劉立勛，鄭嘉儀，盧曼妮，陳焯鵬

（吉林大學(xué)珠海學(xué)院，廣東珠海，519000）

0 引言

雖然傳統(tǒng)寵物項圈能給寵物起到一定的牽制作用，但是也會出現(xiàn)寵物走丟而無法尋回的情況。據(jù)不完全統(tǒng)計，每年寵物丟失的案例超過1000 例，可知寵物的走失率極高，而且每年寵物死于疾病的案例也超過100 例。同時，寵物的心情及健康問題也是主人難以清楚了解的。針對以上的情況，我們認(rèn)為設(shè)計一款適于多場景的智能寵物項圈具有重大意義，它不僅能極大地提高寵物被尋回的可能性，還能檢測寵物的情緒及健康狀況，降低寵物患上某種疾病的發(fā)病率。此款智能寵物項圈，不僅可以成為開啟主人關(guān)心愛寵的一把“鑰匙”，也是寵物健康安全一件“利器”。

1 市場分析

目前市場上出現(xiàn)的寵物周邊產(chǎn)品有寵物玩具，寵物咬膠、寵物飾品、訓(xùn)練用具等，各種產(chǎn)品以功能明確分類，使用方式單一不變，缺少趣味性，難以互動。且使用頻率低，壽命相對較短。而隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民生活水平的日益提高，養(yǎng)寵人群逐漸壯大，寵物地位也逐漸提高，人們越來越重視寵物的生活質(zhì)量與身體健康，也更加渴望與寵物建立真正親密的關(guān)系，增添養(yǎng)寵樂趣，對寵物產(chǎn)品的要求也越來越高。

而市面上的寵物產(chǎn)品功能單一，種類繁多，不僅大大增加了養(yǎng)寵的費(fèi)用負(fù)擔(dān)，也制造了許多不必要的麻煩。如若使用一款多功能個性化的寵物智能產(chǎn)品，就可以滿足寵物主人更加多樣化的需求，如定位尋寵，趣味互動等，但市面上此類產(chǎn)品出現(xiàn)較少，知名度較低，應(yīng)用并不廣泛。

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和消費(fèi)水平增長，養(yǎng)寵人群也在持續(xù)壯大，對寵物生活的要求也越來越高。寵物市場的規(guī)模不斷壯大，同時，在5G 智能技術(shù)的不斷發(fā)展中，各類智能產(chǎn)品也相繼出現(xiàn)，不僅僅是針對人使用，寵物使用的智能化產(chǎn)品也逐漸增多，再加上寵物地位的提高，提供了龐大的寵物智能產(chǎn)品市場需求。據(jù)統(tǒng)計目前中國寵物經(jīng)濟(jì)市場潛力至少達(dá)到150億元人民幣，且呈快速增長趨勢。目前不過是剛剛窺到了寵物經(jīng)濟(jì)的一角而已，市場遠(yuǎn)沒有成熟，寵物經(jīng)濟(jì)潛力無窮，至少還蘊(yùn)藏著數(shù)以億元計的商機(jī)，未來十年，我國的寵物飼養(yǎng)者將會以幾何級數(shù)增加。這意味著處在起步階段的我國寵物產(chǎn)業(yè)蘊(yùn)含著無限的商機(jī)和利益，有待寵物廠商去發(fā)掘。

2 智能寵物項圈的組成

2.1 智能寵物項圈的機(jī)械結(jié)構(gòu)

項圈由智能主機(jī)、復(fù)合尼龍織帶組成。智能主機(jī)部分左右兩側(cè)有可以固定項圈絲帶的圓柱。根據(jù)寵物大小選擇合適的項圈帶,套在智能主機(jī)盒體上。智能主機(jī)盒體可拆卸,其中包含智能控制部分。智能主機(jī)盒體使用PLA 材質(zhì)在寵物貼近側(cè)附帶防水透氣膜。

2.2 服務(wù)器優(yōu)化算法設(shè)計結(jié)構(gòu)框圖

通過Eclipse 軟件及其插件等編寫服務(wù)器服務(wù)程序，設(shè)計相關(guān)優(yōu)化算法，能進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、疾病檢測、運(yùn)動計劃調(diào)整等功能，對寵物日常活動進(jìn)行最優(yōu)化。具體優(yōu)化算法設(shè)計如圖1 所示。

圖1 服務(wù)器優(yōu)化算法設(shè)計結(jié)構(gòu)框圖

3 硬件設(shè)計

3.1 MCU 核心控制模塊

FM331x 是控制板的核心部件，其具有功耗低、價格適中、性能優(yōu)越的特點(diǎn)，滿足寵物項圈設(shè)備的控制設(shè)計要求，其主要結(jié)構(gòu)和功能如下：

·基于16 位增強(qiáng)型8xC251 處理器內(nèi)核；

·串口程序下載，芯片供電電源電壓范圍為1.8-5.5V；

·ROM，512K緩存，4KB RAM，片內(nèi)ROM支持聯(lián)機(jī)操作（IAP）；

·24M 主頻，流水線式處理流程，數(shù)據(jù)與命令分開執(zhí)行，可最大化地提高芯片運(yùn)行效率；

·擁有57 個以上的輸入輸出接口，包括2 個功能定時器，1路SPI 串口，4 路UART 串口，接口大部分兼容5V 電平，另外包括USB 接線口，現(xiàn)場總線口，可兼容多種現(xiàn)行的通訊協(xié)議接口；

·6 路11 位通道，高精度數(shù)據(jù)采集或傳輸。

3.2 定位模塊

定位包括室外定位和室內(nèi)定位。室外定位通過AGPS 技術(shù)，由手機(jī)將AGPS 模塊的基站信息發(fā)送到位置服務(wù)器，位置服務(wù)器將GPS 的輔助信息傳給項圈，項圈由AGPS 模塊輔助信號接收GPS 的原始信號，并進(jìn)行處理與計算得到衛(wèi)星偽距發(fā)送到位置服務(wù)器，最后，位置服務(wù)器由偽距信息及輔助信息計算出項圈位置定位寵物位置信息。

室內(nèi)定位則依靠ZigBee 技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；得到位置信息后，通過高德地圖API 進(jìn)行導(dǎo)航和設(shè)置電子圍欄。

寵物項圈與客戶端結(jié)合，寵物走失時，用戶可通過客戶端填寫相應(yīng)的寵物信息及用戶聯(lián)系方式，所填寫的信息將顯示在項圈的LED 顯示屏上。

3.3 通信模塊

GSM 模塊應(yīng)用于短距離無線通信，GSM 模塊將GSM 射頻芯片、基帶處理芯片、存儲器、功放器件等集成在一塊線路板上，具有獨(dú)立的操作系統(tǒng)、GSM 射頻處理、基帶處理并提供標(biāo)準(zhǔn)接口的功能模塊。

3.4 傳感器模塊

傳感器模塊包括加速度傳感器、溫濕度傳感器，用于收集寵物生理語言行為數(shù)據(jù)。加速度傳感器由質(zhì)量塊、阻尼器、彈性元件、敏感元件和適調(diào)電路等部分組成，當(dāng)寵物在運(yùn)動時，傳感器檢測到寵物運(yùn)動，得到速度值；溫濕度傳感器裝有濕敏和熱敏元件，能夠?qū)崟r檢測寵物體溫及環(huán)境溫濕度，具有體積小，性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)；傳感器收集得到的數(shù)據(jù)由LSTM 進(jìn)行處理，并與系統(tǒng)原有的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比對、分析，發(fā)送到客戶端，在客戶端以寵物日常的行為和健康監(jiān)測數(shù)據(jù)報告為基礎(chǔ)，生成個體寵物健康檔案，以可視化形式顯示寵物在各個時間段的生理參數(shù)數(shù)據(jù)，方便用戶更好的管理和監(jiān)護(hù)寵物健康情況。

3.5 其他模塊

3.5.1 超聲裝置和振動裝置

相比于切除聲帶，電擊，使用藥物來說，超聲波和振動無疑是對寵物最安全的止吠措施，于是項圈安裝超聲裝置，振動裝置，通過項圈振動，發(fā)出寵物能聽到的超聲波，對寵物予以警告，幫助主人糾正寵物的不良習(xí)慣，以達(dá)到止吠的目的；除了止吠，超聲裝置和振動裝置還能輔助主人訓(xùn)練寵物，合理地訓(xùn)練寵物，不僅主人可以管理好寵物，而且還能避免寵物擾民，到處跑等問題。

3.5.2 實時攝像頭

通過攝像頭，可以更直觀的看到寵物的日常行為，同時，攝像頭與定位模塊的結(jié)合可以有效的在未來進(jìn)行家庭化對于在家老人和小孩進(jìn)行有效的實時監(jiān)督。同時在外出旅行時可以對于身邊的老人和小孩進(jìn)行保護(hù)避免走散形成無形的旅行和照顧老人和小孩的神器。

3.5.3 麥克風(fēng)

為了分析寵物的健康情況及情緒，項圈內(nèi)置麥克風(fēng)，用于收集寵物的吠叫信息，同時，麥克風(fēng)還與客戶端鏈接，用戶可以通過客戶端與寵物進(jìn)行交流。

3.5.4 LED 顯示屏

項圈上安裝LED 顯示屏，用于顯示寵物的基本信息，主人的聯(lián)系方式及寵物的情緒，以可視化的形式顯示寵物的生理參數(shù)數(shù)據(jù)，方便用戶更好的管理和監(jiān)護(hù)寵物健康情況；寵物走失時，主人的信息顯示提高了找回寵物的機(jī)率；及時的顯示寵物情緒，可以讓主人更加了解自己的寵物，也能更好的照顧寵物。

4 總結(jié)

智能寵物項圈的軌跡追蹤可以直觀地了解到寵物每天的活動軌跡，掌握寵物動向，為寵物走失尋回提供了保障；還能及時了解寵物的情緒及健康狀況，預(yù)防寵物心理及生理疾病；當(dāng)寵物出現(xiàn)一些擾民或是安全問題時，超聲裝置和振動裝置還能幫助主人訓(xùn)練寵物。

同時，項圈在信息技術(shù)以及大數(shù)據(jù)分析領(lǐng)域和線上線下資源整合方面將起到推波助瀾的作用，帶給寵物健康，舒適和美觀，帶給寵物主人省心安心和放心。同時也能搭建起寵物與寵物之間，寵物主人與寵物主人之間的聯(lián)系紐帶和橋梁搭建全新的寵物社群社區(qū)文化交流平臺。將使得寵物市場更加規(guī)范化，模式化，法制化，趣味化的發(fā)展和前進(jìn)，并向其他行業(yè)不斷延伸發(fā)展。