智能宠物喂食系统总结报告.docx
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智能宠物喂食系统总结报告.docx
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智能宠物喂食系统总结报告
大学生科技创新项目研究总结报告
项目功能介绍:
我们完成了项目所有的机械设计和电路设计,用proe软件完成了所有零件的建模和装配,并进行了相关的仿真分析;对于相关的电路控制部分,我们使用开发板进行了程序的调试,并能完成我们设定的功能。
我们所设计的系统能完成以下功能:
对具体食物投放时间点的控制,对食物投放量的控制,对食物保持清洁,对宠物进行定时提醒喂食,设定宠物的喂食时间的长短,对食物残渣的清理工作;对于喂水部分,我们的系统可以实现的功能有:
每天进行定时和定量放水,可以设定每天的放水次数,可以对每次没有喝完的水进行清理。
1.结构设计部分:
1.1喂食部分功能介绍
喂食部分总体的设计包括四个部分:
储粮桶,食物下落底座,食物接受盘,食物清理盘。
储粮桶的功能是用于食物的储存,可以存放一定量的食物,可以根据要求进行设定储粮桶的容量,从而可以为宠物提供数天的食物。
我们设计的容量是2.3*2.3*3=15.87L。
食物下落底座的功能是提供食物下落到食物接收盘的通道,并且承载储粮桶,该部分的内部有食物通道,引导食物下落到接收盘;内部还有控制开口的装置,我们采用控制开口的方式是:
由电机通过减速器控制一个齿轮的转动,通过齿轮齿条机构将齿轮的转动转化为齿条的直线运动,齿条固定到开关板上,由齿条带动开关板,开关板控制开口的大小,从而控制食物是否下放。
食物接受盘是专门盛放食物的地方,从储粮桶中放出的食物经过食物下落底座最后到达食物接受盘,食物接受盘底部的设计为一个拖动板,而不是一体的结构,拖动板的运动由一个电机通过减速器控制一个齿轮的转动,通过齿轮齿条机构将齿轮的转动转化为齿条的直线运动,齿条固定到拖动板上,从而通过电机控制食物接受盘下面的开口与否。
食物清理盘的作用是盛装食物残余,由食物接收盘上的拖动板控制是否清理食物残余,从而保持清洁。
1.2喂食部分具体结构
总体三维图:
储粮桶结构:
食物下落底座:
食物下落底座里面开关板的控制部分:
食物接受盘:
食物接收盘拖动版:
食物清理盘:
1.3喂食部分方案对比
对于食物下落底座上面的开关板的控制方案,我们提出了两种不同的方法:
第一种方案:
运用步进电机驱动齿轮齿条机构,由电机驱动齿轮转动,齿轮带动齿条做直线运动,齿条带动开关板做开关的动作,从而控制是否打开食物流通通道。
第二种方案:
运用步进电机驱动齿轮转动,由齿轮带动一扇开关板做旋转开合运动,从而控制食物的是否下放。
分析比较:
考虑到在食物往下面流动的时候会对旋转的开关板有明显的冲击作用,因此采用第二种方案时食物对开关板的转动力矩比较大,因此第二种方案对电机的要求会高一些;对于第一种方案可以避免这样的问题,而是直接利用开关板将食物出口堵住,可靠性方面更好一些,因此我们采用第一种方案。
对于食物清理系统上的拖动版的移动设计,我们也提出了两种方案:
第一种方案:
采用的是利用电机通过齿轮齿条机构将齿轮的转动转化为齿条的直线运动,齿条固定到拖动板上,从而通过电机控制食物接受盘下面的开口与否,采用的方案与食物下落底座上面的开关板的控制方案相同。
第二种方案:
采用的是电机通过减速器带动丝杠运动,由丝杠驱动螺母的直线运动,从而实现拖动板的开和关。
分析比较:
对于第二种方案,由于采用的是丝杠螺母结构,会大大增加产品的成本,并且拖动板的运动不需要这么高的精确度;对于第一种方案,成本比较低,并且采用的方案与食物下落底座上面的开关板的控制方案相同,这样可以使整个产品的制造成本更低,因此我们选择第一种方案。
1.4喂水部分功能介绍
对于喂水部分,我们的系统可以实现的功能有:
每天进行定时和定量放水,可以设定每天的放水次数,可以对每次没有喝完的水进行清理。
1.5喂水部分实现方案
定时和定量放水、设定每天的放水次数方案采用与自动喂食系统一样的控制方案。
对于实现放水的方案和喂食系统是不同的,因为放水的方案对密封性的要求很高,为防止漏水,必须要采用阀门式开关,
对于没喝完的水的清理工作,也是采用的是闸门式开关的方式,需要进行清理的时候打开阀门即可。
对于现在市场上出现的常用结构如上图所示,我们采用的是第一种方案,电机接在减速器上,再接在齿轮上,通过齿轮控制阀门的开和关。
电机减速器齿轮副阀门的转动放水与停水
1.6喂水部分结构设计:
底座设计:
漏斗阀门:
盛水器:
饮水清理盒:
2.控制部分
2.1硬件部分
本设计硬件主要由51单片机开发板、电机驱动芯片、电机组成
(1)单片机:
该控制系统选用型号为SST89V58RD,其性能高而经济实用,符合本产品的控制需求。
其为8位CPU、片内振荡器、4k字节ROM、128字节RAM、21个特殊功能寄存器、32根I/O线、可寻址的64k字节外部数据、程序存贮空间、2个16位定时器、计数器中断结构:
具有二个优先级、五个中断源、一个全双口串行口位寻址(即可寻找某位的内容)功能,适于按位进行逻辑运算的位处理器。
(2)电机驱动芯片:
电机驱动选用L298N,可带两个直流电机或一个步进电机L298N是SGS公司的产品,内部包含4通道逻辑驱动电路。
是一种二相和四相电机的专用驱动器,即内含二个H桥的高电压大电流双全桥式驱动器,接收标准TTL逻辑电平信号,可驱动46V、2A以下的电机。
其引脚排列如图1中U4所示,1脚和15脚可单独引出连接电流采样电阻器,形成电流传感信。
其最终与电机、单片机的接线如下图
(3)电机
本设计选用两相感应子式步进电机。
感应子式步进电机与传统的反应式步进电机相比,结构上转子加有永磁体,以提供软磁材料的工作点,而定子激磁只需提供变化的磁场而不必提供磁材料工作点的耗能,因此该电机效率高,电流小,发热低。
因永磁体的存在,该电机具有较强的反电势,其自身阻尼作用比较好,使其在运转过程中比较平稳、噪音低、低频振动小。
感应子式步进电机某种程度上可以看作是低速同步电机,它必须采用双极电压驱动。
二相电机工作方式有二相四拍和二相八拍二种,具体分配如下:
二相四拍为
步距角为1.8度。
步进电机是数字控制电机,它将脉冲信号转变成角位移,即给一个脉冲信号,步进电机就转动一个角度,因此非常适合于单片机控制。
2.2控制方案
(1)流程描述:
当用实用者离开时,打开电源,系统开始运作。
在一定时间后,蜂鸣器响起。
宠物听到后(根据条件反射)来到本装置取食。
首先电机正转,带动机构运动,然后食物就被放下来。
停一段时间后,电机再反转,使闸门关上。
具体的开放时间为变量,根据宠物的食量大小而定。
以后每间隔8小时,控制系统重复以上操作。
另外本系统还可以手动喂食,即摁电钮后,机构运作,摁下停止按钮则停止喂食。
2.3软件方案
部分代码示例如下:
#include
/*************************************************
函数功能:
软件消抖延时(约50ms)
**************************************************/
voiddelay(void)
{
unsignedchari,j;
for(i=0;i<150;i++)
for(j=0;j<100;j++)
;
}
/************************************************
函数功能:
步进电机转动延时,延时越长,转速越慢
*************************************************/
voidmotor_delay(void)
{
unsignedinti;
for(i=0;i<2000;i++)
;
}
/************************************************
函数功能:
步进电机正转
*************************************************/
voidforward()
{
P1=0xfe;//P0口低四位脉冲1100
motor_delay();
P1=0xfd;//P0口低四位脉冲0110
motor_delay();
P1=0xfb;//P0口低四位脉冲0011
motor_delay();
P1=0xf7;//P0口低四位脉冲1001
motor_delay();
}
/************************************************
函数功能:
步进电机反转
*************************************************/
voidbackward()
{
P2=0xfc;//P0口低四位脉冲1100
motor_delay();
P2=0xf9;//P2口低四位脉冲1001
motor_delay();
P2=0xf3;//P2口低四位脉冲0011
motor_delay();
P2=0xf6;//P2口低四位脉冲0110
motor_delay();
}
/************************************************
函数功能:
步进电机停转
*************************************************/
voidstop(void)
{
P0=0xff;//停止输出脉冲
}
/*************************************************
函数功能:
主函数
**************************************************/
voidmain(void)
{
TMOD=0x01;//使用定时器T0的模式1
EA=1;//开总中断
ET0=1;//定时器T0中断允许
TR0=1;//启动定时器T0
TH0=(65536-500)/256;//定时器T0赋初值,每计数200次(217微秒)发送一次中断请求
TL0=(65536-500)%256;//定时器T0赋初值
while
(1)
{for(inti=1;i<20000;i++)
for(intj=1;j<20000;j++)
;
}
}
/*************************************************
函数功能:
定时器T0的中断服务子程序
**************************************************/
voidTime0_serve(void)interrupt1using1
{
TR0=0;//关闭定时器T0
forward();
delay2();
Stop();
Delay3();
Backward();
TH0=(65536-200)/256;//定时器T0的高8位赋初值
TL0=(65536-200)%256;//定时器T0的低8位赋初值
TR0=1;//启动定时器T0
}
3.设计方案需要改进的地方
没有完全实现喂水和喂食的结合,有一些可以改进的空间。
有些零件可以进行优化设计,使结构更加紧凑。
可以增加录音功能。
4.本设计方案的创新点
现有产品没有自动清理食物和清理水的功能,而且没有将喂食和喂水结合起来,都是分开设计;我们的设计方案会补充更多使用的功能,同时实现自动喂食,自动喂水,自动实现食物清理的功能,并且将喂食和喂水结合起来,喂水也实现了每天定时定量的设计,实现了一体化设计,为真正需要的人提供更多的方便,并且可以保持室内的清洁卫生。
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