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机智云技术在宠物管理系统中的应用

2021-3-3 21:33:37 3288 单片机 STM32

0 摘要: 为了方便人们更好地管理宠物,设计基于STM32和机智云SDK进行二次开发的安卓APP宠物管理系统。该系统整合WiFi联网模块和传感器技术,实现随时随地远程观察宠物状况、控制管理宠物喂食以及清理等服务,从根本上解决由于时间距离关系不能更好地照顾宠物的需求。机智云物联网开发平台操作简单方便,兼容性好,系统安全性能高。关键词: 机智云技术宠物管理 STM32 WiFi联网模块传感器技术安卓APP 引言在我国,饲养的宠物越来越多,但人们由于工作、生活的原因没有更多的时间更好地照顾管理宠物,因此对饲养宠物工具的要求也越来越高。目前在市场上宠物喂食系统部分是人工喂养,多半是半自动喂养,产品比较单一,在一定程度上无法满足人们的需求。针对目前市场的需求,整合市场上单一产品的优点,设计实现基于机智云技术的智能宠物管理系统。本系统以Cortex-M4为内核的STM32F429芯片为核心,通过机智云整合单片机、WiFi物联网实现对宠物智能喂养与管理的功能。 1 机智云技术从2014年推出的机智云1.0到现在的机智云3.0,机智云实现了技术积累,提供物联网云平台、硬件通信、终端APP一体化产品服务和云服务,为有物联网管理需求的客户提供连接、运营管理、数据分析等服务。用户可以自定义统计分析,对机智云SDK进行二次开发,使智能硬件设备接入机智云后的功能更加完善,更加便于管理。机智云的功能可以概括为连接硬件设备,存储分析数据并保证数据的安全性,通过唯一的标识码链接主控设备后控制设备。物联网的价值源于万物互联的“智能化”,机智云为企业提供智能硬件自助开发工具(PaaS)及物联网行业解决方案(SaaS),走在了物联网云服务市场的前列。机智云开发系统示意图如图1所示。 2 总体设计宠物管理系统由硬件系统、软件系统组成。硬件系统包括主控模块、电机模块、液晶屏显示操作模块、传感器模块、电源模块和摄像头模块。软件系统首先要开发环境搭建,完成MDK软件安装、USB串口驱动安装、ST-LINK安装,采用C++/C语言和单片机C51等语言来编写模块化程序。软件系统主要实现机智云物联网功能,并在手机开发相应APP系统。机智云物联网平台的系统一方面远程控制移动终端,利用网络和底层控制相关功能,实物搭建完毕和下载好程序,上传好数据,就可以通过液晶屏、自动检测、安卓手机进行发送指令;另一方面把数据上传到机智云端,机智云的服务器就会对收到的数据进行处理和分析,将结果上传到控制终端,并在终端中显示,这种形式克服了时间和区域问题,能精确地知道宠物的活动状况[1]。系统设计如图2所示。 3硬件系统设计本文的控制系统以Cortex-M4为内核的STM32F429芯片为控制核心,通过温湿度传感器对宠物屋的空气温度、湿度实现实时监测;利用嵌入式与物联网技术,通过温湿度传感器和激光传感器的应用,并借助Andriod APP终端实现对宠物的远程观察。该系统可以实时监测相关参数,并以此判断当前的物理环境状况,自动调节温度、湿度以及投放食物量等相关操作。主控模块使用了ARM公司的STM32F429芯片、CH340G芯片、AT24C02芯片。电机模块使用了Realplay品牌的微型130小电机来控制风扇转动,使用立式的型号为ZGA37RH电机控制喂食的阀门和清理粪便。液晶显示屏模块用于显示温湿度和激光测量距离实物的高度等。传感器模块由温度传感器、湿度传感器组成。电源模块有两种供电模式:USB供电模式和电池供电模式。摄像头模块用于观察宠物的活动状况,应用市场上成本较低但比较成熟的摄像头。 3.1 WiFi模块 WiFi联网属于办公和家庭使用的短距离无线技术,具有速度快、可靠性高等特点。在开放性区域,通信距离可达300 m左右;在封闭性区域,其通信距离为100 m左右,组网的成本低。该系统选用的esp8266 WiFi模块芯片是一款串口转无线芯片模块,内部自带固件,用户操作简单,无需编写时序信号。ESP8266 WiFi模块内部配置TCP/IP协议,支持Smart Config功能;支持SPI,UART,I2C,I2S,PWM,GPIO,IR远程控制功能,以及2 ms唤醒,连接并传递数据开发包的特性 3.2 传感器模块温湿度传感器模块包括温湿度显示、自动调节温湿度、人工调节温湿度等。它有三大执行元件TH11温湿度传感器、5 V电热片和5 V/1 A直流小电机。本设计中,当DTH11温湿度传感器给主控系统传输的数据高于设定值时,主控系统发送一个信号使直流小电机开始工作降温;当数据低于设定值时,主控系统发送一个信号使电热片工作升温。为了防止电热片与直流小电动机启动和关闭时,电流过大影响芯片和DTH11温湿度传感器,本系统采用分开供电模式TH11的电源来自于主控板阿波罗STM32F429IGT开发板的电源端口,而电热片和直流小电动机的电源直接采用18650锂电池来供电。电热片和直流小电动机均采用PWM脉冲信号控制,但不是直接使用PWM脉冲信号控制,而是使用两个小继电器单独控制电热片和直流小电动机。主控模块用PWM脉冲信号来控制继电器,从而间接控制电热片和直流小电动机的启动和关闭。采用继电器来控制的方案是经过综合考虑的,这样不仅经济、安全,而且使用简单。 4 软件系统设计整个软件系统设计是基于μC/OS-Ⅲ操作系统和STemWin图形界面系统进行设计。首先,对μC/OS-Ⅲ操作系统和STemWin图形系统移植;接着,编写各个模块的驱动代码,为每个模块开启相应的任务,分配好栈和优先级,同时利用仿真器制作相应的按钮控件,并在Visual C++6.0上进行测试;最后,将测试好的控件代码移植到工程中,这样就可以通过μC/OS-Ⅲ对图形界面的相关控件任务进行调用并显示,根据宠物家园的硬件系统进行模块化编写,而程序使用IAR软件进行编写。 4.1 机智云物联网在该系统应用的物联网技术是市面上的智能喂食系统版和集合版,把单一的宠物喂食系统的优点结合起来,设计一个更加完美和符合市场需求的产品,是原来产品的升级版,实现对宠物远程实时监控的功能。宠物管理系统远程实时监控主要功能有两点:用户手机APP软件与喂养装置和清理粪便装置进行通信;在安卓APP上随时都可以观察宠物的活动状态。物联网网络架构分为应用层、网络层、感知层。通过上面分析,通信模块主要是基于IEEE 802.11协议的WiFi低功耗SoC广域网,工作在2.4 GHz/5 GHz频段,可以借助于互联网、云概念和智能终端,更加方便地对任何物体进行连接。物联网对所连接的设备的通信协议要求有以下三点:联网的每一物件均可寻址;联网的每一物件可通信;联网的每一物件可控制[2]。为满足以上要求,该系统采用WiFi联网的方式,使硬件系统成为可通信可控制的网络体。机智云物联网网络架构如图3所示。 4.2 手机APP开发本系统所用远程控制的客户端是基于机智云开发的安卓APP控制。根据机智云部署步骤和调试步骤,在机智云平台开发SoC模式,创建安卓APP的操作步骤如图4所示,成功地把硬件系统接入到机智云服务。在创建机智云服务之前需要先下载安卓APP开源框架,并准备好Eclipse开源框架编译环境。导入项目到Eclipse工程后,根据开源框架包结构的说明,修改UIConfig.json文件,在这里可以配置工程的配置信息。正确填写机智云的Product Key,APP ID,APP Secret后,工程就可以部署运行。云端会自动生成一个仿真设备,可模拟真实设备上报数据的行为。在实体设备还未开发完成的情况下,开发者可以利用机智云提供的虚拟设备工具进行APP调试,测试远程控制设备的功能。其中,在WiFi链接模式时,当WiFi通信在无优先级或者BT/ZB优先级较高的情况下,可以人为中断WiFi工作,只需通过GPIO口来区分各个通信的优先级。利用联网的IP地址与安卓APP连接,通过该端口发送参数信息,并通过APP界面显示。要实现机智云APP与硬件设备联调,首先要使手机和硬件设备连接到同一个网络上,通过网络向服务器发出请求,并且获得相应的信息。信息的传递是双向的,机智云APP可以控制硬件设备,若手动操作硬件设备,APP界面上相应的数据也会变化。该系统相应的安卓APP界面如图5所示。安卓APP页面 5 测试 (1)首先在机智云平台上的开发者中心打开已经开发的Android APP—宠物管理系统,依次点击“在线调试设备”“启动虚拟设备”。在页面上有生成已开发的宠物管理系统的二维码,手机下载机智云,进入机智云APP扫描二维码进行绑定。然后进行电脑模拟虚拟设备控制和手机APP操作按钮进行测试。在模拟设备和手机APP上操作有数据并且在仿真软件无误显示的话,证明在线测试成功。 (2)把手机APP与实物进行连接,宠物家园系统处于启动状态,在手机终端APP添加实物设备。进行一键配置时,尝试多次配置并失败。排查网络问题,随后分别连接WiFi和4G网络进行配置,配置并没成功。最后更换安卓手机后,配置成功。开始进行远程控制各个模块。 (3)远程控制时发现手机APP中显示温湿度与硬件设备液晶显示屏上数值不对应,手机APP中需要延时很长时间,数值才更新,并且多个按钮没有添加松手检测,以至于要一直按着按钮才能使其工作。（4）排查代码的不严谨而导致的延时问题,经过优化代码后,调试成功。其中,进行APP调试时开发APP是难点;对Java语言不太熟悉的情况下,应用WiFi连接设备和APP的连接调试,要花不少时间。 6 结语本文所述宠物管理系统可以通过安卓手机APP远程观察宠物的活动,随时随地通过手机进行投食、清理粪便,实时显示温湿度并可调节温度。该系统具有操作简单、易懂、方便等优点,且安全性、稳定性、智能性较高。但是,该系统还存在几个可以优化地方:增加语音提示功能、增加远程故障短信通知等功能,有待进行下一步研究。 0
2021-3-3 21:33:37　　评论淘帖0 举报相关推荐 • 机智云技术在宠物管理系统中的应用 1669 • 基于机智云技术的智能宠物管理系统 4147 • 基于机智云宠物管理系统总体设计 2381 • 基于机智云智能宠物屋的APP控制系统 1091 • 基于arduino和机智云平台的智能宠物屋设计 21511 • 基于机智云+Shineblink的智能宠物屋 4987 • 机智云DUT实现远程智能鱼池管理系统 21861 • RIFD技术在宠物管理上的应用方案 7537 • 基于机智云物联网平台的智能电梯管理系统 14374 • 机智云宠物屋外加4路继电器开源教程 2520