基于单片机的多功能智能宠物窝

重庆大学城市科技学院 旷 璨 黄希伟 周 朋 林梓良 李 敏 汪 鑫

随着经济的快速发展和物质生活水平的提高，人们的精神和物质文化需求日益增长，当今社会喂养宠物的家庭越来越多。为了解决很多人没有时间照看宠物导致宠物无法得到良好照料的问题，我们团队设计了能够对宠物进行日常生活照料的智能宠物窝。本次设计通过单片机对直流电机、舵机、红外传感器模块、蓝牙模块、烟雾传感器模块和温湿度传感器等模块的控制，进而实现对宠物日常生活的照看和监管。

1 设计目的

设计这个产品的目的是主人由于工作或旅游等原因外出而不能及时有效地照顾宠物的日常，智能宠物窝能自动照料宠物，该系统能实现自动定时定量给宠物喂食、自动检测食物余量、实时检测宠物窝内的温湿度并调节温湿度、电子宠物门的智能控制、火灾检测报警和蓝牙控制等功能。该宠物窝的设计比较人性化，解决了用户不在家时宠物的饮食等基本日常活动（刘文定，谢克明，自动控制原理：电子工业出版社，2013）。

2 工作原理

1)通过单片机控制LCD12864显示正常时钟（杨海清，周安栋，罗勇，陈牧，嵌入式系统实时网络通信中的LCD显示设计方法：计算机与数学工程，2010。），并用按键设置宠物喂食的时间及其喂食量。当正常时间和喂食时间相等时，单片机驱动直流电机带动机械齿轮打开阀门放出食物，直到放出食物量和设定的实物量相等，直流电机停止转动，关闭投食阀门，从而实现定时定量喂食（姜波，单片机原理及C51应用设计：高等教育出版社，2017）。

2)红外障碍检测模块分为红外对管模块和红色LED灯。当食物充足时，红外对管检测前方有食物，LED灯在熄灭状态。反之，当食物不足时，红外对管没有检测到前方障碍， LED灯点亮，提醒用户添加食物。

3)用温湿度传感器实时检测宠物窝内环境的温湿度，并设置一个窝内温度和湿度阈值。只要窝内环境温度大于或等于设置的温度和湿度阈值，单片机驱动加湿器和小风扇调节窝内的温湿度，给宠物营造一个良好的生活环境。

4)宠物电子门是通过单片机控制舵机实现。当按下开门/关门按钮时，单片机传输PWM波控制舵机正转或反转90度，舵机通过牵引线带动宠物门的开/关。

5)如果发生火灾，烟雾传感器检测到一定程度的烟雾，单片机通过蜂鸣器发出警告，同时单片机控制舵机正转开门，方便宠物逃生（陈显平，传感器技术：北京航空航天大学出版社，2015）。

6)通过蓝牙串口助手连接手机和蓝牙模块，实现在手机上控制智能宠物窝。在手机上按下不同按键，通过蓝牙发送不同信号给单片机，单片机识别并分析信号，再控制不同模块工作，从而实现手机控制宠物窝喂食、开/关宠物门、风扇和加湿器的工作。

图1 宠物窝内控制系统框图

3 系统设计结构分析

3.1 硬件部分

本系统主要包括两个部分。一部分如图1宠物窝内控制系统框图所示 ，包括主控芯片HT66F70A；安装在宠物窝内的隐蔽位置，利用I/0口连接LCD12864液晶显示屏，红外障碍模块，烟雾传感器模块、温湿度传感器模块、蓝牙模块、投食器模块、电子门模块、风扇、加湿器和按键。另一部分如图2喂食器模块内部结构所示，主要是单片机控制直流电机工作带动齿轮旋转从而促使阀门翻转，放出食物。

图2 喂食器模块内部结构

3.2 软件部分

智能宠物窝的工作流程如图3宠物窝具体流程图所示，利用程序控制LCD12864液晶的显示、红外障碍模块的信号检测，烟雾传感器的信号检测、温湿度传感器的信号检测、蓝牙模块的信号检测、喂食器的运转、舵机的工作状态、风扇和加湿器的控制和按键信号的判断检测，从而控制宠物窝系统功能的具体实现（周林，刘嘉敏，C语言程序设计：机械工程出版社，2013）。

图3 宠物窝具体流程图