智能化寵物自動(dòng)喂食機(jī)的設(shè)計(jì)

摘要：寵物已經(jīng)成為不少城市居民生活中不可缺少的好伴侶，本設(shè)計(jì)通過分析研究現(xiàn)有的寵物自動(dòng)喂食機(jī)資料，并結(jié)合寵物喂養(yǎng)實(shí)際情況，提出了一種更符合寵物飲食習(xí)慣的智能化寵物自動(dòng)喂食機(jī)的設(shè)計(jì)方案，從而不再把喂食機(jī)成為一個(gè)“冷冰冰”的機(jī)器，而真正成為主人與寵物之間交流與溝通的好幫手。

關(guān)鍵詞：寵物；自動(dòng)喂食；二槽三箱；LED；語音輸出

中圖分類號(hào) ：TH6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）10（B）-0000-00

1 寵物自動(dòng)喂食機(jī)的現(xiàn)狀

隨著居民生活水平的不斷提升，國內(nèi)城市居民中養(yǎng)寵物的現(xiàn)象也越來越多，寵物成為了不少老人、孩子甚至是上班一族生活中不可缺少的好伴侶，也成為了人們精神得以放松的寄托。然而，在現(xiàn)實(shí)生活中，由于絕大多數(shù)家庭沒有專門人員來對(duì)寵物進(jìn)行照顧與喂食，早出晚歸的主人生活節(jié)奏也就構(gòu)成了寵物們勢必也只能早晚各吃一頓，吃的時(shí)候狂吃，饑餓的時(shí)候無食可進(jìn)，這種現(xiàn)象情況也就演變成寵物“買起來方便，養(yǎng)起來麻煩”，不少孩子提出來養(yǎng)寵物的要求在現(xiàn)實(shí)的喂養(yǎng)困難面前變得只能成為一個(gè)“夢想”，因此寵物自動(dòng)喂食機(jī)的思想也就因應(yīng)而生了。

目前市場上已經(jīng)有了不少寵物自動(dòng)喂食機(jī)的產(chǎn)品，價(jià)格也相差甚大，然而在實(shí)際使用過程中，還是遇到了一些問題，有不少地方可以根據(jù)寵物的實(shí)際飲食習(xí)慣存在著可以改進(jìn)的地方。

2 自動(dòng)喂食機(jī)的總體設(shè)計(jì)思想

筆者自己就是一名非常想喂養(yǎng)寵物的學(xué)生，通過對(duì)現(xiàn)有寵物自動(dòng)喂食機(jī)產(chǎn)品的分析對(duì)比，并通過自己平時(shí)對(duì)寵物喂養(yǎng)的資料收集與觀察，提出了一種更符合寵物飲食習(xí)慣的智能化寵物自動(dòng)喂食機(jī)的設(shè)計(jì)方案，主要包括以下一些特色功能：

（1）在目前的喂食機(jī)中，往往只為寵物提供了水與一種食物（一般以顆粒狀的寵物餅干為主），然而單一的寵物餅干只能滿足寵物的裹腹與營養(yǎng)要求，卻在許多情況下沒有考慮到寵物的味覺需求。其實(shí)寵物跟人一樣，每天一成不變的食物也會(huì)使它們產(chǎn)生厭倦感從而導(dǎo)致進(jìn)食的減少。通過實(shí)際觀察，在喂寵物實(shí)際過程中，往往需要二種不同的食物的混合，且有一定的比例關(guān)系。比如說實(shí)際喂狗過程中，往往需要將餅干與肉粒進(jìn)行混合與攪拌。這種混合型食物比單一化食物對(duì)于寵物更能引起食欲。因此，在本設(shè)計(jì)中將傳統(tǒng)的二槽二箱式結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，改為了二槽三箱式結(jié)構(gòu)，其中一槽一箱還是保留了飲用水的保存與放置，而將食物箱進(jìn)行分隔，分別對(duì)應(yīng)有二個(gè)不同的出料口，二個(gè)出料口的食物可同時(shí)放置到一個(gè)槽位中，槽體體內(nèi)安排了塑料混合攪拌裝置，可以將二種不同的食物進(jìn)行攪拌，更適合寵物食用。二個(gè)食物出料的比例可以根據(jù)程序設(shè)置進(jìn)行改變，從而可以使每頓的食物構(gòu)成得以變化。

（2）通過資料的收集與分析研究，合適的背景音樂對(duì)于寵物的喂食過程具有促進(jìn)作用。為了進(jìn)一步吸引寵物食用，除保留現(xiàn)有寵物自動(dòng)喂食機(jī)都具有投食前播放預(yù)先錄好的主人音頻功能外，還可在食用過程中添加了播放適合不同寵物的不同類型的放松性音樂功能。

（3）通過資料的收集與分析研究，不同的燈光對(duì)于寵物的喂食過程也具有不同的作用，喂食機(jī)可針對(duì)不同的寵物類型、不同的環(huán)境、不同的時(shí)間點(diǎn)自動(dòng)調(diào)節(jié)背景LED燈光，可進(jìn)一步優(yōu)化寵物的食用環(huán)境。

（4）寵物在不少時(shí)候需要定期服用一些預(yù)防藥物，不少時(shí)候由于主人的疏忽忘記了定期喂藥的時(shí)間，本設(shè)計(jì)中還特意添加了定期服藥語音提醒功能，提醒主人進(jìn)行定期喂藥。

（5）自動(dòng)喂食機(jī)通過藍(lán)牙接口與智能手機(jī)進(jìn)行通訊，主人可在手機(jī)上對(duì)喂食次數(shù)、喂食量、混合食物比例進(jìn)行設(shè)置，并通過藍(lán)牙通訊接口傳送存儲(chǔ)到自動(dòng)喂食機(jī)中。

（6）本設(shè)計(jì)中還擴(kuò)展了視頻采集接口與WIFI通訊模塊，可以將寵物喂食過程發(fā)送到遠(yuǎn)程的主人手機(jī)中。

3 自動(dòng)喂食機(jī)的具體設(shè)計(jì)

根據(jù)以上功能分析，自動(dòng)喂食機(jī)的總體具體描述如下：

（1）處理器模塊：考慮到系統(tǒng)的擴(kuò)展性、實(shí)時(shí)性、數(shù)據(jù)處理能力以及低成本性的要求，該處理器模塊采用是ST公司推出的STM32F103VET6芯片。該芯片以ARM 32位的Cortex-M3為內(nèi)核，可提供最高72MHz的工作頻率。片上集成并行LCD接口、I2C、SPI、USART、ADC和SDIO等豐富的控制接口，因此可以滿足本系統(tǒng)的功能需求。

（2）電源模塊：電源模塊的設(shè)計(jì)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性至關(guān)重要。系統(tǒng)的供電電路主要包括三路，分別是12V、5V和3.3V。三路電壓分別通過電源轉(zhuǎn)換芯片得到。電源經(jīng)過整流、濾波和穩(wěn)壓，最終提供系統(tǒng)穩(wěn)定的供電電壓。

（3）溫濕度傳感器：本設(shè)計(jì)的溫濕度傳感器采用SHT10數(shù)字溫濕度傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣溫度和濕度的采集，并將采集的數(shù)據(jù)用兩線制串行接口發(fā)送給MCU。SHT10是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器，具有超低功耗和長期穩(wěn)定性的特點(diǎn)。

（4）SD卡模塊：SD卡模塊可通過STM32芯片自帶的SDIO接口進(jìn)行通訊，主要存儲(chǔ)音樂MP3與主人音頻MP3文件。

（5）視頻采集模塊：視頻采集模塊采用美國Omnivision 公司生產(chǎn)的OV7620，它是一款高度集成、高分辨率的CMOS圖像傳感器，支持YCbCr和RGB數(shù)據(jù)格式輸出，分辨率為640*480。本設(shè)計(jì)采用SCCB編程模式，連續(xù)掃描8位RGB數(shù)據(jù)輸出。SCCB是簡化的I2C協(xié)議，SIO-1是串行時(shí)鐘輸入線，SIO-0是串行雙向數(shù)據(jù)線，分別相當(dāng)于I2C協(xié)議的SCL和SDA，可通過I2C通訊接口與處理器模塊進(jìn)行通訊。

（6）三路閥門控制電路：三路閥門分別控制一路進(jìn)水口與二路進(jìn)料口，分別通過三路GPIO接口進(jìn)行控制。為了降低整體成本，控制模式將稱重控制方式改成了時(shí)間控制方式，并預(yù)留了放料時(shí)間余量。

（7）攪拌電機(jī)控制電路：采用一路PWM波控制電路對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制，攪拌的時(shí)間與力度均可以實(shí)現(xiàn)程控。

（8）LED驅(qū)動(dòng)電路：采用GPIO接口對(duì)多路LED背景光進(jìn)行分別控制，并可結(jié)合定時(shí)器控制實(shí)現(xiàn)閃爍式控制。

（9）語音輸出模塊：語音輸出模塊采用了識(shí)別/輸出一體化模塊LD3320芯片，該芯片集成了語音識(shí)別處理器和一些外部電路，包括ADC、DAC、麥克風(fēng)接口、聲音輸出接口等。該芯片不需要外接任何芯片如FLASH、RAM等，可直接集成在現(xiàn)有的產(chǎn)品中，實(shí)現(xiàn)語音識(shí)別/聲控/人機(jī)對(duì)話等功能。

（10）藍(lán)牙通訊模塊：設(shè)計(jì)所使用的藍(lán)牙模塊采用HC-05主從一體式芯片，該模塊具有集成度高、穩(wěn)定性好、功耗低、外圍電路少等優(yōu)點(diǎn)，完全滿足本系統(tǒng)的需求。

（11）WIFI通訊模塊：在本設(shè)計(jì)中，采用UART接口實(shí)現(xiàn)與處理器模塊通訊，支持串口透明數(shù)據(jù)傳輸模式，并且具有多模安全能力。模塊內(nèi)置TCP/IP協(xié)議棧和IEEE802.11 協(xié)議棧，能夠?qū)崿F(xiàn)用戶串口到無線網(wǎng)絡(luò)之間的轉(zhuǎn)換。

除了以下的模塊化硬件設(shè)計(jì)之外，還需要設(shè)計(jì)基于智能手機(jī)的APP程序，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)喂食次數(shù)、喂食量、混合食物比例等參數(shù)的設(shè)置。

4 結(jié)語

本自動(dòng)喂食機(jī)的主要設(shè)計(jì)考慮是不再把喂食機(jī)成為一個(gè)“冷冰冰”的機(jī)器，而真正成為主人與寵物之間交流與溝通的好幫手，將主人對(duì)寵物的關(guān)心落到實(shí)處，該設(shè)計(jì)具有很好的市場推廣前景。

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