智能化的家养宠物喂食器设计

哈尔滨华德学院 白亚梅

本文提出了设计一款智能化家养宠物喂食器的构想，并对其设计方案进行了具体阐述。其应用原理是使用者能够提前录制提示语音，在设定好的喂食时间播放，并根据宠物自身进食习惯，将喂食量和喂食次数都提前设定好，在家中无人的情况下，喂食器可实现自动喂食。此智能化喂食器还支持远程WIFI操控，使用者可在手机上实时查看投喂情况，在必要情况下可进行远程控制，轻松实现智能喂食和远程监控。

从具体研究数据来看，很多家庭在家养宠物喂养上存在着诸多不便。饲养者往往要出门工作、学习，在此期间无法将宠物带在身边。虽然家中老人空闲时间较多，但是受身体状况的影响，也无法保证准时准点的喂食宠物。传统的喂养方式需要饲养者投入大量的时间和精力，必须做到亲力亲为。使用智能化家养宠物喂食器则可以很好的解决这一问题。宠物即使在无人看管的情况下，也能获得充足的食物和水源供给，因其使用方法简单、适用面广，因此拥有良好的发展前景和广阔的市场。本文设计的智能化家养宠物喂食器以STM8单片机为主控芯片，对各子系统进行控制，最终实现自动投喂。

1 家养宠物喂食器市场现状分析

1.1 基本功能

家养宠物喂食器作为一款智能化产品，需要具备支持移动设备远程操控的能力，即使使用者外出时也可利用手机、iPad等设备实时查看喂食器的使用情况。其基本功能应包括：（1）定时喂食功能。此功能在模式上可以进行具体划分，可分为普通、出差和手动喂食三种模式，方便使用者根据实际情况进行选择。（2）录音功能。主人可以提前录制好呼唤宠物进食的声音，到喂食时间时，喂食器会自动播放录音，吸引宠物注意力，以起到提醒宠物就餐的目的。除了这些 基础功能外，还应配有定量投喂、远程监控、双向语音通信等功能；此外，还应当提供应急功能，确保在断网断电的情况下，喂食器依然能够正常运行，为使用者营造更好的使用体验。伴随着使用者使用需求的改变，喂食器也应进行完善、优化，增设更多的人性化功能。

1.2 产品类型

当前，市面上常见的喂食器可分为三种，分别为手动、半自动和全智能。手动喂食器指的就是喂食盘，需要主人亲自将宠物粮和水源放入喂食盘供宠物食用和饮用。半自动喂食器，主人可以提前设定好喂食时间和喂食量，但是这一操作需要主人通过触碰喂食器上自带的功能按钮来完成。智能化喂食器，主人可以利用手机APP设定投喂时间和投喂量，不受时间、地域的限制，可根据实际需要随时调整。根据使用后反馈来的结果，智能化喂食器无论在功能性、实用性和用户使用感受上，都要远远优于另外两种。

1.3 主要消费对象

部分宠物饲养者由于学习、工作等原因，会不定时的外出一段时间，无法有规律的、定时定量的对宠物进行喂养。若宠物长期没有充足的食物和水源，身体健康势必会受到影响，这一情况在很多饲养宠物的家庭都存在。因此，智能化家养宠物喂食器的消费对象主要是处于工作或学习阶段的人群，以年轻人为主。此类人群往往面临着较大的生活压力，希望通过饲养宠物来获取精神寄托；但是白天又要忙于工作和学习，无法很好的照顾、喂养宠物。

2 系统结构框图

本文设计的智能化家养宠物喂食器以STM8单片机作为控制中心，配有OLED显示系统、音频录放系统、WIFI模块、时钟电路等多个子系统，其具体结构框图如图1所示。

图1 智能喂食器总体结构框图

系统功能如下：

（1）音频录放系统由音频输入电路、音频输出电路和语音芯片电路三部分构成，用户可以提前录制好多段语音，到达喂食时间时喂食器会自动播放录音，以起到吸引宠物注意力的效果，提醒宠物进食。

（2）单片机控制器会以DS1302提供的时间为参数，设定用餐基准时钟。使用者可以根据宠物以往的进食习惯，设定参数、时间及喂食量等数据。控制器起到的是总控作用，结合音频录放系统完成智能化喂食工作。

（3）用户可以利用WIFI模块，实时查看喂食器的具体工作情况，起到一定的远程监控作用。若用户因某种原因忘记设置喂食信息或喂食信息临时有所更改，可以通过APP进行设定，实现远距离操作，更具便利感。

3 硬件、软件设计

3.1 硬件设计

3.1.1 单片机选择

在单片机的选择上选用了ST公司研发的STM8S103，该单片机拥有价格低廉、性能优越等优点。其内部含有8 K Flash，1 K RAM和640 B的EEPROM，并配有10个ADC转换器、3个定时器及多个接口。

3.1.2 音频输出、输入电路

选用ISD公司生产的ISD4002语音录放芯片用来录制音频，该芯片应用DAST技术完成语音的录入和存储工作，最高可支持长达4 min的语音录放。ISD4002芯片内部配有振荡器、滤波器、音频增大器等部件，因其录音清晰、价格低廉的优点而得到了广泛的使用；其运行流程十分简单，麦克风驱动电路会将使用者录制的语音转存至芯片当中，到达指定时间时即可自动播报。

3.1.3 电源模块

在该系统中，CPU和ISD4002芯片的供电电压为3.3 V，其余模块的供电电压为6 V，因此喂食器在运行时，整机耗电量较低。在具体设计时，我们可以应用外接电源向喂食器提供6 V电源，再经LM117-3.3转化成3.3 V电压，以供CPU和ISD4002芯片使用。

3.1.4 按键及显示模块

为了降低电能损耗，选用了0.96 in带字库OLED12864显示模块，相较于传统的LCD显示屏，具备可视角度范围广、分辨率高等优点；除了数字，汉字、图案等内容也能精准的显示出来。该模块和单片机之间采用IIC的方式进行通信，因此对单片机的性能要求不高，只需要具备SDA双向数据线和SCL时钟信号线就可完成显示控制工作。键盘上配有6个可独立操作的按键，key0和key1分别为启动键和停止键，key2为功能键，可以设置喂食时间、喂食量、喂食次数等内容；key3、key4分别可以对数据进行加、减设置，key5为确定键，当所有参数设置完毕后，按key5退出设置模式，喂食器会按照设定自动进行工作状态。

3.1.5 WIFI模块及电机控制

（1）在本设计方案中，我们把电机电路看作是虚拟喂食进料装置，电机运行时间的长短直接代表着喂食量。系统控制光耦PC817隔离驱动发送有效信号，通过M-con传送至控制电机，系统开始运转，反之电机停止工作。在实际运行过程中还可以通过调整占空比信号来调节电机的运转速度。

（2）选用ESP8266串口作为WIFI模块。因为喂食器和用户使用的移动设备并不位于同一服务器，所以，在进行系统调试时，应先完成入网连接工作。在进行系统测试时，单片机会发出AT指令，确保喂食器和路由器处于连接状态。此时，用户就可以利用APP向服务器发送控制指令，再经由路由器转送至系统控制终端，控制中心在接收到指令后会按照其具体要求进行相关操作。与此同时，喂食器还可以将实际使用情况经由路由器传送至用户的移动设备，不受地域影响，轻松实现远距离智能监控。

3.2 软件设计

软件设计流程如图2所示。

图2 系统软件设计流程图

系统在运行之前，应确保WIFI模块的网络连接处于正常状态。通电后，先对WIFI和DS1302模块进行初始化，随后开启时钟显示，利用网络服务器实现和使用者之间的无线通信。使用者可利用录音电路及功能键盘完成提示音录制和喂食具体参数的设置。在运行过程中，若喂食器接收到了使用者传送的控制信息，系统会自动更新，按照全新的工作指令进行工作；如果没有接收到新的控制信息，则按照提前设定好的程序进行自动喂食。

结束语：本文设计了一款可以实现自动投喂的智能化家养宠物喂食器，用户可根据实际使用需求，设置喂食时间、数量、次数等内容，并设有录音等辅助功能，可以确保喂食器更好的完成投喂工作。除此之外，使用者可以利用移动设备登录APP，通过网络实时向喂食器发送指令，实现远距离操控和监督。此款喂食器在家中无人时，也能够为宠物按时按点的提供食物和水源，且具有一定的灵活性，可随时更改运行参数，拥有良好的应用前景。