基于STM32 的低成本宠物智能喂食系统

中图分类号：TP368.1 ；S817.3 文献标志码：A

引言

随着生活水平不断提高，家庭饲养宠物的现象变得日益常见，宠物在给予主人情感陪伴之际，也促使宠物用品产业更为繁荣。然而当主人外出之时，鉴于携带不便等诸多因素，宠物往往需要留在家中，其饮食规律便难以得到保证，长此以往可能引发宠物健康问题甚至危及生命。基于此，市场上涌现出一些基于单片机技术的智能喂食设备，构建自动化喂食系统。如以 STM32 为主控芯片的汤文祺等人利通过称重模块的传感器称重食物质量，从而对进食量进行精确控制。通过使用 OLED 和 APP 等显示信息，将 ESP8266 与网络连接，实现远程控制等功能 [1]。部分研究从通讯模块入手，构建宠物喂食系统，如曹研 [2] 使用 HC-05 蓝牙通讯模块，而蒲小年则采用国产的 ESP-WROOM-02 无线网络通信芯片模组 [3]，但受限于成本与功耗，尚未大规模普及。国外对智能宠物喂食的研究时间比我国早很多，他们在智能化和自动化方面已经取得了很大的进展，但也存在一些问题，如设备体积打、结构复杂、价格昂贵等，这些问题是普通宠物主人无法承担的 [5-7]。

鉴于此，本文提出了一种以 STM32F103C8T6 为主控芯片，整合液晶显示、数字温湿度采集、按键设置、压力检测、电机控制和时钟定时功能的宠物喂食系统，以较低成本解决宠物无人照看时的喂食问题。

1 系统硬件设计

图1 系统整体框图

本设计的系统架构划分为数据采集 息呈现与 指令控制 大模块。核心控制单元是 STM32F103C8T6 单片机， 模块运行。数据采集部分物重量数据。用户通过按中的每一步操作都会被实时采集 收 STM32 发送的信号，可以做到 。指令控制模块通过步进 力传感器反馈的数据调整电机转 单元既独立运行又协同工作，形成集数 。本设计的整体框图如图1 所示

1.1 主控单元

系统的主控单元采用的是 STM32F103C8T6 单片机，与传统的 51 系列单片机相比，STM32F103C8T6 在性能与功能上有极大的提升。STM32F103C8T6 是意法半导体推出的 32 位微控制器，基于 ARM Cortex-M3 内核，主频可达 72MHz，具备高效的处理能力，适合实时控制与数据处理任务[8]。其内部集成 64KB Flash 程序存储器和 20KB SRAM，支持在线编程和系统内编程，方便程序存储与调试。

1.2 信息显示模块

信息显示是系统设计的关键一 它需要将 STM3 片处理的信息显示出来，还要在操作时实时显示进行中的操作，如设置每次 度信息等。显示模块选用低功耗、长久耐用和高度可靠性的 LC 符型液晶显示模块，其中 1602 表示它能够显示 16 列 2 行共 32 个 位双向数据线用于传输指令和数据。LCD1602 支持多种控制指令，如清 闪烁控制等，成本低廉，易于获取，资料丰富，易于开发，显示字符清晰，无需复杂图形处理 能较好的满足系统设计需求

1.3 宠物环境监测模块

宠物对于所处环境温湿度有 成长。 系统选用了 DHT11 数字温湿度传感器，它是一 种能同 的复合传感器，其内部集成了电阻式感湿元件与 NTC 11的工作电压范围在3.5V至 5.5V 之间，适用范围较 ，这意味着无需额外的模数转换电路，简化了硬件设计， 试更加便捷。DHT11 检测模块在连接电源后开始工作，分别采集当前环境的 机，发送完成后温湿度检测部分结束。

1.4 宠物喂食模块

宠物喂食模块为整个系统的核心部分，由食物重量检测和粮仓控制两部分组成，重量检测模块检测粮仓打开后投入食物的重量，而粮仓控制则负责打开和关闭粮仓的门，达到开启和阻止食物继续投喂的目的。

重量检测部分选用了HX711 压力传感器 。HX711 模块内置 24 位 A/D 转换芯片，能够把检测到的模拟电压信号转换 据采集功能。而粮仓门控则选用 4 相 机相比，步进角度不会受电压幅值、 系统时钟到达预设喂食时间点并且食 信号 U N2003电机模块接收到 舱门完全打开后，电机停止转动，此时重 预设值时， 电机进行反转，模拟舱门关闭。

1.5 时钟定时模块

为了定时给宠物喂食，系统还必须有时钟模块，能精准计时而且功耗较低的 DS1302 芯片能很好的满足要求。DS1302 体积小、成本低，符合本设计低成本实验场景的需求，其成熟的市场应用也为调试提供了丰富参考。通过向单片机提供一定频率的脉冲进行有效计时 [11]，核心控制器以 DS1302 提供的时间为参数，设定宠物的用餐基准时钟 [12]，本次设计要严格按预设时间执行投食，DS1302 内部集成高精度振荡器并外接 32.768kHz晶振，可以提供精确的时间信息，确保早中晚投食时段的准确性。

1.6 蓝牙通信模块

为了更方便的对喂食时间、喂食重量等信息进行设置，系统连接了 HC-05 蓝牙通信模块，并设计了一款简约的app，用于对相关参数进行设置。

2 系统软件设计

图2 软件设计总体流程

软件主程序选择使用 keil5 来开发 开 发 完 成 后 使 用 STLINK 烧 入 至 stm32 芯 片 中。app 则 使 用appinventor 来制作一款简单的蓝 后，硬件先进行初始化，随后检测当前的温湿度、测秤盘上的 随后，用户可以通过按键，或者连接蓝牙后设置喂食时间或者 力，换算出的重量如果少于设定阈值，电机正转模拟食物舱门 如果没有达到电机保持不动，当喂食量达到预设值时，电机反转， 件设计总体流程如下图2。

3 结语

系统进行各项功能测试效果良好，具体表现在压力传感器测量出的物品重量误差控制在 5g 以内，温湿度测量较准确，步进电机控制粮仓门逻辑正常。本文设计的低成本宠物智能喂食系统允许用户通过按键模块或APP 灵活设定每日早中晚三次喂食时段及单次投放重量，系统运行时，通过压力传感器持续监测储粮容器内的食物重量变化，当系统时钟匹配预设喂食时间并且当前食物重量小于设定值时，单片机通过 ULN2003 驱动芯片控制步进电机正向运转，启动喂食程序；一旦压力传感器检测到当前重量超过设定阈值，电机即刻反向旋转，终止喂食操作，可实现在宠物无人看管时的自动定时定量投喂，保障宠物喂养质量，对推动动物联网在宠物用品领域的普及具有实践意义。

参考文献：

[1] 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.

[2] 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

[3] 蒲小年 , 戚慧珊 , 李智豪 , 等 . 基于微信小程序的宠物自动喂食系统 [J]. 物联网技术 ,2018,8(09):79-81.DOI:10.16667/j.issn.2095-1302.2018.09.019.

4] 商莲辉 . 宠物自动止吠喂食器 [J]. 科技风 ,2012,(11):109.DOI:10.19392/j.cnki.1671-7341.2012.11.085.

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[11] 徐吉祥 , 沈静静 , 蒋一 , 等 . 基于单片机的智能窗帘系统设计 [J]. 产业与科技论坛 ,2022,21(01):34-35.

[12] 项志 赵娟 . 一种智能宠物喂食器的设计 [J]. 广东蚕业 ,2019,53(04):24-25.

作者简介：

第一作者：孙明炜，199508，男，汉族，安徽省安庆市人，硕士，景德镇陶瓷大学助教，研究方向: 嵌入式系统、生物信息学第二作者：刘俊宝，200104，男，汉族，江西省赣州市人，本科，景德镇陶瓷大学 , 研究方向: 嵌入式系统