耍的玩具也进行了设计，环保，性价比高，耐用，该猫砂清理系统极大地方便了无暇照顾宠物猫的人士。

2 总体方案设计

2.1 系统方案设计

本系统采用单片机作为主控制器，加入了蓝牙模块、红外传感模块、GSM模块及电机模块，初步实现了手机远程操控清理猫砂、短信提醒、定时消毒等功能。可以通过手机蓝牙对直流电机进行控制，由直流电机带动刷子前后移动，从而达到清理猫砂的效果；通过GSM模块实现了短信提醒功能，饲养者可通过读取短信监控宠物猫的身体情况。在箱体内部设计安装了紫外线消毒灯，定时为箱体内部进行消毒，保证箱体及室内环境的干净卫生。

该猫砂清理系统的外壳采用了环保木材，最终确定制作成为长方体的箱体，并对外观进行了装饰设计。系统总体结构如图1所示。

2.2 方案论证

系统设计之初对猫砂清理的细节过程进行了讨论，设计了猫砂清理装置。本系统的操作更加方便智能，不仅减少了饲养宠物家庭为猫咪清理粪便所花费的时间，也解决了当宠物猫无人看管时，饲养者不清楚宠物猫情况的问题。

本系统设计了长方体形状的木质箱体，箱体内部设置了紫外线消毒灯，能够对清理过后的箱体内部进行物理消毒，尽可能地避免箱体内部滋生细菌，在一定程度上保证了宠物及饲养者的健康。本系统新型实用、结构紧凑、设计合理，适合新一代养猫人士选择和使用。

图1 系统总体组成框图

3 系统硬件设计

本系统设计的硬件设计部分主要包括主控模块、蓝牙模块、电源模块、GSM模块、红外传感模块、电机模块，主要功能有猫砂清理、短信提醒、陪伴玩耍、清理消毒等。

3.1 主控器选型

本系统的主控制器选用了针对电机控制的STC12C5A60S2单片机。该系列单片机属于增强型的51单片机，易学习，易开发。该单片机还具备3个5 V供电和3个3.3 V引脚，可以为本次设计提供足够的供电引脚，其抗干扰能力比传统的51单片机强，指令读取和运行的速度更快，更适合于本系统。

3.2 蓝牙模块选型

本设计选用了型号为HC-05的蓝牙模块，该模块具有蓝牙V2.0协议标准，选择的主控模块可以直接与该蓝牙模块相连，通过串口通信与单片机进行数据交换，可以与具有蓝牙适配的手机相连接，通过手机连接蓝牙直接控制电机运转，从而达到清理猫砂的作用。

3.3 电机模块选型

本设计选择使用JGA25-370直流减速电机，电机选择工作电压为12 V。该类型的电机扭矩大、转速可控，且该电机普遍适合于机器人小车运行，所以选择这款电机可以满足本设计的需求，不会出现电机带不动刷子进而达不到清理效果、电机带刷子过快导致箱体损坏的情况。

电机驱动模块选择型号为L298N的直流电机驱动模块。该模块采用L298N作为驱动芯片，可以驱动JGA25-370直流减速电机运行。该模块驱动能力较强、抗干扰能力较强，并选择了12 V的驱动电压为电机提供动力。

3.4 GSM模块选型

本系统设计的GSM模块选型为SIM800C模块。经过对比发现，该模块可以很好地实现短信传输功能，具备供电引脚（5 V）、V_TTL引脚、TXD、RXD、GND引脚等，能够较好地节省空间，并且在该模块上SIM卡采用的是MICRO的卡座，适合现在的小型SIM的安装，方便实用，是目前智能家居等领域应用广泛的型号，满足了本设计发动接收短信的需求。

3.5 红外传感模块选型

本设计的红外传感模块采用了普通的红外线发射与接收传感器模块。该模块广泛应用于流水线计数等场合，输出端口可以直接与单片机的IO口相连接，可以采用5 V或3.3 V供电，简单实用，并且可以与所选单片机直接相连接，符合本设计的技术要求，选择该传感器模块能够满足饲养者监测宠物猫身体情况的需求。

3.6 电源模块

本设计主要通过单片机的3个5 V和3个3.3 V的供电引脚为各个模块提供电压，由于单片机的引脚数量有限，所以本系统设计了12 V锂电池进行外部供电。因为锂电池环保且可以多次循环充电，循环使用，因此在电机驱动模块中，如果使用12 V降压模块，则采用外部供电。

4 猫砂箱外部结构设计

本次设计的外观主要是长方体结构，采用了环保的木质材料进行制作，空间占地少，设计坚固耐用。箱体上部开设有窗口，宠物猫可以从上部开启的窗口进入猫砂箱，在猫砂箱内部设置有一个斜坡，其功能是方便电机控制刷子在更大范围对猫砂进行清理，并将清理的排泄物装入底层的抽屉中，底层抽屉是可以拿出的，方便了饲养者及时清理，保证箱内的干净整洁。本次设计的箱体结构内部空间能够被充分利用。

5 软件设计

本系统主要实现定时清理猫砂、手机蓝牙控制、短信提醒、红外检测宠物猫等功能，根据功能进行硬件选型，并对该系统的软件部分进行设计，画出主程序流程图。软件设计是通过利用Keil软件进行编程，利用STC_ISP烧录软件，将程序烧写入单片机中的。主程序流程如图2所示。

图2 主程序流程图

6 结论

本文设计的猫砂处理系统的硬件部分主要对主控模块、GSM模块、红外传感模块、蓝牙模块、电源模块等进行了设计及选型。通过STC12C5A60S2单片机来控制直流电机，使刷子运转，最终达到清理猫砂的目的。本设计也可以通过手机蓝牙进行匹配，通过手机控制刷子，实现人机交互的过程，也可以达到清理猫砂的效果。通过GSM模块来实现收发短信的功能，可以让饲养者远程对猫咪的身体状况进行监测，最终达到本次设计的目的。本设计的外观采用了环保的木质材料，设计为长方体结构，质量轻、占地小、结实耐用、方便搬运。但是本文设计的猫砂箱体还存在一些美中不足，还需继续改进，完善结构。

［1］林国汉.基于单片机的温度控制系统设计［J］.微计算机信息，2009（25）：21-24.

［2］易顺明.基于单片机的大棚温湿度控制系统设计［J］.现代电子技术，2011（7）：7-15.

［3］张毅刚.单片机原理及应用［M］.北京：高等教育出版社，2008：12-106.

［4］陈桂友，柴远斌.单片机应用技术［M］.北京：机械工业出版社，2008：10-88.

TP368.1

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.13.050

2095－6835（2019）13－0117－02

〔编辑：王霞〕