智能寵物喂養(yǎng)裝置及設(shè)計(jì)

馬嘉桐

摘 要：本文提出一種基于Raspberry Pi設(shè)計(jì)的智能寵物喂養(yǎng)裝置，該裝置能夠?qū)⒆詣?dòng)喂食與主動(dòng)喂食結(jié)合起來，根據(jù)攝取食物傳感器對(duì)寵物攝取食物的需求進(jìn)行檢測，從而按照寵物需求自主地對(duì)裝置的喂養(yǎng)時(shí)間進(jìn)行調(diào)整。該裝置包括自動(dòng)喂養(yǎng)器、用于控制自動(dòng)喂養(yǎng)器的控制組件、云端服務(wù)器、終端控制設(shè)備，其中，控制組件基于Raspberry Pi Super Kit進(jìn)行設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，自動(dòng)喂養(yǎng)器包括攝取食物傳感器、食物盒、食物投放器以及食物投放執(zhí)行器。

關(guān)鍵詞：智能;寵物喂養(yǎng);raspberry;自主喂食

中圖分類號(hào)：TP29 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2020）02-0038-02

0引言

現(xiàn)有的寵物喂養(yǎng)方式主要基于人力手工進(jìn)行喂養(yǎng)，如果喂養(yǎng)人員離開幾天，所飼養(yǎng)的寵物將會(huì)因?yàn)闆]有喂食而被餓死。對(duì)于獨(dú)自居住的年輕人、擁有寒暑假的學(xué)生等群體，這一直是難以克服的問題。另外，目前有自動(dòng)喂養(yǎng)的方法，可按照事先設(shè)定的食物投放量和投放時(shí)間向?qū)櫸锿斗攀澄?。采用這樣的方法，能夠節(jié)約喂養(yǎng)寵物作業(yè)的勞動(dòng)力，但難以適應(yīng)寵物的食欲變化。另外，喂養(yǎng)人員也無法實(shí)時(shí)地根據(jù)寵物的情況來對(duì)寵物進(jìn)行遠(yuǎn)程喂養(yǎng)[1-2]。

本文提出一種能夠?qū)⒆詣?dòng)喂食與主動(dòng)喂食結(jié)合起來的智能寵物喂養(yǎng)裝置。其能根據(jù)攝取食物傳感器對(duì)寵物攝取食物的需求進(jìn)行檢測，從而按照寵物需求自主地對(duì)裝置的喂養(yǎng)時(shí)間進(jìn)行調(diào)整。以下，將對(duì)智能寵物喂養(yǎng)裝置及設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹。

1 智能寵物喂養(yǎng)裝置總述

1.1 智能寵物喂養(yǎng)裝置的功能和優(yōu)點(diǎn)

智能寵物喂養(yǎng)裝置的主要功能和優(yōu)點(diǎn)包括如下方面：

（1）例如手機(jī)等終端控制設(shè)備經(jīng)由互聯(lián)網(wǎng)而能夠與云端服務(wù)器連接，云端服務(wù)器經(jīng)由互聯(lián)網(wǎng)和無線通信網(wǎng)而能夠與基于Raspberry Pi設(shè)計(jì)的自動(dòng)喂養(yǎng)器連接。其優(yōu)點(diǎn)在于，由于智能寵物喂養(yǎng)裝置的設(shè)置信息等均存儲(chǔ)于云端服務(wù)器，因此不會(huì)因?yàn)槭謾C(jī)等終端控制設(shè)備、自動(dòng)喂養(yǎng)器等出現(xiàn)故障等而導(dǎo)致之前的設(shè)置信息丟失。

（2）自動(dòng)喂養(yǎng)器基于Raspberry Pi的硬件、raspbian操作系統(tǒng)以及C語言開發(fā)的程序運(yùn)行。其優(yōu)點(diǎn)在于，開發(fā)容易，程序穩(wěn)定。

（3）食物盒包括上部食物儲(chǔ)存盒和下部滑動(dòng)件，食物投放執(zhí)行器位于下部滑動(dòng)件上并能夠自由滑動(dòng)，從而進(jìn)行食物投放動(dòng)作的控制。其優(yōu)點(diǎn)在于，能夠以簡單的結(jié)構(gòu)控制食物的定量投放。

1.2 智能寵物喂養(yǎng)裝置的整體結(jié)構(gòu)

智能寵物裝置的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。智能寵物喂養(yǎng)裝置包括自動(dòng)喂養(yǎng)器、用于控制自動(dòng)喂養(yǎng)器的控制組件、云端服務(wù)器、智能手機(jī)等終端控制設(shè)備。云端服務(wù)器通過互聯(lián)網(wǎng)而與終端控制設(shè)備連接，并且也能夠經(jīng)由互聯(lián)網(wǎng)和無線通信網(wǎng)而與控制組件連接?？刂平M件連接有攝像機(jī)和自動(dòng)喂養(yǎng)器。

2自動(dòng)喂養(yǎng)器的結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)

2.1 自動(dòng)喂養(yǎng)器的結(jié)構(gòu)

自動(dòng)喂養(yǎng)器包括用于儲(chǔ)存食物的食物盒、食物投放器以及食物投放執(zhí)行器。自動(dòng)喂養(yǎng)器從云端服務(wù)器以及終端控制設(shè)備接收來設(shè)置信息或喂養(yǎng)人員主動(dòng)發(fā)送的控制信息，控制食物投放執(zhí)行器進(jìn)行動(dòng)作，使食物投放器滑動(dòng)，實(shí)現(xiàn)食物的投放。食物盒包括上部食物儲(chǔ)存盒和下部滑動(dòng)件，上部食物儲(chǔ)存盒儲(chǔ)存有食物，其側(cè)面形成為斜面。食物投放器位于下部滑動(dòng)件上并能夠自由滑動(dòng)，其食物室部分上下貫通。食物投放執(zhí)行器包括電機(jī)、連桿以及彈簧。食物投放執(zhí)行器與食物投放器之間通過連桿連接在一起。連桿的一端與電機(jī)連接，另一端與食物投放器連接。彈簧夾設(shè)于食物盒與食物投放器之間。

當(dāng)從控制組件接收到投放食物的控制信號(hào)時(shí)，電機(jī)通電而推動(dòng)連桿向圖中的右方運(yùn)動(dòng)，連桿克服彈簧的作用力推動(dòng)食物投放器向右運(yùn)動(dòng)。當(dāng)食物室與出口相對(duì)時(shí)，食物從出口落下。完成食物的投放之后，電機(jī)斷電，食物投放器在彈簧的作用下回到原位，如圖2所示。

2.2 攝取食物傳感器的構(gòu)成

自動(dòng)喂養(yǎng)器還包括攝取食物傳感器，其用于檢測寵物的攝取食物需求。以下對(duì)攝取食物傳感器的結(jié)構(gòu)和工作模式進(jìn)行介紹。

在攝取食物傳感器上通過軟線栓有供寵物拉拽的觸發(fā)件。作為一例，（圖3）觸發(fā)件設(shè)為骨頭形狀，根據(jù)飼養(yǎng)的寵物不同，也可以將觸發(fā)件設(shè)為魚形狀。在觸發(fā)件被拉動(dòng)時(shí)，攝取食物傳感器被觸發(fā)。喂養(yǎng)人員在平時(shí)訓(xùn)練寵物在饑餓時(shí)拉拽該觸發(fā)件。這樣，當(dāng)寵物饑餓時(shí)，其能夠通過拉拽觸發(fā)件而觸發(fā)攝取食物傳感器，向控制組件發(fā)送信號(hào)，從而控制組件會(huì)控制自動(dòng)喂養(yǎng)器進(jìn)行投放食物。通過這樣的設(shè)置，本文的裝置除了能夠根據(jù)用戶的預(yù)先設(shè)置對(duì)食物進(jìn)行投放之外，還能夠由寵物根據(jù)自身需要來獲取食物。

3控制組件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

以下，對(duì)智能寵物喂養(yǎng)裝置的控制組件進(jìn)行介紹?？刂平M件的硬件基于raspberry，開發(fā)平臺(tái)采用Raspbian操作系統(tǒng)，開發(fā)語言采用C語言。

3.1 控制組件的結(jié)構(gòu)

控制組件的功能通過硬件、軟件相結(jié)合來實(shí)現(xiàn)。控制組件根據(jù)從云端服務(wù)器接收來的信息以及喂養(yǎng)人員通過終端控制設(shè)備輸入的信息等對(duì)自動(dòng)喂養(yǎng)器進(jìn)行控制，使自動(dòng)喂養(yǎng)器根據(jù)用戶設(shè)定的投放食物時(shí)間進(jìn)行投放食物。此外，當(dāng)從自動(dòng)喂養(yǎng)器的攝取食物傳感器檢測到寵物攝取食物需求時(shí)，控制組件控制自動(dòng)喂養(yǎng)器投放一定的食物。

控制組件的硬件采用樹莓派（Raspberry Pi）B型板。在該長方形基板中心設(shè)有Broadcom BCM2711片上系統(tǒng)，考慮到智能寵物喂養(yǎng)裝置的實(shí)際應(yīng)用場景不需要特別精準(zhǔn)的控制，但需要經(jīng)常性地與手機(jī)等終端控制設(shè)備進(jìn)行交互這樣的需求，因此Raspberry Pi為本文的裝置提供理想的嵌入式開發(fā)平臺(tái)。

控制組件的軟件方面選擇Raspbian操作系統(tǒng)。Linux作為開源軟件平臺(tái)，能夠讓用戶以較低的價(jià)格或者免費(fèi)獲得操作系統(tǒng)和軟件的源碼，用戶能夠根據(jù)需要編輯修改源碼，因此Linux操作系統(tǒng)受到嵌入式開發(fā)者的喜愛。Debian Linux是由GPL和其他自由軟件許可協(xié)議授權(quán)的自由軟件組成的操作系統(tǒng)，而Raspbian則是基于Debian并根據(jù)Raspberry Pi硬件條件修改得到的操作系統(tǒng)。

3.2 控制組件的軟件設(shè)計(jì)

控制組件的運(yùn)行程序的開發(fā)語言選擇C語言。智能寵物喂養(yǎng)裝置以如下方式實(shí)現(xiàn)智能寵物喂養(yǎng)裝置的控制。主程序首先實(shí)現(xiàn)各個(gè)模塊的初始化，然后從云端服務(wù)器獲取控制信息和設(shè)置信息，根據(jù)接收到的控制信息，判斷是否需要對(duì)寵物進(jìn)行投喂。在監(jiān)控到需要對(duì)寵物進(jìn)行投喂的指令時(shí)，控制自動(dòng)喂養(yǎng)器進(jìn)行投喂。其程序流程圖如圖4所示。

4 結(jié)語

以上，介紹了一種基于Raspberry Pi設(shè)計(jì)的智能寵物喂養(yǎng)裝置，其能夠?qū)⒆詣?dòng)喂食與主動(dòng)喂食結(jié)合起來，根據(jù)攝取食物傳感器對(duì)寵物攝取食物的需求進(jìn)行檢測，從而按照寵物需求自主地對(duì)裝置的喂養(yǎng)時(shí)間進(jìn)行調(diào)整。該裝置包括自動(dòng)喂養(yǎng)器、用于控制自動(dòng)喂養(yǎng)器的控制組件、云端服務(wù)器、終端控制設(shè)備，其中，控制組件基于Raspberry Pi Super Kit進(jìn)行設(shè)計(jì)，自動(dòng)喂養(yǎng)器包括攝取食物傳感器、食物盒、食物投放器以及食物投放執(zhí)行器。

參考文獻(xiàn)

[1] 歐陽艷，劉方玉.新形勢下如何發(fā)展寵物產(chǎn)業(yè)[J].中國畜牧業(yè)，2016（07）：34-35.

[2] 歐陽艷，馬濤，車海林.新常態(tài)下的寵物經(jīng)濟(jì)發(fā)展思考[J].中獸醫(yī)學(xué)雜志，2015（10）：102-103.