周超峰

摘要：為了使經(jīng)常出差或工作繁忙人士更加方便的喂養(yǎng)寵物，設(shè)計了一種基于51單片機的多功能寵物喂食器，該喂食器能夠手動設(shè)置喂食時間和喂食次數(shù)，利用LCD1602顯示，通過步進電機來拖動齒輪使食物流出，并設(shè)置有紅外傳感探測器，用來監(jiān)控儲食箱里的食物余量，提醒主人補充食物儲備，從而使設(shè)計更加人性化。為此，詳細介紹了喂食器的硬件設(shè)計，軟件流程圖及其工作原理。

關(guān)鍵詞：51單片機；紅外感應(yīng)；LCD1602；步進電動機

1.引言

隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，人民生活水平的提高，越來越多的新興科技產(chǎn)品走進了人們的日常生活，使人們的衣食住行更加方便智能。我們知道在社會上，許多人喜歡養(yǎng)寵物，但由于出差或旅游等原因外出時不能及時照顧寵物，我們的設(shè)計在一定程度上能夠解決主人不在家時寵物的飲食問題。我們的喂食器能夠在設(shè)定好的時間內(nèi)自動給寵物喂食，還能預(yù)先設(shè)置好每餐不同的食物量，按寵物身體狀況設(shè)定供餐間隔時間，可有效保護寵物健康成長。

2.硬件基本結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

本系統(tǒng)由五部分組成，我們的主控制器選用了STCl2C5A60S2這款單片機，它的性能算是中規(guī)中矩，但完全能勝任我們的喂食器系統(tǒng)，也是物美價廉的不二之選。

2.1LCD顯示電路

我們選用了LCDl602字符型液晶顯示器，它的主要特點就是超低功耗，使我們的系統(tǒng)在無人監(jiān)管下能夠擁有更長的續(xù)航時間。LCD的數(shù)據(jù)傳輸線連接到單片機的P0口上，控制線RS、RW、EN分別接到P1.0、P1.1和P1.2的I/0口上。特別注意的是在LCD上的VO口可以考慮接10千歐的滑動電阻來微調(diào)顯示屏的對比度。

2.2時鐘精準(zhǔn)授時電路和鍵盤

DSl302是用于精度較高的時鐘電路中，而且它的功耗也是極其微小的，選用它還是因為它能保存整個喂食器系統(tǒng)掉電之前設(shè)置的數(shù)據(jù)，而且通過板載電池的供電可使時鐘數(shù)據(jù)能夠保持走時并同步到下次上電開機。若是使用51單片機計時，一方面占用了過多的內(nèi)部資源誤差較大，另一方面一旦斷電則需要重新調(diào)整時鐘引起不必要的麻煩。

在整個系統(tǒng)中我們設(shè)計了四個獨立按鍵，它們功能分別是設(shè)置、上調(diào)、下調(diào)和確認，可以用來調(diào)節(jié)當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)時刻、固定的喂食時間、喂食份數(shù)和喂食天數(shù)，這里的喂食份數(shù)是根據(jù)寵物的食量而人性化設(shè)定的。每當(dāng)您設(shè)置好喂食數(shù)據(jù)后就可以您工作無憂，出差無憂，旅游無憂。

2.3紅外感應(yīng)電路和步進電機驅(qū)動電路

鑒于我們的喂食盒子的尺寸較小，我們就使用了較為簡單的940nm波長的紅外發(fā)射管和接收管作為紅外感應(yīng)裝置，它的連接電路如圖2所示。

電機采用四相五線步進電動機，并通過集成了七個NPN達林頓管的ULN2003芯片來驅(qū)動，其供電為5到12伏直流電。由于步進電機工作時對電流需求較大，所以我們采用雙電源來隔離主控電路和電機電路，以保證系統(tǒng)的正常工作。

3.軟件設(shè)計

3.1主程序流程

LCD顯示屏用來顯示當(dāng)前的時間，喂食設(shè)定時間和喂食份數(shù)。觸摸按鍵用來調(diào)節(jié)時間并啟動喂食定時器和取消報警。紅外感應(yīng)裝置用來探測食物箱里的食物剩余量，每當(dāng)食物用完時就會觸發(fā)蜂鳴器報警一次，然后主人也可以按下確認鍵來手動消除報警。如圖2所示。

3.2紅外感應(yīng)和電機驅(qū)動子程序

每當(dāng)發(fā)射管和接收管中間有障礙物時輸出高電平，即為食物充足狀態(tài)。當(dāng)食物吃完后障礙物消除，就立即觸發(fā)接收管并輸出低電平，單片機做出應(yīng)答使蜂嗚器報警一次，等待主人繼續(xù)添加食物儲備。

3.3按鍵調(diào)節(jié)喂食時間子程序

在按鍵控制程序設(shè)計中，有處設(shè)計亮點需要特別注意，就是系統(tǒng)的“確認”按鍵為兩用鍵，它不僅為我們設(shè)置時間時來控制位操作的選擇，當(dāng)我們?nèi)空{(diào)節(jié)完畢后，還可以長按它三秒即可保存所有的數(shù)據(jù)并返回主界面。這樣設(shè)計使得我們的電路得以簡化，也使得用戶更加方便的使用，可以防止輸入錯誤導(dǎo)致數(shù)據(jù)沒有正常保存。

4.本喂食器特點

（1）具有創(chuàng)新性，本喂食器首次采用DS1302時鐘芯片來獲得更加精準(zhǔn)的時鐘信號，同時使系統(tǒng)能夠開機自動更新時鐘數(shù)據(jù)，將使用步驟簡潔化。

（2）首次采用紅外感應(yīng)裝置來監(jiān)控食盒內(nèi)的食物剩余量，在產(chǎn)品外形為不透明情況下方便了用戶使用，減去了好多麻煩。

（3）該寵物喂食器的人機交互界面更加簡單明了，可以使用戶一眼就能讀出系統(tǒng)的運行狀態(tài)和各個參數(shù)的設(shè)置情況。

（4）與市面上銷售的同類產(chǎn)品相比，我們設(shè)計的喂食器成本更低，性能更可靠，功耗更低。

5.結(jié)束語

本文設(shè)計并實現(xiàn)了多功能寵物自動喂食器的一整套系統(tǒng)，通過軟件的仿真和實物的搭建，一步步的改正使得該系統(tǒng)達到預(yù)期目標(biāo)，同時也更加完善。但我們知道要想使寵物喂食器在實際生活中完全替人工的喂養(yǎng)，還必須對寵物進行適當(dāng)?shù)呐嘤?xùn)，這是任何一款新產(chǎn)品都必須突破的瓶頸。也只有通過這樣簡單的培訓(xùn)，才能使該喂食器在日常生活中發(fā)揮更大的作用。