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基于STM32的智能宠物自动喂食器设计思路：TCP\HTTP、Node.js技术

一、项目概述

1.1 项目目标

本项目旨在开发一款智能宠物自动喂食器，允许宠物主人通过智能手机远程控制喂食时间和食物分量。系统通过语音播报来吸引宠物进食，确保宠物按时获得所需的营养。这一解决方案特别适合上班族或经常出差的宠物主人，旨在提升宠物喂养的便利性和自动化程度。

1.2 项目用途

  • 定时定量喂食：根据设定的时间和食物分量自动喂食。
  • 远程控制：通过微信小程序实现对喂食器的远程监控和控制。
  • 语音提示：通过语音提醒宠物进食，提高喂食的互动性。

1.3 技术栈关键词

  • 单片机: STM32F103C8T6
  • 显示模块: OLED (SSD1306)
  • 称重传感器: HX711
  • 舵机: MG996R
  • 无线通信模块: ESP8266
  • 移动端开发: 微信小程序
  • 编程语言: C/C++, JavaScript
  • 开发环境: Keil uVision, Arduino IDE

二、系统架构

2.1 系统架构设计

本项目的系统架构由多个功能模块组成，各模块通过主控单元STM32进行协作。整体架构如下：

  • 主控单元: STM32单片机负责整体控制和数据处理。
  • 显示模块: OLED显示器用于实时显示系统状态和设置参数。
  • 称重模块: HX711传感器用于称量食物的重量，确保喂食准确。
  • 舵机控制: MG996R舵机用于控制食物释放机制。
  • 语音播报: 通过声音模块发出语音提示。
  • 无线通信: ESP8266模块用于与微信小程序进行数据通信。
  • 用户界面: 微信小程序提供用户友好的操作界面。

2.2 选择合适的单片机、通信协议及技术栈

  • 单片机: 采用STM32F103C8T6，因其具备丰富的IO接口和强大的处理能力，适合处理多任务。
  • 通信协议:- 串口通信: STM32与ESP8266通过UART进行通信。- HTTP协议: 用于小程序与服务器之间的数据交互。
  • 传感器与模块:- 称重传感器: HX711，精度高且易于接口。- 舵机: MG996R，支持大扭矩和精确控制。

2.3 系统架构图

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控制

读取

控制

控制

通信

数据交互

       STM32单片机 
     

       OLED显示模块 
     

       HX711称重模块 
     

       舵机控制模块 
     

       语音播报模块 
     

       ESP8266模块 
     

       微信小程序

三、环境搭建和注意事项

3.1 开发环境搭建

  1. 安装Keil uVision: 用于STM32的固件开发。
  2. 安装Arduino IDE: 用于ESP8266的固件编写和上传。
  3. 安装微信开发者工具: 用于开发和调试微信小程序。
  4. 安装必要库: 在Arduino IDE中安装HX711、Servo和ESP8266相关库。

3.2 注意事项

  • 电源管理: 确保ESP8266和STM32的电源稳定，避免电压波动引起的系统不稳定。
  • 称重模块校准: 在使用HX711进行称重时，需进行校准以确保测量精度。
  • 舵机控制: 确保舵机的转动角度设置合理，避免过度扭转导致损坏。并确保舵机的供电充足，以维持稳定的工作状态。
  • 无线通信稳定性: 在设计电路时，尽量缩短ESP8266的信号线，以降低信号干扰，确保Wi-Fi连接稳定。
  • 调试与测试: 在实际使用前，进行充分的测试，确保各个模块之间协调工作，特别是喂食时间和重量的计算。

四、代码实现过程

4.1 功能模块实现

4.1.1 STM32主控模块

主控模块负责整个系统的协调和控制，包括定时喂食、称重和数据处理。以下是主控模块的代码示例：

#include"stm32f10x.h"#include"OLED.h"#include"HX711.h"#include"Servo.h"#include"Voice.h"#defineFEEDING_INTERVAL3600// 喂食间隔（秒）#defineDESIRED_WEIGHT50.0// 期望喂食重量（克）voidsetup(){// 初始化OLED显示OLED_Init();// 初始化HX711HX711_Init();// 初始化舵机Servo_Init();// 初始化语音模块Voice_Init();}voidloop(){staticuint32_t lastFeedTime =0;uint32_t currentTime =millis();// 检查是否到达喂食时间if((currentTime - lastFeedTime)>= FEEDING_INTERVAL *1000){float foodWeight =HX711_Read();if(foodWeight < DESIRED_WEIGHT){Servo_Open();// 开始喂食delay(2000);// 喂食时间Servo_Close();// 停止喂食}// 语音播报Voice_Play("Time to eat!");// 播放提示音
        lastFeedTime = currentTime;// 更新最后喂食时间}}
4.1.2 称重模块

HX711用于获取食物重量，代码示例如下：

#include"HX711.h"// HX711引脚配置#defineLOADCELL_DOUT_PIN3#defineLOADCELL_SCK_PIN2

HX711 scale;voidHX711_Init(){
    scale.begin(LOADCELL_DOUT_PIN, LOADCELL_SCK_PIN);
    scale.set_scale(2280.f);// 设定标定值
    scale.tare();// 去皮}floatHX711_Read(){return scale.get_units(10);// 返回平均值}
4.1.3 舵机控制模块

舵机模块控制食物释放，代码示例如下：

#include<Servo.h>

Servo myServo;voidServo_Init(){
    myServo.attach(9);// 舵机连接到数字引脚9
    myServo.write(0);// 初始位置}voidServo_Open(){
    myServo.write(90);// 打开舵机，释放食物}voidServo_Close(){
    myServo.write(0);// 关闭舵机}
4.1.4 语音播报模块

语音模块使用PWM控制喇叭发出提示音，代码示例如下：

#include"Voice.h"voidVoice_Init(){pinMode(8, OUTPUT);// 语音模块连接到数字引脚8}voidVoice_Play(constchar* message){// 假设有一个函数能将消息转换为音调播放tone(8,1000,1000);// 播放1000Hz的音调，持续1秒}
4.1.5 微信小程序

微信小程序用于远程控制喂食器的操作界面，下面是一个基本的示例代码：

// index.jsPage({
  data:{
    feedingTime:'12:00',
    foodAmount:50// 默认喂食量},setFeedingTime:function(e){this.setData({
      feedingTime: e.detail.value
    });},setFoodAmount:function(e){this.setData({
      foodAmount: e.detail.value
    });submitSettings:function(){const that =this;
    wx.request({
      url:'http://<your_server_address>/setFeed',// 替换为你的服务器地址
      method:'POST',
      data:{
        feedingTime: that.data.feedingTime,
        foodAmount: that.data.foodAmount
      },success:function(res){
        wx.showToast({
          title:'设置成功',
          icon:'success'});},fail:function(){
        wx.showToast({
          title:'设置失败',
          icon:'none'});}});}});
4.2 数据交互和控制

在后端，我们需要处理来自微信小程序的请求，并相应地更新STM32的喂食设置。可以使用Node.js或Python的Flask框架来实现后端服务。

// Node.js示例const express =require('express');const bodyParser =require('body-parser');const app =express();const port =3000;

app.use(bodyParser.json());

app.post('/setFeed',(req, res)=>{const{ feedingTime, foodAmount }= req.body;// 这里可以将设置保存到数据库或直接通过串口发送给STM32
  console.log(`设置喂食时间: ${feedingTime}, 食物量: ${foodAmount}`);// 发送给STM32的代码可以在这里实现
  res.send({ status:'success'});});

app.listen(port,()=>{
  console.log(`Server running at http://localhost:${port}`);});

4.3 时序图

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用户 

   微信小程序 
 
   服务器 
 
   STM32单片机 
 
设置喂食时间和食物量 

发送设置请求 

更新喂食设置 

返回设置成功 

返回设置成功 

显示设置成功 

  用户 

  微信小程序 

  服务器 

  STM32单片机

五、项目总结

5.1 项目主要功能

  • 定时定量喂食: 系统能够根据设定的时间和食物量自动进行喂食，确保宠物得到规律的营养。
  • 远程控制: 用户可以通过微信小程序实现远程监控和设置，方便快捷。
  • 语音提示: 系统会在每次喂食时播放语音提示，吸引宠物前来进食，增强互动性。

5.2 实现过程总结

  • 本项目通过STM32单片机作为核心控制单元，结合HX711称重模块、MG996R舵机、OLED显示模块及ESP8266无线通信模块，构建了一套完整的自动喂食系统。
  • 微信小程序作为用户交互界面，方便用户进行设置及监控，提升了用户体验。
  • 在开发过程中，注意了各模块的协同工作，通过充分的测试确保系统的稳定性和可靠性。

5.3 未来改进方向

  • 数据记录与分析: 可以考虑增加数据记录功能，记录每次喂食的时间和食物量，帮助宠物主人分析宠物的饮食习惯。
  • 多种喂食模式: 增加不同的喂食模式，如按需喂食、定时喂食等，提供更多的灵活性。
  • 移动端优化: 提高微信小程序的用户界面友好性，增强用户体验。
  • 宠物健康监测: 集成健康监测模块，监测宠物体重变化，并根据健康状况调整喂食量。
标签： stm32 宠物 tcp/ip
本文转载自: https://blog.csdn.net/qq_40431685/article/details/143722873
版权归原作者 极客小张 所有， 如有侵权，请联系我们删除。
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