1、大學生科技創新項目研究總結報告 項目功能介紹：我們完成了項目所有的機械設計和電路設計，用proe軟件完成了所有零件的建模和裝配，并進行了相關的仿真分析；對于相關的電路控制部分，我們使用開發板進行了程序的調試，并能完成我們設定的功能。我們所設計的系統能完成以下功能：對具體食物投放時間點的控制，對食物投放量的控制，對食物保持清潔，對寵物進行定時提醒喂食，設定寵物的喂食時間的長短，對食物殘渣的清理工作；對于喂水部分，我們的系統可以實現的功能有：每天進行定時和定量放水，可以設定每天的放水次數，可以對每次沒有喝完的水進行清理。1. 結構設計部分：1.1 喂食部分功能介紹喂食部分總體的設計包括四個部分：儲

2、糧桶，食物下落底座，食物接受盤，食物清理盤。儲糧桶的功能是用于食物的儲存，可以存放一定量的食物，可以根據要求進行設定儲糧桶的容量，從而可以為寵物提供數天的食物。我們設計的容量是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盤的通道，并且承載儲糧桶，該部分的內部有食物通道，引導食物下落到接收盤；內部還有控制開口的裝置，我們采用控制開口的方式是：由電機通過減速器控制一個齒輪的轉動，通過齒輪齒條機構將齒輪的轉動轉化為齒條的直線運動，齒條固定到開關板上，由齒條帶動開關板，開關板控制開口的大小，從而控制食物是否下放。食物接受盤是專門盛放食物的地方，從儲糧桶中放出的食物經過食

3、物下落底座最后到達食物接受盤，食物接受盤底部的設計為一個拖動板，而不是一體的結構，拖動板的運動由一個電機通過減速器控制一個齒輪的轉動，通過齒輪齒條機構將齒輪的轉動轉化為齒條的直線運動，齒條固定到拖動板上，從而通過電機控制食物接受盤下面的開口與否。食物清理盤的作用是盛裝食物殘余，由食物接收盤上的拖動板控制是否清理食物殘余，從而保持清潔。1.2 喂食部分具體結構總體三維圖： 儲糧桶結構： 食物下落底座： 食物下落底座里面開關板的控制部分：食物接受盤： 食物接收盤拖動版：食物清理盤： 1.3喂食部分方案對比對于食物下落底座上面的開關板的控制方案，我們提出了兩種不同的方法：第一種方案：運用步進電機驅動

4、齒輪齒條機構，由電機驅動齒輪轉動，齒輪帶動齒條做直線運動，齒條帶動開關板做開關的動作，從而控制是否打開食物流通通道。第二種方案：運用步進電機驅動齒輪轉動，由齒輪帶動一扇開關板做旋轉開合運動，從而控制食物的是否下放。分析比較：考慮到在食物往下面流動的時候會對旋轉的開關板有明顯的沖擊作用，因此采用第二種方案時食物對開關板的轉動力矩比較大，因此第二種方案對電機的要求會高一些；對于第一種方案可以避免這樣的問題，而是直接利用開關板將食物出口堵住，可靠性方面更好一些，因此我們采用第一種方案。對于食物清理系統上的拖動版的移動設計，我們也提出了兩種方案：第一種方案：采用的是利用電機通過齒輪齒條機構將齒輪的轉動

5、轉化為齒條的直線運動，齒條固定到拖動板上，從而通過電機控制食物接受盤下面的開口與否，采用的方案與食物下落底座上面的開關板的控制方案相同。第二種方案：采用的是電機通過減速器帶動絲杠運動，由絲杠驅動螺母的直線運動，從而實現拖動板的開和關。分析比較：對于第二種方案，由于采用的是絲杠螺母結構，會大大增加產品的成本，并且拖動板的運動不需要這么高的精確度；對于第一種方案，成本比較低，并且采用的方案與食物下落底座上面的開關板的控制方案相同,這樣可以使整個產品的制造成本更低，因此我們選擇第一種方案。1.4 喂水部分功能介紹對于喂水部分，我們的系統可以實現的功能有：每天進行定時和定量放水，可以設定每天的放水次數

6、，可以對每次沒有喝完的水進行清理。1.5喂水部分實現方案定時和定量放水、設定每天的放水次數方案采用與自動喂食系統一樣的控制方案。對于實現放水的方案和喂食系統是不同的，因為放水的方案對密封性的要求很高，為防止漏水，必須要采用閥門式開關，對于沒喝完的水的清理工作，也是采用的是閘門式開關的方式，需要進行清理的時候打開閥門即可。 對于現在市場上出現的常用結構如上圖所示，我們采用的是第一種方案，電機接在減速器上，再接在齒輪上，通過齒輪控制閥門的開和關。電機 減速器 齒輪副 閥門的轉動 放水與停水1.6喂水部分結構設計：底座設計： 漏斗閥門： 盛水器： 飲水清理盒： 2.控制部分2.1硬件部分本設計硬件主

7、要由51單片機開發板、電機驅動芯片、電機組成（1）單片機： 該控制系統選用型號為SST89V58RD，其性能高而經濟實用,符合本產品的控制需求。其為8位CPU、片內振蕩器、4k字節ROM、128字節RAM、21個特殊功能寄存器、32根I/O線、可尋址的64k字節外部數據、程序存貯空間、2個 16位定時器、計數器中斷結構：具有二個優先級、五個中斷源、一個全雙口串行口位尋址（即可尋找某位的內容）功能，適于按位進行邏輯運算的位處理器。 （2)電機驅動芯片： 電機驅動選用L298N，可帶兩個直流電機或一個步進電機L298N是SGS公司的產品，內部包含4通道邏輯驅動電路。是一種二相和四相電機的專用驅動器

8、，即內含二個H橋的高電壓大電流雙全橋式驅動器，接收標準TTL邏輯電平信號，可驅動46V、2A以下的電機。其引腳排列如圖1中U4所示，1腳和15腳可單獨引出連接電流采樣電阻器，形成電流傳感信。其最終與電機、單片機的接線如下圖（3）電機本設計選用兩相感應子式步進電機。感應子式步進電機與傳統的反應式步進電機相比，結構上轉子加有永磁體，以提供軟磁材料的工作點，而定子激磁只需提供變化的磁場而不必提供磁材料工作點的耗能，因此該電機效率高，電流小，發熱低。因永磁體的存在，該電機具有較強的反電勢，其自身阻尼作用比較好，使其在運轉過程中比較平穩、噪音低、低頻振動小。感應子式步進電機某種程度上可以看作是低速同步電

9、機，它必須采用雙極電壓驅動。二相電機工作方式有二相四拍和二相八拍二種，具體分配如下：二相四拍為,步距角為1.8度。步進電機是數字控制電機，它將脈沖信號轉變成角位移，即給一個脈沖信號，步進電機就轉動一個角度，因此非常適合于單片機控制。2.2控制方案（1）流程描述： 當用實用者離開時，打開電源，系統開始運作。在一定時間后，蜂鳴器響起。寵物聽到后（根據條件反射）來到本裝置取食。首先電機正轉，帶動機構運動，然后食物就被放下來。停一段時間后，電機再反轉，使閘門關上。具體的開放時間為變量，根據寵物的食量大小而定。以后每間隔8小時，控制系統重復以上操作。 另外本系統還可以手動喂食，即摁電鈕后，機構運作，摁下

10、停止按鈕則停止喂食。2.3軟件方案部分代碼示例如下：#include<reg51.h> /包含51單片機寄存器定義的頭文件/*函數功能：軟件消抖延時（約50ms）*/void delay(void) unsigned char i,j;for(i=0;i<150;i+) for(j=0;j<100;j+) ; /*函數功能：步進電機轉動延時，延時越長，轉速越慢*/void motor_delay(void) unsigned int i; for(i=0;i<2000;i+) ;/*函數功能：步進電機正轉*/void forward( ) P1=0xfe; /P0

11、口低四位脈沖1100motor_delay(); P1=0xfd; /P0口低四位脈沖0110 motor_delay();P1=0xfb; /P0口低四位脈沖0011 motor_delay();P1=0xf7; /P0口低四位脈沖1001 motor_delay(); /*函數功能：步進電機反轉*/void backward() P2=0xfc; /P0口低四位脈沖1100motor_delay();P2=0xf9; /P2口低四位脈沖1001motor_delay();P2=0xf3; /P2口低四位脈沖0011motor_delay();P2=0xf6; /P2口低四位脈沖0110mo

12、tor_delay(); /*函數功能：步進電機停轉*/void stop(void) P0=0xff ; /停止輸出脈沖 /*函數功能：主函數*/void main(void) TMOD=0x01; /使用定時器T0的模式1 EA=1; /開總中斷 ET0=1; /定時器T0中斷允許 TR0=1; /啟動定時器T0 TH0=(65536-500)/256; /定時器T0賦初值，每計數200次（217微秒）發送一次中斷請求 TL0=(65536-500)%256; /定時器T0賦初值 while(1)for（int i=1;i<20000;i+) for(int j=1;j<20000;j+) ;/*函數功能：定時器T0的中斷服務子程序*/void Time0_serve(void) interrupt 1 using 1 TR0=0; /關閉定時器T0 forward(); delay2(); Stop(); Delay3(); Backward(); TH0=(65536-200)/256; /定時器T0的高8位賦初值 TL0=(65536-200)%256; /定時器T0的低8位賦初值 TR0=1; /啟動定時器T03. 設計方案需要改進的地方 沒有完全實現喂水和喂食的結合，有一些