智能宠物喂养装置及设计

马嘉桐

摘 要：本文提出一种基于Raspberry Pi设计的智能宠物喂养装置，该装置能够将自动喂食与主动喂食结合起来，根据摄取食物传感器对宠物摄取食物的需求进行检测，从而按照宠物需求自主地对装置的喂养时间进行调整。该装置包括自动喂养器、用于控制自动喂养器的控制组件、云端服务器、终端控制设备，其中，控制组件基于Raspberry Pi Super Kit进行设计和实现，自动喂养器包括摄取食物传感器、食物盒、食物投放器以及食物投放执行器。

关键词：智能;宠物喂养;raspberry;自主喂食

中图分类号：TP29 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2020）02-0038-02

0引言

现有的宠物喂养方式主要基于人力手工进行喂养，如果喂养人员离开几天，所饲养的宠物将会因为没有喂食而被饿死。对于独自居住的年轻人、拥有寒暑假的学生等群体，这一直是难以克服的问题。另外，目前有自动喂养的方法，可按照事先设定的食物投放量和投放时间向宠物投放食物。采用这样的方法，能够节约喂养宠物作业的劳动力，但难以适应宠物的食欲变化。另外，喂养人员也无法实时地根据宠物的情况来对宠物进行远程喂养[1-2]。

本文提出一种能够将自动喂食与主动喂食结合起来的智能宠物喂养装置。其能根据摄取食物传感器对宠物摄取食物的需求进行检测，从而按照宠物需求自主地对装置的喂养时间进行调整。以下，将对智能宠物喂养装置及设计进行介绍。

1 智能宠物喂养装置总述

1.1 智能宠物喂养装置的功能和优点

智能宠物喂养装置的主要功能和优点包括如下方面：

（1）例如手机等终端控制设备经由互联网而能够与云端服务器连接，云端服务器经由互联网和无线通信网而能够与基于Raspberry Pi设计的自动喂养器连接。其优点在于，由于智能宠物喂养装置的设置信息等均存储于云端服务器，因此不会因为手机等终端控制设备、自动喂养器等出现故障等而导致之前的设置信息丢失。

（2）自动喂养器基于Raspberry Pi的硬件、raspbian操作系统以及C语言开发的程序运行。其优点在于，开发容易，程序稳定。

（3）食物盒包括上部食物储存盒和下部滑动件，食物投放执行器位于下部滑动件上并能够自由滑动，从而进行食物投放动作的控制。其优点在于，能够以简单的结构控制食物的定量投放。

1.2 智能宠物喂养装置的整体结构

智能宠物装置的整体结构如图1所示。智能宠物喂养装置包括自动喂养器、用于控制自动喂养器的控制組件、云端服务器、智能手机等终端控制设备。云端服务器通过互联网而与终端控制设备连接，并且也能够经由互联网和无线通信网而与控制组件连接。控制组件连接有摄像机和自动喂养器。

2自动喂养器的结构与设计

2.1 自动喂养器的结构

自动喂养器包括用于储存食物的食物盒、食物投放器以及食物投放执行器。自动喂养器从云端服务器以及终端控制设备接收来设置信息或喂养人员主动发送的控制信息，控制食物投放执行器进行动作，使食物投放器滑动，实现食物的投放。食物盒包括上部食物储存盒和下部滑动件，上部食物储存盒储存有食物，其侧面形成为斜面。食物投放器位于下部滑动件上并能够自由滑动，其食物室部分上下贯通。食物投放执行器包括电机、连杆以及弹簧。食物投放执行器与食物投放器之间通过连杆连接在一起。连杆的一端与电机连接，另一端与食物投放器连接。弹簧夹设于食物盒与食物投放器之间。

当从控制组件接收到投放食物的控制信号时，电机通电而推动连杆向图中的右方运动，连杆克服弹簧的作用力推动食物投放器向右运动。当食物室与出口相对时，食物从出口落下。完成食物的投放之后，电机断电，食物投放器在弹簧的作用下回到原位，如图2所示。

2.2 摄取食物传感器的构成

自动喂养器还包括摄取食物传感器，其用于检测宠物的摄取食物需求。以下对摄取食物传感器的结构和工作模式进行介绍。

在摄取食物传感器上通过软线栓有供宠物拉拽的触发件。作为一例，（图3）触发件设为骨头形状，根据饲养的宠物不同，也可以将触发件设为鱼形状。在触发件被拉动时，摄取食物传感器被触发。喂养人员在平时训练宠物在饥饿时拉拽该触发件。这样，当宠物饥饿时，其能够通过拉拽触发件而触发摄取食物传感器，向控制组件发送信号，从而控制组件会控制自动喂养器进行投放食物。通过这样的设置，本文的装置除了能够根据用户的预先设置对食物进行投放之外，还能够由宠物根据自身需要来获取食物。

3控制组件的设计与实现

以下，对智能宠物喂养装置的控制组件进行介绍。控制组件的硬件基于raspberry，开发平台采用Raspbian操作系统，开发语言采用C语言。

3.1 控制组件的结构

控制组件的功能通过硬件、软件相结合来实现。控制组件根据从云端服务器接收来的信息以及喂养人员通过终端控制设备输入的信息等对自动喂养器进行控制，使自动喂养器根据用户设定的投放食物时间进行投放食物。此外，当从自动喂养器的摄取食物传感器检测到宠物摄取食物需求时，控制组件控制自动喂养器投放一定的食物。

控制组件的硬件采用树莓派（Raspberry Pi）B型板。在该长方形基板中心设有Broadcom BCM2711片上系统，考虑到智能宠物喂养装置的实际应用场景不需要特别精准的控制，但需要经常性地与手机等终端控制设备进行交互这样的需求，因此Raspberry Pi为本文的装置提供理想的嵌入式开发平台。

控制组件的软件方面选择Raspbian操作系统。Linux作为开源软件平台，能够让用户以较低的价格或者免费获得操作系统和软件的源码，用户能够根据需要编辑修改源码，因此Linux操作系统受到嵌入式开发者的喜爱。Debian Linux是由GPL和其他自由软件许可协议授权的自由软件组成的操作系统，而Raspbian则是基于Debian并根据Raspberry Pi硬件条件修改得到的操作系统。

3.2 控制组件的软件设计

控制组件的运行程序的开发语言选择C语言。智能宠物喂养装置以如下方式实现智能宠物喂养装置的控制。主程序首先实现各个模块的初始化，然后从云端服务器获取控制信息和设置信息，根据接收到的控制信息，判断是否需要对宠物进行投喂。在监控到需要对宠物进行投喂的指令时，控制自动喂养器进行投喂。其程序流程图如图4所示。

4 结语

以上，介绍了一种基于Raspberry Pi设计的智能宠物喂养装置，其能够将自动喂食与主动喂食结合起来，根据摄取食物传感器对宠物摄取食物的需求进行检测，从而按照宠物需求自主地对装置的喂养时间进行调整。该装置包括自动喂养器、用于控制自动喂养器的控制组件、云端服务器、终端控制设备，其中，控制组件基于Raspberry Pi Super Kit进行设计，自动喂养器包括摄取食物传感器、食物盒、食物投放器以及食物投放执行器。

参考文献

[1] 欧阳艳，刘方玉.新形势下如何发展宠物产业[J].中国畜牧业，2016（07）：34-35.

[2] 欧阳艳，马涛，车海林.新常态下的宠物经济发展思考[J].中兽医学杂志，2015（10）：102-103.