IOT畢設(shè)｜智能寵物屋研究與實(shí)現(xiàn)

寵物數(shù)量的增多勢(shì)必會(huì)帶動(dòng)寵物用品行業(yè)的發(fā)展,本文是基于Arduino和機(jī)智云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的智能寵物屋進(jìn)行研究。多功能智能寵物屋通過(guò)引入Arduino和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),具備了監(jiān)測(cè)溫濕度與調(diào)節(jié)、監(jiān)測(cè)寵物休憩、殺菌消毒、監(jiān)控系統(tǒng)、喂食喂水、排泄物清理和空氣凈化等功能,使用機(jī)智云平臺(tái)開(kāi)發(fā)App,為未來(lái)并入智能家居提供了可能。

1 研究目的

2用戶(hù)需求分析

2.1功能需求

目前市場(chǎng)上寵物屋的功能比較單一,無(wú)法全面地照顧寵物。市場(chǎng)上現(xiàn)有的寵物屋實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)溫濕度、喂食器和鏟屎裝置,并沒(méi)有除異味、殺菌消毒、監(jiān)測(cè)寵物睡眠質(zhì)量情況以及監(jiān)控功能。

本文所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品都是根據(jù)用戶(hù)的需求而設(shè)計(jì)的,以監(jiān)測(cè)溫濕度并調(diào)節(jié)、殺菌消毒、監(jiān)測(cè)寵物的睡眠質(zhì)量情況以及監(jiān)控功能作為基本功能,喂食器和鏟屎裝置作為附加裝置,不僅可以減輕用戶(hù)的成本負(fù)擔(dān),而且也可以根據(jù)用戶(hù)的需求定制產(chǎn)品。

2.2 安全需求

3寵物屋功能設(shè)計(jì)及工作原理

3.1 采集溫濕度并調(diào)節(jié)溫濕度功能

3.2 紅外感應(yīng)監(jiān)測(cè)寵物休憩

紅外線感應(yīng)傳感器可以監(jiān)測(cè)寵物紅外信號(hào)的有無(wú)。當(dāng)寵物貓進(jìn)入寵物屋時(shí),紅外線感應(yīng)傳感器將收集到的信號(hào)傳遞給Arduino主控芯片,單片機(jī)將數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理并通過(guò)Wi Fi模塊傳到機(jī)智云App端,機(jī)智云App端可以記錄寵物的睡眠質(zhì)量狀態(tài)和睡眠時(shí)間。

本產(chǎn)品智能寵物屋采用UV紫外線發(fā)光二極管做成一款殺菌消毒燈。由于紫外線具有很強(qiáng)的除菌消毒能力,所以將紫外線殺菌消毒燈放置在寵物屋內(nèi)圍繞成一圈,實(shí)現(xiàn)寵物屋內(nèi)無(wú)死角除菌消毒,紫外線光束越集中,寵物屋內(nèi)除菌效果越好。當(dāng)寵物貓離開(kāi)寵物屋時(shí),用戶(hù)可通過(guò)機(jī)智云App打開(kāi)UV紫外線殺菌消毒燈進(jìn)行殺菌消毒。

監(jiān)控功能的實(shí)現(xiàn)裝置主要由3部分組成:esp32CAM攝像頭、電源模塊和機(jī)智云App。在寵物屋正上方安裝SG90舵機(jī)調(diào)整esp32CAM攝像頭的角度查看寵物的實(shí)時(shí)狀態(tài)、喂食器和鏟屎裝置,通過(guò)藍(lán)牙通信將畫(huà)面?zhèn)魉偷綑C(jī)智云App的人機(jī)界面控制端。

鏟屎裝置也是該寵物屋的附加裝置,用戶(hù)可根據(jù)實(shí)用性和需求選擇是否安裝鏟屎裝置,當(dāng)寵物排便后,驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)擋板將體積大的貓砂塊從左到右推進(jìn)垃圾桶;若空氣中出現(xiàn)臭味,空氣質(zhì)量傳感器檢測(cè)到臭味,就會(huì)將數(shù)據(jù)反饋給單片機(jī),Arduino主控芯片處理數(shù)據(jù)之后直接啟動(dòng)負(fù)離子空氣凈化器。

負(fù)離子空氣凈化器含有活性炭過(guò)濾層,不但可以吸附有害氣體,還可以除異味,從而改善空氣質(zhì)量[2]。鏟屎裝置和空氣凈化功能不但解決了寵物的居住環(huán)境問(wèn)題,同時(shí)也減輕了主人的負(fù)擔(dān)。

寵物屋的軟件部分是利用機(jī)智云開(kāi)發(fā)的一款A(yù)pp,用戶(hù)可以通過(guò)機(jī)智云App的監(jiān)控界面實(shí)時(shí)查看寵物的當(dāng)前情況、查看寵物屋的溫濕度數(shù)值等,通過(guò)監(jiān)控查看喂食器確定是否需要喂食和喂水,同時(shí)還可以通過(guò)監(jiān)控查看鏟屎裝置是否需要清理寵物的排泄物,這一系列操作可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控,即使用戶(hù)在上班、出差和旅游時(shí),也不用擔(dān)心寵物在家里無(wú)人照顧。

4寵物屋系統(tǒng)總體架構(gòu)

4.1 硬件系統(tǒng)

本產(chǎn)品是一款主要由寵物屋、喂食器、鏟屎裝置和監(jiān)控組成的智能寵物屋。寵物屋、喂食器和鏟屎裝置這3個(gè)部分主要是以Arduino作為主控芯片,通過(guò)esp8266WiFi模塊將軟件和硬件連接起來(lái)。用戶(hù)可使用軟件實(shí)現(xiàn)設(shè)定溫度值、調(diào)節(jié)寵物屋內(nèi)的溫度、殺菌消毒、記錄寵物的睡眠狀態(tài)、喂食、喂水、鏟屎等功能;監(jiān)控設(shè)備可實(shí)時(shí)監(jiān)控寵物的動(dòng)態(tài)。

硬件系統(tǒng)架構(gòu)主要由Arduino單片機(jī)、esp32CAM攝像頭、esp8266WiFi模塊、電源系統(tǒng)模塊、繼電器模塊、負(fù)離子發(fā)生器、DHT11溫濕度傳感器、SG90舵機(jī)、紅外感應(yīng)傳感器、空氣質(zhì)量傳感器、12864OLED顯示屏、UV紫外線發(fā)光二極管和LED發(fā)光二極管組成。硬件系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示

圖1硬件系統(tǒng)架構(gòu)

軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖2所示。軟件系統(tǒng)開(kāi)發(fā)首先搭建機(jī)智云開(kāi)發(fā)環(huán)境,利用機(jī)智云平臺(tái)上的App代碼賽博坦工具開(kāi)發(fā)智能寵物屋App[3],并使用機(jī)智云平臺(tái)的TCP/IP通信協(xié)議[4],實(shí)現(xiàn)機(jī)智云的物聯(lián)網(wǎng)功能,通過(guò)服務(wù)器使軟件和硬件連接起來(lái)。

5系統(tǒng)測(cè)試

圖2 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

6 結(jié)語(yǔ)

本文研究了基于Arduino和機(jī)智云平臺(tái)的智能寵物屋系統(tǒng),利用機(jī)智云平臺(tái)、Wi Fi模塊、Arduino單片機(jī)和相關(guān)傳感器所設(shè)計(jì)了一款智能寵物屋。本產(chǎn)品還有需要改進(jìn)的地方,比如功耗問(wèn)題,上班族為寵物購(gòu)買(mǎi)智能寵物屋,本身就是一筆大的開(kāi)銷(xiāo),如果功耗比較大,對(duì)用戶(hù)而言也是一種用電負(fù)擔(dān)。