智能宠物喂食器的设计(附件)
摘 要本文主要研究了一种基于单片机的智能宠物喂食器的设计。该系统具有定时供食功能和红外感应自动供水功能，并能对宠物所处进食环境的温度进行调节，可用于小猫、小狗等家庭宠物的喂食；能够为宠物饲养爱好者提供极大的方便，尤其是当他们外出工作或短期旅游时，不再为宠物喂养而烦恼。系统以STC89C52单片机为核心，每当设定的供食时间到时，系统控制语音输出电路发出声音，吸引宠物前来进食；并通过食物供给控制电路控制电机旋转，打开供食口档板，使食物流入食物盘中，为宠物供食；当宠物接近水槽时通过红外感应，打开供水开关，为宠物提供饮水；同时，系统还可通过温度采集电路采集环境温度，经数据处理后，一方面将环境温度在LCD上进行显示，另一方面经驱动电路调节风扇转速，为宠物提供一个舒适的进食环境。文中详细介绍了系统的软、硬件设计方法。系统硬件电路主要包括电源电路、时钟复位电路、食物供给控制电路、温度采集电路、风扇转速调节电路、红外感应供水电路等。软件设计采用模块化编程方法，主要包括主程序、食物供给控制子程序、环境温度采集子程序、风扇转速调节子程序和LCD显示子程序等设计。最后，对所设计系统进行了测试，结果表明该系统能够对宠物实现定时供食和自动供水，并具有风扇转速调节功能，可为宠物提供舒适的进食环境；同时，该系统还具有结构简单、操作方便等优点，在实际生活中具有较高的实用价值。
目 录
1 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 国内外研究现状和发展趋势 1
1.3 本课题的研究内容 2
2 系统总体方案设计 3
2.1 系统结构设计 3
2.2 系统工作原理 4
3 硬件电路设计 5
3.1 单片机最小系统电路 5
3.1.1 STC89C52单片机 5
3.1.2 时钟电路 6
3.1.3 复位电路 7
3.2 电源电路 7
3.3 食物供给控制电路 8
3.4 红外感应供水电路 10
3.5 液晶显示电路 12
3.6 温度采集电路 13
3.7 风扇转速调节电路 15
3.8 语音输出 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
电路 16
4 软件设计 17
4.1 系统软件总体设计 17
4.2 初始化子程序 18
4.3 食物供给控制子程序 19
4.4 环境温度采集子程序 20
4.5 风扇转速调节子程序 20
5 系统测试与分析 22
5.1 系统测试 22
5.2 测试结果分析 23
6 总结与展望 24
6.1 课题总结 24
6.2 课题展望 24
参考文献 25
致谢 27
附录A 28
1 绪论
1.1 研究背景
本课题主要研究了一种智能宠物喂食器的设计方法[1]。该喂食器能够为喜欢饲养宠物的爱好者提供极大的方便，尤其是当他们外出工作或短期旅游时，不再为宠物的喂养而烦恼；同时，它还具有结构简单、操作方便，并能实现定时智能喂食、自动感应供水和调节进食环境温度 [2]。因此，本课题在现实生活中具有较高的实用价值和研究意义。
1.2 国内外研究现状和发展趋势
经过对市场上已有宠物喂食器的调查研究，发现它们存在以下三点不足：
（1）当宠物喂食器进行供食控制时，需要手动设定控制电路，无法实现定时智能喂食；（2）给宠物喂水大多是通过控制塑料水嘴来实现的，此方法易出现水嘴漏水或加水过量等情况，无法根据宠物的需求来实现自动供水；(3)目前宠物喂食器在设计上没有充分考虑到给宠物提供一个舒适的进食环境。
针对以上问题，通过查阅相关文献资料，总结出目前智能宠物喂食器的发展趋势如下：
(1)采用高性能微处理器为核心进行系统设计
目前，在智能宠物喂食器设计中，开始研究以高性能微处理器（例如：MCS51单片机、MSP430单片机等）为控制核心的微机控制系统，来提高系统的响应速度和自动控制能力，并增强系统的运行可靠性。
(2)使用红外感应控制来实现自动定量供水
现在市场上宠物喂食器的供水大多采用人工手动添加或宠物咬塑料瓶水嘴喝水，存在无法实现自动供水以及塑料水嘴长时间使用易出现破裂造成漏水等问题；而红外感应供水电路则可以通过红外感应检测宠物，当发现宠物靠近水槽时，自动打开电磁水阀，为宠物提供定量饮水，可较好地解决目前宠物喂食器所存在的供水问题。
(3)为宠物提供舒适的进食环境
目前的宠物喂食器功能还不够完善，只有给宠物喂食、喂水的功能，并没有充分考虑到宠物进食环境是否舒适。例如，在研究时我们可考虑给宠物提供一个舒适的进食温度，根据温度传感器所检测的环境温度，来控制直流风扇的启停和转速，实现宠物进食环境温度的调节。
1.3 本课题的研究内容
本课题以MCS51单片机为核心，来进行智能宠物喂食器系统的设计，其主要研究内容如下：
（1）根据系统设计要求，提出基于单片机的智能宠物喂食器的总体设计方案；
（2）完成系统硬件电路设计，包括：电源电路、时钟复位电路、食物供给控制电路、红外感应供水电路、温度采集电路、风扇转速调节电路、语音输出电路等设计；
（3）完成系统软件设计，主要包括：主程序、初始化子程序、定时供食控制子程序，环境温度采集子程序和风扇转速调节子程序等设计；
（4）完成系统硬件电路制作，并进行系统的软、硬件调试和测试。
2 系统总体方案设计
2.1 系统结构设计
本系统主要包括：电源电路、时钟复位电路、液晶显示电路、温度采集电路、风扇转速调节电路、食物供给控制电路、红外感应供水电路及语音输出电路等。系统整体结构框图如图2.1所示。
图2.1 系统整体结构框图
（1）液晶显示电路。单片机通过液晶显示电路，实现对环境温度的实时显示。
（2）温度采集电路。选用数字温度传感器，对环境温度进行采集，并送入单片机进行处理。
（3）风扇转速调节电路。该电路主要用于控制宠物的进食温度，系统根据所检测的环境温度及设定温度，来控制直流风扇的启停和转速，为宠物提供一个舒适的进食环境。
（4）食物供给控制电路。该电路用于实现对宠物的供食控制，当系统控制供食电机（步进电机）正向旋转时，使供食口档板打开，食物流入食物盘中，为宠物供食；反之，系统控制供食电机反向旋转，使供食口档板关闭，停止为宠物供食。
（5）红外感应供水电路。用于为宠物提供饮水，当红外传感器检测到有宠物靠近水槽时，系统控制供水电磁阀打开若干秒，使饮水流入供水槽中为宠物供水。
（6）语音输出电路。设定一个或几个声音，当到达设定喂食时间时，开始发出声音，吸引宠物前来进食。
2.2 系统工作原理
基于单片机的智能宠物喂食器工作原理如下：每当到达设定的供食时间时，系统控制语音输出电路发出声乐，吸引宠物前来进食；并通过食物供给电路控制步进电机旋转，打开供食口档板，使食物流入食物盘中，为宠物供食[3]；当宠物接近水槽时通过红外感应，打开供水电磁阀开关，为宠物提供饮水；同时，系统还可通过温度采集电路采集环境温度，经数据处理后，一方面将环境温度显示在LCD上，另一方面经驱动电路调节风扇转速，为宠物提供一个舒适的进食环境[4]。
3 硬件电路设计
智能宠物喂食器的硬件电路主要包括：单片机最小系统电路、电源电路、食物供给控制电路、液晶显示电路、温度采集电路、风扇转速调节电路、红外感应供水电路及语音输出电路等设计。
3.1 单片机最小系统电路
单片机最小系统电路包括STC89C52单片机、时钟电路和复位电路[5]。
目 录
1 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 国内外研究现状和发展趋势 1
1.3 本课题的研究内容 2
2 系统总体方案设计 3
2.1 系统结构设计 3
2.2 系统工作原理 4
3 硬件电路设计 5
3.1 单片机最小系统电路 5
3.1.1 STC89C52单片机 5
3.1.2 时钟电路 6
3.1.3 复位电路 7
3.2 电源电路 7
3.3 食物供给控制电路 8
3.4 红外感应供水电路 10
3.5 液晶显示电路 12
3.6 温度采集电路 13
3.7 风扇转速调节电路 15
3.8 语音输出 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
电路 16
4 软件设计 17
4.1 系统软件总体设计 17
4.2 初始化子程序 18
4.3 食物供给控制子程序 19
4.4 环境温度采集子程序 20
4.5 风扇转速调节子程序 20
5 系统测试与分析 22
5.1 系统测试 22
5.2 测试结果分析 23
6 总结与展望 24
6.1 课题总结 24
6.2 课题展望 24
参考文献 25
致谢 27
附录A 28
1 绪论
1.1 研究背景
本课题主要研究了一种智能宠物喂食器的设计方法[1]。该喂食器能够为喜欢饲养宠物的爱好者提供极大的方便，尤其是当他们外出工作或短期旅游时，不再为宠物的喂养而烦恼；同时，它还具有结构简单、操作方便，并能实现定时智能喂食、自动感应供水和调节进食环境温度 [2]。因此，本课题在现实生活中具有较高的实用价值和研究意义。
1.2 国内外研究现状和发展趋势
经过对市场上已有宠物喂食器的调查研究，发现它们存在以下三点不足：
（1）当宠物喂食器进行供食控制时，需要手动设定控制电路，无法实现定时智能喂食；（2）给宠物喂水大多是通过控制塑料水嘴来实现的，此方法易出现水嘴漏水或加水过量等情况，无法根据宠物的需求来实现自动供水；(3)目前宠物喂食器在设计上没有充分考虑到给宠物提供一个舒适的进食环境。
针对以上问题，通过查阅相关文献资料，总结出目前智能宠物喂食器的发展趋势如下：
(1)采用高性能微处理器为核心进行系统设计
目前，在智能宠物喂食器设计中，开始研究以高性能微处理器（例如：MCS51单片机、MSP430单片机等）为控制核心的微机控制系统，来提高系统的响应速度和自动控制能力，并增强系统的运行可靠性。
(2)使用红外感应控制来实现自动定量供水
现在市场上宠物喂食器的供水大多采用人工手动添加或宠物咬塑料瓶水嘴喝水，存在无法实现自动供水以及塑料水嘴长时间使用易出现破裂造成漏水等问题；而红外感应供水电路则可以通过红外感应检测宠物，当发现宠物靠近水槽时，自动打开电磁水阀，为宠物提供定量饮水，可较好地解决目前宠物喂食器所存在的供水问题。
(3)为宠物提供舒适的进食环境
目前的宠物喂食器功能还不够完善，只有给宠物喂食、喂水的功能，并没有充分考虑到宠物进食环境是否舒适。例如，在研究时我们可考虑给宠物提供一个舒适的进食温度，根据温度传感器所检测的环境温度，来控制直流风扇的启停和转速，实现宠物进食环境温度的调节。
1.3 本课题的研究内容
本课题以MCS51单片机为核心，来进行智能宠物喂食器系统的设计，其主要研究内容如下：
（1）根据系统设计要求，提出基于单片机的智能宠物喂食器的总体设计方案；
（2）完成系统硬件电路设计，包括：电源电路、时钟复位电路、食物供给控制电路、红外感应供水电路、温度采集电路、风扇转速调节电路、语音输出电路等设计；
（3）完成系统软件设计，主要包括：主程序、初始化子程序、定时供食控制子程序，环境温度采集子程序和风扇转速调节子程序等设计；
（4）完成系统硬件电路制作，并进行系统的软、硬件调试和测试。
2 系统总体方案设计
2.1 系统结构设计
本系统主要包括：电源电路、时钟复位电路、液晶显示电路、温度采集电路、风扇转速调节电路、食物供给控制电路、红外感应供水电路及语音输出电路等。系统整体结构框图如图2.1所示。
图2.1 系统整体结构框图
（1）液晶显示电路。单片机通过液晶显示电路，实现对环境温度的实时显示。
（2）温度采集电路。选用数字温度传感器，对环境温度进行采集，并送入单片机进行处理。
（3）风扇转速调节电路。该电路主要用于控制宠物的进食温度，系统根据所检测的环境温度及设定温度，来控制直流风扇的启停和转速，为宠物提供一个舒适的进食环境。
（4）食物供给控制电路。该电路用于实现对宠物的供食控制，当系统控制供食电机（步进电机）正向旋转时，使供食口档板打开，食物流入食物盘中，为宠物供食；反之，系统控制供食电机反向旋转，使供食口档板关闭，停止为宠物供食。
（5）红外感应供水电路。用于为宠物提供饮水，当红外传感器检测到有宠物靠近水槽时，系统控制供水电磁阀打开若干秒，使饮水流入供水槽中为宠物供水。
（6）语音输出电路。设定一个或几个声音，当到达设定喂食时间时，开始发出声音，吸引宠物前来进食。
2.2 系统工作原理
基于单片机的智能宠物喂食器工作原理如下：每当到达设定的供食时间时，系统控制语音输出电路发出声乐，吸引宠物前来进食；并通过食物供给电路控制步进电机旋转，打开供食口档板，使食物流入食物盘中，为宠物供食[3]；当宠物接近水槽时通过红外感应，打开供水电磁阀开关，为宠物提供饮水；同时，系统还可通过温度采集电路采集环境温度，经数据处理后，一方面将环境温度显示在LCD上，另一方面经驱动电路调节风扇转速，为宠物提供一个舒适的进食环境[4]。
3 硬件电路设计
智能宠物喂食器的硬件电路主要包括：单片机最小系统电路、电源电路、食物供给控制电路、液晶显示电路、温度采集电路、风扇转速调节电路、红外感应供水电路及语音输出电路等设计。
3.1 单片机最小系统电路
单片机最小系统电路包括STC89C52单片机、时钟电路和复位电路[5]。
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