仝兆景　时俊岭　张艳杰

摘要 针对无人守护时宠物无法合理控制食物摄入量的问题，依据定时、定量、健康、规律、智能等理念，以ST89C52单片机为核心设计智能宠物喂食系统。该系统设计包括电源模块、电机及驱动模块、无线控制模块、温度检测模块、按键设置模块、语音模块等硬件设计；根据智能控制理念设计定时控制、电机运动控制、语音控制等软件算法。经实际测试，该系统具有定时、定量实施智能喂食的便捷功能，可很好地解决无人值守时宠物喂养问题。

关键词关键词：宠物喂食系统；单片机；电机驱动；温度检测

DOIDOI：10.11907/rjdk.173079

中图分类号：TP319

文献标识码：A文章编号文章编号：16727800（2018）009011903

英文标题Design of Intelligent Pet Feeding System Based on Single Chip Microcomputer

——副标题

英文作者TONG ZHAOjing，SHI Junling，ZHANG Yanjie，ZHAO Yunxing

英文作者单位（School of Electrical Engineering and Automation，Henan Polytechnic University，Jiaozuo 454000，China）

英文摘要Abstract：According to the concepts of timing，ration，health，regularity，intelligence and so on，intelligent pet feeding system is designed with ST89C52 as the core to solve the problem that pets can not be fed reasonably in unmanned condition.The system designs and completes the hardware design of power module，motor and drive module，wireless control module，temperature detection module，key setting module，voice module ，etc.Premised on the concepts of intelligent control，software algorithms on timing control，motor motion control and voice control are designed.The test proves that the system has the function of timely and quantitatively implementing intelligent feeding，which can solve the problem of feeding pets very well when unattended.

英文關键词Key Words：pet feeding system；single chip；motor driven；temperature detection

0引言

由于人们工作、学习繁忙，无人值守时宠物的食物和水的供给无法保证，预留食物过多易造成宠物无节制大量进食导致健康问题。针对该现状，依据定时、定量、健康、规律、智能等理念，以ST89C52单片机为核心，以步进电机为主要执行元件，设计智能宠物喂食系统。该系统设计结构简单但功能完善，具有录音播音功能、加热及温度检测功能，以便对宠物的进一步照顾，且价格便宜，具有安全、稳定、可靠、实用等特点。

1系统整体设计

智能宠物喂食系统由单片机主控模块、温度检测模块、电机驱动模块、无线控制模块、语音模块、按键设置模块、显示模块、电源模块8部分构成。系统可以通过按键设置模块设置喂食时间，还可以通过无线控制模块进行控制；同时可以检测流体食物和水的温度，温度过低时，控制加热器自行启动加热食物；显示模块显示设置的时间、温度及电机旋转角度。

当到达设置的喂食时间时，系统通过语音模块播放录制的主人声音，吸引宠物前来，同时通过单片机主控模块启动步进电机，开始喂食。

系统整体设计框架如图1所示。

2系统硬件设计

系统硬件主要包括单片机主控模块、温度检测模块、电机驱动模块、无线控制模块、语音模块、按键设置模块、显示模块及电源模块。

2.1主控模块设计

主控模块为单片机STC89C52最小系统，在整个系统中负责连接并控制其它模块，包括：按键设置模块、电机驱动模块、显示模块、语音模块、温度检测模块等。

AT89C52单片机不仅拥有MCS51系列单片机的优点，内部还有8K在系统可编程FLASH存储器，低功耗的空闲和掉电模式极大降低电路功耗，还包含定时器、程序存储器和数据存储器等硬件，能满足整个控制系统的要求，不需外接其它存储器芯片和定时器件，方便构成一个最小系统[12]。整个系统结构紧凑，抗干扰能力强，性价比高。

单片机主控模块电路如图2所示。最小系统由单片机、时钟电路、复位电路等组成。其中电容器C2、C3起到稳定频率、提高电路运行速度、快速起振的作用。时钟电路选用12MHz的晶振提供时钟，作为单片机的时间基准。通过高电平使单片机复位，时钟电路开始工作，当高电平的时间超过大约2μs时，可实现复位，使得CPU及系统各部件回初始状态后立即开始工作。复位电路具备上电复位和手动复位的功能，开机加电时上电复位，由系统自动完成；当程序运行时，如遇到死机、死循环或程序“跑飞”的情况，通过手动复位即可实现重新启动。

2.2LCD液晶显示模块

智能喂食系统通过LCD1602显示模块显示定时时间、步进电机旋转角度、时间表、温度。

LCD1602液晶模块最多可以显示32个字符，内部有字符发生存储器CGROM芯片，可存储160个点阵字符图形，显示模块通过指令编程控制读写的操作功能，實现屏幕文字及光标的移动与显示。

2.3DS18B20温度检测模块

DS18B20是常用的温度传感器，具有体积小、成本低、抗干扰能力强、电路连接简单、精度高等特点。

DS18B20的温度系数晶振会伴随着温度的变化使其振荡频率发生变化，产生的脉冲信号将通过计数器2输入。计数器1以及温度寄存器都被预置为-55℃基数值。计数器1把低温度系数晶振产生的脉冲信号实行减法运算，当计数器1的预置值减至0时，温度寄存器的值会加1，它的预置值将会被重新输入。计数器1重新开始把低温度系数晶振产生的脉冲信号实行计数，如此循环直至计数器2计数为0，即停止对温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度[34]。

2.4电机驱动模块

步进电机作为能够把电脉冲信号变换为线位移或角位移的开环控制元件，当没有超载时，脉冲信号的频率及脉冲数将会决定步进电机转速大小及停止的位置。步进电机在低转速时能正常运转，但速度高于一定值后，就不能正常工作还会产生啸叫声。步进电机正常转动需要加上一个基于脉冲信号的驱动，由脉冲信号维护电机正常运行，停止输出脉冲信号，电机就会停止转动。加入一定控制策略的脉冲信号，可控制电机保持一定的转速，达到准确定位的目的。因为步进电机的速度和脉冲的频率呈线性关系，所以改变脉冲频率就可以实现调节转速。

实施电机控制时，当电机绕组的通电时序是AB-BC-CD-DA或是高电平的时候即为正转，如果通电时序是DA-CD-BC-AB或是低电平时即为反转[57]。系统主要应用正反转功能设置投食器的控制门阀。当正转时，开始投食；反转时，停止喂食。

步进电机驱动模块连接设计见图3。ULN2003芯片具有隔离电压、传递信号、扩大信号、负载能力强等特点。

2.5无线控制模块

智能喂食系统无线控制模块主要由发射部分、接收部分和应用编/解码专用集成电路芯片组成。

无线控制模块通过红外遥控与系统相连，因为红外光波不可见，峰值波长940nm左右，它的穿透能力较弱，所以不会影响周边环境和干扰其它电器设备。

2.6语音模块

语音模块可实现10秒语音录放，可以高质量、自然地语音还原，自带循环播放，点动播放等功能。语音的录播功能，可拉近主人与宠物之间距离，便于形成宠物及时进餐的条件反射。

3软件设计

软件部分根据系统功能进行模块化编程，软件设计流程如图4所示。系统初始化前，在食物储藏罐中添加颗粒状食物。初始化开始时系统自动进入工作状态，以北京时间为基准，再设定定时喂食的倒计时间。通过设置步进电机的旋转角度大小控制投食量。当到达倒计时间点时，步进电机开始转动，食物开始投放同时播放语音，到预置的结束时间时，系统关闭，喂食系统停止工作。

4结果分析

经实际测试，在智能宠物喂食系统工作时，液晶显示屏显示时间、食物温度值、步进电机转动、角度、定时时间等选项。如果流体食物温度过低，系统会自动加热，并显示实时温度，温度达到设定值后停止加热。到达设定时间，语音模块播放事先录制的语音，呼唤宠物前来，同时电机转动，开始喂食；当喂食量达到预设值，停止播放语音，电机反转，停止喂食。系统定时、定量地实现了智能喂食的便捷功能，很好地解决了无人值守时宠物喂养问题。

5结语

智能宠物喂食系统，预先设置喂食时间，设置时间到时，录音器发出喂食信号，步进电机转动一定角度，定量地将食物自动投下。系统具有操作简单、易懂、方便等优点，且安全、稳定、智能性高。

本系统还存在几个可优化的方面：增加低温保鲜功能，增加远程故障短信通知功能、远程摄像视频功能等，可使系统功能更加可靠完善，这是下一步研究和设计的重点。

参考文献参考文献：

[1]徐志如，崔继仁.基于单片机的温室智能测控系统的设计[J].传感器与微系统，2006，25（5）：5254.

[2]陈丽，朱瑞祥，云超.基于单片机的防酒后驾驶控制系统设计[J].传感器与微系统，2009，28（2）：9496.

[3]汤锴杰，栗灿，王迪，等.基于DS18B20的数字式温度采集报警系统设计[J].传感器与微系统，2014，33（3）：99102.

[4]金晓龙.基于ZigBee的粮仓无线测温系统设计[J].测控技术，2011，30（10）：4447.

[5]刘慧英，范宝山.基于STM32多步进电机控制系统研究[J].测控技术，2010，29（6）：5457.

[6]张占立，康春花，郭士军，等.基于单片机的步进电机控制系统[J].电机与控制应用，2011，38（3）：2931.

[7]段振刚，陈豪，张晓力，等.血液凝固分析仪的多步进电机控制系统设计[J].测控技术，2013，32（7）：6165.

责任编辑（责任编辑：江艳）