基于单片机的智能宠物牵引绳设计

刘伟峰，陈廷炫

（广东石油化工学院，广东茂名，525000）

1 项目简介

随着科技的进步，智能化成为了人们关注的焦点，同时随着生活条件的改善和养宠乐趣的普及，人们对于宠物的健康生活需求也催生出了智能养宠设备，我们所研究的智能宠物牵引绳就应运而生。产品在保留宠物出门必备的传统牵引绳的功能上，利用各类模块，实现应用于监测运动和人宠交互，监测宠物的运动情况以及智能化地安排作息和饮食等，是一款符合当今时代发展的智能化产物。

2 项目意义和目的

我国近几年的高速发展，在很多方面都跃居世界前列，可在养宠观念及宠物设备方面，虽然近几年也是高速发展，可是相对于其他发达国家来说，是比较落后的，这就造成了在智能化养宠方面的硬件设备还不够完善。许多市面上出现的产品还不完善，功能较鸡肋，给用户带来不好的使用体验[1]。因此本项目想做的是，打开养宠智能设备市场，参考国内外先进同类产品，结合当今时代，不带有华而不实鸡肋的产品功能，初步创新制作出符合当代养宠需求的智能养宠设备——智能宠物牵引绳。

3 项目搭建

■3.1 基本思路

主要分为三个部分端：

①牵引绳宠物端：宠物端实现了宠物步数统计、宠物位置实时定位、深度防水、防撕咬（软硅胶套）、手机查看、远程语音命令等；

②牵引绳主人端：（显示屏）显示宠物步数、显示宠物测量心率和呼吸率、显示宠物大体位置、USB 充电、LED灯照明、远程语音命令等；

③牵引绳对应手机APP 端：养宠社交、养宠百科、运动定位、运动情况、显示宠物测量心率和呼吸率、健康分析（输入养宠类型及品种、年龄和一些固有病症等，APP 将会根据传输过来的各传感器数据进行分析，为你制定更好的养宠饮食运动计划等）。

系统主要以STM32F103RCT6 为主控芯片，在主人端和宠物端分别搭配有WIFI 无线传输模块通讯，还有GPS 定位模块、宠物心率传感器、MPU6050 六轴传感器模块以及无线语音交互模块等分别应用在主人端或宠物端。系统结构如图1 和图2 所示。

图1 主人端主控芯片模块

图2 宠物端主控芯片模块

■3.2 硬件设计

硬件部分分为宠物端和主人端。宠物端和主人端均采用STM32F103RCT6 为主控MCU，MPU6050 传感器进行宠物的计步传感器，GPS 模块作为宠物的实时定位模块。无线语音模块可以实现对宠物的远程命令。宠物端和主人端的数据传输主要是通过WIFI 模块进行传输数据，蜂鸣器可以在宠物超出安全距离时实现报警的作用。主人端的LED 夜行灯可以在照明不好的地方实现安全遛宠；心率传感器模块可以实现对宠物的心率及呼吸率进行采集，并通过WIFI 发送给主人端及手机端，进行显示及下一步的健康分析[2]。主要模块简述如下：

MPU6050 记步功能：MPU6050 芯片内部的DMP 模块其实在出厂的时候已经配带了姿态角检测和计步器等功能，可是里面的算法是根据人的记步统计，我们利用在宠物上，需要调整相应的参数和算法，实现对宠物的记步功能。

GPS 定位功能：定位模块的功能十分强大，不过项目使用GPS 实时获取当前的位置信息和时间信息等，其实只需处理GPS 发来的数据并解析数据包即可。

WIFI 模块无线传输：我们使用ESP8266 这款作为WIFI无线传输的，分别设置两个WIFI 模块为WIFI STA 和WIFI AP 模式，并设置其中一个为客户端，一个为服务器端，通过配对可以实现两个模块的无线通讯。

主机原理图及从机原理图设计如图3 和图4 所示。

图3 主机原理图设计

图4 从机原理图设计

■3.3 软件设计

系统的程序流程图如图5 所示。

图5 主、从机流程图

需求整理：通过项目的这个策划，充分整理智能宠物牵引绳的项目需求，初步有3 个板块，一是宠物数据，二是宠物社区，三是我的宠物，各个板块都有其相应的数据信息，例如在宠物数据中显示运动定位、运动情况、显示狗狗测量心率和呼吸率，在养宠社区中有着养宠社交、养宠百科、健康分析（输入养宠类型及品种、年龄和一些固有病症，应用将会根据传感器的数据进行分析，为你制定更好的养宠饮食运动计划）等功能，更好的为主人提供养宠的便捷与体现养宠的现代化[3]。我的宠物即可设置自己的宠物种类，对应宠物数据和养宠社区中的内容也会相应的更改。

UI 设计：我们会根据我们智能宠物牵引绳项目的特色进行相应的UI 配色设计，功能具象化处理、交互设计、以及各种机型、系统的适配等。

APP 开发：服务器端：编写接口协议文档，服务器环境架设，设计数据库和编写API 接口；APP 端：根据UI 设计进行界面开发，UI 开发完成则进入和服务端接口对接，通过服务端的接口获取数据，编写功能上的逻辑代码。

调试测试：APP 大概开发完成后，不可能就可以完美使用了，我们会对整个项目进行反复的系统性测试，追踪排除各个存在的bug，使得智能宠物牵引绳项目能够很好地使用。

4 项目研发及测试步骤

(1)首先通过调研来寻找相关功能的知识并了解需要用到的元件。

(2)筛选合适的模型和传感器来使用。

(3)搭建心率传感器模块，使其能准确监测宠物的心率及呼吸率。

(4)应用MPU6050 模块统计宠物步数，使其能进行准确统计宠物步数。

(5)构建无线语音模块，实现主人对宠物的远程命令。

(6)应用GPS 模块，获取宠物的实时位置。

(7)搭建相应的智能宠物牵引绳手机APP。

(8)搭建WIFI 进行数据传输，并实时将各项数据发送到用户的手机APP。(9)进行实物测试，进行各个项目的整合调试及问题排查。

5 项目预期成果及其效益

(1)在宠物端可以实现宠物步数统计、宠物位置实时定位，并且上传至主人端及手机APP 端。

(2)对牵引绳宠物端采用深度防水、防宠物撕咬的软硅胶套，设计美观小巧。

(3)在主人端采用硬质磨砂ABS，内握部分为TPE 软胶，舒适耐用，使主人在遛宠时不易感到不适与疲惫。

(4)在主人端可以显示宠物步数、宠物测量心率和呼吸率、显示宠物大体位置，还可以远程语音命令宠物。

(5)手机APP 功能完善，有养宠社交、养宠百科、运动情况显示并对相应步数的多少制定相应的饮食休息计划、健康分析。

6 结语

智能化的养宠设备随着养宠观念的普及，需求会越来越大。智能宠物牵引绳不仅可以在牵引宠物出门时，利用手机或者牵引绳达到监测宠物健康的目的，还可以在不牵引时，达到远程命令，监控的监测宠物安全的目的，便捷的LED 设计及手机端APP的对应，实现养宠人士越来越智能化的养宠体验，宠物的健康也能进一步得到保障。希望在不久的将来，养宠有着自己的智能化生活社区，人宠交互，养宠无忧。