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- 基于 STM32 或 51 单片机的按键配置式智能宠物投喂补水装置设计
- 基于 STM32 或 51 单片机的声光提示型宠物智能喂养控制系统设计
- 基于 STM32 或 51 单片机的时序控制定量饲喂补水智能终端设计
项目研究背景
随着家庭宠物饲养规模不断扩大，养宠人群日常工作忙碌，难以保证按时按量完成宠物喂食与补水工作，传统人工饲喂方式存在饲喂时间不固定、投放食量难以把控、饮水余量无法及时察觉等诸多问题。市面上部分宠物喂食设备功能较为单一，大多仅支持简单定时投放，缺少食物重量检测、自动补水、缺水缺粮声光提醒等一体化管控能力，手动与自动模式切换设计不完善，智能化管控水平较低。在物联网嵌入式技术快速普及的背景下，以 STM32 或 51 单片机作为控制核心，搭配各类传感器与执行器件，可以低成本实现饲喂补水的自动化管控。本课题针对传统宠物喂养方案智能化不足、监测能力薄弱的痛点，设计一套集成定时控制、重量检测、水位感知、声光提醒的智能饲喂补水系统，实现手动与自动双模式运行，降低人工饲喂的管理成本，满足居家宠物自动化喂养的实际使用需求，具备良好的实际应用价值。
摘要
本课题设计一套基于 STM32 或 51 单片机的智能宠物投喂补水控制系统。系统以单片机作为主控单元，搭载 DS1302 时钟模块实现多组定时投喂功能，利用 HX711 与压力传感器完成食物重量采集判断，借助水位传感器监测水量状态，通过步进电机完成投喂动作，继电器驱动水泵实现自动加水，LCD1602 模块负责信息显示，蜂鸣器实现声光提醒。系统支持自动定时控制与手动按键操作两种工作模式，当投喂重量达标或者达到延时时间后自动关闭投喂机构，缺粮缺水时触发告警提示。本文完成硬件电路搭建、底层控制程序开发以及功能调试测试，整体方案成本较低、运行稳定，能够实现宠物饲喂补水的智能化管控，适用于家庭宠物日常喂养场景。
总体方案
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主控单元：STM32 或 51 单片机
作为整个控制系统的核心，负责采集传感器信号、逻辑运算判断、驱动外设执行动作，选型理由为开发资料丰富，成本低廉，开发难度适合本科学生，承担系统全部业务逻辑调度。
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DS1302 时钟模块
用于提供实时时间，保存 5 组定时投喂时间参数，选型理由为计时精度高，掉电可维持时间数据，用于和系统定时阈值做对比判断。
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LCD1602 液晶显示屏
用于展示实时时间、食物重量、水位状态、系统运行模式与告警提示信息，选型理由为驱动简单，功耗低，适合嵌入式小型设备人机交互。
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ULN2003 驱动模块
作为五相四线步进电机驱动芯片，放大主控输出信号，驱动电机完成开盖与关盖动作，选型理由为驱动能力强，电路简单稳定。
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五相四线步进电机
作为投喂执行机构，定时到达时正转开启投料口，延时后反转关闭投料口，实现投喂动作控制。
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蜂鸣器
声光提醒器件，在缺水、缺粮、投喂结束时发出提示音，完成告警提醒功能。
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HX711 称重模块 + 压力传感器
采集投喂食物的实时重量数据，将模拟重量信号转换为数字信号传输至单片机，用于定量投喂判断。
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继电器模块
作为水泵的电子开关器件，接收单片机控制信号，控制水泵启停完成加水操作。
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水位传感器
实时采集水箱水位数据，判断水量是否低于设定阈值，触发自动补水流程。
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小型直流水泵
补水执行器件，继电器导通后启动水泵向储水容器供水。
- 独立按键模块（4 个按键）
分别实现设置、增加开盖、减小关闭、模式切换功能，用于人工配置定时参数、手动控制投喂补水设备。
核心功能
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实时时钟与多组定时投喂功能
依托 DS1302 时钟芯片获取系统实时时间，支持保存 5 组投喂定时参数；系统实时比对当前时间与预设定时时间，到达设定时间自动启动投喂流程，实现无人定时饲喂。
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食物重量定量检测控制功能
通过 HX711 与压力传感器实时采集投放食物重量，当投喂重量大于预设阈值时，立即关闭投喂电机并触发提醒，实现定量投料管控，避免过量喂食。
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水位检测与自动加水控制功能
水位传感器持续监测储水容器水量，当水位低于设定值时，蜂鸣器声光告警，单片机控制继电器导通启动水泵自动补水，解决宠物缺水问题。
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步进电机投喂执行控制功能
定时触发后步进电机正转打开投料口；若重量达到设定值则立刻关闭电机；若重量未达标，等待一分钟后电机反转关闭投料口，同时发出投喂完成提醒。
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缺粮告警提示功能
重量传感器检测食物重量数值等于零时，LCD1602 屏幕闪烁提示，配合蜂鸣器提醒用户粮食余量不足，及时补充宠物粮食。
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自动 / 手动双模式切换控制功能
系统具备两种运行模式；自动模式按照预设定时规则自动完成投喂补水；手动模式可以通过 4 枚按键人工开盖、关盖，自主控制设备动作，适配人工干预场景。
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人机按键配置交互功能
4 枚独立按键分别完成定时参数设置、投料口开启、投料口关闭、系统模式切换操作，用户可以自主修改定时时间，灵活调整设备运行规则。
技术路线
- C 语言：作为单片机嵌入式程序开发编程语言，编写传感器数据采集、定时逻辑判断、外设驱动控制代码，实现全部业务控制逻辑。
- Keil C51 / Keil MDK 开发工具：针对 51 单片机或 STM32 程序进行代码编写、编译、调试与程序烧录，是嵌入式开发主流本科教学工具。
- Proteus 仿真软件：前期完成硬件电路仿真设计，验证传感器、电机、显示屏之间的逻辑联动效果，降低实物调试的故障风险。
- Altium Designer：绘制硬件原理图与 PCB 电路图纸，完成系统硬件电路方案设计。
- ST‑Link / USB 下载器：将编译完成的程序固件烧录至 STM32 或 51 单片机开发板中，实现程序部署。
- LCD1602、DS1302、HX711 驱动库：调用成熟开源底层驱动代码，完成外设初始化与数据读取开发，减少底层开发工作量。
- 万用表、杜邦线、直流稳压电源：实物硬件搭建与硬件调试工具，用于排查电路接线故障，测试设备运行状态。
- 串口调试助手：用于打印传感器采集数据，辅助开发阶段的逻辑调试与功能验证，完成系统功能测试。
项目演示
关于我们
博主本身从事开发软件开发、有丰富的编程能力和水平、累积给上千名同学进行辅导、有自己的独立工作室，目前只专注做自己专业领域的事。团队人员有多年架构师设计经验、多人有参加校企合作经验，被多个学校常年聘为校外企业导师，指导学生毕业设计并参与学生毕业答辩指导，有较为丰富的相关经验。期待与各位高校教师、企业讲师以及同行交流合作。
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