基于機(jī)智云寵物管理系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

在我國(guó)飼養(yǎng)寵物的人越來(lái)越多，但忙碌于工作、生活等原因沒(méi)有更多的時(shí)間，以更好照顧管理寵物，因此對(duì)飼養(yǎng)寵物工具的要求也越來(lái)越高。目前在市場(chǎng)上寵物喂食系統(tǒng)部分是人工喂養(yǎng)，多半是半自動(dòng)喂養(yǎng)，產(chǎn)品比較單一，在一定程度上無(wú)法滿(mǎn)足人們的智能化需求。

針對(duì)目前市場(chǎng)的需求，整合市場(chǎng)上單一產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)，本文基于機(jī)智云平臺(tái)技術(shù)設(shè)計(jì)了一款智能寵物管理系統(tǒng)。本系統(tǒng)以 Cortex-M4 為內(nèi)核的 STM32F429 芯片為核心，通過(guò)機(jī)智云整合單片機(jī)、WiFi 物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)寵物智能喂養(yǎng)與管理的功能。

機(jī)智云平臺(tái)技術(shù)在我國(guó)飼養(yǎng)寵物的人越來(lái)越多，但忙碌于工作、生活等原因沒(méi)有更多的時(shí)間，以更好照顧管理寵物，因此對(duì)飼養(yǎng)寵物工具的要求也越來(lái)越高。目前在市場(chǎng)上寵物喂食系統(tǒng)部分是人工喂養(yǎng)，多半是半自動(dòng)喂養(yǎng)，產(chǎn)品比較單一，在一定程度上無(wú)法滿(mǎn)足人們的智能化需求。

針對(duì)目前市場(chǎng)的需求，整合市場(chǎng)上單一產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)，本文基于機(jī)智云平臺(tái)技術(shù)設(shè)計(jì)了一款智能寵物管理系統(tǒng)。本系統(tǒng)以 Cortex-M4 為內(nèi)核的 STM32F429 芯片為核心，通過(guò)機(jī)智云整合單片機(jī)、WiFi 物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)寵物智能喂養(yǎng)與管理的功能。

機(jī)智云平臺(tái)技術(shù)

從 2014 年推出的機(jī)智云，為開(kāi)發(fā)者提供物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)、硬件通信、終端 APP 一體化產(chǎn)品服務(wù)和云服務(wù)，為有物聯(lián)網(wǎng)管理需求的客戶(hù)提供連接、運(yùn)營(yíng)管理、數(shù)據(jù)分析等服務(wù)。用戶(hù)可以自定義統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)機(jī)智云 SDK 進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，使智能硬件設(shè)備接入機(jī)智云后的功能更加完善，更加便于管理。

機(jī)智云的功能可以概括為連接硬件設(shè)備，存儲(chǔ)分析數(shù)據(jù)并保證數(shù)據(jù)的安全性，通過(guò)唯一的標(biāo)識(shí)碼鏈接主控設(shè)備后控制設(shè)備。物聯(lián)網(wǎng)的價(jià)值源于萬(wàn)物互聯(lián)的“智能化”，機(jī)智云為企業(yè)提供智能硬件自助開(kāi)發(fā)工具及物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)解決方案。機(jī)智云開(kāi)發(fā)系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

寵物管理系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

寵物管理系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)組成。硬件系統(tǒng)包括主控模塊、電機(jī)模塊、液晶屏顯示操作模塊、傳感器模塊、電源模塊和攝像頭模塊。軟件系統(tǒng)首先要開(kāi)發(fā)環(huán)境搭建，完成MDK 軟件安裝、USB 串口驅(qū)動(dòng)安裝、ST-LINK安裝，采用 C++/C 語(yǔ)言和單片機(jī) C51 等語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)模塊化程序。

軟件系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)機(jī)智云物聯(lián)網(wǎng)功能，并在手機(jī)開(kāi)發(fā)相應(yīng) APP系統(tǒng)。機(jī)智云物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)一方面遠(yuǎn)程控制移動(dòng)終端，利用網(wǎng)絡(luò)和底層控制相關(guān)功能，實(shí)物搭建完畢和下載好程序，上傳好數(shù)據(jù)，就可以通過(guò)液晶屏、自動(dòng)檢測(cè)、手機(jī) APP 進(jìn)行發(fā)送指令；另一方面把數(shù)據(jù)上傳到機(jī)智云端，機(jī)智云的服務(wù)器就會(huì)對(duì)收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，將結(jié)果上傳到控制終端，并在終端中顯示，這種形式克服了時(shí)間和區(qū)域問(wèn)題，能精確地了解寵物的活動(dòng)狀況。系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖2所示。

硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本文的控制系統(tǒng)以Cortex-M4 為內(nèi)核的 STM32F429 芯片為控制核心，通過(guò)溫濕度傳感器對(duì)寵物屋的空氣溫度、濕度實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè) ；利用嵌入式與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過(guò)溫濕度傳感器和激光傳感器的應(yīng)用，并借助 Andriod APP 終端實(shí)現(xiàn)對(duì)寵物的遠(yuǎn)程觀(guān)察。該系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)相關(guān)參數(shù)，并以此判斷當(dāng)前的物理環(huán)境狀況，自動(dòng)調(diào)節(jié)溫度、濕度以及投放食物量等相關(guān)操作。

主控模塊使用了STM32F429 芯 片、CH340G 芯片、AT24C02 芯片；電機(jī)模塊使用了微型130小電機(jī)來(lái)控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)，使用立式的型號(hào)為ZGA37RH 電機(jī)控制喂食的閥門(mén)和清理糞便；液晶顯示屏模塊用于顯示溫濕度和激光測(cè)量距離實(shí)物的高度等；傳感器模塊由溫度傳感器、濕度傳感器組成；電源模塊有兩種供電模式，USB 供電模式和電池供電模式；攝像頭模塊用于觀(guān)察寵物的活動(dòng)狀況。

? WiFi 通信模塊

WiFi 聯(lián)網(wǎng)屬于辦公和家庭使用的短距離無(wú)線(xiàn)技術(shù)，具有速度快、可靠性高等特點(diǎn)。本系統(tǒng)選用的 ESP8266 WiFi 模塊芯片是一款串口轉(zhuǎn)無(wú)線(xiàn)芯片模塊，內(nèi)部自帶固件，用戶(hù)操作簡(jiǎn)單，無(wú)需編寫(xiě)時(shí)序信號(hào)。

? 傳感器模塊

溫濕度傳感器模塊包括溫濕度顯示、自動(dòng)調(diào)節(jié)溫濕度、人工調(diào)節(jié)溫濕度等，有三大執(zhí)行元件，DTH11 溫濕度傳感器、5V 電熱片和 5V/1A 直流小電機(jī) ZGA37RH。本設(shè)計(jì)中，當(dāng)DTH11 溫濕度傳感器給主控系統(tǒng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)高于設(shè)定值時(shí)，主控系統(tǒng)發(fā)送一個(gè)信號(hào)使直流小電機(jī)開(kāi)始工作降溫；當(dāng)數(shù)據(jù)低于設(shè)定值時(shí)，主控系統(tǒng)發(fā)送一個(gè)信號(hào)使電熱片工作升溫。

? 供電模式選擇

為了防止電熱片與直流小電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)和關(guān)閉時(shí)，電流過(guò)大影響芯片和溫濕度傳感器，系統(tǒng)采用分開(kāi)供電模式 。

DTH11 的電源來(lái)自于主控板 STM32F429IGT 開(kāi)發(fā)板的電源端口，而電熱片和直流小電動(dòng)機(jī)的電源直接采用 18650 鋰電池來(lái)供電。電熱片和直流小電動(dòng)機(jī)均采用PWM 脈沖信號(hào)控制，但不是直接使用 PWM 脈沖信號(hào)控制，而是使用兩個(gè)小繼電器單獨(dú)控制電熱片和直流小電動(dòng)機(jī)。主控模塊用 PWM脈沖信號(hào)來(lái)控制繼電器，從而間接控制電熱 片和直流小電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和關(guān)閉。采用繼電器來(lái)控制的方案是經(jīng)過(guò)綜合考慮的，不僅經(jīng)濟(jì)、安全，且使用簡(jiǎn)單。

軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

整個(gè)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)是基于 μC/OS- Ⅲ 操作系統(tǒng)和STemWin圖形界面系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。首先對(duì) μC/OS-Ⅲ 操作系統(tǒng)和 STemWin 圖形系統(tǒng)移植；接著編寫(xiě)各個(gè)模塊的驅(qū)動(dòng)代碼，為每個(gè)模塊開(kāi)啟相應(yīng)的任務(wù)，分配好棧和優(yōu)先級(jí)，同時(shí)利用仿真器制作相應(yīng)的按鈕控件，并在 Visual C++ 6.0上進(jìn)行測(cè)試 ；最后將測(cè)試好的控件代碼移植到工程中，這樣就可以通過(guò)μC/OS-Ⅲ對(duì)圖形界面的相關(guān)控件任務(wù)進(jìn)行調(diào)用并顯示，根據(jù)寵物家園的硬件系統(tǒng)進(jìn)行模塊化編寫(xiě)，而程序使用 IAR 軟件進(jìn)行編寫(xiě)。

? 機(jī)智云物聯(lián)網(wǎng)

在該系統(tǒng)應(yīng)用的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是市面上的智能喂食系統(tǒng)版和集合版，把單一的寵物喂食系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，設(shè)計(jì)一個(gè)更加完美和符合市場(chǎng)需求的產(chǎn)品，即原來(lái)產(chǎn)品的升級(jí)版，以實(shí)現(xiàn)對(duì)寵物遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控的功能。寵物管理系統(tǒng)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控主要功能有兩點(diǎn)，包括用戶(hù)手機(jī) APP軟件與喂養(yǎng)裝置和清理糞便裝置進(jìn)行通信；在安卓 APP上隨時(shí)都可以觀(guān)察寵物的活動(dòng)狀態(tài)。

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)分為應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層、感知層。通過(guò)上面分析，通信模塊主要是基于 IEEE 802.11 協(xié)議的 WiFi 低功耗SoC廣域網(wǎng)，工作在 2.4 GHz/5 GHz頻段，可以借助于互聯(lián)網(wǎng)、云概念和智能終端，更加方便地對(duì)任何物體進(jìn)行連接。

物聯(lián)網(wǎng)對(duì)所連接的設(shè)備的通信協(xié)議要求有以下三點(diǎn)：

* 聯(lián)網(wǎng)的每一物件均可尋址；

* 聯(lián)網(wǎng)的每一物件可通信；

* 聯(lián)網(wǎng)的每一物件可控制。

為滿(mǎn)足以上要求，該系統(tǒng)采用 WiFi聯(lián)網(wǎng)的方式， 使硬件系統(tǒng)成為可通信可控制的網(wǎng)絡(luò)體。機(jī)智云物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖3所示。

? 手機(jī)APP開(kāi)發(fā)

本系統(tǒng)所用遠(yuǎn)程控制的客戶(hù)端是基于機(jī)智云開(kāi)發(fā)的安卓APP控制。根據(jù)機(jī)智云部署步驟和調(diào)試步驟，在機(jī)智云平臺(tái)開(kāi)發(fā) SoC 模式，創(chuàng)建安卓APP的操作步驟如圖4所示，成功地把硬件系統(tǒng)接入到機(jī)智云服務(wù)。

在創(chuàng)建機(jī)智云服務(wù)之前需要先下載機(jī)智云安卓 APP 開(kāi)源框架， 并準(zhǔn)備好 Eclipse 開(kāi)源框架編譯環(huán)境。導(dǎo)入項(xiàng)目到 Eclipse 工程后，根據(jù)開(kāi)源框架包結(jié)構(gòu)的說(shuō)明，修改 UIConfig.json 文件，在這里可以配置工程的配置信息。正確填寫(xiě)機(jī)智云的 Product Key，APP ID，APP Secret 后，工程就可以部署運(yùn)行。云端會(huì)自動(dòng)生成一個(gè)仿真設(shè)備，可模擬真實(shí)設(shè)備上報(bào)數(shù)據(jù)的行為。

在實(shí)體設(shè)備還未開(kāi)發(fā)完成的情況下，開(kāi)發(fā)者可以利用機(jī)智云提供的虛擬設(shè)備工具進(jìn)行 APP 調(diào)試，測(cè)試遠(yuǎn)程控制設(shè)備的功能。其中，在 WiFi 鏈接模式時(shí)，當(dāng) WiFi 通信在無(wú)優(yōu)先級(jí)或者 BT/ZB 優(yōu)先級(jí)較高的情況下，可以人為中斷 WiFi 工作，只需通過(guò) GPIO 口來(lái)區(qū)分各個(gè)通信的優(yōu)先級(jí)。利用聯(lián)網(wǎng)的 IP 地址與安卓 APP 連接，通過(guò)該端口發(fā)送參數(shù)信息，并通過(guò) APP 界面顯示。

要實(shí)現(xiàn)機(jī)智云 APP 與硬件設(shè)備聯(lián)調(diào)，首先要使手機(jī)和硬件設(shè)備連接到同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)向服務(wù)器發(fā)出請(qǐng)求，并且獲得相應(yīng)的信息。信息的傳遞是雙向的， 機(jī)智云 APP 可以控制硬件設(shè)備，若手動(dòng)操作硬件設(shè)備，APP 界面上相應(yīng)的數(shù)據(jù)也會(huì)變化。該系統(tǒng)相應(yīng)的安卓 APP 界面如圖5所示。

系統(tǒng)測(cè)試

系統(tǒng)測(cè)試過(guò)程如下：

1）首先在機(jī)智云平臺(tái)上的開(kāi)發(fā)者中心打開(kāi)開(kāi)發(fā)完成的 Android APP—寵物管理系統(tǒng)，依次點(diǎn)擊“在線(xiàn)調(diào)試設(shè)備”“啟動(dòng)虛擬設(shè)備”。在頁(yè)面上有生成已開(kāi)發(fā)的寵物管理系統(tǒng)的二維碼，手機(jī)下載機(jī)智云，進(jìn)入機(jī)智云 APP 掃描二維碼進(jìn)行綁定。進(jìn)行電腦模擬虛擬設(shè)備控制和手機(jī) APP 操作 按鈕進(jìn)行測(cè)試。在模擬設(shè)備和手機(jī) APP 上操作有數(shù)據(jù)并且在仿真軟件無(wú)誤顯示的話(huà)，證明在線(xiàn)測(cè)試成功。

2）把手機(jī) APP 與實(shí)物進(jìn)行連接，寵物家園系統(tǒng)處于啟動(dòng)狀態(tài)，在手機(jī)終端 APP 添加實(shí)物設(shè)備。進(jìn)行一鍵配置時(shí)，嘗試多次配置并失敗。排查網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題，隨后分別連接 WiFi 和 4G 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行配置，配置并沒(méi)成功。最后更換安卓手機(jī)后，配置成功，開(kāi)始進(jìn)行遠(yuǎn)程控制各個(gè)模塊。

3）遠(yuǎn)程控制時(shí)發(fā)現(xiàn)手機(jī) APP 中顯示溫濕度與硬件設(shè)備液晶顯示屏上數(shù)值不對(duì)應(yīng)，手機(jī) APP 中需要延時(shí)很長(zhǎng)時(shí)間，數(shù)值才更新，并且多個(gè)按鈕沒(méi)有添加松手檢測(cè)，以至于要一直按著按鈕才能使其工作。

4）排查代碼的不嚴(yán)謹(jǐn)而導(dǎo)致的延時(shí)問(wèn)題，經(jīng)過(guò)優(yōu)化代碼后，調(diào)試成功。其中，進(jìn)行 APP 調(diào)試時(shí)開(kāi)發(fā) APP 是難點(diǎn)；個(gè)人對(duì) Java 語(yǔ)言不太熟悉的情況下，應(yīng)用 WiFi 連接設(shè)備和 APP 的連接調(diào)試，花費(fèi)不少時(shí)間。

系統(tǒng)總結(jié)

為了方便人們更好地管理寵物，設(shè)計(jì)基于 STM32 和機(jī)智云平臺(tái)進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)的智能寵物管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)整合 WiFi 聯(lián)網(wǎng)模塊和傳感器技術(shù)，實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地遠(yuǎn)程觀(guān)察寵物狀況、控制管理寵物喂食以及清理等服務(wù)，從根本上解決由于時(shí)間距離關(guān)系不能更好地照顧寵物的需求。機(jī)智云開(kāi)發(fā)平臺(tái)操作簡(jiǎn)單方便，兼容性好，系統(tǒng)安全性能高。

從 2014 年推出的機(jī)智云，為開(kāi)發(fā)者提供物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)、硬件通信、終端 APP 一體化產(chǎn)品服務(wù)和云服務(wù)，為有物聯(lián)網(wǎng)管理需求的客戶(hù)提供連接、運(yùn)營(yíng)管理、數(shù)據(jù)分析等服務(wù)。用戶(hù)可以自定義統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)機(jī)智云 SDK 進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，使智能硬件設(shè)備接入機(jī)智云后的功能更加完善，更加便于管理。

機(jī)智云的功能可以概括為連接硬件設(shè)備，存儲(chǔ)分析數(shù)據(jù)并保證數(shù)據(jù)的安全性，通過(guò)唯一的標(biāo)識(shí)碼鏈接主控設(shè)備后控制設(shè)備。物聯(lián)網(wǎng)的價(jià)值源于萬(wàn)物互聯(lián)的“智能化”，機(jī)智云為企業(yè)提供智能硬件自助開(kāi)發(fā)工具及物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)解決方案。機(jī)智云開(kāi)發(fā)系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

寵物管理系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

寵物管理系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)組成。硬件系統(tǒng)包括主控模塊、電機(jī)模塊、液晶屏顯示操作模塊、傳感器模塊、電源模塊和攝像頭模塊。軟件系統(tǒng)首先要開(kāi)發(fā)環(huán)境搭建，完成MDK 軟件安裝、USB 串口驅(qū)動(dòng)安裝、ST-LINK安裝，采用 C++/C 語(yǔ)言和單片機(jī) C51 等語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)模塊化程序。

軟件系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)機(jī)智云物聯(lián)網(wǎng)功能，并在手機(jī)開(kāi)發(fā)相應(yīng) APP系統(tǒng)。機(jī)智云物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)一方面遠(yuǎn)程控制移動(dòng)終端，利用網(wǎng)絡(luò)和底層控制相關(guān)功能，實(shí)物搭建完畢和下載好程序，上傳好數(shù)據(jù)，就可以通過(guò)液晶屏、自動(dòng)檢測(cè)、手機(jī) APP 進(jìn)行發(fā)送指令；另一方面把數(shù)據(jù)上傳到機(jī)智云端，機(jī)智云的服務(wù)器就會(huì)對(duì)收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，將結(jié)果上傳到控制終端，并在終端中顯示，這種形式克服了時(shí)間和區(qū)域問(wèn)題，能精確地了解寵物的活動(dòng)狀況。系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖2所示。

硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本文的控制系統(tǒng)以Cortex-M4 為內(nèi)核的 STM32F429 芯片為控制核心，通過(guò)溫濕度傳感器對(duì)寵物屋的空氣溫度、濕度實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè) ；利用嵌入式與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過(guò)溫濕度傳感器和激光傳感器的應(yīng)用，并借助 Andriod APP 終端實(shí)現(xiàn)對(duì)寵物的遠(yuǎn)程觀(guān)察。該系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)相關(guān)參數(shù)，并以此判斷當(dāng)前的物理環(huán)境狀況，自動(dòng)調(diào)節(jié)溫度、濕度以及投放食物量等相關(guān)操作。

主控模塊使用了STM32F429 芯 片、CH340G 芯片、AT24C02 芯片；電機(jī)模塊使用了微型130小電機(jī)來(lái)控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)，使用立式的型號(hào)為ZGA37RH 電機(jī)控制喂食的閥門(mén)和清理糞便；液晶顯示屏模塊用于顯示溫濕度和激光測(cè)量距離實(shí)物的高度等；傳感器模塊由溫度傳感器、濕度傳感器組成；電源模塊有兩種供電模式，USB 供電模式和電池供電模式；攝像頭模塊用于觀(guān)察寵物的活動(dòng)狀況。

? WiFi 通信模塊

WiFi 聯(lián)網(wǎng)屬于辦公和家庭使用的短距離無(wú)線(xiàn)技術(shù)，具有速度快、可靠性高等特點(diǎn)。本系統(tǒng)選用的 ESP8266 WiFi 模塊芯片是一款串口轉(zhuǎn)無(wú)線(xiàn)芯片模塊，內(nèi)部自帶固件，用戶(hù)操作簡(jiǎn)單，無(wú)需編寫(xiě)時(shí)序信號(hào)。

? 傳感器模塊

溫濕度傳感器模塊包括溫濕度顯示、自動(dòng)調(diào)節(jié)溫濕度、人工調(diào)節(jié)溫濕度等，有三大執(zhí)行元件，DTH11 溫濕度傳感器、5V 電熱片和 5V/1A 直流小電機(jī) ZGA37RH。本設(shè)計(jì)中，當(dāng)DTH11 溫濕度傳感器給主控系統(tǒng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)高于設(shè)定值時(shí)，主控系統(tǒng)發(fā)送一個(gè)信號(hào)使直流小電機(jī)開(kāi)始工作降溫；當(dāng)數(shù)據(jù)低于設(shè)定值時(shí)，主控系統(tǒng)發(fā)送一個(gè)信號(hào)使電熱片工作升溫。

? 供電模式選擇

為了防止電熱片與直流小電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)和關(guān)閉時(shí)，電流過(guò)大影響芯片和溫濕度傳感器，系統(tǒng)采用分開(kāi)供電模式 。

DTH11 的電源來(lái)自于主控板 STM32F429IGT 開(kāi)發(fā)板的電源端口，而電熱片和直流小電動(dòng)機(jī)的電源直接采用 18650 鋰電池來(lái)供電。電熱片和直流小電動(dòng)機(jī)均采用PWM 脈沖信號(hào)控制，但不是直接使用 PWM 脈沖信號(hào)控制，而是使用兩個(gè)小繼電器單獨(dú)控制電熱片和直流小電動(dòng)機(jī)。主控模塊用 PWM脈沖信號(hào)來(lái)控制繼電器，從而間接控制電熱 片和直流小電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和關(guān)閉。采用繼電器來(lái)控制的方案是經(jīng)過(guò)綜合考慮的，不僅經(jīng)濟(jì)、安全，且使用簡(jiǎn)單。

軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

整個(gè)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)是基于 μC/OS- Ⅲ 操作系統(tǒng)和STemWin圖形界面系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。首先對(duì) μC/OS-Ⅲ 操作系統(tǒng)和 STemWin 圖形系統(tǒng)移植；接著編寫(xiě)各個(gè)模塊的驅(qū)動(dòng)代碼，為每個(gè)模塊開(kāi)啟相應(yīng)的任務(wù)，分配好棧和優(yōu)先級(jí)，同時(shí)利用仿真器制作相應(yīng)的按鈕控件，并在 Visual C++ 6.0上進(jìn)行測(cè)試 ；最后將測(cè)試好的控件代碼移植到工程中，這樣就可以通過(guò)μC/OS-Ⅲ對(duì)圖形界面的相關(guān)控件任務(wù)進(jìn)行調(diào)用并顯示，根據(jù)寵物家園的硬件系統(tǒng)進(jìn)行模塊化編寫(xiě)，而程序使用 IAR 軟件進(jìn)行編寫(xiě)。

? 機(jī)智云物聯(lián)網(wǎng)

在該系統(tǒng)應(yīng)用的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是市面上的智能喂食系統(tǒng)版和集合版，把單一的寵物喂食系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，設(shè)計(jì)一個(gè)更加完美和符合市場(chǎng)需求的產(chǎn)品，即原來(lái)產(chǎn)品的升級(jí)版，以實(shí)現(xiàn)對(duì)寵物遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控的功能。寵物管理系統(tǒng)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控主要功能有兩點(diǎn)，包括用戶(hù)手機(jī) APP軟件與喂養(yǎng)裝置和清理糞便裝置進(jìn)行通信；在安卓 APP上隨時(shí)都可以觀(guān)察寵物的活動(dòng)狀態(tài)。

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)分為應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層、感知層。通過(guò)上面分析，通信模塊主要是基于 IEEE 802.11 協(xié)議的 WiFi 低功耗SoC廣域網(wǎng)，工作在 2.4 GHz/5 GHz頻段，可以借助于互聯(lián)網(wǎng)、云概念和智能終端，更加方便地對(duì)任何物體進(jìn)行連接。

物聯(lián)網(wǎng)對(duì)所連接的設(shè)備的通信協(xié)議要求有以下三點(diǎn)：

* 聯(lián)網(wǎng)的每一物件均可尋址；

* 聯(lián)網(wǎng)的每一物件可通信；

* 聯(lián)網(wǎng)的每一物件可控制。

為滿(mǎn)足以上要求，該系統(tǒng)采用 WiFi聯(lián)網(wǎng)的方式， 使硬件系統(tǒng)成為可通信可控制的網(wǎng)絡(luò)體。機(jī)智云物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖3所示。

? 手機(jī)APP開(kāi)發(fā)

本系統(tǒng)所用遠(yuǎn)程控制的客戶(hù)端是基于機(jī)智云開(kāi)發(fā)的安卓APP控制。根據(jù)機(jī)智云部署步驟和調(diào)試步驟，在機(jī)智云平臺(tái)開(kāi)發(fā) SoC 模式，創(chuàng)建安卓APP的操作步驟如圖4所示，成功地把硬件系統(tǒng)接入到機(jī)智云服務(wù)。

在創(chuàng)建機(jī)智云服務(wù)之前需要先下載機(jī)智云安卓 APP 開(kāi)源框架， 并準(zhǔn)備好 Eclipse 開(kāi)源框架編譯環(huán)境。導(dǎo)入項(xiàng)目到 Eclipse 工程后，根據(jù)開(kāi)源框架包結(jié)構(gòu)的說(shuō)明，修改 UIConfig.json 文件，在這里可以配置工程的配置信息。正確填寫(xiě)機(jī)智云的 Product Key，APP ID，APP Secret 后，工程就可以部署運(yùn)行。云端會(huì)自動(dòng)生成一個(gè)仿真設(shè)備，可模擬真實(shí)設(shè)備上報(bào)數(shù)據(jù)的行為。

在實(shí)體設(shè)備還未開(kāi)發(fā)完成的情況下，開(kāi)發(fā)者可以利用機(jī)智云提供的虛擬設(shè)備工具進(jìn)行 APP 調(diào)試，測(cè)試遠(yuǎn)程控制設(shè)備的功能。其中，在 WiFi 鏈接模式時(shí)，當(dāng) WiFi 通信在無(wú)優(yōu)先級(jí)或者 BT/ZB 優(yōu)先級(jí)較高的情況下，可以人為中斷 WiFi 工作，只需通過(guò) GPIO 口來(lái)區(qū)分各個(gè)通信的優(yōu)先級(jí)。利用聯(lián)網(wǎng)的 IP 地址與安卓 APP 連接，通過(guò)該端口發(fā)送參數(shù)信息，并通過(guò) APP 界面顯示。

要實(shí)現(xiàn)機(jī)智云 APP 與硬件設(shè)備聯(lián)調(diào)，首先要使手機(jī)和硬件設(shè)備連接到同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)向服務(wù)器發(fā)出請(qǐng)求，并且獲得相應(yīng)的信息。信息的傳遞是雙向的， 機(jī)智云 APP 可以控制硬件設(shè)備，若手動(dòng)操作硬件設(shè)備，APP 界面上相應(yīng)的數(shù)據(jù)也會(huì)變化。該系統(tǒng)相應(yīng)的安卓 APP 界面如圖5所示。

系統(tǒng)測(cè)試

系統(tǒng)測(cè)試過(guò)程如下：

1）首先在機(jī)智云平臺(tái)上的開(kāi)發(fā)者中心打開(kāi)開(kāi)發(fā)完成的 Android APP—寵物管理系統(tǒng)，依次點(diǎn)擊“在線(xiàn)調(diào)試設(shè)備”“啟動(dòng)虛擬設(shè)備”。在頁(yè)面上有生成已開(kāi)發(fā)的寵物管理系統(tǒng)的二維碼，手機(jī)下載機(jī)智云，進(jìn)入機(jī)智云 APP 掃描二維碼進(jìn)行綁定。進(jìn)行電腦模擬虛擬設(shè)備控制和手機(jī) APP 操作 按鈕進(jìn)行測(cè)試。在模擬設(shè)備和手機(jī) APP 上操作有數(shù)據(jù)并且在仿真軟件無(wú)誤顯示的話(huà)，證明在線(xiàn)測(cè)試成功。

2）把手機(jī) APP 與實(shí)物進(jìn)行連接，寵物家園系統(tǒng)處于啟動(dòng)狀態(tài)，在手機(jī)終端 APP 添加實(shí)物設(shè)備。進(jìn)行一鍵配置時(shí)，嘗試多次配置并失敗。排查網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題，隨后分別連接 WiFi 和 4G 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行配置，配置并沒(méi)成功。最后更換安卓手機(jī)后，配置成功，開(kāi)始進(jìn)行遠(yuǎn)程控制各個(gè)模塊。

3）遠(yuǎn)程控制時(shí)發(fā)現(xiàn)手機(jī) APP 中顯示溫濕度與硬件設(shè)備液晶顯示屏上數(shù)值不對(duì)應(yīng)，手機(jī) APP 中需要延時(shí)很長(zhǎng)時(shí)間，數(shù)值才更新，并且多個(gè)按鈕沒(méi)有添加松手檢測(cè)，以至于要一直按著按鈕才能使其工作。

4）排查代碼的不嚴(yán)謹(jǐn)而導(dǎo)致的延時(shí)問(wèn)題，經(jīng)過(guò)優(yōu)化代碼后，調(diào)試成功。其中，進(jìn)行 APP 調(diào)試時(shí)開(kāi)發(fā) APP 是難點(diǎn)；個(gè)人對(duì) Java 語(yǔ)言不太熟悉的情況下，應(yīng)用 WiFi 連接設(shè)備和 APP 的連接調(diào)試，花費(fèi)不少時(shí)間。

系統(tǒng)總結(jié)

為了方便人們更好地管理寵物，設(shè)計(jì)基于 STM32 和機(jī)智云平臺(tái)進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)的智能寵物管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)整合 WiFi 聯(lián)網(wǎng)模塊和傳感器技術(shù)，實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地遠(yuǎn)程觀(guān)察寵物狀況、控制管理寵物喂食以及清理等服務(wù)，從根本上解決由于時(shí)間距離關(guān)系不能更好地照顧寵物的需求。機(jī)智云開(kāi)發(fā)平臺(tái)操作簡(jiǎn)單方便，兼容性好，系統(tǒng)安全性能高。