技术与市场创新与实践２０２１年第２８卷第６期
智慧型宠物饲养看护系统设计与实现
冉建国１，陈旭东２通信作者，赖庆新１，张宝凤１，陈意见１，黄雪萍１
（１．闽南理工学院电子与电气工程学院，福建石狮３６２７００；
２．闽南理工学院实践教学中心，福建石狮３６２７００）
摘　要：基于单片机应用开发技术，结合Ｚｉｇｂｅｅ通信技术及互联网开发技术，以解决宠物看护实际遇到的问题为目标，展开智慧型宠物饲养看护系统的研究。系统实现宠物生活环境远程监控，并具备自动排气、自动喂水、自动喂食、摄影控制等必备功能，让主人安心离家远程照看宠物成为可能。
关键词：单片机；Ｚｉｇｂｅｅ；智慧型；宠物看护
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６－８５５４．２０２１．０６．００７
　引言
随着生活水平的提高，越来越多的家庭将宠物饲养作为生活乐趣。饲养宠物在给生活带来趣味的同时也
带来了一些困扰，比如主人离家后的宠物饲养看护问题。现代人无法做到每日都居家生活，如果工作需要出差或者偶尔出门进行长短途旅行，家里的宠物饲养看护就是首先要解决的问题。解决方式之一就是把宠物寄养在专门的宠物看护店，但需要按天支付看护费用，且前提是所在地刚好有这类店铺。若不到专门的店铺就只能将宠物托付给亲戚朋友或邻居照看，但也不能保证亲戚朋友或邻居刚好有时间且不排斥宠物。将宠物锁在家里无人照看是绝对不允许的行为，若没有更好的办法，主人就只能在出行的同时随身携带宠物，而宠物托运及照看必将影响正常的出行安排。
本着科技服务生活的理念，基于物联网的设计构思，以解决主人离家宠物饲养看护问题为研究目的，提出智慧型宠物饲养看护系统的设计与实现。在传统宠物箱的基础上，加入智慧型控制元素。系统以单片机为主控模块，采用Ｚｉｇｂｅｅ自组网技术进行节点数据流采集及功能控制，重点实现环境监测及自动喂养功能。数据显示及人机操作采用主流的串口屏设计，尽量做到硬件结构精简化。系统加入网络模块进行外网连接，利用云平台实现数据采集及远程控制，让主人离家也能够实时照看家里的宠物。
　开发技术
１ １　Ｚｉｇｂｅｅ自组网
Ｚｉｇｂｅｅ技术是一种成熟的短距离、低速率无线通信技术，具有低功耗、快速组网、支持节点多
、安全性高等优点。利用一个协调器、多个终端节点的自组网方式，实现系统开机快速组建传感器节点网络，终端节点与协调器、终端节点之间均可自由通信，节省了连接线，极大地精简了系统结构。利用Ｚｉｇｂｅｅ低功耗的优点，每个节点只需一个５号电池供电即可长时间正常工作，省去了供电模块的设计。
１ ２　ＨＴ６６Ｆ２３９０单片机
作为盛半导体公司开发的高资源Ａ／Ｄ型Ｆｌａｓｈ系列单片机之一，ＨＴ６６Ｆ２３９０单片机可设置多种工作模式，ＥＥＰＲＯＭ存储器、数据存储器、程序存储器容量大，包含４个外部中断输入引脚，支持多个双向Ｉ／Ｏ引脚，包含多个定时器，具有输入获取、时间计算、ＰＷＭ、单脉冲等功能。单片机仿真调试采用ＨＴ ＩＤＥ３０００开发平台，单机芯片烧录采用ＨＯＰＥ３０００烧录软件完成。
１ ３　ｓＨＭＩｃｔｒｌ串口屏
采用ｓＨＭＩｃｔｒｌ串口屏，包含２路串口和６个扩展口，扩展口可实现ＡＤ、接按键输入、输出等功能，并且整合了存储、电阻触摸屏驱动、硬件液晶屏驱动等功能。ＳＤＩＯ接ＴＦ卡，支持ＦＡＴ文件系统，数据绑定，通信容易。低功耗待机设计，支持串口激活。
１ ４　ＯｎｅＮＥＴＳｔｕｄｉｏ
物联网平台使用中国移动打造的物联网开放平台ＯｎｅＮＥＴＳｔｕｄｉｏ，该平台适配各种协议类型及网络环境。平台功能包括设备接入与管理、应用开发、运维监控、边缘计算、人工智能ＡＩ、大数据、视频服务等。利用该平台能快速接入各类传感器及智能硬件，降低开发成本。
　系统结构设计
２ １　设计思路
系统设计基于串口传输控制的设计思想，模块化结构精简系统连接线。以ＨＴ６６Ｆ２３９０单片机为主控模块，用串口１连接Ｚｉｇｂｅｅ协调器获取传感器数据并发送终端控制指令；用串口２连接ｓＨＭＩｃｔｒｌ串口屏发送传感器数据进行显示并接收串口屏的人机操作指令；用串口３连接ＥＳＰ８２６６模块进行联网控制，将数据发送到物联网平台同时接收平台的操作指令。
２ ２　系统结构
基于设计思路设计系统主要结构，包含了主控模块、通信模块等，如图１所示。
　功能模块实现
３ １　主控模块
主控芯片ＨＴ６６Ｆ２３９０采用ＤＣ３．３Ｖ供电，使用３个ＵＡＲＴ口进行数据交换及控制指令传输。ＵＡＲＴ０使用ＰＡ６（ＲＸ０）、ＰＡ７（ＴＸ０）分别连接Ｚｉｇｂｅｅ协调器的Ｐ０＿３（ＴＸ０）、Ｐ０＿２（ＲＸ０），负责接收协调器数据并对协调器发送控制指令；ＵＡＲＴ１使用ＰＤ１（ＲＸ１）、ＰＤ２（ＴＸ１）分别连接ｓＨＭＩｃｔｒｌ串口屏的ＴＸ１、ＲＸ１，负责接收人机操作指令并将数据发送到串口屏
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创新与实践
ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＡＮＤＭＡＲＫＥＴ
Ｖｏｌ．２８，Ｎｏ．６，２０２１
作为显示数据源；ＵＡＲＴ３使用ＰＧ０（ＲＸ２）、ＰＧ１（ＴＸ２）分别连接ＥＳＰ８２６６模块的ＴＸ、ＲＸ，实现系统联网。使用ＰＧ２口连接摄像头模块Ｐ
６引脚，用ＩＯ口控制摄像头摄影或录像。主控模块ＩＯ口分配图，如图２所示。
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系统结构图
图２　主控模块ＩＯ口分配图
３ ２　Ｚｉｇｂｅｅ模块
Ｚｉｇｂｅｅ模块分为协调器模块及终端模块，协调器模块与终端模块之间通过Ｚ
ｉｇｂｅｅ协议和天线组网实现互相通信，各模块核心板均包括ＣＣ２５３０控制芯片、外围辅助电路及天线。协调器模块使用ＵＡＲＴ０与主控芯片ＨＴ６６Ｆ２３９０实现通信，结合ＯＬＥＤ显示状态信息。终端节点１负责温湿度传感器信息采集、灯光控制及风扇控制；终端节点２负责饮水机控制、喂食机控制。Ｚ
ｉｇｂｅｅ模块结构如图３
所示。（ａ）ＩＯ
口分配图
（ｂ）模块实物图
图３　Ｚｉｇｂｅｅ模块结构图
３ ３　人机模块
人机模块由ＤＣ５Ｖ供电，包含两组串口，系统使用ＲＸ１、ＴＸ１与ＨＴ６６Ｆ２３９０主控模块进行串口通信，另外有Ｅ１－Ｅ６共６个扩展ＩＯ口，可进行功能拓展，连接结构图如图４
所示。
图４　人机模块接口图
人机模块开发基于ｓＨＭＩｃｔｒｌ人机界面控制器管理程序开发，界面ＵＩ显示由不同类别的控件组成，控件代码可用类Ｃ语言编程，设定控件动作逻辑，实现人机操作。开发流程如图５所示。
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图５　人机开发流程图
３ ４　ＷｉＦｉ传输
ＷｉＦｉ传输采用ＥＳＰ８２６６模块，封装型号使用ＥＳＰ－０１Ｓ，ＶＣＣ使用ＤＣ３．３Ｖ。ＲＸ、ＴＸ引脚与ＨＴ６６Ｆ２３９０主控模块进行串口通信实现信息、指令接收及反馈。模块设置为ＳＴＡ工作模式，即模块通过连接路由器实现互联网接入，系统经过ＷｉＦｉ模块连接物联网平台。３ ５　饮水机装置
饮水机出水结构采用市面已有的喂水装置，在自动出水结构的基础上加入液位检测及自动进水装置，控制结构设计及软件实施流程图如图６所示。
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图６　饮水机控制结构及软件实施流程图
３ ６　喂食机装置
喂食机出食结构采用市面已有的喂食装置，装置加入添加食物控制开关装置，控制开关采用步进装置，当Ｐ
０＿７发送低电平时装置动作送食，Ｐ０＿７跃变成高电平时装置动作复原停止送食。装置结构图，如图７所示。
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技术与市场
创新与实践
２０２１年第２８卷第６期
３ ７　摄影及图传
摄影模块可根据监控需要开启，对宠物看护箱进行摄影并无线传输到物联网平台，主人可根据图传情况了解宠物饲养状况。摄影控制选用ＯｐｅｎＭＶ摄影模块，用Ｐｙｔｈｏｎ语言进行机器视觉编程，无线图传采用基于ＷＩＮＣ１５００的ＷｉＦｉ扩展板进行联网控制。预留Ｐ６接口与ＨＴ６６Ｆ２３９０芯片连接作为摄影受控Ｉ
Ｏ口。模块结构图如图８所示。!"#$%%&'()'*
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+,,-1245
图７　喂食机控制结构图
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2/3python怎么读取串口数据
456789（ａ）
摄影模块结构图
（ｂ）模块实物图
图８　摄影模块结构图
３ ８　云平台及Ａｐｐ
在ＯｎｅＮＥＴＳｔｕｄｉｏ平台创建宠物看护系统产品信息，在产品下可以创建多种设备，如创建环境监控设备，接入协议选择ＨＴＴＰ协议。在主控芯片编程绑定产品Ｍａｓｔｅｒ－ＡＰＩｋｅｙ及设备ＩＤ，实现将数据流上传到指定设备。在ＯｎｅＮＥＴ平台下创建新的应用，应用绑定对应设备实现将数据流以界面显示的形式展现出来。在电脑端可通过分享应用链接查看应用界面，在手机端可安装Ｏ
ｎｅＮＥＴ平台的手机端ａｐｐ，登入即可实现手机查看监测信息并进行远程控制，如图９所示。  结语
智慧型宠物饲养看护系统的设计与实现是物联网应用系统的一个具体实现。它以解决实际问题为出发点，融合了单片机开发技术、Ｚｉｇｂｅｅ通信技术、互联网开发技术等，让科技改变生活提升生活品质得到践行。物联网应用系统的开发实践需要多学科知识的积累，需要有一个量变到质变的探索过程。物
联网应用系统的设计与实现既是阶段性的研究成果，也是学习的过程，
是未来更加深入探究该领域的起点。
图９　手机ａｐｐ界面图
参考文献：
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广播电视网络，２０２１（２）：１０２－１０４．
［２］　潘澳，周丽丽，何源长，等．基于ＳＴＭ３２的温室大棚控制
系统设计［Ｊ］．南方农机，２０２０（２４）：９６－９７．
［３］　许钦云．基于ＺｉｇＢｅｅ技术的自动化仪表在油田中的应用
分析［
Ｊ］．中国设备工程，２０２１（４）：１９３－１９４．［４］　陈旭东，魏定洪．基于ＨＴ６６Ｆ２３９０单片机的智能鞋柜设
计与实现［Ｊ］．山东工业技术，２０２０（１）：９２－９７．［５］　陈旭东，王乐斌．基于“互联网＋”的个性化智能包装设
计［Ｊ］．技术与市场，２０２０（３）：５７－５９．
［６］　徐毅，秦宁宁．基于ＯｎｅＮＥＴ云平台的物联网综合实验教
学创新研究［Ｊ］．高教学刊，２０２１（１０）：５０－５３．基金项目：
福建省大学生创新创业训练计划国家级项目“宠物看护家－智慧型宠物饲养看护箱”（２０２０１２７１００１４）作者简介：
冉建国（１９９７—），男，四川万源人，本科在读，研究方向：电子信息工程。
陈旭东（１９８７—），男，福建漳州人，硕士，工程师，研究方向：电子信息、物联网。
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