【IoT畢設】機智云物聯網平臺+STM32單片機+智能寵物屋實現

摘要:為了更方便地照顧寵物，筆者設計一款基于STM32單片機的智能寵物屋。該智能寵物屋以STM32F103ZET6單片機控制器為核心，通過壓力傳感器、空氣質量傳感器、紅外測溫傳感器、靠近傳感器、溫濕度傳感器和電機驅動等模塊，實現了智能喂養、空氣凈化和寵物排泄物清理等功能。系統利用ESP-01SWiFi模塊接入機智云平臺，將傳感器收集的信息實時傳輸到手機App，實現對寵物的遠程控制和管理。

引言

隨著我國經濟的快速發展，人們的生活水平不斷提高，飼養寵物已經成為一種潮流。目前，市場上出現了很多類似智能寵物屋的產品，但大多數功能比較單一，不能很好地解決寵物喂食和居住環境等相關方面的問題[1-3]。針對這些問題，本文設計了基于STM32單片機的智能寵物屋。

1智能寵物屋的工作原理

智能寵物屋主要由STM32單片機、ShineBlink、傳感器模塊、繼電器模塊、舵機模塊、電機驅動模塊及WiFi模塊等部分構成。STM32單片機主要用于控制繼電器模塊、電機驅動模塊、舵機模塊，ShineBlink、云平臺和手機App通過esp8266WiFi模塊進行通信，用戶可通過手機App進行遠程操作。傳感器包括紅外測溫傳感器、溫濕度傳感器、壓力傳感器、空氣質量傳感器以及靠近傳感器等。繼電器模塊用來控制電機以及噴霧器的工作狀態，舵機模塊用來控制投放不同種類的食物，電機用來控制糞便清理器，完成清理寵物排泄物的操作[4-6]。

2智能寵物屋功能設計

2.1智能喂食

用戶通過壓力傳感器實時檢測寵物糧盆的重量，并實時與系統設定值進行比較，并且通過靠近傳感器檢測寵物是否停留在糧盆附近，如果寵物未停留在附近，那么投食器將會自動投食。當寵物停留在糧盆附近，為不驚嚇寵物，即使糧盆重量低于系統的設定值，也不會進行投食，只有當寵物離開糧盆附近后，投食器才會自動補充食物。

2.2空氣凈化與寵物排泄物清理

寵物屋內放置有清理寵物排泄物功能的自制工具和空氣質量傳感器，當寵物排便后，若出現臭味或其他異味時，空氣質量傳感器會將數據傳輸給STM32單片機，然后通過串口通信協議傳輸到ShineBlink，再傳輸到云平臺將數據反饋給手機App，用戶便能通過手機啟動空氣清新劑噴霧裝置，噴出對寵物無傷害的氣體來凈化空氣，確保寵物所在環境沒有異味，改善寵物的居住環境。同時，用戶可以在手機App端隨時控制糞便清理器工作，實現清理寵物排泄物的功能[7-9]。

2.3環境溫濕度測控

用戶可以使用溫濕度傳感器實時監測寵物屋內的溫濕度，并將單片機采集的實時數據傳輸到云平臺，而后將數據反饋給手機App，用戶可遠程實時查看寵物屋內環境的溫濕度。

2.4紅外體溫檢測

系統通過紅外測溫傳感器檢測寵物的體溫。當寵物想進食或者進入寵物屋內休息時，紅外傳感器將會實時地檢測寵物體溫，用戶通過手機App能實時觀察寵物當前的體溫狀態，并作出調整。

2.5遠程操控和互動

用戶可以通過手機App實時查看系統的檢測數據，實時了解寵物當前的情況，根據實際情況決定是否需要投食或者凈化空氣。同時，用戶可以遠程操作糞便清理器清理寵物排泄物，或者遠程控制逗貓棒、激光筆之類的玩具與寵物進行互動，使寵物即使待在籠子里也不會孤獨，既解決了寵物的生活問題，又能夠適時調整寵物的精神狀態，非常適用于家中寵物無人照顧的場景[10]。

3系統硬件設計

系統框圖如圖1所示，由于本系統的功能模塊較多，功能模塊采用多種串口通信，為了滿足這些模塊的通信接口需求，采用SMT32F103ZET6開發板和ShineBlink物聯網開發板處理數據。ShineBlink與ESP8266WiFi模塊、云平臺相連，STM32F103ZET6與壓力傳感器模塊、溫濕度傳感器、電機驅動等模塊相連。

STM32F103ZET6與ShineBlink物聯網開發板之間通過串行外設接口（UniversalAsynchronousReceiverTransmitter,UART）通信。UART是一種串行異步收發協議，僅使用兩條數據線發送數據，有助于正確地發送和接收數據。

3.1STM32F103ZET6最小系統設計

STM32F103ZET6是一種嵌入式-微控制器的集成電路，芯體尺寸是32位，主頻是72MHz，擁有豐富的通用I/O端口。該芯片采用ARMCortex-M3的處理器內核，具有高性能、低成本、低功效的優點。系統中的壓力傳感器、空氣質量傳感器、紅外測溫傳感器、空氣質量傳感器、靠近傳感器、溫濕度傳感器、電機驅動模塊及舵機模塊都與該芯片相連。STM32F103ZET6芯片用于采集寵物的體溫、寵物是否停留在糧盆附近、寵物屋內空氣質量等數據，并傳輸到手機App。

3.2 ShineBlink最小系統設計

ShineBlink最小系統選用ShineBlinkCore開發板芯片作為控制核心。ShineBlink芯片內置編譯器，無需安裝任何開發環境，使用較少代碼即可實現WiFi組網通信，大大降低了與云平臺建立連接的難度。

4軟件系統設計

系統上電后首先初始化單片機設備，初始化完成后便進入模式選擇，模式選擇分為自動模式和手動模式。自動模式指各類傳感器自動進入工作狀態，若工作狀態異常，則會進入持續識別工作模式，直到工作狀態正常，系統才會進入工作狀態。手動模式指用戶通過手機App向系統發送命令，然后觀測每個傳感器傳回的數據，若數據傳輸發生異常會進入持續傳輸數據模式，直到數據傳輸正常。

圖1系統框圖

4.1機智云Aiot開發平臺聯網

機智云平臺是一站式智能硬件開發與物聯網云服務平臺，全品類設備聯網支持，“軟件+硬件+數據+算法”一體化解決方案，全方位智能化服務體系?？梢詫崿F設備接入、遠程控制、數據采集、數據存儲、數據分析、設備管理及用戶管理等功能。用戶利用手機App與喂養裝置和清理糞便裝置進行通信，在手機App上可以隨時觀察寵物的活動狀態。為了實時監控寵物的狀態，該系統采用WiFi無線通信方式，將硬件系統各層中的協議和接口相結合，形成物聯網網絡體系。

4.2機智云物聯網平臺開發

根據需求定義數據點，數據點是設備產品的功能抽象，用于描述產品功能及其參數。創建數據點后，便可確定設備與云端通信的數據格式，設備、機智云可以互相識別設備與機智云互聯互通的數據。

4.3嵌入式軟件開發

圖2手機應用端界面

本系統采用機智云平臺中的MCUSDK開發嵌入式軟件。自動生成的軟件開發工具包（SoftwareDevelopmentKit,SDK）實現了機智云通信協議的解析與封包，并封裝成了簡單的應用程序接口（ApplicationProgrammingInterface,API）。當設備收到云端或者App端的數據后，開發者只需要在對應的事件處理邏輯中添加傳感器的控制函數，便可完成產品的開發。

4.4手機App開發

手機App在機智云官網提供的移動應用里進行開發，可以設計App的頁面配置、圖標、顏色以及關聯的產品。手機應用端界面如圖2所示。硬件系統通過WiFi連接模式創建數據點，通過App連接硬件，實現終端控制，能夠顯示寵物的狀態及寵物屋的相關數據信息。

5結語

基于STM32單片機的現代智能寵物屋，能夠自動進行數據采集、傳輸及處理，實現了智能喂食、遠程清理寵物排泄物、檢測環境溫濕度、檢測寵物體溫、遠程互動和凈化空氣等功能。用戶通過手機App可選擇不同種類的食物進行投放，很好地解決了寵物無人照顧的問題，該智能寵物屋擁有廣闊的發展前景。