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(jì)了一種基于51單片機(jī)的多功能寵物喂食器，該喂食器能夠手動(dòng)設(shè)置喂食時(shí)間和喂食次數(shù)，利用LCD1602顯示，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)來(lái)拖動(dòng)齒輪使食物流出，并設(shè)置有紅外傳感探測(cè)器，用來(lái)監(jiān)控儲(chǔ)食箱里的食物余量，提醒主人補(bǔ)充食物儲(chǔ)備，從而使設(shè)計(jì)更加人性化。為此，詳細(xì)介紹了喂食器的硬件設(shè)計(jì)，軟件流程圖及其工作原理。

關(guān)鍵詞：51單片機(jī)；紅外感應(yīng)；LCD1602；步進(jìn)電動(dòng)機(jī)

1.引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人民生活水平的提高，越來(lái)越多的新興科技產(chǎn)品走進(jìn)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(huì)上，許多人喜歡養(yǎng)寵物，但由于出差或旅游等原因外出時(shí)不能及時(shí)照顧寵物，我們的設(shè)計(jì)在一定程度上能夠解決主人不在家時(shí)寵物的飲食問(wèn)題。我們的喂食器能夠在設(shè)定好的時(shí)間內(nèi)自動(dòng)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(shí)間，可有效保護(hù)寵物健康成長(zhǎng)。

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(jī)，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(jià)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(diǎn)就是超低功耗，使我們的系統(tǒng)在無(wú)人監(jiān)管下能夠擁有更長(zhǎng)的續(xù)航時(shí)間。LCD的數(shù)據(jù)傳輸線連接到單片機(jī)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(dòng)電阻來(lái)微調(diào)顯示屏的對(duì)比度。

2.2時(shí)鐘精準(zhǔn)授時(shí)電路和鍵盤

DSl302是用于精度較高的時(shí)鐘電路中，而且它的功耗也是極其微小的，選用它還是因?yàn)樗鼙４嬲麄€(gè)喂食器系統(tǒng)掉電之前設(shè)置的數(shù)據(jù)，而且通過(guò)板載電池的供電可使時(shí)鐘數(shù)據(jù)能夠保持走時(shí)并同步到下次上電開(kāi)機(jī)。若是使用51單片機(jī)計(jì)時(shí)，一方面占用了過(guò)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(shí)鐘引起不必要的麻煩。

在整個(gè)系統(tǒng)中我們?cè)O(shè)計(jì)了四個(gè)獨(dú)立按鍵，它們功能分別是設(shè)置、上調(diào)、下調(diào)和確認(rèn)，可以用來(lái)調(diào)節(jié)當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)時(shí)刻、固定的喂食時(shí)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(wú)憂，出差無(wú)憂，旅游無(wú)憂。

2.3紅外感應(yīng)電路和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(jiǎn)單的940nm波長(zhǎng)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(jī)采用四相五線步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，并通過(guò)集成了七個(gè)NPN達(dá)林頓管的ULN2003芯片來(lái)驅(qū)動(dòng)，其供電為5到12伏直流電。由于步進(jìn)電機(jī)工作時(shí)對(duì)電流需求較大，所以我們采用雙電源來(lái)隔離主控電路和電機(jī)電路，以保證系統(tǒng)的正常工作。

3.軟件設(shè)計(jì)

3.1主程序流程

LCD顯示屏用來(lái)顯示當(dāng)前的時(shí)間，喂食設(shè)定時(shí)間和喂食份數(shù)。觸摸按鍵用來(lái)調(diào)節(jié)時(shí)間并啟動(dòng)喂食定時(shí)器和取消報(bào)警。紅外感應(yīng)裝置用來(lái)探測(cè)食物箱里的食物剩余量，每當(dāng)食物用完時(shí)就會(huì)觸發(fā)蜂鳴器報(bào)警一次，然后主人也可以按下確認(rèn)鍵來(lái)手動(dòng)消除報(bào)警。如圖2所示。

3.2紅外感應(yīng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)子程序

每當(dāng)發(fā)射管和接收管中間有障礙物時(shí)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(jī)做出應(yīng)答使蜂嗚器報(bào)警一次，等待主人繼續(xù)添加食物儲(chǔ)備。

3.3按鍵調(diào)節(jié)喂食時(shí)間子程序

在按鍵控制程序設(shè)計(jì)中，有處設(shè)計(jì)亮點(diǎn)需要特別注意，就是系統(tǒng)的“確認(rèn)”按鍵為兩用鍵，它不僅為我們?cè)O(shè)置時(shí)間時(shí)來(lái)控制位操作的選擇，當(dāng)我們?nèi)空{(diào)節(jié)完畢后，還可以長(zhǎng)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(jì)使得我們的電路得以簡(jiǎn)化，也使得用戶更加方便的使用，可以防止輸入錯(cuò)誤導(dǎo)致數(shù)據(jù)沒(méi)有正常保存。

4.本喂食器特點(diǎn)

（1）具有創(chuàng)新性，本喂食器首次采用DS1302時(shí)鐘芯片來(lái)獲得更加精準(zhǔn)的時(shí)鐘信號(hào)，同時(shí)使系統(tǒng)能夠開(kāi)機(jī)自動(dòng)更新時(shí)鐘數(shù)據(jù)，將使用步驟簡(jiǎn)潔化。

（2）首次采用紅外感應(yīng)裝置來(lái)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(jī)交互界面更加簡(jiǎn)單明了，可以使用戶一眼就能讀出系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和各個(gè)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?cè)O(shè)計(jì)的喂食器成本更低，性能更可靠，功耗更低。

5.結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了多功能寵物自動(dòng)喂食器的一整套系統(tǒng)，通過(guò)軟件的仿真和實(shí)物的搭建，一步步的改正使得該系統(tǒng)達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，同時(shí)也更加完善。但我們知道要想使寵物喂食器在實(shí)際生活中完全替人工的喂養(yǎng)，還必須對(duì)寵物進(jìn)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(guò)這樣簡(jiǎn)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。