寵物管理系統(tǒng)保姆

1、課題摘要該系統(tǒng)基于以太網(wǎng)進(jìn)行用戶和系統(tǒng)的交互，實現(xiàn)對寵物的實時及控制功能，在TCP/IP 協(xié)議和 WWW 規(guī)范的支持下，組織結(jié)構(gòu)，使用戶通過網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器來迅速獲取自己權(quán)限下的所有信息并及時做出響應(yīng)。該控制系統(tǒng)實現(xiàn)了“監(jiān)”、“控”結(jié)合，“監(jiān)”即通過 OV7670頭實現(xiàn)對環(huán)境的監(jiān)視，以通過網(wǎng)絡(luò)獲得信息為主并實時根據(jù)用戶需要將顯示在和電腦上，可隨時隨地可以和親朋好友自己愛寵的實時動態(tài)，捕捉寵物自然狀態(tài)下的各種萌表情和萌動作；“控”也就是指控制，是指通過網(wǎng)絡(luò)對寵物喂食轉(zhuǎn)盤進(jìn)行操作的方法，使得在無人條件下仍能很好的實現(xiàn)對寵物的管理。本項目設(shè)計有效加強了寵物管理，確保寵物、寵物喂食、防疫檢疫等措施的到位，促

2、進(jìn)寵物產(chǎn)業(yè)和諧發(fā)展，也為的生活增添樂趣，設(shè)計思路清晰，硬件結(jié)構(gòu)簡單，系統(tǒng)穩(wěn)定性好，適用范圍廣。：物聯(lián)網(wǎng)人機(jī)交互以太網(wǎng)寵物保姆第一章緒論隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市居民家庭的獨立性、個性化和進(jìn)程的加速，中國生活水平的持續(xù)提高，家庭規(guī)模的縮小，化問題日益突出，居民的休閑、消費和情感寄托方式也呈多元化發(fā)展。寵物飼養(yǎng)已經(jīng)成為城市居民消費的新亮點，寵物產(chǎn)業(yè)成為城市經(jīng)濟(jì)的組成部分。中國的寵物消費隨之形成規(guī)模，同時展現(xiàn)巨大潛力。與寵物相伴是人性化與自然和諧的新主張，體現(xiàn)了現(xiàn)代人個性獨立、張揚與親和的世界觀，更印證了中國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展、國民生活水平提高與精神生活的富足。寵物給人類帶來生活的和諧、責(zé)任感、排遣了壓力和

3、孤獨、增加了社會就業(yè)機(jī)會和居民收入、提供了更廣闊的消費活動空間、甚至增進(jìn)了人與人之間的交流，這些積極的是不容忽視的。但是問題也來了，如果是一份能按時上下班的工作那還好，要是碰上一份經(jīng)常突擊加班或出差的工作，寵物可就得在家餓肚子了。每天早晚，總能聽到自己的小貓小狗在尖叫著要食物，這對很多養(yǎng)寵物的朋友來說應(yīng)該是很平常的事情。相信很多朋友也為此而煩惱。也許很多人會想如果能坐在咖啡屋里，通過點擊一下自己的智能就能給寵物喂食的話，那將是一件多么愜意的事兒。雖然現(xiàn)在有好多寵物醫(yī)院開展寵物寄養(yǎng)服務(wù)，但由于手續(xù)復(fù)雜還需要各種寵物證明，費時費力。所以市場上急需這種智能寵物喂食系統(tǒng)。寵物盛世讓看到了寵物世界嶄新的

4、天地，但是寵物經(jīng)濟(jì)也存在許多不利，寵物現(xiàn)象已經(jīng)涉及到多個方面，本項目設(shè)計能夠有效的解決寵物寄養(yǎng)問題，整個管理系統(tǒng)既有效解決了主人因事臨時外出時寵物寄養(yǎng)問題，還能讓用戶實現(xiàn)與愛寵的實時互動，避免不必要的擔(dān)心。系統(tǒng)設(shè)計由硬件部分和上位機(jī)數(shù)據(jù)庫兩部分。硬件部分主要由電機(jī)轉(zhuǎn)盤驅(qū)動模塊、無線收發(fā)通信、頭信息、液晶屏控制顯示，不僅能夠通過驅(qū)模塊、以太網(wǎng)接口模塊。電機(jī)驅(qū)動模塊以 STC12C5A60S2 為控制動實現(xiàn)對電機(jī)轉(zhuǎn)盤的定時控制和人為地電機(jī)上鎖操作，還可通過操作液晶屏利用無線通信模塊實現(xiàn)對轉(zhuǎn)盤的實時控制。部分主要利用 Java 編程實現(xiàn)安卓上位機(jī)接收、信息，電腦上位機(jī)采用 C#開發(fā)信息系統(tǒng)，機(jī)。頭的

5、信息可通過路由器連接網(wǎng)絡(luò)傳至電腦上位機(jī)和安卓上位本設(shè)計可實現(xiàn)對愛寵實時、快速、高效的。用戶不再受空間限制，通過上位機(jī)可在世界各地隨時和親朋好友自己愛寵的實時動態(tài)，只需手指輕輕一觸APP，點擊接收，便可捕捉寵物自然狀態(tài)下的各種萌表情和萌動作。還可通過點擊電機(jī)轉(zhuǎn)盤控制按鈕實現(xiàn)對轉(zhuǎn)盤的任意控制，挑逗愛寵陪你度過無聊的時光；當(dāng)用戶是老人或因工作需要長期在家的朋友，也可通過控制電腦上位機(jī)捕捉愛寵近距離飲食，利用電腦和液晶屏都能實現(xiàn)對喂食轉(zhuǎn)盤的控制，從而達(dá)到挑逗愛寵的目的。本設(shè)計程序思路清晰，硬件結(jié)構(gòu)簡單，系統(tǒng)穩(wěn)定性高，能夠幫助寵物者解決寄養(yǎng)難題，增添生活，適用范圍廣。第二章系統(tǒng)方案系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 1 系統(tǒng)整

6、體結(jié)構(gòu)上圖所示為系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)，該“寵物保姆”是基于以太網(wǎng)、無線通信技術(shù)，實現(xiàn)對寵物的實時通過及喂食裝置的APP 接收、控制功能，即通過頭實現(xiàn)對環(huán)境的監(jiān)視，當(dāng)用戶外出時可頭到的寵物進(jìn)食，并可對寵物喂食轉(zhuǎn)盤進(jìn)行左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)操作，使得在無人條件下仍能很好的實現(xiàn)對寵物的管理；當(dāng)用戶在家時也可通過電腦上位機(jī)實現(xiàn)以上操作，同時還可使用液晶屏通過 nRF2401 無線通信實現(xiàn)對寵物喂食轉(zhuǎn)盤的控制。該系統(tǒng)利用無線收發(fā)模塊和以太網(wǎng)技術(shù)使用戶不再受空間限制，通過上位機(jī)隨時隨地可以和親朋好友自己愛寵的實時動態(tài)，捕捉寵物自然狀態(tài)下的各種萌表情和萌動作。第三章功能與指標(biāo)本項目設(shè)計分為兩大模塊：主控系統(tǒng)和轉(zhuǎn)盤驅(qū)動系統(tǒng)3.1

7、主控系統(tǒng)3.1.1 電源模塊系統(tǒng)需要的 3.3V 和 5V 的直流穩(wěn)壓電，5V 的直流穩(wěn)壓電使用 5V 直流電源經(jīng)過濾波電路供電，5V 直流穩(wěn)壓電通過 LM1117 穩(wěn)壓和濾波電路實現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定的 3.3V 直流穩(wěn)壓電，為主控STM32F407、OV7670、4.3 寸液晶屏、無線傳輸電路提供電源。3.1.2頭模塊頭采用帶 FIFO 的 OV7670，通過 OV7670 實現(xiàn)對寵物的實時，OV7670 是OV(OmniVi)公司生產(chǎn)的一顆 1/6 寸的 CMOS VGA 圖像傳感器。該傳感器體積小、工作電壓低，提供單片 VGA頭和影像處理器的所有功能。通過 SCCB 總線控制，可以輸出整幀、子采

8、樣、取窗口等方式的各種分辨率 8 位影像數(shù)據(jù)。該產(chǎn)品 VGA 圖像最高達(dá)到 30 幀/秒。用戶可以完全控制圖像質(zhì)量、數(shù)據(jù)格式和傳輸方式。3.1.3 nRF2401 無線通信通過使用 nRF2401 無線模塊來實現(xiàn)主板對寵物轉(zhuǎn)盤的控制。通過無線實現(xiàn)了對傳統(tǒng)串口線的代替，并且 nRF2401 具有體積小、功耗低的特點。3.1.4 液晶顯示屏通過液晶屏可以顯示頭上來的和，利用液晶屏中的人機(jī)交互界面實現(xiàn)對寵物轉(zhuǎn)盤的控制。另外可用液晶屏顯示寵物喂食器周圍的空氣濕度和溫度。3.1.5 DP83848 模塊以太網(wǎng)驅(qū)動采用 DP83848，以太網(wǎng)接口選用 HR911105A 其中 TX+和 TX-、RX+和

9、RX-在 PCB 連線時要選用差分線。通過以太網(wǎng)實現(xiàn)下位機(jī)和上位機(jī)、APP 的通信。3.1.6 SD 卡模塊利用 SD 卡實現(xiàn)對和的。3.2 轉(zhuǎn)盤驅(qū)動系統(tǒng)3.2.1 電源模塊步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動用 24V 開關(guān)電源提供，LM2596 開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器是降壓型電源管理單片集成電路，能夠輸出 3A 的驅(qū)動電流，同時具有很好的線性和負(fù)載調(diào)節(jié)特性。通過LM2596、LM2940分步將 24V 電壓轉(zhuǎn)換為 5V 電壓為 STC12C5A60S2 單片機(jī)供電，通過 LM1117_3.3 降壓穩(wěn)壓電路轉(zhuǎn)換得到 3.3V，為 NRF2401 無線通信模塊提供電源。3.2.2 主控STC12C5A60S2 單片機(jī)是 51

10、 系列增強型單片機(jī)，是高速、低功耗、超強的新一代復(fù)位8051 單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051,但速度快 8-12 倍。集成 MAX810電路,2 路,8 路高速 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換(250K/S),適用于電機(jī)控制，強干擾場合。3.2.3 驅(qū)動THB7128 是高細(xì)分、大功率、兩相混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動，是一款專業(yè)的兩相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動。它集成了細(xì)分、電流調(diào)節(jié)、CMOS 功率放大等電路，配合簡單的電路即可實現(xiàn)高性能、多細(xì)分、大電流的驅(qū)動電路。適合驅(qū)動 42、57 型兩相、四相混合式步進(jìn)電機(jī)。在低成本、低振動、小噪聲、高速度的設(shè)計中應(yīng)用效果較佳。THB7128 是電路最簡單的驅(qū)動，具有大封裝可

11、 DIY 的良好操作性能，具有最大 128 細(xì)分譯碼特性，實現(xiàn)低振動、小噪聲的良能。3.2.4 nRF2401 無線通信nRF2401 是一款工作在 2.42.5GHz 世界通用 ISM 頻段的單片無線收發(fā)器，輸出功率、頻道選擇和協(xié)議的設(shè)置可以通過 SPI 接口進(jìn)行設(shè)置。nRF2401 具有極低的消耗電流，當(dāng)工作在發(fā)射模式下，為-6dBm 時電流消耗為 9.0mA，接收模式時為 12.3mA。掉電模式和待機(jī)模式下電流消耗更低。通過 nRF2401 實現(xiàn)與主板之間的無線通信，實現(xiàn)液晶屏對電機(jī)轉(zhuǎn)盤的控制。第四章實施原理及過程4.1 C/OS-II 技術(shù)簡介C/OS-II(Micro Control

12、 Operation System Two)是一個可以基于 ROM 運行的、可裁減的、搶占式、實時多任務(wù)內(nèi)核，具有高度可移植性，特別適合于微處理器和控制器，是和很多商業(yè)操作系統(tǒng)性能相當(dāng)?shù)膶崟r操作系統(tǒng)(RTOS)。為了提供最好的移植性能，C/OS-II最大程度上使用 ANSI C 語言進(jìn)行開發(fā)，并且已經(jīng)移植到近 40 多種處理器體系上，涵蓋了從 8 位到 64 位各種 CPU(包括 DSP)。 C/OS-II 可以簡單的視為一個多任務(wù)調(diào)度器，在這個任務(wù)調(diào)度器之上完善并添加了和多任務(wù)操作系統(tǒng)相關(guān)的系統(tǒng)服務(wù)，如信號量、郵箱等。其主要特點有公開源代碼，代碼結(jié)構(gòu)清晰、明了，注釋詳盡，組織有條理，可移植性

13、好，可裁剪，可 。內(nèi)核屬于搶占式，最多可以管理 60 個任務(wù)。C/OS-II 實時多任務(wù)操作系統(tǒng)內(nèi)核。它被廣泛應(yīng)用于微處理器、微控制器和數(shù)字信號處理器。C/OS-II 可以大致分成植等 5 個部分。、任務(wù)處理、時間處理、任務(wù)同步與通信，CPU 的移C/OS-II 采用的是可型實時多任務(wù)內(nèi)核?？尚偷膶崟r內(nèi)核在任何時候都運行就緒了的最高優(yōu)先級的任務(wù)。C/OS-II 的任務(wù)調(diào)度是完全基于任務(wù)優(yōu)先級的搶占式調(diào)度，也就是最高優(yōu)先級的任務(wù)一旦處于就緒狀態(tài)，則立即搶占正在運行的低優(yōu)先級任務(wù)的處理器資源。為了簡化系統(tǒng)設(shè)計，C/OS-II 規(guī)定所有任務(wù)的優(yōu)先級不同，因而任務(wù)的優(yōu)先級也同時唯一標(biāo)志了該任務(wù)本身。C

14、/OS-II 中的任務(wù)擁有自己的堆棧和 CPU 寄存器，并且賦予一定的優(yōu)先級，任務(wù)級的任務(wù)切換和中斷級的任務(wù)切換：1.給調(diào)度器上鎖和開鎖，給調(diào)度器上鎖用于任務(wù)調(diào)度，一般它開鎖成對使用，其在UCOS 中的實現(xiàn)代碼很簡單，只是要特別注意的是，上鎖時要先關(guān)中斷。2.空閑任務(wù)，UCOS 中至少要有一個任務(wù)，那就是空閑任務(wù)，不過其優(yōu)先級最低，也就是說當(dāng)其它任務(wù)沒有進(jìn)入就緒表時，它才運行，因為它總是處于就緒狀態(tài)，它只是一個簡單的計數(shù)器計數(shù)。在統(tǒng)計任務(wù)中要用到它。3.統(tǒng)計任務(wù)，它就做一件事，就是計算 CPU 的利用率，可這過程我個人認(rèn)為要一定的時間，因為里面盡是計算，并且牽涉到除法。在 UCOS 啟動時，如

15、果要啟動統(tǒng)計任務(wù)，首先要把 OS_CFG.H 中的 OS_TASK_S_EN 設(shè)為 1，那么這個任務(wù)就會建立，且一直處于就緒狀態(tài)，并且剛開始時，由于空閑任務(wù)，肯定會運行的，運行多久，1 秒，為1 秒，自己分析下代碼就會明白啦，計數(shù) 1 秒又用呢，為以后計算 CPU 的利用率提供一個基準(zhǔn)值，因為這個值將會一直保存起來的，保存在哪，保存在統(tǒng)計任務(wù)的堆棧里，且不會改變，除非重新啟動 CPU；那么以后空閑任務(wù)不一定會有 1 秒的時間連續(xù)執(zhí)行，空閑任務(wù)執(zhí)行時，每次被其它任務(wù)搶走 CPU 時，它里面的計數(shù)器就會直接下 CPU 空閑的時間，怎么算呢，1s 內(nèi)它的計數(shù)值是知道的，那么 CPU 以后空閑的計數(shù)值

16、也有，只是這些計算過程由統(tǒng)計任務(wù)來完成。4.2 C/GUI 技術(shù)C/GUI 是一種應(yīng)用中的圖形支持系統(tǒng)。它設(shè)計用于為任何使用 LCD 圖形顯示的應(yīng)用提供高效的獨立于處理器及 LCD 控制器的圖形用戶接口，它適用單任務(wù)或是多任務(wù)系統(tǒng)環(huán)境, 并適用于任意 LCD 控制器和 CPU 下任何尺寸的真實顯示或虛擬顯示。它的設(shè)計架構(gòu)是模塊化的，由不同的模塊中的不同層組成，由一個 LCD 驅(qū)動層來包含所有對 LCD 的具體圖形操作。 UCGUI 可以在任何的 CPU 上運行，因為它是 100%的標(biāo)準(zhǔn) C 代碼編寫的。UCGUI 能夠適應(yīng)大多數(shù)的使用黑白或彩色 LCD 的應(yīng)用，它提供非常好的允許處理灰度的顏色

17、管理。還提供一個可擴(kuò)展的 2D 圖形庫及占用極少 RAM 的窗口管理體系。C/GUI 的設(shè)計目標(biāo)是為使用 LCD 作為圖形顯示裝置的應(yīng)用提供高效的/與 LCD 控制器獨立及處理器獨立的圖形用戶接口。它適合于單任務(wù)環(huán)境及多任務(wù)環(huán)境，如私用的操作系統(tǒng)或是商業(yè)的 RTOS(實時操做系統(tǒng)。UCGUI 以 C 源碼形式提供， 并適用于任意 LCD 控制器和CPU 下任何尺寸的真實顯示或虛擬顯示。它包含以下特性：一般特性1. 適用任何 8/16/32 位 CPU, 只要有相對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn) C 編譯器.2.任何的控制器的 LCD 顯示器(單色,灰度,顏色), 只要有適合的 LCD 驅(qū)動可用.3. 在小模式顯示時

18、無須 LCD 控制器.4.所有接口支持使用宏進(jìn)行配制.5. 顯示尺寸可定制.6.字符和位圖可在 LCD 顯示器上的任意起點顯示,并不僅局限于偶數(shù)對齊的地址起點.7.程序在大小和速度上都進(jìn)行了優(yōu)化.8.編譯時允許進(jìn)行不同的優(yōu)化.9.對于緩慢一些的 LCD 控制器, LCD 顯存可以到內(nèi)存當(dāng)中, 從而減少次數(shù)到最小并達(dá)到更高的顯示速度.10.清晰的設(shè)計架構(gòu).11.支持虛擬顯示, 虛擬顯示可以比實際尺寸大(即放大).4.2 TCP/IP 協(xié)議技術(shù)IPIP 層接收由更低層（網(wǎng)絡(luò)接口層例如以太網(wǎng)設(shè)備驅(qū)動程序）發(fā)來的數(shù)據(jù)包，并把該數(shù)據(jù)包發(fā)送到更-TCP 或 UDP 層；相反，IP 層也把從 TCP 或 U

19、DP 層接收來的數(shù)據(jù)包傳送到更低層。IP 數(shù)據(jù)包是不可靠的，因為 IP 并沒有做任何事情來確認(rèn)數(shù)據(jù)包是按順序發(fā)送的或者沒有被破壞。IP 數(shù)據(jù)包中含有發(fā)送它的主機(jī)的地址（源地址）和接收它的主機(jī)的地址（目的地址）。的 TCP 和 UDP 服務(wù)在接收數(shù)據(jù)包時，通常假設(shè)包中的源地址是有效的。也可以這樣說， IP 地址形成了許多服務(wù)的認(rèn)證基礎(chǔ)，這些服務(wù)相信數(shù)據(jù)包是從一個有效的主機(jī)發(fā)送來的。 IP 確認(rèn)包含一個選項，叫作 IP source routing，可以用來指定一條源地址和目的地址之間的直接路徑。對于一些 TCP 和 UDP 的服務(wù)來說，使用了該選項的 IP 包好像是從路徑上的最后一個系統(tǒng)傳遞過來

20、的，而不是來自于它的點。這個選項是為了測試而存在的，說明的連接。那么，許多依靠 IP 源地址做確認(rèn)的了它可以被用來系統(tǒng)來進(jìn)行平常是被服務(wù)將產(chǎn)生問題并且會被。TCPTCP 是面向連接的通信協(xié)議，通過三次握手建立連接，通訊完成時要拆除連接，由于 TCP是面向連接的所以只能用于端到端的通訊。TCP 提供的是一種可靠的數(shù)據(jù)流服務(wù)，采用“帶重傳的肯定確認(rèn)”技術(shù)來實現(xiàn)傳輸?shù)目煽啃?。TCP 還采用一種稱為“滑動窗口”的方式進(jìn)行流量控制，所謂窗口實際表示接收能力，用以限制發(fā)送方的發(fā)送速度。如果 IP 數(shù)據(jù)包中有已經(jīng)封好的 TCP 數(shù)據(jù)包，那么 IP 將把它們向上傳送到 TCP 層。TCP將包排序并進(jìn)行錯誤檢查

21、，同時實現(xiàn)虛電路間的連接。TCP 數(shù)據(jù)包中包括序號和確認(rèn)，所以未按照順序收到的包可以被排序，而損壞的包可以被重傳。TCP 將它的信息送到更的應(yīng)用程序，例如net 的服務(wù)程序和客戶程序。應(yīng)用程序輪流將信息送回 TCP 層，TCP 層便將它們向下傳送到 IP 層，設(shè)備驅(qū)動程序和物理介質(zhì)，最后到接收方。面向連接的服務(wù)（例如net、FTP、rlogin、X Windows 和 SMTP）需要高度的可靠性，所以它們使用了 TCP。DNS 在某些情況下使用 TCP（發(fā)送和接收送有關(guān)單個主機(jī)的信息。數(shù)據(jù)庫），但使用 UDP 傳主要特點1. TCP/IP 協(xié)議不依賴于任何特定的計算機(jī)硬件或操作系統(tǒng)，提供開放的

22、協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，即使不考慮ernet，TCP/IP 協(xié)議也獲得了廣泛的支持。所以 TCP/IP 協(xié)議成為一種聯(lián)合各種硬件和的實用系統(tǒng)。2. TCP/IP 協(xié)議并不依賴于特定的網(wǎng)絡(luò)傳輸硬件，所以 TCP/IP 協(xié)議能夠集成各種各樣的網(wǎng)絡(luò)。用戶能夠使用以太網(wǎng)（Ethernet）、令牌環(huán)網(wǎng)（Token Ring Network）、撥號線路（Dial-up line）、X.25 網(wǎng)以及所有的網(wǎng)絡(luò)傳輸硬件。3.的網(wǎng)絡(luò)地址分配方案，使得整個 TCP/IP 設(shè)備在網(wǎng)中都具有惟一的地址4. 標(biāo)準(zhǔn)化的協(xié)議，可以提供多種可靠的用戶服務(wù)。第五章硬件框圖圖 2 系統(tǒng)硬件框圖如圖 2 所示，系統(tǒng)的硬件設(shè)計分為電源模塊、驅(qū)動模

23、塊、無線通信模塊、液晶顯示模塊、頭信息、以太網(wǎng)模塊。電源模塊有 LM2940、LM2596、LM1117-3.3 和濾波電路組成，輸出 24V（電機(jī)供電）、5V 和 3.3V 直流。驅(qū)動模塊為 THB7128，通過 STC 單片機(jī) I/O口實現(xiàn)對脈沖、頻率控制。無線通信采用 nRF2401，通過 SPI 外設(shè)與微處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)和命令傳輸。液晶顯示模塊的作用為實時顯示當(dāng)前時間，并通過無線通信控制寵物轉(zhuǎn)盤。頭為 OV7670，實現(xiàn)和。以太網(wǎng)驅(qū)動采用 DP83848，以太網(wǎng)接口選用HR911105A 其中 TX+和 TX-、RX+和 RX-在 PCB 連線時要選用差分線。通過以太網(wǎng)實現(xiàn)下位機(jī)和上位機(jī)

24、、APP 的通信。系統(tǒng)選用的微處理器為STM32F407 單片機(jī)。第六章設(shè)計6.1 電機(jī)驅(qū)動51 單片機(jī)是對所有兼容el 8031 指令系統(tǒng)的單片機(jī)的統(tǒng)稱。該系列單片機(jī)的始祖是el 的 8031 單片機(jī)，后來隨著 Flash rom 技術(shù)的發(fā)展，8031 單片機(jī)取得了長足的進(jìn)展，成為應(yīng)用最廣泛的 8 位單片機(jī)之一。它的特點是價格低，性價比高。的寵物轉(zhuǎn)盤的步進(jìn)電機(jī)采用 51 作為主控NRF24L01 射頻模塊把轉(zhuǎn)盤當(dāng)前的位置狀態(tài)，在寵物轉(zhuǎn)盤上電以后會周期性的用到的主控板上。并且會實時利用NRF24L01 來接收主控板的控制命令。并且可以直接通過步進(jìn)電機(jī)控制板上的按鍵控制轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動。6.2 主控系

25、統(tǒng)6.2.1 簡介的主控板的主控采用的 STM32F407，STM32 系列基于專為要求高性能、低成本、低功耗的應(yīng)用專門設(shè)計的 ARM Cortex-M3 內(nèi)核。STM32F4 系列的單片機(jī)是增強型的單片機(jī)，內(nèi)存包括 128K 內(nèi)存和 1M 的閃存。6.2.2 設(shè)計思路在主控的設(shè)計過程中，注意到主控板的任務(wù)比較繁雜，所以最后決定了采用 UCOS 操作系統(tǒng)來協(xié)調(diào)各個任務(wù)。所以主控的整體思路是：新建一些線程，由于每個線程都是一個循環(huán)執(zhí)行的過程，并且互相調(diào)度可以借用操作系統(tǒng)來實現(xiàn)。所以新建了一個 TcpIp 協(xié)議棧的進(jìn)程，來處理所有與網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的任務(wù)。新建一個頭的進(jìn)程，來不斷刷新頭拍射下來的圖像。新建

26、一個圖形界面進(jìn)程，來實時刷新液晶屏上的顯示信息。新建一個 NRF2401 與驅(qū)動板通信的進(jìn)程，來控制 NRF2401 實時接收驅(qū)動板返回來的信息，并且在恰當(dāng)?shù)臅r候發(fā)送控制命令。其中 TcPIp 協(xié)議棧進(jìn)程負(fù)責(zé)了與上位機(jī)的通信，并且把轉(zhuǎn)盤狀態(tài)和頭圖像發(fā)回上位機(jī)。6.3 Visual Studio 20126.3.1 簡介Visual Studio 是微軟公司推出的開發(fā)環(huán)境。是最流行的 Windows應(yīng)用程序開發(fā)環(huán)境。C 語言是一種計算機(jī)程序設(shè)計語言，它既具有高級語言的特點，又具有匯編語言的特點。它由貝爾的 Dennis M. Ritchie 于 1972 年推出，1978 年后，C 語言已先后被

27、移植到大、中、小及微型機(jī)上，它可以作為工作系統(tǒng)設(shè)計語言，編寫系統(tǒng)應(yīng)用程序，也可以作為應(yīng)用程序設(shè)計語言，編寫不依賴計算機(jī)硬件的應(yīng)用程序。它的應(yīng)用范圍廣泛，具備很強的數(shù)據(jù)處理能力，不僅僅是在開發(fā)上。6.3.2 設(shè)計思路作為一個電腦端用于與主控板通信的上位機(jī)，在實現(xiàn)與下位機(jī)通信的同時，必須實時檢測其準(zhǔn)確性。采用了每隔 2 秒的時間向主控板發(fā)送一個檢測是否存在數(shù)據(jù)包，當(dāng)下位機(jī)接收到以太網(wǎng)發(fā)來的檢測是否存在數(shù)據(jù)包將會返回一個應(yīng)答數(shù)據(jù)包。這個時候就認(rèn)為下位機(jī)存在。如果連續(xù)一段時間沒有收到應(yīng)答數(shù)據(jù)包，就認(rèn)為下位機(jī)斷網(wǎng)或者斷電。當(dāng)上位機(jī)在連接到下位機(jī)并且下位機(jī)存在的時候，通過自定義通信格式：當(dāng)上位機(jī)發(fā)送0 到

28、 119 的數(shù)字的時候，下位機(jī)將返回以 0 到 119 開頭的像素點信息。當(dāng)上位機(jī)獲取完一個圖像的所有行的時候。就可以認(rèn)為接受完一張。在上位機(jī)控制主控板也采用了自定義格式，當(dāng)發(fā)送的數(shù)據(jù)第一個字節(jié)為 131 第二個字節(jié)就是控制轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動令字，1 為左轉(zhuǎn)，2 為右轉(zhuǎn)。并且加入了保存的功能，可以使用戶保存寵物的萌萌瞬間。6.4 EclipseEclipse 是一個開放源代碼的、基于 Java 的可擴(kuò)展開發(fā)。就其本身而言，它只是一個框架和一組服務(wù)，用于通過插件組件構(gòu)建開發(fā)環(huán)境。幸運的是，Eclipse 附帶了一個標(biāo)準(zhǔn)的插件集，包括 Java 開發(fā)工具（Java Development Kit，JDK）。

29、設(shè)計思路：的接受圖像和控制步進(jìn)電機(jī)的過程腦端的上位機(jī)令格式，都是采用了自己定義命令。第七章 系統(tǒng)方案論證與比較7.1 主控模塊論證與比較方案 1：主控模塊選用 ARM9 作為系統(tǒng)的控件，實現(xiàn)控制和處理的功能。ARM9具有低功耗、高性能等特點?？梢栽?Linux 的系統(tǒng)下，通過 USB頭圖像信息，所得數(shù)據(jù)依照 JPEG 的先進(jìn)編碼技術(shù)進(jìn)行壓縮編碼，然后通過以太網(wǎng)或 WIFI 實現(xiàn)對寵物的傳輸，并將頭拍攝的圖像顯示在 4.3 寸液晶屏中。利用 2.4G 無線射頻收發(fā)NRF2401 進(jìn)行遠(yuǎn)距離無線通信，控制寵物轉(zhuǎn)盤以任意角度正反旋轉(zhuǎn)，控制語音發(fā)出相應(yīng)，為此令召喚寵物攝取食物。但由于在 Linux 系

30、統(tǒng)下實現(xiàn)無線 USB不采用該種方法進(jìn)而提出第二種方案。頭較為方案 2：主控模塊選用 STM32F407ZGT6 作為系統(tǒng)的控件。STM32F4 系列處理器列是 ARM 公司專為要求高性能、低成本、低功耗的應(yīng)用專門設(shè)計的 ARM Cortex-M4內(nèi)核。在C/OS-II 和C/GUI 操作系統(tǒng)下，可以實現(xiàn)多任務(wù)調(diào)度，頭的圖像通過以太網(wǎng)或WIFI 實現(xiàn)對寵物的傳輸，并將頭拍攝的圖像顯示在4.3 寸液晶屏中。利用 2.4G 無線射頻收發(fā)NRF2401 進(jìn)行遠(yuǎn)距離無線通信，控制寵物轉(zhuǎn)盤以任意角度正反旋轉(zhuǎn)。在設(shè)計硬件及過程中都較上一方案清晰。綜合以上方案選用方案 2 使用 STM32F407ZGT6 作

31、為的主控。7.2 電源模塊論證和比較方案 1：采用有線電源通過穩(wěn)壓用也很方便。供電，其優(yōu)點是可穩(wěn)定的提供 5V 電壓，在家中使方案 2：采用 4 節(jié) 1.5V 干電池，其較上一方案的優(yōu)點是體積小、方便。綜合以上方案選用方案 1 采用有線電源通過穩(wěn)壓供電。7.3 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動是實現(xiàn)喂食轉(zhuǎn)盤低噪聲、低功耗運轉(zhuǎn)的關(guān)鍵所在，因此步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動的選擇尤為重要。步進(jìn)電機(jī)選用的是兩相四線式。步進(jìn)電機(jī)最大特點是：1、它是通過輸入脈沖信號來進(jìn)行控制的。2、電機(jī)的總轉(zhuǎn)動角度由輸入脈沖數(shù)決定。3、電機(jī)的轉(zhuǎn)速由脈沖信號頻率決定。方案 1：ULN2003 是高耐壓、大電流陳列,由七個硅 NPN管組成。 該

32、電路的特點如下: ULN2003 的每一對都串聯(lián)一個 2.7K 的基極電阻,在 5V 的工作電壓下它能與 TTL 和 CMOS 電路 直接相連,可以直接處理原先需要標(biāo)準(zhǔn)邏輯緩沖器來處理的數(shù)據(jù)。共有 16 個引腳其中有七個輸入七個輸出，電機(jī)引腳連接易出錯，并且需要依次給脈沖才能轉(zhuǎn)動一定角度。方案 2：L298N 是 ST 公司生產(chǎn)的一種高電壓、大電流電機(jī)驅(qū)動。該采用 15 腳封裝。主要特點是：工作電壓高，最高工作電壓可達(dá) 46V；輸出電流大，瞬間峰值電流可達(dá)3A，持續(xù)工作電流為 2A；額定功率 25W。硬件電路連接上占用單片機(jī)四個 I/O 口。方案 3：THB7128 是高細(xì)分、大功率、兩相混合

33、式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動，是一款專業(yè)的兩相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動。它集成了細(xì)分、電流調(diào)節(jié)、CMOS 功率放大等電路，配合簡單的電路即可實現(xiàn)高性能、多細(xì)分、大電流的驅(qū)動電路。適合驅(qū)動 42、57 型兩相、四相混合式步進(jìn)電機(jī)。在低成本、低振動、小噪聲、高速度的設(shè)計中應(yīng)用效果較佳，具有最大 128細(xì)分譯碼特性，硬件電路結(jié)構(gòu)簡單。因此選用方案 3。7.4 無線射頻模塊方案 1：NRF905 無線收發(fā)模塊?；咎攸c有 433Mhz 開放 ISM 頻段免證使用，接收發(fā)送功能合一，收發(fā)完成中斷標(biāo)志，170 個頻道，可滿足多點通訊和跳頻通訊需求，實現(xiàn)組網(wǎng)通訊，內(nèi)置硬件 8/16 位 CRC 校驗，開發(fā)更簡單，數(shù)據(jù)傳輸可靠穩(wěn)定，工

34、作電壓 1.9-3.6V，低功耗，待機(jī)模式僅 2.5uA，接收靈敏度達(dá)-100dBm，收發(fā)模式切換時間650us，每次最多可發(fā)送接收 32 字節(jié)，并可設(shè)置發(fā)送/接收緩沖區(qū)大小 2/4/8/16/32 字節(jié)，模塊可設(shè)地址，只有收到本機(jī)地址時才會輸出數(shù)據(jù)（提供中斷指示），可直接接各種單片機(jī)使用，編程非常方便，最大10 毫瓦，發(fā)射模式：最大電流30mA，接收模式為電流 12.2mA，內(nèi)置 SPI 接口，也可通過 I/O 口模擬 SPI 實現(xiàn)。最高 SPI 時鐘可達(dá) 10M，標(biāo)準(zhǔn) DIP 間距接口，便于應(yīng)用，可以設(shè)置空閑模式和關(guān)機(jī)模式，易于節(jié)能設(shè)計，適合工業(yè)數(shù)據(jù)、無線及安全系統(tǒng)等諸多領(lǐng)域。但是該模塊比

35、較簡約，沒有 RSSI 功能，和 2.4GHZ頻段的無線相比，速度相對比較慢，并且的價格相對來說較貴。方案 2：NRF2401 無線通信控制模塊?；咎攸c有 2.4Ghz 全球開放 ISM 頻段免證使用，最高工作速率 2Mbps，高效 GFSK 調(diào)制，能力強，適合工業(yè)控制場合，125 頻道，滿足多點網(wǎng)絡(luò)通信需要，內(nèi)置硬件 8/16 位 CRC 校驗和點對多點通信地址控制，結(jié)合TDMA-CDMA-FDMA 原理，可實現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)通訊，低功耗 1.9 - 3.6V 工作，待機(jī)模式下狀態(tài)僅為 1uA ，模塊可設(shè)地址，只有收到本機(jī)地址時才會輸出數(shù)據(jù)（提供中斷指示），可直接接各種單片機(jī)使用編程較為方便，收

36、發(fā)完成中斷標(biāo)志，每次最多可發(fā) 28 字節(jié)，內(nèi)置專門穩(wěn)壓電路， 開闊地?zé)o干擾條件通信距離可達(dá) 100 米。該無線通信模塊通過ShockBurstTM 收發(fā)模式進(jìn)行無線數(shù)據(jù)發(fā)送，收發(fā)可靠，其外形尺寸小，需要的也少，成本較低，并且使用和攜帶較方便。元器件綜合以上方案選用方案 2 使用 NRF2401 無線通訊。7.5頭模塊方案 1：不帶 FIFO 的 OV7670頭。本方案要求 MCU 速度快，并且占用 MCU 資源較多，不過速度不是很快。方案:2：FIFO_OV7670頭是針對慢速的 MCU 能夠?qū)崿F(xiàn)圖像控制推出的帶有緩沖，同樣包含 30w 像所需要的各種不空間的一種模塊。這種模塊增加了一個 FI

37、FO（先進(jìn)先出）素的 CMOS 圖像感光，3.6mm 焦距的鏡頭和鏡頭座，板載 CMOS源。優(yōu)點在于操作方便、速度快、穩(wěn)定性強。方案 3：無線 USB頭。本方案可以很容易實現(xiàn)主板和寵物轉(zhuǎn)盤分開擱置，便于用戶操作和使用。但由于成本高，實現(xiàn)起來比較，故本方未被采取。綜合以上方案選用方案 2 使用 FIFO_OV7670頭。第八章 調(diào)試與結(jié)果8.1 STM32F407 單片機(jī)編程在硬件調(diào)試過程中，程序無疑使最重要的。ARM Cortex-4 內(nèi)核的 STM32F4 系列處理器列是 ARM 公司專為要求高性能、低成本、低功耗的應(yīng)用專門設(shè)計的 ARM Cortex-M4內(nèi)核，以提供“單片機(jī)”解決方案。具

38、有先進(jìn)的 Cortex-M4 內(nèi)核、的空間（高達(dá)1M 字節(jié)的片上閃存和 196K 自己的內(nèi)嵌 SRAM）、極致的運行速度（最高時鐘頻率達(dá) 168MHz）、具有照相機(jī)接口、USB 高速 OTG 接口。STM32F4 系列處理器具有處理能力強、運算速度快、片內(nèi)資源豐富、超低功耗、方便高效的開發(fā)環(huán)境的特點。8.2 C/OS-II 和C/GUI 的移植C/GUI 的移植內(nèi)容主要分為 4 部分：C/GUI 配置文件參數(shù)的修改，LCD 驅(qū)動程序的編寫，LCD 觸摸屏驅(qū)動程序的編寫，以及與C/OS-II 操作系統(tǒng)相關(guān)接口部分的修改。其中 LCD 的控制器采用 SSD1963。通過以上步驟，實現(xiàn)了在C/OS-

39、II 中多任務(wù)調(diào)度，并通過C/GUI 實現(xiàn)對 LCD 液晶屏圖形界面的控制。8.3頭模塊調(diào)試在頭調(diào)試過程中，開始選用不帶 FIFO 的頭來實現(xiàn)對寵物的，后來發(fā)現(xiàn)不帶 FIFO 的頭太浪費 MCU 資源，并且處理速度慢，調(diào)試過程中遇到好多問題。后選用帶FIFO 的 OV7670頭，實現(xiàn)和。8.4 液晶屏顯示模塊在C/GUI 的移植過程中遇到一些問題，主要出現(xiàn)在觸摸屏和 LCD 控制器 SSD1963 驅(qū)動配置和編寫。在調(diào)試觸摸屏過程中，觸摸點坐標(biāo)返回的 AD 值一直在跳變或一直處于 AD 數(shù)據(jù)最大值，導(dǎo)致觸摸按鍵不能實現(xiàn)。通過使用示波器觀測觸摸AD 值得變化，用萬用表測液晶屏模塊有關(guān)觸摸引腳是否

40、短路或斷路。經(jīng)過一系列的調(diào)試最終實現(xiàn)液晶屏顯示和觸摸功能。8.5 NRF2401 無線射頻模塊調(diào)試本設(shè)計中應(yīng)用 NRF2401 的 SPI 通訊模式，由微處理器程序模擬協(xié)議時序?qū)崿F(xiàn)正常通訊。實現(xiàn)無線寵物轉(zhuǎn)盤的控制。第九章特色與創(chuàng)新點本項目在追求目標(biāo)可靠與穩(wěn)定的前提下，在設(shè)計中，體現(xiàn)出了以下特色：9.1 實現(xiàn)廣域網(wǎng)通信當(dāng)寵物靠近寵物喂食轉(zhuǎn)盤時，頭可以實時寵物的各種萌態(tài)，這些可以存到SD 卡中并可通過廣域網(wǎng)傳送到電腦或是綁定機(jī)上，這樣在世界各地你都可以接收到愛寵的實時。9.2隨時關(guān)注愛寵寵物保姆可以根據(jù)需要調(diào)整轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)時間。轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)后，會先一段音樂吸引寵物注意（當(dāng)然，這段音樂最好是能寵物進(jìn)食的，這需要用戶平時進(jìn)行訓(xùn)練，以形成條件反射）。用戶可以通過輕輕一觸按鈕，便可隨時接收了解寵物近況。9.3 挑逗愛寵，增添樂趣主人可以通過或是電腦隨意控制轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動，以便挑逗一下正在吃得津津有味的愛寵，讓貪吃的寵物寶貝追著食物跑，為無聊的生活時光增添。結(jié)論轉(zhuǎn)眼之間，“杯”第四屆大學(xué)生物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新應(yīng)用設(shè)計大賽初賽階段即