基于单片机的宠物喂食系统设计（51基础版）-设计说明书
电子校园网 编号：
M22006-01C-LW
设计摘要：
基于51单片机的宠物喂食系统设计，结合了LCD1602显示屏、时钟模块、四相步进电机等关键组件，实现了时间显示、设置、定量喂食等多种功能。该系统中的LCD1602显示屏可以清晰地显示当前的时间、工作模式以及下次喂食时间等信息。用户可以通过按键设置系统的时间、喂食时间和工作模式，方便快捷。通过与时钟模块的配合，系统能够准确地获取当前的时间，并根据预设的喂食时间进行倒计时。
在手动模式下，用户可以通过按键控制蜂鸣器和灯的开关，用于提醒宠物主人进行喂食操作。此外，系统还具有自动模式，在设定的喂食时间到达后，会自动触发四相步进电机，将精确的食物量投放到宠物喂食容器中，实现定量喂食。基于51单片机的宠物喂食系统设计实现了多种实用功能，这些功能的实现提高了宠物喂食的便捷性、准确性和可自定义性，为宠物主人提供了更好的喂食体验。
关键词：单片机；自动喂食；步进电机
字数：12000+
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摘 要
ABSTRACT
1 引 言
1.1 选题背景及实际意义
1.2 国内外研究现状
1.3 课题主要内容
2 系统设计方案
2.1 系统整体方案
2.2 单片机的选择
2.3 电机的选择
2.4 显示方案的选择
3系统设计与分析
3.1 整体系统设计分析
3.2 主控电路设计
3.2.1 STC89C52单片机
3.2.2 晶振电路和复位电路
3.3 液晶屏显示模块
4 系统程序设计
4.1 编程软件介绍
4.2 主程序流程设计
4.3 按键功能图
4.4 显示函数流程图
4.5 处理函数流程图
5 实物调试
5.1 电路焊接总图
5.2 系统显示实物测试
5.3 设置喂食量实物测试
5.4 调整时间实物测试
6 仿真调试
6.1仿真总体设计
6.2显示检测测试
6.3设置时间检测测试
6.4模式切换的测试
6.5吸引宠物饮食的测试
结 论
参考文献
致 谢
1 引 言
1.1 选题背景及实际意义
近年来,随着人们生活水平的提高,越来越多的人开始饲养宠物,养宠物确实为人们带来很多益处,但同时也带来了一些问题:宠物比较依赖于人,但人们并不总是有时间陪在宠物身边。上班、出差、外出旅行的时候,家中的宠物通常得不到照看[1]。这导致了对宠物饮食管理的困扰。针对这一问题，基于51单片机的宠物喂食系统设计应运而生。
宠物喂食系统的设计意义在于提供了一种便捷和可靠的解决方案，满足宠物主人对宠物饮食管理的需求。通过该系统，宠物主人可以准确地设置和控制宠物的喂食时间和量，可以根据设定的时间和量进行喂食，避免了宠物饥饿或过度进食的情况发生。宠物合理的饮食管理有助于维持宠物的健康，并预防肥胖等问题。宠物喂食系统可以自动执行喂食任务，减少了宠物主人每天对宠物饮食的关注和投入时间，使其能够更好地专注于其他事务，此外通过系统精确的定量喂食功能，可以避免宠物因为人为疏忽或不准确的喂食量而出现营养不良或消化不良的情况。更重要的是宠物喂食系统的设计还具有灵活的参数设置功能，宠物主人可以根据自己的喂食习惯和宠物的需求进行定制化设置，满足不同宠物的个性化饮食需求。
总而言之，基于51单片机的宠物喂食系统设计在现代社会背景下具有重要的现实意义和应用前景。通过智能化、便捷化和可靠性的设计，该系统能够提供准确、定量的喂食服务，从而保障宠物的健康和幸福，减轻宠物主人的负担。这种人与宠物之间的良好互动模式将促进家庭和谐和宠物主人的生活质量。
1.2 国内外研究现状
在中国，随着人们对宠物的关注度不断提高，宠物市场迅速发展，宠物喂食系统的研究也逐渐兴起。目前，国内已经有一些关于宠物喂食系统的研究成果和产品问世。
一些研究者主要关注宠物喂食系统的硬件设计和控制算法优化。例如，在硬件方面，他们使用51单片机作为核心控制器，通过蓝牙或Wi-Fi与手机进行通信。这种设计使得宠物主人可以通过手机设置和监控宠物的饥饿状态和饮食量，实现远程控制。在控制算法方面，研究者致力于开发智能化的喂食算法，考虑宠物的种类、年龄、体重等因素，为宠物量身定制合适的饮食计划。同时，一些研究者也关注宠物喂食系统的用户界面设计和用户体验。他们致力于研究如何设计简洁易用的手机应用程序，让宠物主人能够轻松地设置喂食时间和量，并实时监控宠物的饮食情况。这些研究旨在提高宠物主人对宠物喂食系统的接受度和满意度。此外，还有一些研究关注宠物喂食系统的安全性和可靠性。他们通过采用可靠的传感器和执行器，以及多重保护机制来保证喂食系统的正常运行。研究者还尝试使用数据加密技术，确保宠物主人的个人信息和喂食计划的隐私安全。
人们可能因为工作,外出等原因没有足够的精力和时间去照顾宠物,宠物的饮食和健康等成为大家思考的问题.宫占霞，杨泽锋等（2021）设计了一种以STC8A8K64S4A12单片机为基础的宠物投食器自动控制系统.控制系统包括电源,语音识别,LCD液晶显示,WIFI,电机驱动模块组成,能够实现定时定量,自动喂养,远程遥控等功能[2]。
龙小丽，杨泽锋（2021）设计了一种智能的投食系统,系统由STC8A8K64S4A12控制模块,电源模块,8266WiFi模块,语音模块,按键模块,宠物粮食传送模块,显示模块构成,能够实现自动语音提示以及定量定时给宠物投食,同时可通过手机App进行远程控制投食.系统结构简单,功能齐全,操作便捷,解决了宠物独处时的投食问题,同时为畜禽养殖场的喂食提供了一定的借鉴价值[3]。
针对目前市场上宠物投食器产品功能单一,智能化不足的特点,黄万转，吴晓刚（2023）设计了一种基于单片机与人工智能云平台相融合的智能宠物投食器.利用单片机自动处理和控制温湿度,压力,摄像头,报警器,舵机等多传感器设备,通过Wifi模块实现与人工智能云平台的数据交互.测试表明,该设备既能实现本地的自动投食喂养,又能通过远程实时监测与智能控制,从而保证宠物在无人照看时的智能化喂养[4]。
在国外，宠物喂食系统的研究也受到了广泛关注，并取得了一些突破性进展。一些国外公司和研究机构已经推出了智能化的宠物喂食器，并获得了用户的广泛认可。
一些国外研究者主要关注宠物喂食系统的智能化和自动化程度。他们尝试使用机器学习和人工智能技术，通过分析宠物的饮食习惯和健康数据，为宠物主人提供更加精准的饮食建议。这种智能化的宠物喂食系统不仅能够自动执行喂食任务，还能根据宠物的需求和健康状况进行动态调整。此外，一些国外研究者也关注宠物喂食系统的可持续性和环境友好性。他们致力于研究如何使用可再生能源和可降解材料制造宠物喂食器，并提倡减少食物浪费和塑料垃圾的产生。这些研究旨在为宠物主人提供更加环保和可持续的宠物喂食解决方案。
为帮助宠物主人定期为宠物喂食适量的食物，并预测宠物的食物短缺情况。Al M K R E （2021）使用的组件是hx711称重传感器放大器，超声波传感器，红外传感器和伺服电机。超声波传感器和伺服电机将连接到adafruit，这是一个物联网（IoT）平台，该平台提供在线仪表板，允许宠物主人从传感器检索数据并监控系统活动。在线仪表板还将连接到ifttt maker，这是另一个物联网平台，可通过电报实现通知。每次从宠物喂食器系统中分配食物以及宠物食品水平低时，都会通过电报通知宠物主人。系统将在预设时间或宠物靠近宠物喂食器时自动分配宠物食品。此外，该系统还可以收集宠物食品水平的数据，用于食物短缺的时间序列预测。时间序列预测将使用并行处理方法处理大数据进行数据预处理[5]。
自动化技术是一种趋势，易于访问、用户友好且易于监控。养宠物可以成为我们生活中的乐趣。Koley S , Srimani S , Nandy D ,et al（2021）提出了一个原型来解决主人不在家时为所有类型的宠物提供食物和水的问题，例如锁定情况。通过应用这个原型，主人可以在他们喜欢的预定时间为宠物提供食物和水。所提出的系统通过ATMEGA32微控制器进行控制。使用层板（从废料中收集）创建的锥形结构，用于保存宠物的食物。伺服电机已连接以控制食物通过连接到碗的PVC管流出。将碗放在称重传感器上以检查食物的重量。所有者可以通过键盘分配食物的时间和数量，以根据碗中食物的瞬时重量来供应食物。通过使用浮子传感器，容器中的水位已被监控和重新填充[6]。
与上述几种设计方案相比，该设计方案更加方便易懂，便于实际操作，价格低廉，在集成电路的选择上更易于使用和精巧。
1.3 课题主要内容
本设计基于单片机的宠物喂食系统设计，系统软件由STC89C52最小单片机，DS1302时钟模块，步进电机模块，LED灯和被动蜂鸣器警报模块设计，并具有单独的功能键控制模块一起形成。主要设计内容如下：
1、可通过显示屏显示时间、模式以及喂食时间
2、可通过按键设置时间、喂食时间和模式
3、可通过按键控制蜂鸣器和灯
4、自动模式时到达喂食时间后自动喂食
5、可以实现定量喂食
