宠物自动喂食器研究设计

目录摘要 [26]。并且，这些组件通过一个集成开发环境（uVision）整合在了一块。从外观上看，它采用全Windows界面，易于用户上手操作。在性能方面，即便使用高级语言开发应用程序，所生成的目标代码效率极高，多数语句生成的C语言代码十分紧凑。4.2系统主程序设计系统启动伊始，首要任务是完成各个功能模块的初始化动作。随后，依据预先设定的参数开启运行，如此便能达成像食物重量这类参数信息的实时监测功能。自动喂食的时间能够依据自身需求进行设定。一旦抵达设定的指定时间，喂食系统便会自动启动，当投放的食物达到设定重量后，电机就进行反转，进而结束喂食操作。在系统设计流程中，科学严谨且清晰的构思规划是保障设计成效的核心要素。具体设计步骤如下：首先，需绘制一份全面且逻辑清晰的流程图，以此作为系统设计的蓝图。在绘制过程中，应依据传感器在系统中的功能顺序与数据流向进行布局，确保流程图能够准确反映系统的工作流程。接着，进入系统初始化阶段。此阶段需对各个硬件组件进行初始化配置，包括但不限于传感器校准、电机驱动参数设置等，以确保硬件设备处于正常工作状态，为后续模块运行奠定基础。随后，系统各模块将依次启动并进入运行状态。其中，重量监测模块将实时采集食物重量数据，这是实现精准投放的关键前提。同时，时间控制模块将根据预设的投放时间参数，精确控制食物投放的时机。在实时监测食物重量的基础上，系统将依据检测到的重量数据，对电机驱动模块发出相应的控制指令。具体而言，当食物重量达到某一阈值时，系统将控制电机正转以执行投放动作；而当投放完成后或需要调整投放量时，系统则控制电机反转以实现精确控制。通过这一闭环控制机制，系统能够确保食物投放的准确性与稳定性。启动的步骤为：按下电源开关键后，系统开始启动，秤盘中的食物重量先被压力传感器检测，日期时间和重量在液晶显示器上显示。按键可设置当前日期和时间、五次时间段喂食、食物重量的阈值。自动状态下到喂食时间后，压力传感器检测秤盘食物重量，若低于设定阈值，蜂鸣器声光提醒，单片机控制ULN2003芯片驱动电机正转进行喂食，大于设定阈值时，电机反转，停止喂食。手动状态下可直接通过按键开启喂食，此时压力传感器也是先检测秤盘食物重量，低于阈值电机正转进行喂食，达到阈值后停止喂食，主程序流程图如图4.1所示。图4.1主程序流程图4.3核心功能实现4.3.1LCD1602液晶显示子程序设计在本次设计中，选择LCD1602液晶屏作为显示器。当LCD1602液晶显示屏接通电源，就会进入LCD1602子函数环节。在该子函数里，最先开展的是屏幕初始化工作，这一步会把屏幕上的数据全部清零，同时清空内部存储。随后，LCD1602和单片机开启双向通信模式，由单片机承担起对显示屏亮度以及显示内容的调控职责。历经一段延时后，便进入数据写入阶段，把检测所得的参数展示于液晶显示屏之上。除此之外，当设置不同的模数与参数，并依据按键操作时，屏幕上的数值会实时发生变换。具体来说，单片机通过操控写入引脚，向显示屏写入想要显示内容的命令。随后，显示屏执行该指令，从而将内容显示出来。液晶显示子程序流程图如图4.2所示。图4.2液晶显示子程序流程图4.3.2时钟子程序设计本设计中选用了DS1302时钟芯片作为系统的时间管理模块。系统启动后，首先对DS1302进行初始化配置，这一步骤包括关闭写保护功能，以确保后续数据能够顺利写入芯片。初始化过程中，系统会按照DS1302的地址顺序依次写入配置数据，若数据未完全写入，则通过循环机制持续写入，直至所有数据写入完成，方可进入下一操作阶段。完成数据写入后，系统会执行复位操作并关闭写保护，随后再次写入地址指令，并从DS1302中读取对应地址的数据。读取到的数据将通过液晶显示屏进行展示，以便用户直观了解当前时间信息。在数据读写环节，DS1302具有特定的操作时序要求。当进行读数据操作时，系统会在发送控制字后的SCLK（串行时钟）下降沿时刻，从DS1302中读取数据。读取过程中，数据位是从最低位（LSB）开始，逐位向最高位（MSB）推进的。而执行写数据操作时，系统则会在发送控制字后的SCLK上升沿时刻，将数据写入DS1302。同样地，数据的输入也是从最低位开始的，确保数据能够准确无误地传输至芯片内部。通过严格遵循这些操作时序，系统能够确保与DS1302时钟芯片之间的数据交互稳定可靠。DS1302时钟子程序流程图如图4.3所示。图4.3时钟子程序程序流程图4.3.3按键子程序设计在本次设计中，按键电路承担着设置时间、定时时间以及模式调节的功能。单片机按键设有4个引脚，同侧相同的引脚相互连接，3个按键采用并联形式组合。实际连接时，仅需把相同的引脚连接在一起。按键的工作原理依赖于对低电平信号的探测。在主程序里，检测动作处于持续循环执行的状态。只要察觉到按键发出低电平信号，单片机便会引发信号中断，随即马上进入按键子程序。此处设置了2个按键，它们各自负责执行加和减的操作，分别通过2个不一样的函数来达成。在操作过程中，要特别注意进行延时操作，以此避免出现误差。判断按键是否按下，可通过“if(K1==0){while(K1==0)”语句来实现延时，若检测到K1按下，数值便增加；同样地，对于K2按键，“if(K2==0){delay_key()”先进行延迟，接着“while(K2==0)”判断是否按下，若按下则数值减少。按键子程序流程图如图4.4所示。图4.4按键子程序流程图4.3.4压力传感器子程序设计在A/D（模数转换）数据采集子程序的设计中，核心任务在于精准捕捉压电传感器输出的微弱电信号，并将其转换为数字信号以供后续处理。该子程序的操作流程具有明确的时序与功能划分：首先，在数据采集的起始阶段，系统会连续发送24个ADSK（模数转换串行时钟）脉冲。这些脉冲的作用是同步数据采集过程，并逐位采集压电传感器输出的24位串行二进制数据。这一步骤确保了微弱信号能够被完整且准确地数字化。随后，在完成24位数据采集之后，系统会进入通道与增益配置阶段。此阶段通过发送1至3个ADSK脉冲来实现，具体脉冲数量取决于系统设计的灵活性与需求。在本次设计中，为简化操作并满足特定应用需求，仅采用1个ADSK脉冲。这一脉冲不仅用于选择下一次A/D采集的通道（在此设计中选择通道A），还同时设定了增益值（设定为128），从而优化了信号采集的灵敏度和动态范围。通过上述流程，A/D数据采集子程序能够高效且准确地完成对压电传感器输出信号的采集与处理，为整个系统的稳定运行提供了可靠的数据支持。当系统启动以后，先对HX711进行初始化操作，随后开启读取数据功能，进而使能AD转换。要是转换尚未完成，系统就会处于等待状态；一旦转换结束，便开始读取秤盘的压力数据，最终把这些数据展示在液晶显示器上面。压力传感器子程序流程图如图4.5所示。图4.5压力传感器子程序流程图4.3.5步进电机子程序设计本次设计的调节部分主要是对电动机正反转进行控制。系统启动并开始运行后，第一步会判断电机是否需进行正转操作。要是判定结果为需要正转，那么就会依照顺序逐个给AB、BC、CD、DA通电，如此一来就能达成电机正转。正转完结后，历经3秒的延时，电机随即开启反转，反转过程中依序按照AD、DC、CB、BA的顺序逐个进行通电操作。在正转过程中，一旦步数达到设定值，电机便会立即停止正转，直接进入反转状态；而在反转过程中，当步数达到相应设定值时，电机也将停止运行。电机驱动子流程图如图4.6所示。图4.6电机驱动子程序图4.3.6蜂鸣器子程序设计蜂鸣器的正极性端被连接至三极管的集电极（或相应电流控制端），以实现对蜂鸣器发声的控制。为防止三极管因电流过大而直接导通并可能引发的损坏，电路中特别增设了一个阻值为1KΩ的限流电阻，该电阻能有效限制流经三极管的电流，确保电路稳定运行。具体控制逻辑如下：单片机的I/O口被配置为输出端口，用于输出高电平或低电平信号。当单片机的该I/O管脚输出高电平信号时，三极管因获得足够的基极驱动电流而导通，此时电流从电源正极流经限流电阻、三极管，最终通过蜂鸣器形成闭合回路，蜂鸣器因通电而发出声响。反之，当单片机的I/O管脚输出低电平信号时，三极管因缺乏足够的基极驱动电流而截止，电流无法形成闭合回路，蜂鸣器因此不会发声。蜂鸣器报警子程序流程图如图4.7所示。图4.7蜂鸣器报警子程序流程图4.4本章小结本章节从三个部分完成控制系统软件设计，第一部分是介绍软件开发环境；第二部分是STM32单片机软件程序设计，完成STM32主程序流程设；第三部分是子程序流程介绍，分为液晶显示、时钟、按键、压力传感器、步进电机、蜂鸣器六个子程序。

5系统功能测试5.1仿真调试本系统借助Proteus开展仿真工作，Proteus软件乃是英国LabCenterElectronics公司推出的EDA工具软件。它除了具备其他EDA工具软件共有的仿真功能外，还能够针对单片机及其周边器件实施仿真操作。运用此软件绘制电路图，把单片机模块、显示模块、步进电机模块、压力传感器等诸多模块相互连接起来，从而构建出智能宠物喂食器的仿真电路图。在系统操作过程中，用户触发启动按键后，显示屏将实时呈现当前所测量的重量数据以及系统时间。当用户需要对系统时间进行调整时，可按下设置按键，此时系统进入时间调试模式，通过加减按键对小时、分钟等时间参数进行精确调整。此外，系统还具备喂食时间查看与设置功能。用户按下查看喂食时间按键后，显示屏将展示五次预设喂食任务的具体时间点以及喂食所对应的食物投放重量。若用户需对定时时间进行修改，可在查看喂食时间的同时按下设置键，系统将允许用户分别对五次喂食的定时时间进行独立设置。当系统时间到达用户预设的某次喂食时间点时，系统将自动激活电机模块，驱动喂食装置执行喂食操作。软件仿真图如图5.1所示。图5.1软件仿真图当按下K1可以设置第一次的喂食时间，K2与K3分别代表加减时间，第一次时间调试图如图5.2所示。图5.2第一次时间调试图第二次到第五次喂食时间调试都如第一次时间调试步骤相同，K1按到第六次时是设检测喂食重量，重量检测如图5.3所示。图5.3重量检测图现在设置重量阈值是500g，当秤盘内重量少于500g则蜂鸣器响起，蜂鸣器工作如图5.4所示。图5.4蜂鸣器工作图5.2硬件调试依据理论研究与软件仿真的成果，挑选合适的元件、材料以及工具，着手进行焊接工作，以完成实物作品的制作。依据电路图，使用导线将各个硬件模块焊接相连。在整个焊接流程里，一定要确保焊接质量，预防出现短路状况。焊接结束后，将软件程序烧录至单片机，接着开展系统检测相关工作，要是各个功能模块均能正常运作，那么便无问题；一旦出现故障，就需要找出具体的故障部位，逐个予以解决。焊接调试的硬件实物图如图5.5所示。图5.5焊接实物图在完成硬件平台的全面测试并确认各组件无异常后，需转入功能调试阶段。调试伊始，首先接通系统电源，此时显示器将自动进入初始化显示状态，其显示界面被清晰划分为上下两行。时间信息、食物重量等关键数据将分别在这两行中独立显示，便于用户直观获取系统状态。系统启动后，会经历短暂的初始化自检过程，通常持续数秒。在此期间，系统内部各模块将完成启动与初始化配置。自检完成后，显示屏将依据压力传感器实时采集到的数据，动态更新并显示对应的重量信息。即当不同物体放在压力传感器上时，显示屏会呈现与该物体压力值对应的不同重量数值。显示界面如图5.6所示。图5.6显示界面总共设置了五个按键。第一个按键用于设置当前时间以及五次喂食的时间和重量。在设置期间，第二个按键用来上调数值，第三个按键则负责下调数值。当设置结束，再次按下第一个按键就能退出设置状态。按下第四个按键，可直接手动执行喂食操作，而第五个按键的功能是暂停喂食。一旦按下第一个按键，便能够对当前时间段进行设定。在此期间，第二个按键与第三个按键分别承担上调与下调功能。当第一个按键被按下三次后，即可对五个喂食时间进行设定。举例来说，假设要设定第一次喂食时间，原本为7点，通过按下第二个按键，便可将其更改为8点，同时还可设定此次喂食的重量为10g。设定的喂食时间和重量如图5.7和图5.8所示。图5.7喂食时间图5.8喂食重量当检测到秤盘重量小于10g时，电机正转，蜂鸣器响起，指示灯亮起，缺粮报警如图5.9所示。图5.9缺粮报警图当秤盘放有食物，压力传感器测试其重量并在液晶上显示，达到设置的喂食阈值电机反转，指示灯灭，报警停止如图5.10所示。图5.10报警停止图经仿真与实物测试表明，宠物自动喂食器能够正常运转，并达成了预先设计的各项功能。屏幕可正常展示各个参数，最上方一行显示日期与重量信息，下方一行呈现当前时间。五个按键能够正常对各个时间、重量等参数进行设置。当到达预先设定的时间节点时，各个模块均能正常运作。

6总结与展望6.1总结在本次设计里，选用STM32F103C8T6作为主控芯片，借助它可以达成定时投喂、缺粮报警等多项功能。此外，本设计还配备了显示模块，该模块能够实时呈现当前的各类数据。本产品启动运转后，液晶显示屏会呈现当下的时间与重量信息。借助按键操作，能够对当前时间、五次定时的时间以及重量进行设定。设定完毕，随即开始计时。每当抵达每次设定的喂食时间节点，电机便会正向转动，进而开启投食口；而当食物重量达到预先设定的数值时，电机就会反向转动，由此关闭投食口。在这次设计中，成功实现了宠物的智能化喂食，切实解决了人们在外出工作时不能给宠物喂食的困扰，为大家带来了不少便利。而且，该设计产品价格较为实惠，实用性很强。通过此次设计研究，我对相关技术和装置的认识加深了，应用能力也有所提高，这为我今后的学习与工作奠定了更稳固的基础。6.2展望尽管本次系统设计的各项功能均能顺利运行，但确实仍有可优化之处。当下，智能化正逐步渗透到各种用品之中，给人们的生活带来了极大便利。鉴于此，在后续研究阶段，不妨重点考虑添加远程操控模块，从而进一步提高整个系统的实用性；也可以引入触摸屏模块，提升系统的智能化水平，为人们的使用创造更多便利条件。除此之外，增加温湿度控制功能也是一个值得探索的方向，这样能够延长食物的保存期限。要达成量产，首要条件是产品具备广阔的市场前景，且能为人们带来更多使用上的便利，这些方面都将成为后续改进的重点方向。在今后的日子里，我会持续完善自我，不断查阅和收集相关资料，积极与前辈们展开交流，虚心学习他们的经验，全方位提升自身各项技能。期望日后能凭借实际行动，将这款智能宠物喂食器打造得更为出色。

参考文献易佳颖,孙瑞.“富养宠”时代：留守宠物的新生意[N].21世纪经济报道,2025-02-21(011).高玮.需求多元宠物市场潜力巨大[N].山西日报,2024-12-23(009).汤文祺,黄略起,曹玉华.基于STM32的宠物自动喂食器系统设计[J].农业装备与车辆工程,2024,62(08):158-160.迟克璇.服务设计思维下的智能宠物喂食器设计研究[D].鲁迅美术学院,2024.魏雨婷.一种便于清洗的宠物喂食器的设计[J].内江科技,2024,45(06):15-16.石楠.基于用户体验的家养宠物猫喂食器设计[D].南昌大学,2024.石楚伦,王佳佳,韩朋锦,等.基于STM32的宠物自动喂食器[J].物联网技术,2024,14(02):97-100.王凝.关于宠物喂食器的智能化发展趋势及设计方案研究[J].科技与创新,2022,(11):93-95.魏忠强.智能化的家养宠物喂食器设计要点探讨[J].新型工业化,2022,12(04):18-21+26.曹妍.基于单片机的智能宠物喂食器设计[J].电子技术,2021,50(09):32-33.RuiniL.AutomaticPetFeederbasedonSingleChipMicrocomputer[J].JournalofPhysics:ConferenceSeries,2021,2037(1):012104.VAA,CHP,JL.AutomaticPetFeederwithSolarPVSystem[J].IOPConferenceSeries:EarthandEnvironmentalScience,2021,794(1):012123.白亚梅.智能化的家养宠物喂食器设计[J].电子世界,2021,(06):192-193.杜羽茜.宠物用具设计探析——以智能喂食器设计为例[J].明日风尚,2021,(05):106-107.SoumallyaK,SnehaS,DebanjanaN,etal.SmartPetFeeder[J].Journal