一种基于移动物联网的家庭宠物自动喂养系统和方法研究

杨奇荣

【摘要】 本文在基于对现有宠物喂养方法的分析基础上，结合移动物联网的特点，提出了一种全新的家庭宠物自动喂养系统和方法，并且对该系统和方法的具体实现方式进行了深入研究。通过对喂养屋、网络传输层、喂养管理系统等逐一进行阐述，为用户提供了一套端到端应用的解决方案。

【关键词】 物联卡 通信模组 M2M

一、引言

现代都市人生活圈子小，朋友少，往往都希望能养只宠物作伴，调节心情。但是主人平时工作又很繁忙，晚上往往还要留在单位加班，节假日可能还得回老家探亲或外出旅游，因此，家里没人的时候，宠物谁来喂养，成了很多人养宠物的一大难题。

现有技术中的远程自动喂养宠物的系统，是基于电话线通信的宠物喂养系统，将宠物喂养屋连接家中的固话线端口，主人通过拨通家中固定电话，按下数字键和#、*键来传达喂养指令，宠物喂养屋接收指令后，发放饲料。

随着物联网技术的逐渐发展，各种应用物联网技术服务于人民群众的产品也逐渐增多，并终将替代过去旧式的通信方式成为中国新兴的通信方式。因此，将物联网技术替代现有的固话通信技术实现宠物远程自动喂养非常有必要。

二、现有实现方法的缺点

基于电话线通信的宠物喂养系统要求将宠物喂养屋连接固话线RJ11端口，而目前大多数家庭已撤销了固定电话，即使还保存固定电话，也要以牺牲一个用于通话的电话端口为代价，并且，宠物喂养屋连接固话线端口也不方便，宠物喂养屋的摆放局限于电话线的长短，固话线接口的传输速率也限制了视频功能的实施。另外，实施远程喂养时，需要通过另一端按下不同电话键进行操作，容易产生误操作。

三、本系统和方法的介绍

本系统参照移动物联网实现原理，由喂养屋，网络传输层，喂养管理系统三部分组成。

3.1 喂养屋

喂养屋放置于家庭中，采用双层结构，下层放置饲料盘、水盘，供宠物直接进食，并且内置宠物眼（摄像头）和传音喇叭，供实时监控宠物进食状态和远程宠物呼叫；上层与下层隔开，上层包括饲料箱、水箱以及饲料传送装置和水传送装置。饲料箱和水箱分别储放供宠物喂养用的饲料、水。饲料传送装置和水传送装置采用双漏斗设计，饲料传送装置包括连接饲料箱的饲料口挡板和对准饲料盘的输送管，水传送装置包括连接水箱的出水口挡板和对准水盘的输水管，饲料口挡板和出水口挡板可进行关闭和打开，用于控制喂养量。饲料口挡板开启后装盛于饲料箱的饲料滑入输送管，落入饲料盘中。出水口挡板开启后水通过输水管流入水盘，喂养屋外围配备有物联网通信模组，喂养屋电源模块设置在下层，给物联网通信模组、传音喇叭和宠物眼提供电源。

物联网通信模组内置贴片式物联卡，避免了因卡座和物联卡引起的机械＼电气等故障的可能性，更稳定更可靠。支持标准的AT指令及扩展的AT指令，提供语音、SMS/GPRS/ USSD等数据业务功能，同时集成了物联网M2M应用所常用的几种硬件功能接口，物联网通信模组内部采用微控制集成电路进行控制，根据指令控制饲料口挡板和出水口挡板的开关，同时提供USB接口与摄像头连接、提供PCM数字音频接口与传音喇叭连接，实现了语言和视频数据的传输。

物联卡采用工业级设计，具备了现有手机通信或WIFI处理模块所不具备的一些特点，可抗震、耐高温，在20HZ～2000HZ震动频率下使用正常， 在85°C环境下，90%～95%的湿度，物联卡操作存储正常， 并且擦写次数可达50万次，可放置于户外（如露天庭院等），即使经宠物频繁碰撞、喂养屋移动也不影响通信功能。物联卡号码采用工信部批准的106开头的13位号码，物联卡内部写有IMSI、KI/ K、OPC、SMSP等卡数据，用于通过网络鉴权并进行连接，接收喂养指令。嵌入物联卡后的物联网通信模组，仅需通过2G/3G/4G网络即可完成通信，无需有线宽带或WIFI信号连接，网络准入门槛低。

3.2 网络传输层

网络传输层由接入网和核心网组成，接入网共用现有的2G /3G/4G接入网络，核心网采用新建的物联网SMSC、HLR、GGSN设备，其他核心网设备共用现网核心网设备。其中，物联网HLR提供了物联网终端用户的签约数据信息、基础通信业务的开通，物联网GGSN提供GPRS通信的连接与路由功能，产生GPRS原始话单，并支持物联网终端用户在线状态信息、IP地址信息的采集，物联网SMSC提供短信通信的连接与路由功能，支持多优先级的短信服务功能。喂养屋通过物联网通信模组与网络传输层连接，可同时支持语音、SMS/GPRS/USSD等数据业务功能。

3.3 喂养管理系统

喂养管理系统底层采用Linux操作系统，部署了Web服务器软件和应用服务器软件，通过应用服务器软件连接ORACLE数据库。Linux是喂养管理系统的底层设施，Web服务器和应用服务器软件共同提供了喂养管理系统的访问和操作功能，ORACLE则支撑了系统数据的读写。喂养管理系统可划分为提供给管理员的后台管理子系统和提供给普通用户的前台管理子系统，管理员通过后台管理子系统，可以管理普通用户信息、给用户关联喂养屋、进行系统数据查询等功能，普通用户通过前台管理子系统进行操作，触发指令并通过网络传输层传送给喂养屋，实现宠物的自动喂养等功能。后台管理子系统和前台管理子系统均可以通过电脑或移动终端进行访问。

3.3.1 后台管理子系统

喂养管理系统提供给管理员的后台管理子系统主要模块包括：1）用户信息管理模块：可添加、修改、删除用户信息，用户信息包括用户姓名、住址、电话号码等，并提供用户初始登陆密码设置功能；2）喂养屋管理模块：建立喂养屋信息，喂养宠物资料填写，并且与用户关联；3）查询统计模块：对所用用户和喂养屋的登记信息进行统计查询，对宠物的喂养情况进行分析，并可根据分析结果提供用户合理化建议。

3.3.2 前台管理子系统

喂养管理系统提供给普通用户的前台管理子系统主要模块包括：

1）自动喂养模块：支持自动喂养的设置，包括喂养时间的设定，如周一至周五，每天12：00、18：00投放饲料，每天12：10、18：10投放水；喂养时长的设定，如饲料喂养时长设定为5秒，饲料口挡板开放5秒后会自动关闭；支持设定的保存和激活生效；

2）手动喂养模块：支持手动打开或关闭饲料口挡板和出水口挡板，供人工操作喂养；

3）宠物眼模块：通过宠物眼功能，可打开安装于喂养屋的摄像头，实时观察宠物的进食状态和身体状况；

4）宠物呼叫模块：通过宠物呼叫功能，实现语音远程呼叫宠物，利用喂养屋的传音喇叭播放声音，同时，也支持语音的录制和保存，定时播放，以呼唤宠物进食等功能。

四、本系统和方法的优势

1）配备了物联网通信模组，内置贴片式物联卡，避免了因卡座和物联卡引起的机械＼电气等故障的可能性，更稳定更可靠。物联网通信模组集成了多种硬件接口，具有较强的功能扩展性。2）物联卡采用工业级设计，可抗震、耐高温，可放置于户外（如露天庭院等），即使经宠物频繁碰撞、喂养屋移动也不影响通信功能，嵌入物联卡后的物联网通信模组，仅需通过2G/3G/4G网络即可完成通信，无需进行额外布线，不依赖于有线宽带及WIFI网络，网络准入门槛低。3）物联卡采用工信部批准的106开头的13位物联网专用号码，利用新建SMSC、HLR、GGSN等物联网专网设备进行业务承载，保障了系统处理的稳定性。4）搭建专属物联网专网宠物喂养系统，提供了一套完整的端到端应用的解决方案，具备新兴物联网应用推广价值。5）用户操作简单，可通过电脑或移动终端随时随地进行宠物喂养。6）宠物眼和宠物呼叫功能，可同时作为家居安防的辅助手段。

五、结束语

本系统和方法应用了最新的物联网通信技术，通过物联网将喂养屋和后台喂养管理系统连接，更方便用户外出期间随时随地通过手机或PC登录后台喂养管理系统，远程喂养宠物。主要技术要点在于，在喂养屋中配备了物联网通信模组，内置贴片式物联卡，利用移动物联网专网专号进行通信，并且建立了一套后台喂养管理系统，提供了一套端到端应用的解决方案。

参 考 文 献

[1] 物联中国 http：//www.50cnnet.com/

[2] 中国移动物联网http：//iot.10086.cn/

[3] 郎为民《大话物联网》人民邮电出版社，2011

[4] 中国移动通信集团公司，《新技术百问丛书.智能管道集》，《TD-LTE百问丛书.协议集》