【IoT毕设】机智云物联网平台+STM32单片机+智能宠物屋实现

Kara · 发表于 2022-8-29 19:08:48

本帖最后由 Kara 于 2022-8-29 19:17 编辑

摘要:为了更方便地照顾宠物，笔者设计一款基于STM32单片机的智能宠物屋。该智能宠物屋以STM32F103ZET6单片机控制器为核心，通过压力传感器、空气质量传感器、红外测温传感器、靠近传感器、温湿度传感器和电机驱动等模块，实现了智能喂养、空气净化和宠物排泄物清理等功能。系统利用ESP-01SWiFi模块接入机智云平台，将传感器收集的信息实时传输到手机App，实现对宠物的远程控制和管理。

引言

随着我国经济的快速发展，人们的生活水平不断提高，饲养宠物已经成为一种潮流。目前，市场上出现了很多类似智能宠物屋的产品，但大多数功能比较单一，不能很好地解决宠物喂食和居住环境等相关方面的问题[1-3]。针对这些问题，本文设计了基于STM32单片机的智能宠物屋。

1智能宠物屋的工作原理

智能宠物屋主要由STM32单片机、ShineBlink、传感器模块、继电器模块、舵机模块、电机驱动模块及WiFi模块等部分构成。STM32单片机主要用于控制继电器模块、电机驱动模块、舵机模块，ShineBlink、云平台和手机App通过esp8266WiFi模块进行通信，用户可通过手机App进行远程操作。传感器包括红外测温传感器、温湿度传感器、压力传感器、空气质量传感器以及靠近传感器等。继电器模块用来控制电机以及喷雾器的工作状态，舵机模块用来控制投放不同种类的食物，电机用来控制粪便清理器，完成清理宠物排泄物的操作[4-6]。

2智能宠物屋功能设计

2.1智能喂食

用户通过压力传感器实时检测宠物粮盆的重量，并实时与系统设定值进行比较，并且通过靠近传感器检测宠物是否停留在粮盆附近，如果宠物未停留在附近，那么投食器将会自动投食。当宠物停留在粮盆附近，为不惊吓宠物，即使粮盆重量低于系统的设定值，也不会进行投食，只有当宠物离开粮盆附近后，投食器才会自动补充食物。

2.2空气净化与宠物排泄物清理

宠物屋内放置有清理宠物排泄物功能的自制工具和空气质量传感器，当宠物排便后，若出现臭味或其他异味时，空气质量传感器会将数据传输给STM32单片机，然后通过串口通信协议传输到ShineBlink，再传输到云平台将数据反馈给手机App，用户便能通过手机启动空气清新剂喷雾装置，喷出对宠物无伤害的气体来净化空气，确保宠物所在环境没有异味，改善宠物的居住环境。同时，用户可以在手机App端随时控制粪便清理器工作，实现清理宠物排泄物的功能[7-9]。

2.3环境温湿度测控

用户可以使用温湿度传感器实时监测宠物屋内的温湿度，并将单片机采集的实时数据传输到云平台，而后将数据反馈给手机App，用户可远程实时查看宠物屋内环境的温湿度。

2.4红外体温检测

系统通过红外测温传感器检测宠物的体温。当宠物想进食或者进入宠物屋内休息时，红外传感器将会实时地检测宠物体温，用户通过手机App能实时观察宠物当前的体温状态，并作出调整。

2.5远程操控和互动

用户可以通过手机App实时查看系统的检测数据，实时了解宠物当前的情况，根据实际情况决定是否需要投食或者净化空气。同时，用户可以远程操作粪便清理器清理宠物排泄物，或者远程控制逗猫棒、激光笔之类的玩具与宠物进行互动，使宠物即使待在笼子里也不会孤独，既解决了宠物的生活问题，又能够适时调整宠物的精神状态，非常适用于家中宠物无人照顾的场景[10]。

3系统硬件设计

系统框图如图1所示，由于本系统的功能模块较多，功能模块采用多种串口通信，为了满足这些模块的通信接口需求，采用SMT32F103ZET6开发板和ShineBlink物联网开发板处理数据。ShineBlink与ESP8266WiFi模块、云平台相连，STM32F103ZET6与压力传感器模块、温湿度传感器、电机驱动等模块相连。

STM32F103ZET6与ShineBlink物联网开发板之间通过串行外设接口（UniversalAsynchronousReceiverTransmitter,UART）通信。UART是一种串行异步收发协议，仅使用两条数据线发送数据，有助于正确地发送和接收数据。

3.1STM32F103ZET6最小系统设计

STM32F103ZET6是一种嵌入式-微控制器的集成电路，芯体尺寸是32位，主频是72MHz，拥有丰富的通用I/O端口。该芯片采用ARMCortex-M3的处理器内核，具有高性能、低成本、低功效的优点。系统中的压力传感器、空气质量传感器、红外测温传感器、空气质量传感器、靠近传感器、温湿度传感器、电机驱动模块及舵机模块都与该芯片相连。STM32F103ZET6芯片用于采集宠物的体温、宠物是否停留在粮盆附近、宠物屋内空气质量等数据，并传输到手机App。

3.2 ShineBlink最小系统设计

ShineBlink最小系统选用ShineBlinkCore开发板芯片作为控制核心。ShineBlink芯片内置编译器，无需安装任何开发环境，使用较少代码即可实现WiFi组网通信，大大降低了与云平台建立连接的难度。

4软件系统设计

系统上电后首先初始化单片机设备，初始化完成后便进入模式选择，模式选择分为自动模式和手动模式。自动模式指各类传感器自动进入工作状态，若工作状态异常，则会进入持续识别工作模式，直到工作状态正常，系统才会进入工作状态。手动模式指用户通过手机App向系统发送命令，然后观测每个传感器传回的数据，若数据传输发生异常会进入持续传输数据模式，直到数据传输正常。

图1系统框图

4.1机智云Aiot开发平台联网

机智云平台是一站式智能硬件开发与物联网云服务平台，全品类设备联网支持，“软件+硬件+数据+算法”一体化解决方案，全方位智能化服务体系。可以实现设备接入、远程控制、数据采集、数据存储、数据分析、设备管理及用户管理等功能。用户利用手机App与喂养装置和清理粪便装置进行通信，在手机App上可以随时观察宠物的活动状态。为了实时监控宠物的状态，该系统采用WiFi无线通信方式，将硬件系统各层中的协议和接口相结合，形成物联网网络体系。

4.2机智云物联网平台开发

根据需求定义数据点，数据点是设备产品的功能抽象，用于描述产品功能及其参数。创建数据点后，便可确定设备与云端通信的数据格式，设备、机智云可以互相识别设备与机智云互联互通的数据。

4.3嵌入式软件开发

图2手机应用端界面

本系统采用机智云平台中的MCUSDK开发嵌入式软件。自动生成的软件开发工具包（SoftwareDevelopmentKit,SDK）实现了机智云通信协议的解析与封包，并封装成了简单的应用程序接口（ApplicationProgrammingInterface,API）。当设备收到云端或者App端的数据后，开发者只需要在对应的事件处理逻辑中添加传感器的控制函数，便可完成产品的开发。

4.4手机App开发

手机App在机智云官网提供的移动应用里进行开发，可以设计App的页面配置、图标、颜色以及关联的产品。手机应用端界面如图2所示。硬件系统通过WiFi连接模式创建数据点，通过App连接硬件，实现终端控制，能够显示宠物的状态及宠物屋的相关数据信息。

5结语

基于STM32单片机的现代智能宠物屋，能够自动进行数据采集、传输及处理，实现了智能喂食、远程清理宠物排泄物、检测环境温湿度、检测宠物体温、远程互动和净化空气等功能。用户通过手机App可选择不同种类的食物进行投放，很好地解决了宠物无人照顾的问题，该智能宠物屋拥有广阔的发展前景。