基于機(jī)智云+Shineblink的智能寵物屋

1 作品簡(jiǎn)介

目前飼養(yǎng)寵物的人越來越多，但絕大多數(shù)人每天都要工作，偶爾還需出差，短期內(nèi)寵物無人照顧的問題成為了很多寵物主人的煩惱。為了解決人們因工作、出差、旅游等短期時(shí)間內(nèi)家中寵物無人照顧的問題，我們利用ShineBlink物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)板、各類傳感器模塊、WIFI模塊、機(jī)智云自助開發(fā)平臺(tái)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等研究設(shè)計(jì)了一套針對(duì)短期內(nèi)寵物無人照顧的智能寵物屋系統(tǒng)。

用戶可以根據(jù)App實(shí)時(shí)顯示的量盆重量，手動(dòng)選擇投放哪種以及投放多少量的糧食、可以遠(yuǎn)程操控糞便清理器來清理寵物排泄物、或者依據(jù)App端顯示的數(shù)據(jù)，決定是否打開空氣清新劑噴霧器來改善空氣質(zhì)量、也可以在App端遠(yuǎn)程控制打開寵物貓喜歡的液體噴霧裝置。

除此之外，本系統(tǒng)也支持依靠各類傳感器，實(shí)時(shí)檢測(cè)糧盆質(zhì)量來自動(dòng)研判是否打開投食器進(jìn)行補(bǔ)糧、或者實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)空氣質(zhì)量來自動(dòng)研判是否打開空氣清新劑等無需寵物主人參與的功能。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果表明，本系統(tǒng)工作穩(wěn)定，可以很好的保證即使在無人照顧的情況下，寵物的飲食以及排便等日常生活依舊可以正常進(jìn)行，具有較高的推廣價(jià)值。

2功能設(shè)計(jì)及需求

2.1 遠(yuǎn)程操控和互動(dòng)

用戶可以通過手機(jī)App實(shí)時(shí)查看系統(tǒng)的測(cè)量數(shù)據(jù)如食物或水的重量、空氣清新質(zhì)量等，實(shí)時(shí)了解寵物目前的情況，根據(jù)實(shí)際情況，從而決定是否需要投食或凈化空氣，同時(shí)還可以遠(yuǎn)程操作糞便清理器來清理寵物排泄物，或者是控制逗貓棒、激光筆之類的玩具來遠(yuǎn)程與寵物進(jìn)行互動(dòng)，讓寵物即使呆在籠子里也不會(huì)孤獨(dú)無聊，基本上解決了寵物的生活問題，非常適用于主人短期外出，家中寵物無人照顧的場(chǎng)景。

2.2 空氣凈化與寵物排泄物清理功能

寵物屋內(nèi)放置有清理寵物排泄物功能的自制工具和空氣質(zhì)量傳感器，當(dāng)寵物排便后，若出現(xiàn)臭味或其他異味時(shí)，置于房間內(nèi)的空氣質(zhì)量傳感器會(huì)將數(shù)據(jù)反饋給處理器，處理器再通過云平臺(tái)將數(shù)據(jù)反饋給手機(jī)APP，用戶便能通過手機(jī)操作啟動(dòng)空氣清新劑噴霧裝置，噴出對(duì)寵物無傷害的氣體來凈化空氣，確保寵物所在環(huán)境沒有異味，改善寵物居住的環(huán)境。同時(shí)用戶也可以在App端隨時(shí)控制置于房間內(nèi)的糞便清理器工作，實(shí)現(xiàn)清理寵物排泄物的功能。

2.3 智能投食

通過“壓力傳感器”可以實(shí)時(shí)檢測(cè)寵物糧盆的重量，并實(shí)時(shí)與系統(tǒng)的設(shè)定值進(jìn)行比較，通過“靠近傳感器”可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)當(dāng)前寵物是否滯留于糧盆附近，當(dāng)“壓力傳感器”讀取的重量低于系統(tǒng)的設(shè)定值時(shí)，如果此時(shí)“靠近傳感器”反饋的信息是寵物沒有位于糧盆附近，那么投食器便會(huì)自動(dòng)工作，開始往糧盆里面補(bǔ)充糧食，但是如果“靠近傳感器”反饋的信息是寵物當(dāng)前位于糧盆附近，出于不驚嚇到寵物考慮，即使此時(shí)糧盆重量低于系統(tǒng)的設(shè)定值，投食器也不會(huì)開始工作，直至寵物離開糧盆附近之后，投食器才會(huì)自動(dòng)補(bǔ)充糧食。

3系統(tǒng)設(shè)計(jì)

寵物屋由微處理器，各類傳感器模塊，繼電器模塊、舵機(jī)模塊，電機(jī)模塊，WIFI模塊和云平臺(tái)等五個(gè)部分構(gòu)成。微處理器、云平臺(tái)和手機(jī)APP通過WIFI模塊進(jìn)行通信，傳遞和反饋數(shù)據(jù)，最后在手機(jī)APP上顯示出來，用戶則可通過手機(jī)APP進(jìn)行遠(yuǎn)程操作。

傳感器模塊包括壓力傳感器，靠近傳感器，空氣質(zhì)量傳感器等，分別對(duì)食物和水的重量、寵物是否處于糧盆附近、寵物屋的空氣質(zhì)量等進(jìn)行檢測(cè)。繼電器模塊用來控制電機(jī)以及噴霧器的工作狀態(tài)，舵機(jī)模塊用來控制投放不同種類的食物，電機(jī)用來控制糞便清理器，完成清理寵物排泄物的操作。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

3.1 硬件設(shè)計(jì)

3.1.1 微處理器

系統(tǒng)選用ShineBlink Core開發(fā)板作為核心處理器，進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的控制和工作。ShineBlink是一款主打物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)的最小應(yīng)用系統(tǒng)板，以簡(jiǎn)易開發(fā)為主，芯片內(nèi)置編譯器，無需安裝任何開發(fā)環(huán)境、Win、Mac、Linux電腦任意文本編輯器即可開發(fā)，開發(fā)環(huán)境簡(jiǎn)單，便于上手編寫程序；其次，功能代碼實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，無需進(jìn)行大量的初始化，僅用兩三行代碼即可實(shí)現(xiàn)多種傳感器功能，開發(fā)容易，效率提高；然后，僅用三五行代碼即可實(shí)現(xiàn)Wife、NB-IOT、Lora、Mesh組網(wǎng)、RFID等物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，大大減少了與云平臺(tái)的難度。ShineBlink開發(fā)板如圖3所示。

3.1.2 壓力傳感器

壓力傳感器選用型號(hào)HX711壓力稱重傳感器，是一款專為高精度稱重傳感器而設(shè)計(jì)的24位A/D轉(zhuǎn)換器芯片。與同類型其它芯片相比，該芯片集成了包括穩(wěn)壓電源、片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器等其它同類型芯片所需要的外圍電路，具有集成度高、響應(yīng)速度快、抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。在智能寵物屋中用于對(duì)寵物盒里的口糧和水進(jìn)行稱重，判斷是否需要添加糧食和水，同時(shí)將測(cè)量的數(shù)據(jù)反饋給微處理器。壓力傳感器如圖4所示。

3.1.3 舵機(jī)模塊

舵機(jī)模塊選用型號(hào)為DS32系列的數(shù)字舵機(jī)，扭矩大，精度高，性能好，旋轉(zhuǎn)角度可控，供電電壓在6-8.4v，工作電流可達(dá)1-2A，通過PWM信號(hào)控制，工作頻率在50Hz-100Hz，用于控制食物種類的選擇和糧食的投放，操作方便，效果顯著。

3.2 軟件設(shè)計(jì)

3.2.1 系統(tǒng)程序流程圖

3.2.2 機(jī)智云平臺(tái)

機(jī)智云平臺(tái)是機(jī)智云物聯(lián)網(wǎng)公司經(jīng)過多年行業(yè)內(nèi)的耕耘及對(duì)物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的深刻理解，而推出的面向個(gè)人、企業(yè)開發(fā)者的一站式智能硬件開發(fā)及云服務(wù)平臺(tái)。平臺(tái)提供了從定義產(chǎn)品、設(shè)備端開發(fā)調(diào)試、應(yīng)用開發(fā)、產(chǎn)測(cè)、云端開發(fā)、運(yùn)營(yíng)管理、數(shù)據(jù)服務(wù)等覆蓋智能硬件接入到運(yùn)營(yíng)管理全生命周期服務(wù)的能力。

機(jī)智云平臺(tái)為開發(fā)者提供了自助式智能硬件開發(fā)工具與開放的云端服務(wù)。通過方便的自助工具、完善的SDK與API服務(wù)能力最大限度降低了物聯(lián)網(wǎng)硬件開發(fā)的技術(shù)門檻，降低開發(fā)者的研發(fā)成本，提升開發(fā)者的產(chǎn)品投產(chǎn)速度，幫助開發(fā)者進(jìn)行硬件智能化升級(jí)。機(jī)智云平臺(tái)的生態(tài)環(huán)境如圖5所示。

3.2.3 網(wǎng)關(guān)設(shè)備

網(wǎng)關(guān)設(shè)備選用ESP8266串口WIFI模塊，模塊采用串口與MCU通信，內(nèi)置TCP/IP協(xié)議棧，能夠?qū)崿F(xiàn)串口與WIFI之間的轉(zhuǎn)換，兼容3.3V和5V單片機(jī)系統(tǒng)，支持串口轉(zhuǎn)WIFI STA方案，模塊小巧，抗干擾能力強(qiáng)，性能好，穩(wěn)定可靠，作為接入機(jī)智云平臺(tái)的網(wǎng)關(guān)，可以將硬件設(shè)備連接云平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)硬件聯(lián)網(wǎng)，wifi模塊與MCU的連線圖如圖6所示。

3.24 App開發(fā)

利用機(jī)智云平臺(tái)上的APP代碼在線生成工具（賽博坦工具）開發(fā)屬于自己的APP，APP界面可以在線定義，在線添加所需的控制模塊，通過WIFI模塊與云平臺(tái)和微處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，控制設(shè)備的不同功能。同時(shí)開發(fā)者在機(jī)智云平臺(tái)開發(fā)智能硬件時(shí)，不僅可以很方便地使用該App對(duì)硬件設(shè)備進(jìn)行調(diào)試和驗(yàn)證。

而且可以完成機(jī)智云智能硬件的配置入網(wǎng)、設(shè)備搜索、設(shè)備綁定、設(shè)備登錄、設(shè)備控制、遠(yuǎn)程控制、狀態(tài)更新、本地遠(yuǎn)程切換等基本設(shè)備操作，創(chuàng)建對(duì)應(yīng)的需要傳輸數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)點(diǎn)，數(shù)據(jù)點(diǎn)可以隨時(shí)更新硬件設(shè)備上傳到云平臺(tái)的數(shù)據(jù)。

4 作品展示

實(shí)物均為手工制作，模擬主人不在家時(shí)，通過手機(jī)APP控制各項(xiàng)功能的關(guān)閉來遠(yuǎn)程操作是否投食或空氣凈化，APP上可以看到各項(xiàng)參數(shù)。經(jīng)實(shí)踐，能夠很好的完成各項(xiàng)功能。作品實(shí)物圖如圖8所示。APP界面如圖9所示。

5 總結(jié)

經(jīng)過大量測(cè)試，智能寵物屋能夠自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、傳輸及處理，實(shí)現(xiàn)了智能投喂、遠(yuǎn)程清理寵物排泄物、遠(yuǎn)程互動(dòng)和凈化空氣等功能。當(dāng)空氣質(zhì)量傳感器檢測(cè)到數(shù)據(jù)異常時(shí)，通過噴霧裝置釋放特殊液體達(dá)到凈化空氣的目的，通過壓力傳感器檢測(cè)糧盆里食物或水的重量來判斷是否需要添加食物和水，同時(shí)也可以根據(jù)用戶的需求，在App端選擇不同種類的食物進(jìn)行投放，很好的解決了在無人照顧的情況下，寵物依舊可以正常生活的問題。另外，系統(tǒng)與機(jī)智云平臺(tái)對(duì)接后，由云平臺(tái)接管設(shè)備，云平臺(tái)可以對(duì)設(shè)備進(jìn)行批量開發(fā)與管理，也有效地保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

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