用Arduino Uno制作一個(gè)智能的自動(dòng)寵物喂食器

這篇文章來源于DevicePlus.com英語網(wǎng)站的翻譯稿。

你曾懶得喂你家寵物嗎?我們愛我們的寵物，但有時(shí)我們也希望能讓喂寵物這件事變得自動(dòng)化一點(diǎn)。今天我們將使用Arduino Uno做一個(gè)智能自動(dòng)寵物喂食器!該項(xiàng)目的主要組件包括一個(gè)用來追蹤時(shí)間、管理喂養(yǎng)計(jì)劃的RTC模塊，一個(gè)用來監(jiān)控食物水平的距離傳感器，一個(gè)用來區(qū)分白天黑夜的光敏傳感器，一個(gè)用來識別寵物的RFID。好了！讓我們開始吧!

硬件

Arduino Uno

TEMT6000 光敏傳感器

GP2Y0A21YK 夏普距離傳感器

RFID MFRC522

蜂鳴器

SG90 電機(jī)

RTC DS1307

軟件

Arduino IDE

https://github.com/todeilatiberia/AutomaticFeeder

工具

瓶子(或任何食物容器)

金屬板 35×25 厘米

第1步:連接光敏傳感器

我們使用SparkFun光敏傳感器TEMT6000來檢測白天和黑夜。之所以需要區(qū)分這兩者，主要原因是因?yàn)槲覀円_定何時(shí)需要投放食物，兩次食物投放之間需要間隔多久。TEMT6000光敏傳感器有3個(gè)引腳:SIG,GND,VCC。將這個(gè)傳感器接到Arduino板上的步驟非常簡單:VCC連接到5V引腳;GND到板上的GND引腳，然后SIG需要接到模擬輸入上。我選擇了A0引腳。輸出引腳SIG的作用就好像一個(gè)晶體管，因此在傳感器附近的光越亮，引腳輸出的電壓就越高。

下圖顯示了TEMT6000感知到的電流和照度之間的關(guān)系。照度是總光通量(即光源發(fā)出的可見光,以lm為單位)除以面積（m2）的量度。一般來說,1照度(Ix) = 1 / m2。TEMT6000可以識別典型的人類可見光光譜，波長在390-700納米之間。

TEMT6000技術(shù)規(guī)格書: https://www.sparkfun.com/datasheets/Sensors/Imaging/TEMT6000.pdf

圖1:集電極電流vs照度/?Sparkfun

圖2:TEMT6000光敏傳感器與Arduino Uno的接線圖

圖3:TEMT6000和Arduino Uno之間的接線圖

由于該傳感器連接在模擬引腳上，而模數(shù)轉(zhuǎn)換器的分辨率是10位的，所以其最大值為1023。例如，當(dāng)傳感器接收到來自我手機(jī)閃光燈的最亮照射時(shí)，從傳感器讀出的值大約是1023。

圖4:Arduino顯示傳感器最大值的串口監(jiān)視器

光敏傳感器的代碼:

int lightSensor = 0;

void setup() {

Serial.begin(9600);

}



void loop() {

int valueFromLightSensor = analogRead(lightSensor);

Serial.println(valueFromLightSensor);



delay(1000);

}

第2步:添加距離傳感器

為了測量距離，我選擇了一個(gè)模擬傳感器(Sharp GP2Y0A21YK)，因?yàn)榕c其他距離傳感器相比，它的效果最好。其工作原理如下:首先發(fā)出一個(gè)信號，當(dāng)它發(fā)現(xiàn)路上有障礙物時(shí)，它也會(huì)發(fā)回一個(gè)信號(一個(gè)電壓值，該電壓值隨障礙物的遠(yuǎn)近而變化)，這個(gè)電壓會(huì)轉(zhuǎn)換成距離。

GP2Y0A21YK將被安置在食物容器上方，在開啟自動(dòng)喂食功能前，需要先測量瓶子里的剩余空間(即食物的多少)。有了這個(gè)距離傳感器，系統(tǒng)將檢測食物容器(或瓶子)是滿的還是空的。具體工作方式如下:

距離較小: 自動(dòng)系統(tǒng)只會(huì)增加一小部分食物;

中等距離: 您的寵物將獲得一半食物;

距離較大: 自動(dòng)系統(tǒng)將投喂全部食物。

這里的距離表示從安裝距離傳感器的位置到食品容器底部的距離。由于傳感器的量程為10-80 cm，所以傳感器需要在食品容器頂部以上10cm處才能讀取正確的距離值。

如何確定傳感器的最佳擬合線:

摘自 Pololu.com

傳感器的輸出電壓與測量距離的倒數(shù)之間的關(guān)系在傳感器的可用范圍內(nèi)近似線性。您可以使用此圖將傳感器輸出電壓轉(zhuǎn)換為一個(gè)近似的距離，方法是創(chuàng)建一條最佳擬合線，將輸出電壓(V)的倒數(shù)與距離(cm)聯(lián)系起來。線性化方程的最簡形式可以表述為到反射物體的距離約等于一個(gè)常數(shù)尺度因子(~ 27v *cm)除以傳感器的輸出電壓之后的數(shù)值。因此增加一個(gè)恒定的距離偏移量并修改縮放因子可以改善這條線的擬合。

圖5:距離傳感器的特性 / ?Pololu.com

摘自 Phidgets.com

基于夏普的“典型值”，將傳感器值轉(zhuǎn)換為距離的公式(公式僅適用于傳感器值在80 – 500之間)為:

距離 (cm) = 4800/(傳感器值 – 20)

這種傳感器可以找到離物體的距離，這些物體呈現(xiàn)出非常窄的邊緣，比如角度非常尖銳的墻壁。

注: 該傳感器的輸出因單元而異，并取決于目標(biāo)的特性(反射率、尺寸、運(yùn)動(dòng)方向、目標(biāo)對準(zhǔn))。

圖6:夏普GP2Y0A21YK與Uno之間的接線圖

圖7:夏普距離傳感器、TEMT6000、Uno之間的接線圖

代碼:

int lightSensor = 0;

int distanceSensor=1;



void setup() {

 Serial.begin(9600);

}



void loop() {

 int valueFromLightSensor = analogRead(lightSensor);

 Serial.print("Light Value= ");

 Serial.print(valueFromLightSensor);

 Serial.println("");

 Serial.print("Distance Value= ");

 int valueFromDistanceSensor = analogRead(distanceSensor);

 int distance= 4800/(valueFromDistanceSensor - 20);

 Serial.print(distance);



 delay(1000);

}

第3步: 確定時(shí)間

RTC DS1307模型將被用來確定時(shí)間。一個(gè)實(shí)時(shí)的時(shí)鐘系統(tǒng)承擔(dān)了確定時(shí)間的功能。該電路基于一個(gè)頻率為32.768 kHz的晶體振蕩器展開工作。其原理與手表類似。一個(gè)基于晶體振動(dòng)的機(jī)械共振的電子振蕩器能產(chǎn)生精確的頻率。此頻率用來追蹤源自計(jì)算機(jī)的日期和時(shí)間。

這是一個(gè)實(shí)用模塊，即使在系統(tǒng)關(guān)閉時(shí)，上面所配備的電池也能保證系統(tǒng)工作的連續(xù)性。

圖8:RTC模塊接線圖

圖9:RTC、夏普距離傳感器、TEMT6000、Uno之間的接線圖

為了獲得最佳的使用效果，需要為模塊添加兩個(gè)庫。

這兩個(gè)庫可以在我的網(wǎng)址 https://github.com/todeilatiberia/AutomaticFeeder上找到:

DS1307RTC

時(shí)間

連接線(這個(gè)庫已經(jīng)包含在Arduino IDE中，因此添加起來很容易)

我們將運(yùn)行一個(gè)測試代碼來檢測模塊。當(dāng)我們將程序上傳到Arduino board時(shí)，串口監(jiān)視器會(huì)顯示當(dāng)前的日期和時(shí)間。這兩個(gè)庫有一個(gè)用于查找日期和時(shí)間的示例代碼，稱為 “SetTime”。

找出設(shè)置時(shí)間:

點(diǎn)擊 Arduino IDE → 文件 → 示例 → DS1307RTC → 設(shè)置時(shí)間

圖10:在Arduino IDE上查找設(shè)置時(shí)間

在圖11中，您將看到模塊在顯示當(dāng)前日期和時(shí)間時(shí)正常工作。

圖11: 正確顯示當(dāng)前的日期和時(shí)間

在這里，我們將只測量小時(shí)的運(yùn)行情況。為此，我們需要從RTC模塊中提取確切的時(shí)間。這將通過名為“setSyncProvider(RTC.get)”的RTC簡單函數(shù)來完成。在實(shí)現(xiàn)此功能后，您將能夠同時(shí)看到串口監(jiān)視器上的小時(shí)數(shù)以及距離傳感器和光敏傳感器上的數(shù)值。

代碼:

#include 

#include 

#include 



int lightSensor = 0;

int distanceSensor=1;



void setup() {

 Serial.begin(9600);

 setSyncProvider(RTC.get);

}





void loop() {

 int valueFromLightSensor = analogRead(lightSensor);

 Serial.print("Light Value= ");

 Serial.print(valueFromLightSensor);

 Serial.println("");

 Serial.print("Distance Value= ");

 int valueFromDistanceSensor = analogRead(distanceSensor);

 int distance= 4800/(valueFromDistanceSensor - 20);

 Serial.println(distance);

 

 Serial.print("Hour= ");

 Serial.println(hour());

 delay(1000);

 

}

圖12:所顯示的小時(shí)

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Tiberia Todeila

Tiberia目前是布加勒斯特理工大學(xué)電氣工程學(xué)院的大四學(xué)生。她非常熱衷于智能家居設(shè)備的設(shè)計(jì)和開發(fā)，旨在讓我們的日常生活更加輕松。

審核編輯黃宇