周超峰

摘要：为了使经常出差或工作繁忙人士更加方便的喂养宠物，设计了一种基于51单片机的多功能宠物喂食器，该喂食器能够手动设置喂食时间和喂食次数，利用LCD1602显示，通过步进电机来拖动齿轮使食物流出，并设置有红外传感探测器，用来监控储食箱里的食物余量，提醒主人补充食物储备，从而使设计更加人性化。为此，详细介绍了喂食器的硬件设计，软件流程图及其工作原理。

关键词：51单片机；红外感应；LCD1602；步进电动机

1.引言

随着我国经济的高速发展，人民生活水平的提高，越来越多的新兴科技产品走进了人们的日常生活，使人们的衣食住行更加方便智能。我们知道在社会上，许多人喜欢养宠物，但由于出差或旅游等原因外出时不能及时照顾宠物，我们的设计在一定程度上能够解决主人不在家时宠物的饮食问题。我们的喂食器能够在设定好的时间内自动给宠物喂食，还能预先设置好每餐不同的食物量，按宠物身体状况设定供餐间隔时间，可有效保护宠物健康成长。

2.硬件基本结构

系统整体结构如图1所示。

本系统由五部分组成，我们的主控制器选用了STCl2C5A60S2这款单片机，它的性能算是中规中矩，但完全能胜任我们的喂食器系统，也是物美价廉的不二之选。

2.1LCD显示电路

我们选用了LCDl602字符型液晶显示器，它的主要特点就是超低功耗，使我们的系统在无人监管下能够拥有更长的续航时间。LCD的数据传输线连接到单片机的P0口上，控制线RS、RW、EN分别接到P1.0、P1.1和P1.2的I/0口上。特别注意的是在LCD上的VO口可以考虑接10千欧的滑动电阻来微调显示屏的对比度。

2.2时钟精准授时电路和键盘

DSl302是用于精度较高的时钟电路中，而且它的功耗也是极其微小的，选用它还是因为它能保存整个喂食器系统掉电之前设置的数据，而且通过板载电池的供电可使时钟数据能够保持走时并同步到下次上电开机。若是使用51单片机计时，一方面占用了过多的内部资源误差较大，另一方面一旦断电则需要重新调整时钟引起不必要的麻烦。

在整个系统中我们设计了四个独立按键，它们功能分别是设置、上调、下调和确认，可以用来调节当前标准时刻、固定的喂食时间、喂食份数和喂食天数，这里的喂食份数是根据宠物的食量而人性化设定的。每当您设置好喂食数据后就可以您工作无忧，出差无忧，旅游无忧。

2.3红外感应电路和步进电机驱动电路

鉴于我们的喂食盒子的尺寸较小，我们就使用了较为简单的940nm波长的红外发射管和接收管作为红外感应装置，它的连接电路如图2所示。

电机采用四相五线步进电动机，并通过集成了七个NPN达林顿管的ULN2003芯片来驱动，其供电为5到12伏直流电。由于步进电机工作时对电流需求较大，所以我们采用双电源来隔离主控电路和电机电路，以保证系统的正常工作。

3.软件设计

3.1主程序流程

LCD显示屏用来显示当前的时间，喂食设定时间和喂食份数。触摸按键用来调节时间并启动喂食定时器和取消报警。红外感应装置用来探测食物箱里的食物剩余量，每当食物用完时就会触发蜂鸣器报警一次，然后主人也可以按下确认键来手动消除报警。如图2所示。

3.2红外感应和电机驱动子程序

每当发射管和接收管中间有障碍物时输出高电平，即为食物充足状态。当食物吃完后障碍物消除，就立即触发接收管并输出低电平，单片机做出应答使蜂呜器报警一次，等待主人继续添加食物储备。

3.3按键调节喂食时间子程序

在按键控制程序设计中，有处设计亮点需要特别注意，就是系统的“确认”按键为两用键，它不仅为我们设置时间时来控制位操作的选择，当我们全部调节完毕后，还可以长按它三秒即可保存所有的数据并返回主界面。这样设计使得我们的电路得以简化，也使得用户更加方便的使用，可以防止输入错误导致数据没有正常保存。

4.本喂食器特点

（1）具有创新性，本喂食器首次采用DS1302时钟芯片来获得更加精准的时钟信号，同时使系统能够开机自动更新时钟数据，将使用步骤简洁化。

（2）首次采用红外感应装置来监控食盒内的食物剩余量，在产品外形为不透明情况下方便了用户使用，减去了好多麻烦。

（3）该宠物喂食器的人机交互界面更加简单明了，可以使用户一眼就能读出系统的运行状态和各个参数的设置情况。

（4）与市面上销售的同类产品相比，我们设计的喂食器成本更低，性能更可靠，功耗更低。

5.结束语

本文设计并实现了多功能宠物自动喂食器的一整套系统，通过软件的仿真和实物的搭建，一步步的改正使得该系统达到预期目标，同时也更加完善。但我们知道要想使宠物喂食器在实际生活中完全替人工的喂养，还必须对宠物进行适当的培训，这是任何一款新产品都必须突破的瓶颈。也只有通过这样简单的培训，才能使该喂食器在日常生活中发挥更大的作用。