基于单⽚机的智能宠物喂⾷器设计
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⽬  录
随着我国社会经济⽔平的快速发展，城市化的进程不断加速。我国国民⽣活⽔平不断提⾼，我国的宠物业也得到了飞速发展。由于城市⽣活的封闭性、个性化和⼈⼝⽼龄化等问题不断凸显。⼈民⽣活中休闲、消费和情感寄托⽅式也呈现出多样化发展。家庭宠物的饲养已经成为了城市居民⽣活消遣的新⽅式。
本设计具体完成基于STC89C52的智能宠物喂⾷控制系统的设计开发。该系统以单⽚机为控制核⼼，通过传感器对相关参数进⾏实时检测和采集，实现重量、温度、湿度等信息的采集和显⽰功能并实现定时投喂、重量等参数的设置和调整功能。在应⽤中，环境温度、湿度信息通过温湿度传感器进⾏检测。基于设定好的时间节点启动步进电机完成⾷物投放操作，发出声⾳来提⽰宠物进⾷，并对投放重量进⾏检测和控制。除实现⾃动操作控制之外，本系统还⽀持⼿动操控模式，⽅便了⽤户喂⾷宠物。
本系统的设计和应⽤，能够在⽆⼈条件下⾃动完成宠物喂⾷操作，确保了宠物饮⾷的规律性，解决了主⼈不在家时⽆法合理喂养宠物的问题，通过压⼒传感器测得的剩余⾷物的重量，可以知道宠物剩余⾷物量的多少所带来的健康问题。
关键词：STC89C52  宠物喂⾷  传感器  步进电机
With the rapid development of China's social and economic level, the process of urbanization is accelerating. With the continuous improvement of the living standard of our people, the pet industry in our country has also developed rapidly. Due to the closure and individuation of urban life and the aging of population, etc. The ways of leisure, consumption and emotional sustenance in people's life also show diversified development. Keeping family pets has become a new way for urban residents to live and relax.
This design completes the design and development of intelligent pet feeding control system based on STC89C52. The system takes single-chip microcomputer as the control core, and detects and collects relevant parameters in real time through sensors, thus realizing the functions of collecting and displaying information such as weight, temperature and humidity, and realizing the functions of setting and adjusting parameters such as regular feeding and weight. In the specific application, the information of environmental temperature and humidity is detected by temperature and humidity sensors, and the stepping motor is started based on the set time node to complete the food feeding operation, and sounds to prompt pets to eat, and the feeding weight is detected and controlled. In addition to automatic operation control, the system also supports manual operation mode, which is c
onvenient for users to feed pets.
The design and application of this system can automatically complete the pet feeding operation under the unmanned condition, ensure the regularity of pet diet, and solve the problem that the owner can't feed the pet reasonably when he is not at home. Through the weight of the remaining food measured by the pressure sensor, we can know the health problems of pets caused by the amount of food.
Keywords:STC89C52  Pet feedding  Sensor  Stepmotor
绪论
研究背景
在社会经济⾼速发展的同时，居民⽣活⽔平也不断提升，对⽣活质量也表现出了更⾼的需求。饲养宠物因此成为满⾜⼈们精神需求的重要活动，为宠物业及相关产业的发展创造了有利环境......还可以在宠物胃⼝较好的时候进⾏⼿动喂⾷，给饲养宠物者带来了极⼤的⽅便。
国内外发展现状
在第⼆届中国北京国际宠物⽤品展览会上，⾃动喂⾷器称为展⽰焦点，这也说明，⾃动化、智能化已成为宠物⽤品市场发展趋势。展商均认为，......
国外对宠物及其相关产业的研究领先于中国，......⼀是欧美国家⽣产的⾼级宠物⽤品品种繁多、个性化且附加价值⾼，另⼀种是东南亚各国⽣产的低价位产品。
中国是世界宠物⽤品的出⼝⼤国之⼀，......性能可靠和价格低廉等优点，通常在其外部配置外围电路就可构成完整的控制系统，根据此特点赢得了⼴泛应⽤。
纵观为宠物所设计和研发的产品，......在研究的过程中，总有⼀些新的疑问在浮现，这些需要我们进⾏更⼴泛的资料收集，随时跟进最新发展动态。
研究内容
本系统由控制模块、检测模块、显⽰模块、语⾳模块等构成。控制模块以STC89C52单⽚机为核⼼；检测模块以压⼒传感器为基础；按键模块实现了对喂⾷时间、单次投喂重量的⾃定义设置；显⽰模块选择LCD1602，实现了时间、⾷物剩余重量和温湿度等参数数据的显⽰输出功能。WT588D语⾳播报提醒宠物进⾷。ULN2003步进电机正喂⾷，反转对应着停⽌喂⾷功能。
第⼀章为绪论，介绍了课题的背景和国内外现状，....
第⼆章为系统整体⽅案，通过对各个硬件的选择和⽐较，.....
第三章为系统硬件设计，对各个模块电路进⾏阐述，包含⼯作原理、......
第四章为软件系统设计，⾸先对本系统软件开发使⽤到的⼯具进⾏介绍，......
第五章为系统调试，对测试结果进⾏分析，......
第六章为总结与展望，针对本次设计的收获进⾏总结，分析系统的优缺点，......
系统整体⽅案
设计⽅案选定
诞⽣于上世纪七⼗年代的单⽚机表现出巨⼤的技术优势和应⽤价值，以极短时间迅速取得了市场的优势地位，成为应⽤⽔平最⾼的⼀种技术装置.....性能等⾓度出发开展对⽐分析⼯作。确定STC89C52和AT89S52这两款单⽚机产品进⾏选择。
两者的⽐较：
（1）AT89S52单⽚机是8K字节程序存储空间、......
（2）STC89C52是ISP的，是在线⽤串⼝编程的......
（3）STC89C52内带EEPROM，可以断电后保存资料，......
（4）STC89C52⾃带ADC，AT89S52需要外置ADC。
综上所述，我选择了STC89C52这款单⽚机⽤于本次设计。......
设计思路
本智能喂⾷装置以STC89C52单⽚机为控制核⼼，实现以下功能：接⼊电源，对⾃动喂⾷的时间进⾏设置。在到达指定时间时⾃动启动喂⾷系统，......
本次系统构成分为硬件系统和软件部分。其中，硬件系统完成控制模块、检测模块、语⾳模块、显⽰模块等相关硬件的选择和电路设计⼯作，......
元器件有电解电容、陶瓷电容、按键、电阻、电位器、单⽚机、HK711传感器、液晶、开关、电源、电⼦秤、排针、排阻、ULN2003电机驱动、步进电机、温湿度传感器、晶振。系统框图如图2-1所⽰。
图2-1  系统框图
硬件系统设计
单⽚机最⼩系统
本设计所选择的STC89C52单⽚机由Atmel公司研发制造，具有功耗低、性能好、存储空间充⾜等优势特征，能够充分满⾜设计需求[1]。⽬前，......单⽚机最⼩系统图如图3-1所⽰。
图3-1  单⽚机最⼩系统
本设计所选择的STC89C52单⽚机在程序指令⽅⾯与传统51系列单⽚机都有兼容能⼒，体现出良好的应⽤⽔平[3]。
STC89C52的时钟特性分析，基于以下⼯作流程实现单⽚机功能，顺序读取程序指令进⾏编译和执⾏，在此基础上⾃动逐条运⾏程序指令实现程序指令对应的空盒⼦功能。程序指令的调⽤和执⾏需要遵循严格的逻辑顺序，从时间层⾯对其执⾏次序进⾏规定。该时间次序即时序，是程序运⾏的基本规则。
本系统具体包含内部时钟、外部时钟等不同⼯作模式。
北京宠物用品市场该模式集成了振荡电路，将⽯英晶体通过引脚XTAL1、XTAL2与单⽚机相连构建⾃激振荡为单⽚机运⾏提供必要的时钟信号。其中，CYS 代表晶振，C1、C2代表电容，其常见参数取值分别为1.2-12MHz和5-30pF。
按键控制电路模块
按键电路的基本构成为并联形式的微动开关[4]。该开关基于电平检测结果实现不同的动作状态。但是抖动问题的存在将导致⼀定的操作误差。因此在程序设计环节需要考虑消抖问题实现相对精确的控制效果。按键控制电路原理图和实物图如图3-3所⽰。
图3-3  按键控制电路图和实物图
1、2和3、4引脚是内部导通的，在焊接时候只需要1、2或者是3、4连接单⽚机或者接地就可以了，当按键按下后输出低电平，松开是⾼电平。当按键按下后程序就执⾏当前按键所执⾏的条件，单⽚机接收到按键输出的低电平后就开始进⾏处理。第⼀个按键可设置各种参数，通过第⼆、三、四个按键进⾏辅助。实物引脚图如图3-4所⽰。
图3-4  实物引脚图
电源电路模块
单⽚机的电源采⽤直流5V供电，电源模块包括⼀个3脚的电源座⼦和6脚的电源开关。电源座⼦⽤于连接外部的电源插头，1⼝引脚连接到电源开关的3⼝引脚.......若传感器电压⾼于电源电压，则需借助相应的升压装置实现升压功能以满⾜电压需求。电源电路图和实物图如图3-5所⽰。
图3-5  电源电路图和实物图
语⾳播报模块
语⾳模块以WT588D为核⼼，实现了语⾳播报、提⽰、报警等功能[6]。P02⼝是复位引脚可以不接，只有P03⼝是数据引脚，......就会发送指令给WT588D，进⾏语⾳播报。语⾳播报电路图和实物图如图3-6所⽰。
图3-6  语⾳播报电路图和实物图
温湿度检测模块
本设计采⽤DHT11温湿度传感器模块，DHT11传感器是市场上最常⽤的温湿度传感器。......检测的结果以数字量⽅式串⾏传送[7]。
基于⾃⾝存储装置、处理元件，D......该装置的引脚情况如表3-1所⽰。
表3-1  DHT11引脚介绍
引脚号引脚名称引脚功能
1VCC供电电源正极
2DATA单总线串型数据线
3NC悬空脚
4GND接地脚
1号引脚和4号引脚⽤来给温湿度传感器供电，......
DHT11传感器表现出⼗分显著的应⽤价值，......温湿度传感器模块电路图和实物图如图3-7所⽰。
图3-7  温湿度传感器电路图和实物图
压⼒传感器模块
基于HX-711的压⼒模块将实现饲料重量的⾃动检测功能。测量量程0-10kg，测量精度可达5g。根据放置于传感器上的物体重量对其所对应的压⼒值进⾏计算，.....，降低了电⼦秤的整机成本，提⾼了整机的性能和可靠性。压⼒传感器模块电路和实物图如图3-8所⽰。
图3-8  压⼒传感器电路图和实物图
步进电机模块
本设计步进电机所⽤驱动芯⽚具体为ULN2003。该芯⽚产品具有良好的耐流、耐压特性，电流可达500mA，驱动为5V，耐压为50V。可基于5V电压环境直接同CMOS、TTL等装置进⾏连接，能够充分满⾜数据处理的需求，确保电机控制质量。步进电机的步进值，......步进电机电路图和实物图如图3-9所⽰。
图3-9  步进电机电路图和实物图
液晶显⽰模块
LCD1602液晶显⽰屏，LCD1602⼯作在3.5V~5V的⼯作电压下，它内部设计有复位电路，可以进⾏光标移动、清屏的操作。液晶显⽰的原理是利⽤液晶的物理特性，通过电压对其显⽰区域进⾏控制，有电就有显⽰，这样即可显⽰出图形。......
在单⽚机系统中应⽤液晶显⽰器作为输出器件有以下⼏个优点：由于液晶显⽰器每⼀个点在收到信号后就⼀直保持那种⾊彩和亮度，恒定发光。液晶显⽰器画质⾼且不会闪烁。......LCD1602电路原理图和实物图如图3-10所⽰。
图3-10  LCD1602电路原理图和实物图
系统硬件电路
系统硬件电路设计分为7个组成部分：单⽚机最⼩系统、按键控制模块、电源电路模块、语⾳播报模块、压⼒传感器模块、温湿度传感器模块、步进电机模块。显⽰模块显⽰各个参数，按键模块⽤来设置三个喂⾷时间和重量，到喂⾷时间后，语⾳模块进⾏提⽰，单⽚机驱动电机投放⾷物。硬件原理图如图3-11所⽰。