基于AT89C51單片機(jī)的智能寵物家居

邵彥達(dá)++沈睿++眭耀宇

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2017.14.001

摘 要：寵物需要陪伴和照顧，當(dāng)今飼養(yǎng)寵物的家庭也越來(lái)越多，但在繁忙的工作中有些人難以抽出時(shí)間去喂養(yǎng)寵物，它可能會(huì)餓肚子或者出現(xiàn)毫無(wú)節(jié)制猛吃的情況。近年來(lái)，面對(duì)我國(guó)養(yǎng)寵人群、養(yǎng)寵觀念、養(yǎng)寵需求的不斷迭代，如今，借助于智能家居，你可以輕松喂養(yǎng)家中的寵物。而智能寵物家居作為一個(gè)新生產(chǎn)業(yè)，處于一個(gè)導(dǎo)入期與成長(zhǎng)期的臨界點(diǎn)，市場(chǎng)消費(fèi)觀念還未形成，但隨著智能家居市場(chǎng)推廣普及的進(jìn)一步落實(shí)，培育起消費(fèi)者的使用習(xí)慣，智能家居市場(chǎng)的消費(fèi)潛力是巨大的，產(chǎn)業(yè)前景光明。

關(guān)鍵詞：寵物 智能家居 喂養(yǎng)寵物

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）05（b）-0001-02

智能寵物家居由兩個(gè)模塊組成，即投食模塊與喂水模塊，核心為AT89C51單片機(jī)，通過橋式壓力傳感器接收壓力信號(hào)，再由AT89C51單片機(jī)作為調(diào)節(jié)器控制喂水與投食。AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲(chǔ)器（FPEROM-閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器）的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機(jī)。單片機(jī)可反復(fù)擦除100次，該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。

1 硬件架構(gòu)分析

1.1 投食模塊

該模塊用于為寵物投放食物，并控制寵物食量見圖1。

該裝置由食物存儲(chǔ)箱、滑道、閘門和底座構(gòu)成。處于最上端的食物存儲(chǔ)箱用于存儲(chǔ)寵物的食物，可一次性存儲(chǔ)一周的食物，閘門為電動(dòng)推桿，由51單片機(jī)控制，底座的主體為橋式傳感器，上面放置寵物餐盤，用于接收壓力信號(hào)。實(shí)驗(yàn)電子秤、郵政電子秤、廚房電子秤等一般選用橋式傳感器（雙孔懸臂平行梁應(yīng)變式稱重傳感器），它的特點(diǎn)是： 精度高、易加工、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、抗偏載能力強(qiáng)、固有頻率高。主人在離開家的時(shí)候，將食物儲(chǔ)存箱中填滿食物，當(dāng)寵物吃完食物，由于壓力低于一定值，51單片機(jī)控制電動(dòng)推桿下降，通過重力作用，食物會(huì)沿著滑道流入餐盤，當(dāng)壓力達(dá)到一定值的時(shí)候，單片機(jī)控制電動(dòng)推桿上升，擋住滑道。橋式傳感器由于壓力的作用產(chǎn)生形變，但壓力信號(hào)并不能直接由51單片機(jī)控制，需要由HX711芯片采集由壓力傳感器傳輸?shù)膲毫π盘?hào)并傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)。HX711是一款專為高精度電子秤而設(shè)計(jì)的24位A/D轉(zhuǎn)換器芯片。該芯片與后端MCU芯片的接口和編程非常簡(jiǎn)單，所有控制信號(hào)由管腳驅(qū)動(dòng)，無(wú)需對(duì)芯片內(nèi)部的寄存器編程。輸入選擇開關(guān)可任意選取通道A或通道B，與其內(nèi)部的低噪聲可編程放大器相連。單片機(jī)的信號(hào)不能直接控制電動(dòng)推桿和抽水機(jī)，中間需要一個(gè)增強(qiáng)功率的模塊，而（L298N）同時(shí)還有控制電壓方向的功能，驅(qū)動(dòng)力強(qiáng)，發(fā)熱量低，抗干擾能力強(qiáng)。

1.2 喂水模塊

該模塊用于給寵物喂水，并保障水質(zhì)，見圖2。

該模塊由水箱、管道、凈水裝置、抽水機(jī)、底座構(gòu)成。水箱用于存儲(chǔ)寵物用水，凈水裝置是用來(lái)防止寵物用水在水箱存放時(shí)間過長(zhǎng)發(fā)生變質(zhì)，導(dǎo)致寵物腸胃不適，由木炭等活性材料構(gòu)成，主人可自己更換；抽水機(jī)由51單片機(jī)控制用于抽水和放水，底座由橋式壓力傳感器與水盆構(gòu)成。當(dāng)水盆中的水被喝掉之后，壓力傳感器會(huì)把信號(hào)傳遞給HX711芯片，再由HX711芯片傳遞給51單片機(jī)，單片機(jī)控制抽水機(jī)從水箱中抽水然后自動(dòng)放水，當(dāng)放水量達(dá)到一定值之后，壓力傳感器又會(huì)將信號(hào)由上述通道傳遞到51單片機(jī)，再由單片機(jī)控制抽水機(jī)停止抽水。由于考慮到寵物可能在喝水后繼續(xù)在水盒附近，所以單片機(jī)會(huì)控制抽水機(jī)在水盒水減少到一定量后延時(shí)1 min放水，以防止水澆到寵物身上。

2 軟件架構(gòu)分析

在軟件部分，我們?cè)O(shè)計(jì)了基于C語(yǔ)言的程序，此程序可采集傳感器壓力信號(hào)，轉(zhuǎn)換成AD值。我們主要的思路是：當(dāng)食物或是水少于一定數(shù)值時(shí)，壓力傳感器產(chǎn)生形變，經(jīng)由HX711壓力芯片轉(zhuǎn)換為AD值，并與程序中已經(jīng)設(shè)定的值進(jìn)行比較。若小于這值，開關(guān)打開進(jìn)行抽水或喂食；若大于，開關(guān)關(guān)閉。為了使單片機(jī)可以接收壓力信號(hào)，需要對(duì)壓力信號(hào)進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，我們使用了主次比較型，逐次比較型AD由一個(gè)比較器和DA轉(zhuǎn)換器通過逐次比較邏輯構(gòu)成，從MSB開始，順序地對(duì)每一位將輸入電壓與內(nèi)置DA轉(zhuǎn)換器輸出進(jìn)行比較，經(jīng)n次比較而輸出數(shù)字值。

3 測(cè)試結(jié)果

經(jīng)過軟、硬件調(diào)試及后期測(cè)試，該系統(tǒng)基本實(shí)現(xiàn)了既定的功能：可以正常實(shí)現(xiàn)對(duì)寵物的喂食喂水，系統(tǒng)較為穩(wěn)定。

4 結(jié)語(yǔ)

在該文中，我們介紹了一個(gè)基于51單片機(jī)的智能寵物家居生活館。該系統(tǒng)以AT89C51單片機(jī)為核心，利用少量的I/O接口，擴(kuò)展出一個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，在寵物投食喂水裝置上得到了利用，并表現(xiàn)出良好的效果。該基于單片機(jī)的過程控制系統(tǒng)具有簡(jiǎn)單實(shí)用、成本低、性能價(jià)格比高等特點(diǎn)，且系統(tǒng)不易受到干擾，可靠性好。

參考文獻(xiàn)

[1] Institute of Electrical and Electronics Engineers （IEEE）[Z].

[2] （美）Huddleston，C.Intelligent Sensor Design：Using the Microchip dsPIC（智能傳感器設(shè)計(jì)[M].北京：人民郵電出版社，2000.