馬嘉桐

摘 要：本文提出一種基于Raspberry Pi設計的智能寵物喂養(yǎng)裝置，該裝置能夠?qū)⒆詣游故撑c主動喂食結合起來，根據(jù)攝取食物傳感器對寵物攝取食物的需求進行檢測，從而按照寵物需求自主地對裝置的喂養(yǎng)時間進行調(diào)整。該裝置包括自動喂養(yǎng)器、用于控制自動喂養(yǎng)器的控制組件、云端服務器、終端控制設備，其中，控制組件基于Raspberry Pi Super Kit進行設計和實現(xiàn)，自動喂養(yǎng)器包括攝取食物傳感器、食物盒、食物投放器以及食物投放執(zhí)行器。

關鍵詞：智能;寵物喂養(yǎng);raspberry;自主喂食

中圖分類號：TP29 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2020）02-0038-02

0引言

現(xiàn)有的寵物喂養(yǎng)方式主要基于人力手工進行喂養(yǎng)，如果喂養(yǎng)人員離開幾天，所飼養(yǎng)的寵物將會因為沒有喂食而被餓死。對于獨自居住的年輕人、擁有寒暑假的學生等群體，這一直是難以克服的問題。另外，目前有自動喂養(yǎng)的方法，可按照事先設定的食物投放量和投放時間向?qū)櫸锿斗攀澄铩２捎眠@樣的方法，能夠節(jié)約喂養(yǎng)寵物作業(yè)的勞動力，但難以適應寵物的食欲變化。另外，喂養(yǎng)人員也無法實時地根據(jù)寵物的情況來對寵物進行遠程喂養(yǎng)[1-2]。

本文提出一種能夠?qū)⒆詣游故撑c主動喂食結合起來的智能寵物喂養(yǎng)裝置。其能根據(jù)攝取食物傳感器對寵物攝取食物的需求進行檢測，從而按照寵物需求自主地對裝置的喂養(yǎng)時間進行調(diào)整。以下，將對智能寵物喂養(yǎng)裝置及設計進行介紹。

1 智能寵物喂養(yǎng)裝置總述

1.1 智能寵物喂養(yǎng)裝置的功能和優(yōu)點

智能寵物喂養(yǎng)裝置的主要功能和優(yōu)點包括如下方面：

（1）例如手機等終端控制設備經(jīng)由互聯(lián)網(wǎng)而能夠與云端服務器連接，云端服務器經(jīng)由互聯(lián)網(wǎng)和無線通信網(wǎng)而能夠與基于Raspberry Pi設計的自動喂養(yǎng)器連接。其優(yōu)點在于，由于智能寵物喂養(yǎng)裝置的設置信息等均存儲于云端服務器，因此不會因為手機等終端控制設備、自動喂養(yǎng)器等出現(xiàn)故障等而導致之前的設置信息丟失。

（2）自動喂養(yǎng)器基于Raspberry Pi的硬件、raspbian操作系統(tǒng)以及C語言開發(fā)的程序運行。其優(yōu)點在于，開發(fā)容易，程序穩(wěn)定。

（3）食物盒包括上部食物儲存盒和下部滑動件，食物投放執(zhí)行器位于下部滑動件上并能夠自由滑動，從而進行食物投放動作的控制。其優(yōu)點在于，能夠以簡單的結構控制食物的定量投放。

1.2 智能寵物喂養(yǎng)裝置的整體結構

智能寵物裝置的整體結構如圖1所示。智能寵物喂養(yǎng)裝置包括自動喂養(yǎng)器、用于控制自動喂養(yǎng)器的控制組件、云端服務器、智能手機等終端控制設備。云端服務器通過互聯(lián)網(wǎng)而與終端控制設備連接，并且也能夠經(jīng)由互聯(lián)網(wǎng)和無線通信網(wǎng)而與控制組件連接。控制組件連接有攝像機和自動喂養(yǎng)器。

2自動喂養(yǎng)器的結構與設計

2.1 自動喂養(yǎng)器的結構

自動喂養(yǎng)器包括用于儲存食物的食物盒、食物投放器以及食物投放執(zhí)行器。自動喂養(yǎng)器從云端服務器以及終端控制設備接收來設置信息或喂養(yǎng)人員主動發(fā)送的控制信息，控制食物投放執(zhí)行器進行動作，使食物投放器滑動，實現(xiàn)食物的投放。食物盒包括上部食物儲存盒和下部滑動件，上部食物儲存盒儲存有食物，其側面形成為斜面。食物投放器位于下部滑動件上并能夠自由滑動，其食物室部分上下貫通。食物投放執(zhí)行器包括電機、連桿以及彈簧。食物投放執(zhí)行器與食物投放器之間通過連桿連接在一起。連桿的一端與電機連接，另一端與食物投放器連接。彈簧夾設于食物盒與食物投放器之間。

當從控制組件接收到投放食物的控制信號時，電機通電而推動連桿向圖中的右方運動，連桿克服彈簧的作用力推動食物投放器向右運動。當食物室與出口相對時，食物從出口落下。完成食物的投放之后，電機斷電，食物投放器在彈簧的作用下回到原位，如圖2所示。

2.2 攝取食物傳感器的構成

自動喂養(yǎng)器還包括攝取食物傳感器，其用于檢測寵物的攝取食物需求。以下對攝取食物傳感器的結構和工作模式進行介紹。

在攝取食物傳感器上通過軟線栓有供寵物拉拽的觸發(fā)件。作為一例，（圖3）觸發(fā)件設為骨頭形狀，根據(jù)飼養(yǎng)的寵物不同，也可以將觸發(fā)件設為魚形狀。在觸發(fā)件被拉動時，攝取食物傳感器被觸發(fā)。喂養(yǎng)人員在平時訓練寵物在饑餓時拉拽該觸發(fā)件。這樣，當寵物饑餓時，其能夠通過拉拽觸發(fā)件而觸發(fā)攝取食物傳感器，向控制組件發(fā)送信號，從而控制組件會控制自動喂養(yǎng)器進行投放食物。通過這樣的設置，本文的裝置除了能夠根據(jù)用戶的預先設置對食物進行投放之外，還能夠由寵物根據(jù)自身需要來獲取食物。

3控制組件的設計與實現(xiàn)

以下，對智能寵物喂養(yǎng)裝置的控制組件進行介紹?？刂平M件的硬件基于raspberry，開發(fā)平臺采用Raspbian操作系統(tǒng)，開發(fā)語言采用C語言。

3.1 控制組件的結構

控制組件的功能通過硬件、軟件相結合來實現(xiàn)?？刂平M件根據(jù)從云端服務器接收來的信息以及喂養(yǎng)人員通過終端控制設備輸入的信息等對自動喂養(yǎng)器進行控制，使自動喂養(yǎng)器根據(jù)用戶設定的投放食物時間進行投放食物。此外，當從自動喂養(yǎng)器的攝取食物傳感器檢測到寵物攝取食物需求時，控制組件控制自動喂養(yǎng)器投放一定的食物。

控制組件的硬件采用樹莓派（Raspberry Pi）B型板。在該長方形基板中心設有Broadcom BCM2711片上系統(tǒng)，考慮到智能寵物喂養(yǎng)裝置的實際應用場景不需要特別精準的控制，但需要經(jīng)常性地與手機等終端控制設備進行交互這樣的需求，因此Raspberry Pi為本文的裝置提供理想的嵌入式開發(fā)平臺。

控制組件的軟件方面選擇Raspbian操作系統(tǒng)。Linux作為開源軟件平臺，能夠讓用戶以較低的價格或者免費獲得操作系統(tǒng)和軟件的源碼，用戶能夠根據(jù)需要編輯修改源碼，因此Linux操作系統(tǒng)受到嵌入式開發(fā)者的喜愛。Debian Linux是由GPL和其他自由軟件許可協(xié)議授權的自由軟件組成的操作系統(tǒng)，而Raspbian則是基于Debian并根據(jù)Raspberry Pi硬件條件修改得到的操作系統(tǒng)。

3.2 控制組件的軟件設計

控制組件的運行程序的開發(fā)語言選擇C語言。智能寵物喂養(yǎng)裝置以如下方式實現(xiàn)智能寵物喂養(yǎng)裝置的控制。主程序首先實現(xiàn)各個模塊的初始化，然后從云端服務器獲取控制信息和設置信息，根據(jù)接收到的控制信息，判斷是否需要對寵物進行投喂。在監(jiān)控到需要對寵物進行投喂的指令時，控制自動喂養(yǎng)器進行投喂。其程序流程圖如圖4所示。

4 結語

以上，介紹了一種基于Raspberry Pi設計的智能寵物喂養(yǎng)裝置，其能夠?qū)⒆詣游故撑c主動喂食結合起來，根據(jù)攝取食物傳感器對寵物攝取食物的需求進行檢測，從而按照寵物需求自主地對裝置的喂養(yǎng)時間進行調(diào)整。該裝置包括自動喂養(yǎng)器、用于控制自動喂養(yǎng)器的控制組件、云端服務器、終端控制設備，其中，控制組件基于Raspberry Pi Super Kit進行設計，自動喂養(yǎng)器包括攝取食物傳感器、食物盒、食物投放器以及食物投放執(zhí)行器。

參考文獻

[1] 歐陽艷，劉方玉.新形勢下如何發(fā)展寵物產(chǎn)業(yè)[J].中國畜牧業(yè)，2016（07）：34-35.

[2] 歐陽艷，馬濤，車海林.新常態(tài)下的寵物經(jīng)濟發(fā)展思考[J].中獸醫(yī)學雜志，2015（10）：102-103.