基于嵌入式宠物智能喂食器控制系统的设计.docx

基于嵌入式宠物智能喂食器控制系统的设计 赵淑萍 朱振兴摘 要：随着人们生活水平的逐步提高，越来越多的人选择在家养宠物，但同样很多人因为养宠物需要时时想着喂食因此在自动化程度越来越繁荣的今日，我们考虑是否可以使用单片机结合一些外设实现喂食的自动化，这样能够大大减轻养宠物主人的工作量，也能避免一些特殊事情无法喂食的情况基于以上种种情况，我做了本次设计本设计是基于STM32的宠物喂食器，可以实现提前投放实物于储物盘内，通过矩阵键盘设定投喂转盘与投喂时间，当时间到达设定时间时，由语音模块发出信号吸引宠物进食关键词：STM32;定时;自动喂养;语音播报1.引言随着人们生活水平的不断提高，人们对情感精神生活的追求也越来越多养宠物是很多家庭选择的方式对于宠物的喂食和照顾，如今还是费时费力，但很多人由于学习与工作，时间并不充裕当人们出差或外出旅游的时候，如何放心地照看宠物，成为了一大问题而本设计就是用于服务养宠物的家庭，使得他们不管是日常喂食还是外出游玩都能够更高效，更放心而本篇论文主要从硬件方面介绍系统所包含的内容与原理说明2.系统整体设计系统采用STM32F103C8T6为控制器，由矩阵按键、TFT显示模块、DS1302定时模块、语音模块、步进电机模块组成。

系统整体结构框图如图2-1所示主要功能是矩阵按键设置完成喂食时间过后，达到设定时间，步进电机驱动转盘使其转到有食物的盘格，并发出语音，提示宠物进食3.硬件模块设计3.1单片机选择STM32F103C8T6单片机其內核是ARMCortex-M3，拥有高速存储器，最高工作频率为75MHZ，单片机运行速度更快共有48个管脚，除了作为普通的IO口，还可复用[1]同时还包含ADC模块，定时器模块，PWM输出模块，也包括常见的IIC、SPI、USART等协议接口3.2电源模块通过比较常见的几种电源芯片过后，选择了LM7805稳压芯片能提供DC 5V的输出电压，应用范围广，内含过流和过载保护电路[2]该芯片经过整流与滤波的电路使220v交流电变为系统工作需要的5V工作电压3.3电机驱动模块3.3.1驱动芯片的选择首先根据系统所需要的功能、所带负载，选择了型号为28BYJ-48的步进电机，它是四相五线式根据步进电机需要脉冲控制的原理，以及所需要的驱动电流，选择了ULN2003芯片作为驱动芯片它的特点是非常耐压，电流增益比较大，负载能力强其主要技术参数如表3-1所示3.3.2芯片内部原理ULN2003芯片内部其实为七个达林顿三极管。

达林顿三级管是两个三极管复合成的，复合之后相当于一个三极管，极性只与前面的三极管有关，但比一个三极管的电流放大倍数大了很多，提高了电流驱动能力达林顿管的作用一般是在高灵敏的放大电路中放大非常微小的信号，如大功率开关电路在电子学电路设计中，达林顿接法常用于功率放大器和稳压电源中我们用的单片机一般驱动能力比较弱，如果要对需要比较大的电流进行控制的器件，可以采用达林顿管进行控制[3]而常见的接法主要有四种，分别是NPN+NPN，PNP+PNP，NPN+PNP，PNP+NPN3.4定时模块为了完成定时的功能，选择了常见且性能优异的DS1302芯片采用了SPI接口，可以与CPU同步通信其主要性能指标如下：（1）DS1302是一个实时时钟芯片，可以提供秒、分、小时、日期、月、年等信息，并且还有闰年自动调整的能力，可以通过配置AM/PM来决定采用24小时格式还是12小时格式2）拥有31字节数据存储RAM串行I/O通信方式，相对并行来说比较节省IO口的使用[4]DS1302的工作电压比较宽，大概是2.0V～5.5V都可以正常工作DS1302这种时钟芯片功耗一般都很低，它在工作电压2.0V的时候，工作电流小于300nA。

当程序写入DS1302芯片初始的时间以后，芯片便会自动从当前时间继续前进，除了常规的时分秒以外，日、月、星期、年，也是该芯片的一大亮点，很多的计时设备都采用了该芯片3.5语音模块本次设计，在考虑到喂食的重要性，与人性化的设计，因此，在语音模块方面选择了SX6288A模块这是一款中文语音合成模块，其工作原理主要是通过异步串口（UART）通讯方式，接受待合成的文本数据，实现文本到语音的转换[5]通讯传输字节格式如表3-2所示3.6矩阵按键模块为了方便设置定时时间，采用了4*4的矩阵键盘作为输入设备通过行列扫描判断低电平的位置，便可以确定按键位置3.7显示模块对比了数码管、点阵、LCD、TFT等几种常见的显示模块之后，选择了管脚少，分辨率高、显示内容全面的TFT彩屏作为显示模块4.软件系统设计由于本次论文主要阐述硬件原理，因此软件部分只将软件流程图列出整体软件系统流程图如图4-1所示5.结论介绍了一个基于STM32的宠物自动喂食器实现了矩阵键盘设置喂食时间，步进电机驱动转盘自动喂食，语音模块播放提醒进食未来可以结合WIFI、5G通信技术等，实现远程控制可搭载摄像头，使主人观察到宠物进食情况，并及时进行调整。

参考文献：[1]刘火良，杨森.STM32库函数开发指南[M].北京：机械工业出版社，2013.[2]康华光.电子技术基础.模拟部分.高等教育出版社.2005.[3]康华光.电子技术基础.数字部分.高等教育出版社.1998.[4]V.Yu.Teplov. A. V. Anisimov. Thermostatting System Using a Single-Chip Microcomputer and Thermoelectric Modules Based on the Peltier Effect. [J].2002.[5]Multi-channel Pulse Sequence Controller with 0.5ns Precision by Using CPLD[A].2017：16.科学与财富2020年18期科学与财富的其它文章变频器在恒压供水系统中的应用电厂锅炉给水泵振动原因分析及处理措施电气工程中电气自动化融合技术的应用水性塑料凹版表印油墨的配方结构与应用现代包装设计中传统工艺美术的应用研究疫情下的线上《计算机应用基础》课程的教学实践与反思 -全文完-。