基于STM32单片机主控与手机APP可远程监控宠物屋系统设计
摘要
宠物饲养家庭数量庞大，且在不断扩增，随之浮现出上班、出差、旅游等人群为无暇照管宠物而担忧的问题。本系统针对此问题而设计，实现可远程喂养和管理宠物的功能。
该设计结合最新的物联网设计理念，采用STM32单片机主控与手机APP相结合的方法来实现远程监控宠物屋的功能。系统主要包括环境监测模块、喂养模块、食物量检测模块、RGB灯光调控模块和音频播放模块。单片机系统实时采集宠物屋的相关数据，通过WIFI模块上传数据到云端服务器的同时，时刻等待云端下发命令，并根据指令执行投食等相应动作。APP的设计主要采用HTML5来完成页面布局和显示等工作。用户可以通过该APP远程查看宠物的温湿度和食物剩余量等相关信息，并根据需要选择手动投食或者设置定时投食；调控RGB灯光，挑逗宠物；播放录音，引导宠物活动；打开风扇，给环境抽风换气等功能。
关键词：宠物喂养，远程监控，单片机，HTML5，物联网
Design of Remote Monitoring Pet House System Based on H5
Applied Physics 2014 He Li-qing
Supervisor Zhang Zhi-lin
Abstract
There are a large number of pet raising families which are still constantly expanding so that consequent problem arises for less time to take care of pets when going to work, business trip and traveling. The system is designed for this problem, enabling the ability to remotely feed and manage pets.
Based on the latest design concept of the Internet of Things, the functions of the remote monitoring pet house system are realized by using of STM32 Microcontrollers (SCM) and mobile phone application (APP). The system mainly includes an environmental monitoring module, a feeding module, a food detection module, a RGB lighting control module and an audio player module. The SCM system collects and uploads the data of the pet house instantly to the cloud server through the WIFI module. At the same time, the WIFI module waits for the order sending from the cloud, and feeding or other appropriate action would be performed according to relative instruction. The design of APP mainly uses HTML5 to create the page layout and displaying, and so on. Users can remotely view the pet house's temperature and humidity and food remaining amount and other related information by the mobile phone APP. Base on needs, users can select to manually feed or set timed feeding; to control the RGB light and tease the pet; to play the audio file and guide the pet activity; Open the fan, ventilation to the environment and so on of the functions.
Key words: pet feeding, remote monitoring, SCM, HTML5,Internet of Things.
目录
1 绪论 1
1.1 国内外宠物饲养现状 1
1.2 宠物饲养问题及目前喂养产品存在的不足 1
1.3 本系统设计的解决方法 2
1.4 小结 2
2 系统设计方案 3
2.1 设计目的 3
2.2 系统功能图与分析 3
2.3 系统设计要求 4
3 系统硬件设计 5
3.1 系统硬件电路构架图 5
3.2 系统主控芯片的介绍 5
3.3 系统主要组成模块设计 6
3.3.1 ESP8266WIFI模块设计 6
3.3.2 MS995舵机模块设计 7
3.3.3 WS2812RGB灯模块设计 8
3.3.4 ISD4004语音模块设计 8
3.3.5 DHT11温湿度传感器模块设计 9
3.3.6 HC-SR04超声波传感器模块设计 10
4 单片机系统软件设计 11
4.1 单片机系统软件程序设计总流程图 11
4.2 单片机系统主要模块程序设计 13
4.2.1系统主函数程序设计 13
4.2.2联网和数据上传程序设计 14
4.2.3喂食程序设计 16
4.2.4 RGB灯光照明程序设计 17
4.2.5语音播放程序设计 18
4.2.6获取温湿度数据程序设计 19
4.2.7食物剩余量检测程序设计 20
5 APP系统软件设计 21
5.1 HTML5的介绍 21
5.2 APP获取物联网云端数据 22
5.3 APP界面设计 22
5.3.1 APP软件程序设计总流程图 23
5.3.2新用户引导页的设计 24
5.3.3用户登录界面的设计 24
5.3.4灯控界面的设计 26
5.3.5宠物屋界面的设计 27
5.3.6自动喂食界面的设计 28
5.3.7设置界面的设计 30
6 系统联合调试分析 30
6.1 温湿度数据采集的准确性测试 31
6.2 超声波探测距离的准确性测试 31
6.3 单片机数据上传云端稳定性测试 31
6.4 APP下发命令稳定性测试 32
6.5 系统测试分析 33
7 总结与展望 33
致谢 34
参考文献 36
附录A 硬件电路PCB图 38
附录B 本设计实物图 39
1 绪论
近几年来，物联网均给各个国家带来了硕大的效益，其市场需求量大，发展前景广阔，其重要性和发展潜力相当大，不可估量。目前很多国家都很注重物联网行业的发展，对其行业大力投资，部署战略，甚至将物联网发展计划规划到战略性产业振兴的计划行列。我国也同样高度重视，党和政府紧紧抓住发展机遇，逐步将其纳入我国“十三五”规划纲要中。跟随物联网技术行业的飞速进展，需求产品已经大量地垂垂袭来。
1.1 国内外宠物饲养现状
在国外，很多发达国家的多数家庭喜欢饲养宠物，他们将宠物视为亲人。以美国举例说明，按照其宠物协会的考察发现，目前美国已经有4000多万户家庭饲养有宠物，而猫狗宠物占据首位。而在国外的智能家居产品也很多，他们很早就开始研发宠物类的产品。在美国的超市里，都会有很多宠物相关的商品销售，品种繁多，数量大。人们通常很乐意在宠物身上消费，在宠物身上的开销相当于一个家庭成员的消费。很多上班族由于工作比较繁忙，或者要经常外出，无暇顾及家中宠物，该类人群通常会很乐意出高价购买一款实用智能的可远程管理宠物的设备。由此可以看出宠物类产品的发展十分乐观。
在国内，居民的物质生活需求都基本已经不成问题，开始从各方面丰富自己的娱乐圈生活，比如：养猫狗宠物，以此让自己多出一位生活伴侣，同时也通过喂养宠物来放松身心，在与宠物相处互动中获取快乐与舒适感。饲养宠物已经处于一种高涨状态，各个都市逐步鼓起。根据不完全的统计显示，除了未进行登记的和饲养其他宠物的，在北京已经有23700多户人家登记饲养猫狗宠物。而在上海经济开发比较好的地方，已经有数百万户人家饲养有宠物，其他南京等部分一线和二线城市，也随处都可以看见有很多人群牵着自己的爱宠在户外溜达，已经成为了一种潮流。宠物成为了更多人群关心和留意的对象。宠物数量的高涨，人们工作繁忙，其饲养问题也慢慢浮现，从而出现了宠物代养和自动喂养产品等[1]。
1.2 宠物饲养问题及目前喂养产品存在的不足
目前我国居民生活得到了很大的改善，但工作压力大、生活步伐紧凑，时常会感觉身心疲惫，人际交流方面变得逐渐减少。宠物慢慢地就成为了人们的倾诉者和情感
的寄托者，成为相亲相爱的一家人。随着宠物数目的增长，对于宠物的喂养和管理问题也慢慢地成为了社会人员重点关心的一部分。尤其是常常外出无暇照顾家中宠物的人群，怎样去照管好自己的爱宠是一个让人头疼的麻烦事。在出门之际，常常会为宠物无暇照顾而烦恼，会为无法掌握它的情况而担忧，又担心寄养处管理不完善[2]。托付给亲戚朋友也会担忧他们的家人是否会嫌弃，毕竟有些人是不喜欢宠物的。
如今是物联网生活的时代，可远程监控的宠物喂养装置也开始慢慢进入了我们的生活，有很多小公司研发该类智能产品，部分大公司也在极力发展宠物类行业。目前，在国内服务于人的智能产品已经随处可见，而以宠物为主的并不多见，只有一些虽然可以定时，但是限制喂食次数，且投食量规定的自动出食装置。该类装置设定好之后装置就会始终按照程序执行，用户不能更改。万一有危险发生，用户不在家里也就全然不知，这种情况下也许会造成无法想象的后果。所以该类装置的安全隐患极为严重，甚至有可能威胁到宠物生命，房子的安全也得不到保障。而人们有事外出之时，又不得不把爱宠独留在家中，如何喂养则成为了令人忧心的事情。因此，一款可远程管理宠物装置的市场需求广阔。
1.3 本系统设计的解决方法
本系统设计分为单片机系统设计和手机APP设计，将两者相结合起来，手机APP可连接局域网或者广域网与单片机系统进行通信、交互。通过单片机系统获取数据信息，并上传到云端，APP系统设计从云端获取数据解析展示给用户。用户可依据需求在APP下发相关命令，单片机系统接收到命令后执行喂食等相应动作。从而实现可远程实时掌握宠物环境状况，远程喂养等功能，正解决了宠物无人照管的问题，弥补了目前市场上自动喂养装置的不足。
参考文献
[1]管言.我国宠物饲养现状及其保健品的发展机遇[J]. 中国动物保健,2016,18(11):78-79.
[2]刘小英.当前宠物管理中存在的问题及建议[J]. 湖北畜牧兽医,2015,34(06):89+91.
[3] 刘璋. STM32单片机在室内环境监测系统中的运用研究[J]. 数字技术与应用，2016(02):20.
[4] 周江. STM32单片机原理及硬件电路设计研究[J]. 数字技术与应用，2015(11):1.
[5] 邱宏斌. 一种基于ESP8266模块的物联网设计思路[J]. 电子世界, 2017(07):157.
[6] 赵杰，郭亮，臧希喆，等. 应用于六足机器人平台的舵机控制器设计[J]. 机械与电子，2005(09):48-51.
[7] 张常年，王振红，李洋. ISD4004语音芯片的工作原理及在智能控制系统中的应用[J]. 国外电子元器件，2002(02):20-23.
[8] 韩丹翱，王菲. DHT11数字式温湿度传感器的应用性研究[J]. 电子设计工程，2016(13):83-85.
[9] 罗兆纬，叶玲玲，黄振星等. 超声波测距系统设计[J]. 电子制作，2014(02):64-65.
[10] Igor Ostrowski,Piotr Szulewski,Andrzej Mas owski. Analysis of WiFi Communication (Data Interchange) for Mobile Robot in Industrial Environment[J]. Applied Mechanics and Materials,2016,4169(817).
[11] Giovanni Cherubini,Jens Jelitto,Kazuhiro Tsuruta. Fast servo signal acquisition in tape drives using servo and data channels[J]. Mechatronics,2012,22(3).
[12] 刘璋. STM32单片机在室内环境监测系统中的运用研究[J]. 数字技术与应用，2016(02):20.
[13] Anonymous. W3C; W3C Publishes HTML 5 Draft, Future of Web Content[J]. Journal of Technology & Science,2008.
[14] 王峰.中国移动物联网平台的探索与未来[J]. 通信世界,2017(30):36-37.
[15] 陈瑶. 基于Node.js高并发web系统的研究与应用[D].电子科技大学,2014.
[16] Bipin Joshi. Styling Web Forms and Views with CSS3[M].Apress:2016-06-15.
[17] 白蕾,郭清菊.HTML5与CSS3的设计模式[J].智能计算机与应用, 2016,6(02):104-105+109.
[18]Seonghoon Kang,Sukyoung Ryu. Formal specification of a JavaScript module system[J]. ACM SIGPLAN Notices,2012,47(10).
[19]唐靖. 家庭物联网控制系统设计与研究[D].苏州大学,2016.
[20] 刘诗伦. 手机APP界面的情感化设计研究[D].扬州大学,2016
