劉偉峰，陳廷炫

（廣東石油化工學(xué)院，廣東茂名，525000）

1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

隨著科技的進(jìn)步，智能化成為了人們關(guān)注的焦點(diǎn)，同時(shí)隨著生活條件的改善和養(yǎng)寵樂趣的普及，人們對(duì)于寵物的健康生活需求也催生出了智能養(yǎng)寵設(shè)備，我們所研究的智能寵物牽引繩就應(yīng)運(yùn)而生。產(chǎn)品在保留寵物出門必備的傳統(tǒng)牽引繩的功能上，利用各類模塊，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用于監(jiān)測(cè)運(yùn)動(dòng)和人寵交互，監(jiān)測(cè)寵物的運(yùn)動(dòng)情況以及智能化地安排作息和飲食等，是一款符合當(dāng)今時(shí)代發(fā)展的智能化產(chǎn)物。

2 項(xiàng)目意義和目的

我國(guó)近幾年的高速發(fā)展，在很多方面都躍居世界前列，可在養(yǎng)寵觀念及寵物設(shè)備方面，雖然近幾年也是高速發(fā)展，可是相對(duì)于其他發(fā)達(dá)國(guó)家來(lái)說(shuō)，是比較落后的，這就造成了在智能化養(yǎng)寵方面的硬件設(shè)備還不夠完善。許多市面上出現(xiàn)的產(chǎn)品還不完善，功能較雞肋，給用戶帶來(lái)不好的使用體驗(yàn)[1]。因此本項(xiàng)目想做的是，打開養(yǎng)寵智能設(shè)備市場(chǎng)，參考國(guó)內(nèi)外先進(jìn)同類產(chǎn)品，結(jié)合當(dāng)今時(shí)代，不帶有華而不實(shí)雞肋的產(chǎn)品功能，初步創(chuàng)新制作出符合當(dāng)代養(yǎng)寵需求的智能養(yǎng)寵設(shè)備——智能寵物牽引繩。

3 項(xiàng)目搭建

■3.1 基本思路

主要分為三個(gè)部分端：

①牽引繩寵物端：寵物端實(shí)現(xiàn)了寵物步數(shù)統(tǒng)計(jì)、寵物位置實(shí)時(shí)定位、深度防水、防撕咬（軟硅膠套）、手機(jī)查看、遠(yuǎn)程語(yǔ)音命令等；

②牽引繩主人端：（顯示屏）顯示寵物步數(shù)、顯示寵物測(cè)量心率和呼吸率、顯示寵物大體位置、USB 充電、LED燈照明、遠(yuǎn)程語(yǔ)音命令等；

③牽引繩對(duì)應(yīng)手機(jī)APP 端：養(yǎng)寵社交、養(yǎng)寵百科、運(yùn)動(dòng)定位、運(yùn)動(dòng)情況、顯示寵物測(cè)量心率和呼吸率、健康分析（輸入養(yǎng)寵類型及品種、年齡和一些固有病癥等，APP 將會(huì)根據(jù)傳輸過來(lái)的各傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，為你制定更好的養(yǎng)寵飲食運(yùn)動(dòng)計(jì)劃等）。

系統(tǒng)主要以STM32F103RCT6 為主控芯片，在主人端和寵物端分別搭配有WIFI 無(wú)線傳輸模塊通訊，還有GPS 定位模塊、寵物心率傳感器、MPU6050 六軸傳感器模塊以及無(wú)線語(yǔ)音交互模塊等分別應(yīng)用在主人端或?qū)櫸锒?。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 和圖2 所示。

圖1 主人端主控芯片模塊

圖2 寵物端主控芯片模塊

■3.2 硬件設(shè)計(jì)

硬件部分分為寵物端和主人端。寵物端和主人端均采用STM32F103RCT6 為主控MCU，MPU6050 傳感器進(jìn)行寵物的計(jì)步傳感器，GPS 模塊作為寵物的實(shí)時(shí)定位模塊。無(wú)線語(yǔ)音模塊可以實(shí)現(xiàn)對(duì)寵物的遠(yuǎn)程命令。寵物端和主人端的數(shù)據(jù)傳輸主要是通過WIFI 模塊進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)，蜂鳴器可以在寵物超出安全距離時(shí)實(shí)現(xiàn)報(bào)警的作用。主人端的LED 夜行燈可以在照明不好的地方實(shí)現(xiàn)安全遛寵；心率傳感器模塊可以實(shí)現(xiàn)對(duì)寵物的心率及呼吸率進(jìn)行采集，并通過WIFI 發(fā)送給主人端及手機(jī)端，進(jìn)行顯示及下一步的健康分析[2]。主要模塊簡(jiǎn)述如下：

MPU6050 記步功能：MPU6050 芯片內(nèi)部的DMP 模塊其實(shí)在出廠的時(shí)候已經(jīng)配帶了姿態(tài)角檢測(cè)和計(jì)步器等功能，可是里面的算法是根據(jù)人的記步統(tǒng)計(jì)，我們利用在寵物上，需要調(diào)整相應(yīng)的參數(shù)和算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)寵物的記步功能。

GPS 定位功能：定位模塊的功能十分強(qiáng)大，不過項(xiàng)目使用GPS 實(shí)時(shí)獲取當(dāng)前的位置信息和時(shí)間信息等，其實(shí)只需處理GPS 發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)并解析數(shù)據(jù)包即可。

WIFI 模塊無(wú)線傳輸：我們使用ESP8266 這款作為WIFI無(wú)線傳輸?shù)模謩e設(shè)置兩個(gè)WIFI 模塊為WIFI STA 和WIFI AP 模式，并設(shè)置其中一個(gè)為客戶端，一個(gè)為服務(wù)器端，通過配對(duì)可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)模塊的無(wú)線通訊。

主機(jī)原理圖及從機(jī)原理圖設(shè)計(jì)如圖3 和圖4 所示。

圖3 主機(jī)原理圖設(shè)計(jì)

圖4 從機(jī)原理圖設(shè)計(jì)

■3.3 軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的程序流程圖如圖5 所示。

圖5 主、從機(jī)流程圖

需求整理：通過項(xiàng)目的這個(gè)策劃，充分整理智能寵物牽引繩的項(xiàng)目需求，初步有3 個(gè)板塊，一是寵物數(shù)據(jù)，二是寵物社區(qū)，三是我的寵物，各個(gè)板塊都有其相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，例如在寵物數(shù)據(jù)中顯示運(yùn)動(dòng)定位、運(yùn)動(dòng)情況、顯示狗狗測(cè)量心率和呼吸率，在養(yǎng)寵社區(qū)中有著養(yǎng)寵社交、養(yǎng)寵百科、健康分析（輸入養(yǎng)寵類型及品種、年齡和一些固有病癥，應(yīng)用將會(huì)根據(jù)傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，為你制定更好的養(yǎng)寵飲食運(yùn)動(dòng)計(jì)劃）等功能，更好的為主人提供養(yǎng)寵的便捷與體現(xiàn)養(yǎng)寵的現(xiàn)代化[3]。我的寵物即可設(shè)置自己的寵物種類，對(duì)應(yīng)寵物數(shù)據(jù)和養(yǎng)寵社區(qū)中的內(nèi)容也會(huì)相應(yīng)的更改。

UI 設(shè)計(jì)：我們會(huì)根據(jù)我們智能寵物牽引繩項(xiàng)目的特色進(jìn)行相應(yīng)的UI 配色設(shè)計(jì)，功能具象化處理、交互設(shè)計(jì)、以及各種機(jī)型、系統(tǒng)的適配等。

APP 開發(fā)：服務(wù)器端：編寫接口協(xié)議文檔，服務(wù)器環(huán)境架設(shè)，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)和編寫API 接口；APP 端：根據(jù)UI 設(shè)計(jì)進(jìn)行界面開發(fā)，UI 開發(fā)完成則進(jìn)入和服務(wù)端接口對(duì)接，通過服務(wù)端的接口獲取數(shù)據(jù)，編寫功能上的邏輯代碼。

調(diào)試測(cè)試：APP 大概開發(fā)完成后，不可能就可以完美使用了，我們會(huì)對(duì)整個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行反復(fù)的系統(tǒng)性測(cè)試，追蹤排除各個(gè)存在的bug，使得智能寵物牽引繩項(xiàng)目能夠很好地使用。

4 項(xiàng)目研發(fā)及測(cè)試步驟

(1)首先通過調(diào)研來(lái)尋找相關(guān)功能的知識(shí)并了解需要用到的元件。

(2)篩選合適的模型和傳感器來(lái)使用。

(3)搭建心率傳感器模塊，使其能準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)寵物的心率及呼吸率。

(4)應(yīng)用MPU6050 模塊統(tǒng)計(jì)寵物步數(shù)，使其能進(jìn)行準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)寵物步數(shù)。

(5)構(gòu)建無(wú)線語(yǔ)音模塊，實(shí)現(xiàn)主人對(duì)寵物的遠(yuǎn)程命令。

(6)應(yīng)用GPS 模塊，獲取寵物的實(shí)時(shí)位置。

(7)搭建相應(yīng)的智能寵物牽引繩手機(jī)APP。

(8)搭建WIFI 進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，并實(shí)時(shí)將各項(xiàng)數(shù)據(jù)發(fā)送到用戶的手機(jī)APP。(9)進(jìn)行實(shí)物測(cè)試，進(jìn)行各個(gè)項(xiàng)目的整合調(diào)試及問題排查。

5 項(xiàng)目預(yù)期成果及其效益

(1)在寵物端可以實(shí)現(xiàn)寵物步數(shù)統(tǒng)計(jì)、寵物位置實(shí)時(shí)定位，并且上傳至主人端及手機(jī)APP 端。

(2)對(duì)牽引繩寵物端采用深度防水、防寵物撕咬的軟硅膠套，設(shè)計(jì)美觀小巧。

(3)在主人端采用硬質(zhì)磨砂ABS，內(nèi)握部分為TPE 軟膠，舒適耐用，使主人在遛寵時(shí)不易感到不適與疲憊。

(4)在主人端可以顯示寵物步數(shù)、寵物測(cè)量心率和呼吸率、顯示寵物大體位置，還可以遠(yuǎn)程語(yǔ)音命令寵物。

(5)手機(jī)APP 功能完善，有養(yǎng)寵社交、養(yǎng)寵百科、運(yùn)動(dòng)情況顯示并對(duì)相應(yīng)步數(shù)的多少制定相應(yīng)的飲食休息計(jì)劃、健康分析。

6 結(jié)語(yǔ)

智能化的養(yǎng)寵設(shè)備隨著養(yǎng)寵觀念的普及，需求會(huì)越來(lái)越大。智能寵物牽引繩不僅可以在牽引寵物出門時(shí)，利用手機(jī)或者牽引繩達(dá)到監(jiān)測(cè)寵物健康的目的，還可以在不牽引時(shí)，達(dá)到遠(yuǎn)程命令，監(jiān)控的監(jiān)測(cè)寵物安全的目的，便捷的LED 設(shè)計(jì)及手機(jī)端APP的對(duì)應(yīng)，實(shí)現(xiàn)養(yǎng)寵人士越來(lái)越智能化的養(yǎng)寵體驗(yàn)，寵物的健康也能進(jìn)一步得到保障。希望在不久的將來(lái)，養(yǎng)寵有著自己的智能化生活社區(qū)，人寵交互，養(yǎng)寵無(wú)憂。