智能寵物寄宿系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)

劉冰潔

（濟(jì)南大學(xué) 山東 濟(jì)南 250000）

1 引言

在中國，養(yǎng)寵物的家庭越來越多，寵物數(shù)量在急劇飆升，同時(shí)寵物已經(jīng)成為很多家庭不可或缺的成員。從主人方面出發(fā)，智能寵物寄養(yǎng)系統(tǒng)解決了主人出差或者其他無法照顧寵物的時(shí)候的兩難情況。從社會方面出發(fā)，智能寵物寄養(yǎng)系統(tǒng)能在一定程度上減少寵物被遺棄的概率并降低了社會治理寵物的難度。智能寵物系統(tǒng)能更好地照顧寵物并指導(dǎo)主人如何正確地飼養(yǎng)動物。社會針對寵物的管理制度也在不斷完善，現(xiàn)下已經(jīng)有相當(dāng)一部分城市實(shí)行了給寵物上戶口的政策，這樣既方便了寵物管理同時(shí)也方便了主人。

2 智能寵物寄宿平臺解決方案

2.1 智能寵物寄宿系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1.1 設(shè)計(jì)思路

為用戶提供統(tǒng)一體化的高質(zhì)量服務(wù)，添加用戶時(shí)，向數(shù)據(jù)庫存儲該用戶的身份標(biāo)識信息。同時(shí)平臺還為消費(fèi)者提供查詢通道，整體構(gòu)架見圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)

2.1.2 角色設(shè)計(jì)

平臺有四個(gè)角色，前端、后端、監(jiān)管和運(yùn)營。

前端：消費(fèi)者，即寵物主人。后端：企業(yè)，信息的提供者。監(jiān)管：主要指第三方監(jiān)管機(jī)構(gòu)，地方政府等。運(yùn)營：平臺管理員，負(fù)責(zé)整個(gè)平臺的運(yùn)營和維護(hù)。

2.1.3 基本功能

基本預(yù)期的要求，可以實(shí)現(xiàn)以下功能：

（1）選擇合理的營養(yǎng)套餐，計(jì)算寵物攝入的食量，重量檢測，水位檢測。

（2）可以實(shí)現(xiàn)溫度、濕度等進(jìn)行在線調(diào)整，創(chuàng)造較適宜居住的環(huán)境。

（3）手機(jī)終端可實(shí)時(shí)查看控制。

（4）監(jiān)控系統(tǒng)可以進(jìn)行全天錄像，在寵物逃出時(shí)進(jìn)行報(bào)警，以減少不必要的經(jīng)濟(jì)損失。

（5）分析寵物行為，記錄寵物心率，一旦出現(xiàn)行為異常的情況，報(bào)警。

（6）門禁識別，如果指紋輸入錯誤三次，觸發(fā)短時(shí)警報(bào)，人臉識別錯誤三次，短時(shí)警報(bào)。

2.2 技術(shù)

以JAVA、HTML、Arduino、STM32 和PHP 數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)開發(fā)的三層構(gòu)架的B/S 模式，采用JDBC+SPRING 框架實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)訪問層，數(shù)據(jù)表的維護(hù)在業(yè)務(wù)層與數(shù)據(jù)層交互時(shí)，按需創(chuàng)建[1-2]。

2.2.1 STM32、Arduino 的實(shí)際應(yīng)用

STM32 選擇的是F103 系列，該芯片相對于51 來說功能更強(qiáng)大，管腳更多，有利于我們做一些復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理，所以在本系統(tǒng)中，對環(huán)境的監(jiān)控以及對農(nóng)場狀態(tài)的記錄我們選擇了用STM32 來實(shí)現(xiàn)。

將衛(wèi)星數(shù)據(jù)上傳到公共云端的同時(shí)，通過51 把衛(wèi)星定位的數(shù)據(jù)在液晶屏幕顯示出來。見圖2 所示。

圖2 定位系統(tǒng)顯示模塊

51 單片機(jī)在本系統(tǒng)中一方面通過控制紅外傳感器，做到對農(nóng)場的安全做到保證；另一方面通過對溫濕度傳感器的控制來對室外環(huán)境以及室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行檢測以及顯示。見圖3 所示。

圖3 溫濕度傳感器以及顯示模塊

3 智能寵物寄宿系統(tǒng)平臺的實(shí)現(xiàn)

3.1 平臺的具體實(shí)現(xiàn)

3.1.1 ATK-OV5640 攝像頭模塊

結(jié)合開鎖與報(bào)警操作，具有錄像和照相的功能。報(bào)警通過HC-SR501 傳感器來實(shí)現(xiàn)，該方案利用了HC-SR501 本身的電路特性，在傳感器初始化完成，接收端接收到熱紅外信號后，電路輸出2v 左右的電壓信號，通過該信號控制led 燈的亮滅，從而達(dá)到了提醒或者警報(bào)功能。

3.1.2 溫濕度模塊DHT11

已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器，它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)。傳感器包括NTC 測溫元件，與一個(gè)高性能8 位單片機(jī)相連接，之后用LCD1602 顯示。

3.1.3 心率傳感器

用51 單片機(jī)控制，可以夾在動物的耳朵處，來檢測貓、狗的心率，通過與專家數(shù)據(jù)的對比，來判斷出該動物是否得病。

應(yīng)用原理：光電變換器接收經(jīng)人體組織反射的光線，將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柸缓蠓糯筝敵?。脈搏隨心臟的搏動呈現(xiàn)周期變化，所以血管容積也呈現(xiàn)周期變化的特質(zhì)。根據(jù)這一特性，該光接收器采用APDS-9008-020，感受峰值波長為565nm，來檢測脈搏信號。脈搏信號的頻帶一般在0.05 ～200Hz 之間，幅值小，易受到干擾。在傳感器后面使用低通濾波器和由運(yùn)放MS6001PIN 構(gòu)成的放大器，來放大信號，以及采用分壓電阻設(shè)置直流偏置電壓，最后使用單片機(jī)A/D 采集。

3.1.4 GPS 定位部分

寵物需要定期帶出去散心，我們?yōu)閷櫸锱渲昧薌PS 定位設(shè)備。寵物行走的路線，寵物主人可以在APP 上查看，有效預(yù)防了寵物丟失的情況，讓寵物主人更安心。

3.1.5 openmv 攝像頭采集人臉圖像

將收集到的圖像與后臺人臉識別庫進(jìn)行匹配操作，若人臉圖像在人臉識別庫中，則匹配成功，門禁便會自動打開。如果人臉匹配失敗，則觸發(fā)報(bào)警器。

3.1.6 食物的檢測

計(jì)算食物盤的重量進(jìn)而計(jì)算寵物每日攝入的能量和營養(yǎng)。測重部分用pcf8591 芯片和lm393 芯片。同時(shí)配有水位檢測。

3.1.7 寵物身體監(jiān)控

每個(gè)寄宿空間都配備有聲音收集器，系統(tǒng)會自動識別該寵物的信息，并匹配該種動物的聲音信息傳遞表，所以，我們的智能寵物系統(tǒng)會通過人工智能分析某種寵物的叫聲信號，建立具有個(gè)體顯著性差異的多個(gè)聲學(xué)特征。

3.1.8 手機(jī)端

數(shù)據(jù)上傳結(jié)果，以及衛(wèi)星地圖的網(wǎng)站和手機(jī)APP 顯示。

4 結(jié)語

智能寵物寄宿系統(tǒng)設(shè)計(jì)包含了寵物的病情分析，安全模式，以及喂養(yǎng)模式，提供寵物健康監(jiān)測的功能，健康檢查，及時(shí)檢查寵物的身體狀況，方便更早地發(fā)現(xiàn)與治療，防止不必要的事后危險(xiǎn)性與更大的治療費(fèi)用。智能寵物寄養(yǎng)系統(tǒng)響應(yīng)當(dāng)下社會對寵物的重視需求，對維持寵物秩序具有創(chuàng)新價(jià)值。