1 作品簡介

目前飼養(yǎng)寵物的人越來越多，但絕大多數(shù)人每天都要工作，偶爾還需出差，短期內(nèi)寵物無人照顧的問題成為了很多寵物主人的煩惱。為了解決人們因工作、出差、旅游等短期時間內(nèi)家中寵物無人照顧的問題，我們利用ShineBlink物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)板、各類傳感器模塊、WIFI模塊、機智云自助開發(fā)平臺、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等研究設(shè)計了一套針對短期內(nèi)寵物無人照顧的智能寵物屋系統(tǒng)。

用戶可以根據(jù)App實時顯示的量盆重量，手動選擇投放哪種以及投放多少量的糧食、可以遠程操控糞便清理器來清理寵物排泄物、或者依據(jù)App端顯示的數(shù)據(jù)，決定是否打開空氣清新劑噴霧器來改善空氣質(zhì)量、也可以在App端遠程控制打開寵物貓喜歡的液體噴霧裝置。

除此之外，本系統(tǒng)也支持依靠各類傳感器，實時檢測糧盆質(zhì)量來自動研判是否打開投食器進行補糧、或者實時監(jiān)測空氣質(zhì)量來自動研判是否打開空氣清新劑等無需寵物主人參與的功能。經(jīng)過實驗測試結(jié)果表明，本系統(tǒng)工作穩(wěn)定，可以很好的保證即使在無人照顧的情況下，寵物的飲食以及排便等日常生活依舊可以正常進行，具有較高的推廣價值。

2功能設(shè)計及需求

2.1 遠程操控和互動

用戶可以通過手機App實時查看系統(tǒng)的測量數(shù)據(jù)如食物或水的重量、空氣清新質(zhì)量等，實時了解寵物目前的情況，根據(jù)實際情況，從而決定是否需要投食或凈化空氣，同時還可以遠程操作糞便清理器來清理寵物排泄物，或者是控制逗貓棒、激光筆之類的玩具來遠程與寵物進行互動，讓寵物即使呆在籠子里也不會孤獨無聊，基本上解決了寵物的生活問題，非常適用于主人短期外出，家中寵物無人照顧的場景。

2.2 空氣凈化與寵物排泄物清理功能

寵物屋內(nèi)放置有清理寵物排泄物功能的自制工具和空氣質(zhì)量傳感器，當(dāng)寵物排便后，若出現(xiàn)臭味或其他異味時，置于房間內(nèi)的空氣質(zhì)量傳感器會將數(shù)據(jù)反饋給處理器，處理器再通過云平臺將數(shù)據(jù)反饋給手機APP，用戶便能通過手機操作啟動空氣清新劑噴霧裝置，噴出對寵物無傷害的氣體來凈化空氣，確保寵物所在環(huán)境沒有異味，改善寵物居住的環(huán)境。同時用戶也可以在App端隨時控制置于房間內(nèi)的糞便清理器工作，實現(xiàn)清理寵物排泄物的功能。

2.3 智能投食

通過“壓力傳感器”可以實時檢測寵物糧盆的重量，并實時與系統(tǒng)的設(shè)定值進行比較，通過“靠近傳感器”可以實時監(jiān)測當(dāng)前寵物是否滯留于糧盆附近，當(dāng)“壓力傳感器”讀取的重量低于系統(tǒng)的設(shè)定值時，如果此時“靠近傳感器”反饋的信息是寵物沒有位于糧盆附近，那么投食器便會自動工作，開始往糧盆里面補充糧食，但是如果“靠近傳感器”反饋的信息是寵物當(dāng)前位于糧盆附近，出于不驚嚇到寵物考慮，即使此時糧盆重量低于系統(tǒng)的設(shè)定值，投食器也不會開始工作，直至寵物離開糧盆附近之后，投食器才會自動補充糧食。

3系統(tǒng)設(shè)計

寵物屋由微處理器，各類傳感器模塊，繼電器模塊、舵機模塊，電機模塊，WIFI模塊和云平臺等五個部分構(gòu)成。微處理器、云平臺和手機APP通過WIFI模塊進行通信，傳遞和反饋數(shù)據(jù)，最后在手機APP上顯示出來，用戶則可通過手機APP進行遠程操作。

傳感器模塊包括壓力傳感器，靠近傳感器，空氣質(zhì)量傳感器等，分別對食物和水的重量、寵物是否處于糧盆附近、寵物屋的空氣質(zhì)量等進行檢測。繼電器模塊用來控制電機以及噴霧器的工作狀態(tài)，舵機模塊用來控制投放不同種類的食物，電機用來控制糞便清理器，完成清理寵物排泄物的操作。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

3.1 硬件設(shè)計

3.1.1 微處理器

系統(tǒng)選用ShineBlink Core開發(fā)板作為核心處理器，進行整個系統(tǒng)的控制和工作。ShineBlink是一款主打物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)的最小應(yīng)用系統(tǒng)板，以簡易開發(fā)為主，芯片內(nèi)置編譯器，無需安裝任何開發(fā)環(huán)境、Win、Mac、Linux電腦任意文本編輯器即可開發(fā)，開發(fā)環(huán)境簡單，便于上手編寫程序；其次，功能代碼實現(xiàn)簡單，無需進行大量的初始化，僅用兩三行代碼即可實現(xiàn)多種傳感器功能，開發(fā)容易，效率提高；然后，僅用三五行代碼即可實現(xiàn)Wife、NB-IOT、Lora、Mesh組網(wǎng)、RFID等物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，大大減少了與云平臺的難度。ShineBlink開發(fā)板如圖3所示。

3.1.2 壓力傳感器

壓力傳感器選用型號HX711壓力稱重傳感器，是一款專為高精度稱重傳感器而設(shè)計的24位A/D轉(zhuǎn)換器芯片。與同類型其它芯片相比，該芯片集成了包括穩(wěn)壓電源、片內(nèi)時鐘振蕩器等其它同類型芯片所需要的外圍電路，具有集成度高、響應(yīng)速度快、抗干擾性強等優(yōu)點。在智能寵物屋中用于對寵物盒里的口糧和水進行稱重，判斷是否需要添加糧食和水，同時將測量的數(shù)據(jù)反饋給微處理器。壓力傳感器如圖4所示。

3.1.3 舵機模塊

舵機模塊選用型號為DS32系列的數(shù)字舵機，扭矩大，精度高，性能好，旋轉(zhuǎn)角度可控，供電電壓在6-8.4v，工作電流可達1-2A，通過PWM信號控制，工作頻率在50Hz-100Hz，用于控制食物種類的選擇和糧食的投放，操作方便，效果顯著。

3.2 軟件設(shè)計

3.2.1 系統(tǒng)程序流程圖

3.2.2 機智云平臺

機智云平臺是機智云物聯(lián)網(wǎng)公司經(jīng)過多年行業(yè)內(nèi)的耕耘及對物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的深刻理解，而推出的面向個人、企業(yè)開發(fā)者的一站式智能硬件開發(fā)及云服務(wù)平臺。平臺提供了從定義產(chǎn)品、設(shè)備端開發(fā)調(diào)試、應(yīng)用開發(fā)、產(chǎn)測、云端開發(fā)、運營管理、數(shù)據(jù)服務(wù)等覆蓋智能硬件接入到運營管理全生命周期服務(wù)的能力。

機智云平臺為開發(fā)者提供了自助式智能硬件開發(fā)工具與開放的云端服務(wù)。通過方便的自助工具、完善的SDK與API服務(wù)能力最大限度降低了物聯(lián)網(wǎng)硬件開發(fā)的技術(shù)門檻，降低開發(fā)者的研發(fā)成本，提升開發(fā)者的產(chǎn)品投產(chǎn)速度，幫助開發(fā)者進行硬件智能化升級。機智云平臺的生態(tài)環(huán)境如圖5所示。

3.2.3 網(wǎng)關(guān)設(shè)備

網(wǎng)關(guān)設(shè)備選用ESP8266串口WIFI模塊，模塊采用串口與MCU通信，內(nèi)置TCP/IP協(xié)議棧，能夠?qū)崿F(xiàn)串口與WIFI之間的轉(zhuǎn)換，兼容3.3V和5V單片機系統(tǒng)，支持串口轉(zhuǎn)WIFI STA方案，模塊小巧，抗干擾能力強，性能好，穩(wěn)定可靠，作為接入機智云平臺的網(wǎng)關(guān)，可以將硬件設(shè)備連接云平臺進行數(shù)據(jù)交互，實現(xiàn)硬件聯(lián)網(wǎng)，wifi模塊與MCU的連線圖如圖6所示。

3.24 App開發(fā)

利用機智云平臺上的APP代碼在線生成工具（賽博坦工具）開發(fā)屬于自己的APP，APP界面可以在線定義，在線添加所需的控制模塊，通過WIFI模塊與云平臺和微處理器進行數(shù)據(jù)傳輸，控制設(shè)備的不同功能。同時開發(fā)者在機智云平臺開發(fā)智能硬件時，不僅可以很方便地使用該App對硬件設(shè)備進行調(diào)試和驗證。

而且可以完成機智云智能硬件的配置入網(wǎng)、設(shè)備搜索、設(shè)備綁定、設(shè)備登錄、設(shè)備控制、遠程控制、狀態(tài)更新、本地遠程切換等基本設(shè)備操作，創(chuàng)建對應(yīng)的需要傳輸數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)點，數(shù)據(jù)點可以隨時更新硬件設(shè)備上傳到云平臺的數(shù)據(jù)。

4 作品展示

實物均為手工制作，模擬主人不在家時，通過手機APP控制各項功能的關(guān)閉來遠程操作是否投食或空氣凈化，APP上可以看到各項參數(shù)。經(jīng)實踐，能夠很好的完成各項功能。作品實物圖如圖8所示。APP界面如圖9所示。

5 總結(jié)

經(jīng)過大量測試，智能寵物屋能夠自動進行數(shù)據(jù)采集、傳輸及處理，實現(xiàn)了智能投喂、遠程清理寵物排泄物、遠程互動和凈化空氣等功能。當(dāng)空氣質(zhì)量傳感器檢測到數(shù)據(jù)異常時，通過噴霧裝置釋放特殊液體達到凈化空氣的目的，通過壓力傳感器檢測糧盆里食物或水的重量來判斷是否需要添加食物和水，同時也可以根據(jù)用戶的需求，在App端選擇不同種類的食物進行投放，很好的解決了在無人照顧的情況下，寵物依舊可以正常生活的問題。另外，系統(tǒng)與機智云平臺對接后，由云平臺接管設(shè)備，云平臺可以對設(shè)備進行批量開發(fā)與管理，也有效地保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

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