基于STM32的宠物喂食系统

张世清，钟 麟，王许鹏

（西京学院 理学院，陕西 西安 710123）

0 引言

针对家中有宠物的家庭设计出一款智能助手，可以通过物联网接收远程端发送来的喂食信息，从而驱动电机进行喂食动作。该智能助手可以通过控制电机动作时间控制喂食量来控制宠物的进食量[1～2]。系统由红外感应系统检测出宠物是否处于进食状态，还能通过录音播放来呼唤宠物前来进食。本系统可以通过温湿度传感器实时监控房间的温度和湿度，并通过云系统将数据传送给手机端。可以设置一定的阈值，当温湿度超过设定的值会开启通风系统进行通风降温，用户可以通过登录OneNET物联网随时查看剩余的食物重量，以免宠物因食物不足挨饿。本系统引入了当前热门的物联网，并迎合了家居智能化的发展，为人们解决了麻烦。本系统还具有安全、实用、便宜特点。

1 系统整体设计思想

本喂食系统主要包括单片机控制模块、无线通信模块、OLED显示模块、电机驱动模块、录音播放模块、红外检测模块和压力传感器模块，以及基于OneNET平台编写的上位机操作页面。系统可以将房间中的温湿度和时间实时显示到OLED显示屏上；可以将房间温湿度、喂食盘中食物的重量和宠物是否处于吃食状态通过物联网显示到OneNET平台的上位机页面中；可以通过OneNET平台下发喂食命令和录音播放命令；驱动电机运转进行喂食动作和播放提前录制好的声音呼唤宠物前来进食。

2 系统硬件设计

本系统的硬件设计包括STM32核心控制器核心电路、AM2302数字温湿度传感器、DS1302时钟芯片、esp8266无线模块、iSD1820录音模块、OLED显示模块、ULN2003电机驱动模块、红外传感器模块和HX711压力传感器模块等模块的设计。

图1 系统整体设计

2.1 主控模块

主控模块为STM32F103C8T6最小系统，在整个系统中负责连接并控制其他模块，包括：无线通信模块、OLED显示模块、电机驱动模块、录音播放模块、红外检测模块和压力传感器模块。

STM32F103C8T6最小系统包括电源电路分为供电电路和降压电路、晶振电路、复位电路、去耦电容、调试下载电路以及其他外围电路。

2.2 数字温湿度传感器模块

本次设计采用AM2302温湿度传感器采集房间的温湿度，将其显示到OLED屏幕中，同时通过esp8266无线传输模块将采集到的数据传送到OneNET物联网中，可以通过电脑或者手机查看。

2.3 OLED显示模块

本次设计的显示电路采用小OLED显示屏模块。通过接线与单片机最小系统电路的引脚连接，本系统使用OLED显示屏用来显示WIFI的连接状态信息、当前时间以及采集到的周围环境的温湿度信息。

2.4 ESP8266无线通信模块

本次设计中采用ESP8266无线通信模块，联网将温湿度、食物重量、录音播放、电机控制等信息传输到物联网上或者从物联网接收信息。

2.5 录放音模块

采用ISD1820录音模块，宠物主人可以将自己的声音提前录制进去，并通过OneNET远程端控制播放，可以在喂食操作中对宠物进行呼唤，使宠物前来进食，还可以帮助宠物养成及时进食的条件反射。

2.6 电机驱动模块

ULN2003 是高压大电流达林顿晶体管阵列系列产品，具有电流增益高、工作电压高、温度范围宽、带负载能力强等特点，适应于各类要求高速大功率驱动的系统。在本次设计中使用ULN2003模块来驱动步进电机，通过主控芯片向驱动模块发送高低电平从而控制电机的旋转速度以及旋转方向。

图2 驱动电路硬件接线

从上图可以看出，ULN2003驱动芯片的1，2，3，4引脚分别与单片机的A15，A14，A13，A12引脚相连。当一个引脚输出高电平时，其他3个引脚都输出低电平，以此不断循环，来达到驱动电机正转或者反转的目的。

2.7 红外传感器模块

该红外传感器模块对环境光线适应能力强，其具有一对红外线发射与接收管，发射管发射出一定频率的红外线，当检测方向遇到障碍物（反射面）时，绿色指示灯会亮起，同时输出低电平信号，当没有障碍物时指示灯熄灭输出高电平信号，可通过电位器旋钮调节检测距离，有效距离范围为2～30 cm，工作电压为3.3～5 V。

本次设计中使用此模块去判断宠物是否处于正在吃食的状态，当宠物处于正在吃食状态时，红外传感器会感受到前方有障碍物，向控制模块发送低电平信号。当没有检测到前方有障碍物，也就是宠物不在吃食状态时，会向控制模块持续发送高电平。控制模块通过不断检测高低电平来判断宠物目前的状态。

2.8 HX711压力传感器模块

本次设计中使用HX711压力传感器模块，用来测量喂食盘中剩余食物的重量，并将采集到的数据通过无线传输模块上传到物联网中，以便于远程端查看。

HX711是一款专为高精度电子秤而设计的24位A/D转换器芯片。该芯片具有集成度高、响应速度快、抗干扰性强等优点。这降低了电子秤的整机成本，提高了整机的性能和可靠性。

3 软件设计

软件部分根据系统功能进行模块化编程。主程序和中断服务程序两个不同的程序部分组成了系统软件。中断服务程序主要是对传感器进行数据采集。主程序是将中断服务程序采集到的数据进行打包发送以及数据的接收，并驱动对应模块进行相应的动作。

图3 5软件设计

4 结语

智能宠物喂食系统是一种物联网的智能家居系统，能够通过OneNET云平台实时监控宠物处于的环境的温湿度[3]，还可以根据喂食盘中食物的重量来判断是否进行喂食操作。通过红外传感器来判断宠物有没有前来进食，从而确定是否播放录制好的声音呼唤宠物。本系统还有几个有待优化和提高的地方，比如可以增加一个摄像头，可以实时地观察宠物当前状态，也可以给喂食系统增加移动以及粪便清洁等功能。