基于单片机STC15的智能宠物喂食系统设计
基于单片机STC15的智能宠物喂食系统设计
目录
TOC\o1-3\u1绪论 1
1.1研究背景 1
1.2国内外研究现状 1
1.3研究内容 2
2功能与设计方案 3
2.1系统功能要求 3
2.2系统设计方案 3
2.3硬件模块选型 4
2.3.1单片机模块的选型 4
2.3.2电机驱动模块的选型 5
2.3.3显示模块的选型 5
3系统的硬件设计 7
3.1STC15W4K32S4单片机 7
3.2显示模块 8
3.3水位检测模块 9
3.4矩阵键盘模块 10
3.5DS1302时钟模块 11
3.6HX711重量检测模块 12
3.7MX1508电机驱动模块研究 14
4系统的软件设计 1
4.1Keil4软件 1
4.2软件流程图 1
4.2.1主程序流程 1
4.2.2按键子程序 3
4.2.3显示子程序 4
5仿真展示 1
5.1系统整体仿真 1
5.2投食控制仿真 1
5.3水位控制仿真 2
5.4按键处理仿真 3
5.5LCD显示仿真 4
5.6系统测试评估 4
结论 1
谢辞 1
参考文献 1
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绪论
研究背景
在当代社会中，宠物角色已转变为家庭成员与情感寄托，与传统的看家护院角色存在对比，中国宠物市场从2010年的140亿元迅速增长至2023年的4500亿元，宠物行业呈现爆发式增长，快节奏的城市生活和工作压力使宠物主人难以按时喂养宠物，喂食不规律，过量或不足等问题难以避免。喂食不规律会打破宠物的生物钟，同时干扰消化系统，导致肠胃问题[1]；喂食过量则容易引发肥胖，关节疾病与心脏问题；食物暴露在空气中会增加细菌滋生的风险，同时营养流失，健康危害也愈加显著，针对中国城市宠物主人的调查显示，工作原因使65%受访者无法保证按时喂食，83%的人对可靠的自动喂食设备存在使用希望。智能喂食器市场存在价格偏高，功能偏局限的特征，难以完全适配一般家庭的需求，本研究的目标为设计一种价格适中且功能全面的智能喂食系统，应对当代宠物饲养中的具体问题，借助电子化与自动化和智能化技术，宠物喂食的科学管理可以实现，为宠物主人提供便捷可靠的宠物照料解决形式[2]。
国内外研究现状
智能宠物喂食系统在国外的研究与应用历史较长，2005年，美国PetSafe公司推出“SmartFeeder”，开创自动喂食器的先河，但该产品仅具备基本定时功能，且价格高昂，功能单一[3]。2015年，美国Petnet公司的SmartFeeder2.0增加了手机控制功能，智能喂食器进入网络化阶段，德国Petkit公司2020年推出的FreshElement系列产品，集成了摄像头与食物称重功能，这显示了国外高端产品在现阶段的水平[4]。日本在个性化喂食研究中，筑波大学机器人实验室的智能喂食系统可识别不同宠物并依据个性化食谱进行投喂，韩国三星电子与宠物食品巨头Mars合作推出了集成于智能家居的喂食系统，全屋智能控制在系统中实现[5]。
国内智能喂食系统研究起步较晚，相关方面，2016年深圳拾喵科技的自动喂食器在淘宝众筹平台融资超过300万元，但仅可定时喂食，北京小佩科技2018年推出的智能喂食器增加了远程控制功能，存在稳定性问题，清华大学机械工程系基于STM32单片机的智能喂食系统解决了定量投喂难题；浙江大学电气学院的ZigBee组网喂食系统处理了多设备协同问题。当前市场产品存在多方面问题，价格方面偏高，国外产品售价多在1500元与2500元的高价格段，功能方面则单一，多数产品仅存在定时功能。可靠性方面也难以达到要求，使用后一段时间易出现卡料，漏食等故障现象，维护也存在困难，复杂结构使清洁不便的缺陷增加。功耗方面，电池续航时间短也难以避免，学术研究在实用性和成本控制的考量方面缺乏，转化为商业产品困难[6]。
本研究为解决上述问题，选择成本适中的STC15单片机为控制核心，设计了功能全面，结构合理且操作简便的智能宠物喂食系统，填补中低端市场的空白，此类系统不仅在功能设计和结构逻辑性中达到合理要求，同时操作也偏于简便特征，且在中低端智能宠物喂食产品中显示为创新化设计。
研究内容
本研究以宠物主人需求为依据，设计了一款基于STC15单片机的智能宠物喂食系统，研究包含需求分析，方案设计，硬件选型集成与软件开发测试。硬件部分核心选用STC15W4K32S4，结合MX1508电机驱动，HX711重量检测，LCD1602显示，水位检测，矩阵键盘和DS1302时钟模块，完成硬件平台的构建，软件开发以Keil4环境为平台，主控程序，按键控制与显示逻辑等实现功能与硬件的结合。系统设计