智能宠物项圈设计

刘立勋，郑嘉仪，卢曼妮，陈焯鹏

（吉林大学珠海学院，广东珠海，519000）

0 引言

虽然传统宠物项圈能给宠物起到一定的牵制作用，但是也会出现宠物走丢而无法寻回的情况。据不完全统计，每年宠物丢失的案例超过1000 例，可知宠物的走失率极高，而且每年宠物死于疾病的案例也超过100 例。同时，宠物的心情及健康问题也是主人难以清楚了解的。针对以上的情况，我们认为设计一款适于多场景的智能宠物项圈具有重大意义，它不仅能极大地提高宠物被寻回的可能性，还能检测宠物的情绪及健康状况，降低宠物患上某种疾病的发病率。此款智能宠物项圈，不仅可以成为开启主人关心爱宠的一把“钥匙”，也是宠物健康安全一件“利器”。

1 市场分析

目前市场上出现的宠物周边产品有宠物玩具，宠物咬胶、宠物饰品、训练用具等，各种产品以功能明确分类，使用方式单一不变，缺少趣味性，难以互动。且使用频率低，寿命相对较短。而随着社会经济的快速发展和人民生活水平的日益提高，养宠人群逐渐壮大，宠物地位也逐渐提高，人们越来越重视宠物的生活质量与身体健康，也更加渴望与宠物建立真正亲密的关系，增添养宠乐趣，对宠物产品的要求也越来越高。

而市面上的宠物产品功能单一，种类繁多，不仅大大增加了养宠的费用负担，也制造了许多不必要的麻烦。如若使用一款多功能个性化的宠物智能产品，就可以满足宠物主人更加多样化的需求，如定位寻宠，趣味互动等，但市面上此类产品出现较少，知名度较低，应用并不广泛。

随着经济发展和消费水平增长，养宠人群也在持续壮大，对宠物生活的要求也越来越高。宠物市场的规模不断壮大，同时，在5G 智能技术的不断发展中，各类智能产品也相继出现，不仅仅是针对人使用，宠物使用的智能化产品也逐渐增多，再加上宠物地位的提高，提供了庞大的宠物智能产品市场需求。据统计目前中国宠物经济市场潜力至少达到150亿元人民币，且呈快速增长趋势。目前不过是刚刚窥到了宠物经济的一角而已，市场远没有成熟，宠物经济潜力无穷，至少还蕴藏着数以亿元计的商机，未来十年，我国的宠物饲养者将会以几何级数增加。这意味着处在起步阶段的我国宠物产业蕴含着无限的商机和利益，有待宠物厂商去发掘。

2 智能宠物项圈的组成

2.1 智能宠物项圈的机械结构

项圈由智能主机、复合尼龙织带组成。智能主机部分左右两侧有可以固定项圈丝带的圆柱。根据宠物大小选择合适的项圈带,套在智能主机盒体上。智能主机盒体可拆卸,其中包含智能控制部分。智能主机盒体使用PLA 材质在宠物贴近侧附带防水透气膜。

2.2 服务器优化算法设计结构框图

通过Eclipse 软件及其插件等编写服务器服务程序，设计相关优化算法，能进行数据分析、疾病检测、运动计划调整等功能，对宠物日常活动进行最优化。具体优化算法设计如图1 所示。

图1 服务器优化算法设计结构框图

3 硬件设计

3.1 MCU 核心控制模块

FM331x 是控制板的核心部件，其具有功耗低、价格适中、性能优越的特点，满足宠物项圈设备的控制设计要求，其主要结构和功能如下：

·基于16 位增强型8xC251 处理器内核；

·串口程序下载，芯片供电电源电压范围为1.8-5.5V；

·ROM，512K缓存，4KB RAM，片内ROM支持联机操作（IAP）；

·24M 主频，流水线式处理流程，数据与命令分开执行，可最大化地提高芯片运行效率；

·拥有57 个以上的输入输出接口，包括2 个功能定时器，1路SPI 串口，4 路UART 串口，接口大部分兼容5V 电平，另外包括USB 接线口，现场总线口，可兼容多种现行的通讯协议接口；

·6 路11 位通道，高精度数据采集或传输。

3.2 定位模块

定位包括室外定位和室内定位。室外定位通过AGPS 技术，由手机将AGPS 模块的基站信息发送到位置服务器，位置服务器将GPS 的辅助信息传给项圈，项圈由AGPS 模块辅助信号接收GPS 的原始信号，并进行处理与计算得到卫星伪距发送到位置服务器，最后，位置服务器由伪距信息及辅助信息计算出项圈位置定位宠物位置信息。

室内定位则依靠ZigBee 技术进行数据传输；得到位置信息后，通过高德地图API 进行导航和设置电子围栏。

宠物项圈与客户端结合，宠物走失时，用户可通过客户端填写相应的宠物信息及用户联系方式，所填写的信息将显示在项圈的LED 显示屏上。

3.3 通信模块

GSM 模块应用于短距离无线通信，GSM 模块将GSM 射频芯片、基带处理芯片、存储器、功放器件等集成在一块线路板上，具有独立的操作系统、GSM 射频处理、基带处理并提供标准接口的功能模块。

3.4 传感器模块

传感器模块包括加速度传感器、温湿度传感器，用于收集宠物生理语言行为数据。加速度传感器由质量块、阻尼器、弹性元件、敏感元件和适调电路等部分组成，当宠物在运动时，传感器检测到宠物运动，得到速度值；温湿度传感器装有湿敏和热敏元件，能够实时检测宠物体温及环境温湿度，具有体积小，性能稳定等优点；传感器收集得到的数据由LSTM 进行处理，并与系统原有的数据库进行比对、分析，发送到客户端，在客户端以宠物日常的行为和健康监测数据报告为基础，生成个体宠物健康档案，以可视化形式显示宠物在各个时间段的生理参数数据，方便用户更好的管理和监护宠物健康情况。

3.5 其他模块

3.5.1 超声装置和振动装置

相比于切除声带，电击，使用药物来说，超声波和振动无疑是对宠物最安全的止吠措施，于是项圈安装超声装置，振动装置，通过项圈振动，发出宠物能听到的超声波，对宠物予以警告，帮助主人纠正宠物的不良习惯，以达到止吠的目的；除了止吠，超声装置和振动装置还能辅助主人训练宠物，合理地训练宠物，不仅主人可以管理好宠物，而且还能避免宠物扰民，到处跑等问题。

3.5.2 实时摄像头

通过摄像头，可以更直观的看到宠物的日常行为，同时，摄像头与定位模块的结合可以有效的在未来进行家庭化对于在家老人和小孩进行有效的实时监督。同时在外出旅行时可以对于身边的老人和小孩进行保护避免走散形成无形的旅行和照顾老人和小孩的神器。

3.5.3 麦克风

为了分析宠物的健康情况及情绪，项圈内置麦克风，用于收集宠物的吠叫信息，同时，麦克风还与客户端链接，用户可以通过客户端与宠物进行交流。

3.5.4 LED 显示屏

项圈上安装LED 显示屏，用于显示宠物的基本信息，主人的联系方式及宠物的情绪，以可视化的形式显示宠物的生理参数数据，方便用户更好的管理和监护宠物健康情况；宠物走失时，主人的信息显示提高了找回宠物的机率；及时的显示宠物情绪，可以让主人更加了解自己的宠物，也能更好的照顾宠物。

4 总结

智能宠物项圈的轨迹追踪可以直观地了解到宠物每天的活动轨迹，掌握宠物动向，为宠物走失寻回提供了保障；还能及时了解宠物的情绪及健康状况，预防宠物心理及生理疾病；当宠物出现一些扰民或是安全问题时，超声装置和振动装置还能帮助主人训练宠物。

同时，项圈在信息技术以及大数据分析领域和线上线下资源整合方面将起到推波助澜的作用，带给宠物健康，舒适和美观，带给宠物主人省心安心和放心。同时也能搭建起宠物与宠物之间，宠物主人与宠物主人之间的联系纽带和桥梁搭建全新的宠物社群社区文化交流平台。将使得宠物市场更加规范化，模式化，法制化，趣味化的发展和前进，并向其他行业不断延伸发展。