DIY一个远程宠物投喂装置

简介
结构
- 材料清单
- 实际做出来的结构
MCU
- 清单
- Kernel
- Features
- Code Structure
服务器
- Features
- Code Structure
安卓
- Recommend
- Features
- Code Structure
- Logical process
- Screen
Codes & Files

简介

最近一个月都没有更新，原因是开始忙毕设和一个嵌入式课程设计。最近终于完成了基础功能，打算总结一下这个设计的实现过程。至于为什么想到设计这样一个东西，主要是从实用方面考虑，家里有宠物的朋友估计也会希望能够远程投喂，因此我就想自己diy一个拿回家用。

下面将会分四个方面：结构、MCU、服务器和安卓来进行介绍。

结构

本人不是机械专业的因此结构设计也是业余的，我一开始设计的结构是这样的：

然而，这套装置私人定制会非常贵，全部3d打印也是不切实际的。因此，最终我把大件的使用现成材料代替（也就是生活中可以买得到的材料），而小零件则使用3d打印。

材料清单

原结构	实现方式
饲料罐	怡宝4.5L桶装水
四根支撑柱	可定做也可现找
底座	陶土自己捏
管道	PVC胶管（很便宜）
小阀门	3D打印
舵机架	3D打印
罐子支撑板	亚克力板定做（不贵）
MCU支撑板	亚克力板定做
M3x8螺钉螺母	T宝 x4
M3x20尼龙螺钉	T宝 x4

需要3d打印的部分：

亚克力板定做部分：

几点说明：

怡宝桶装水瓶口螺纹有两种（目前发现），我自己画的只支持单螺纹的，其他螺纹可能扭不紧，这个需要自己改改。
支撑柱我是用一个干衣机配的支撑住拆下来的，这个自行解决把。
用陶土捏出的底座非常结实，而且很好玩！！
小阀门和舵机架与MG995舵机完美配合
亚克力板的四个孔需要和你的支撑住直径配合。

实际做出来的结构

MCU

清单

正点原子stm32f1开发mini板
MG995舵机
DHT11温湿度传感器
ALK8266 WIFI模组

几点说明：

板子完全可以自制PCB，会有更大自由度，但我时间不够。
WIFI模组安利一下这个link。店家提供配网和远程通信的API，支持各种常见MCU，而且店家售后技术支持非常友好。

Kernel

RT-Thread Nano

为了符合嵌入式课程的要求，我在stm32f103上移植了一个迷你的os内核——RT-Thread Nano。

Features

USART1串口用于输入输出调试信息，RT-Thread的msh/finsh命令行工具支持命令行查询运行状态。搭配正点原子的XCOM串口调试助手使用。
通过舵机控制投喂阀门的开启。
通过温湿度传感器获取环境温湿度。
WIFI模组目前还没发挥其高速传输的优势，因为图片/视频传输还没开发。配合AutoPet/Server和AutoPet/Android，实现远程控制。

Code Structure

Modules init
- 延时初始化
- 串口初始化
- PWM初始化
- DHT11初始化
- wifi模块初始化
SetupTCP
- 建立TCP连接需要指定远端的服务器IP和端口，连接上以后需要发送身份码表明客户身份，否则会拒绝连接。
发送和接收线程
- 初始化操作完毕后启动
- 接收线程接收服务器发送的消息，通过邮箱与发送线程通信。
- 发送线程接收到投喂指令则执行投喂函数，接收到获取温湿度指令则读取温湿度传感器并发送给服务器。
检查连接线程
- 初始化操作完毕后启动
- 隔一段时间检查一次模组的工作状态和TCP连接状态，进行异常排除。

服务器

我这里使用最简单的一种p2p通信方式，就是通过一个处于公网的服务器中转的方式来实现。因此你需要一个服务器。p2p通信技术可以看看这个博客

Features

使用Socket通信，服务器和客户端建立TCP连接。
只支持两个客户端，一个是MCU，一个是Android。
稳定运行只跟服务器有关，与客户端状况无关。

Code Structure

初始化Socket

socket();
setsockopt();   //设置socket
bind();     // 绑定到端口

等待客户端
- 这里只允许两个客户端，使用资源量为2的信号量，当指定客户端都与服务器建立TCP连接后，使改线程挂起。
- accept出错记得释放信号量。
- accept之后需要确认客户端身份，MCU端连接后需要发送“mcu”,而Android端需要发送“and”。
心跳线程
- 服务器不断接收标记信号，并设置一个计数变量每秒加一。若收到一次标记信号变量置零。如果大于变量大于某个值，可以认为TCP连接断开。
接收线程
- 接收心跳标记信号。
- 接收安卓端控制信号后，发送到MCU客户。
- 接收MCU发送的温湿度信息，发送到安卓客户。

安卓

Recommend

安卓 9.0 +

Features

与服务器建立TCP连接，并监听连接状态
实时检测远端MCU与服务器的连接状态
点击“投喂”按键，控制远端设备自动投喂
点击“室内环境”按键，实时获取远端温湿度传感器的数据
视频环境传送（未实现，待续）

Code Structure

Logical process

点击app
- 初始化工具栏菜单
- 初始化网络环境监听
- 初始化进度条通知
- 初始化MCU状态监听器
- 初始化按钮
点击TCP连接
- 启动心跳线程
- 启动读数据线程
- 若TCP断开，重置Socket
点击投喂按钮
- 发送投喂命令
- 阻塞5s
点击室内环境按钮
- 启动发送获取温湿度命令线程，每5s发送一次
- 当读到温湿度数据，更新列表

Screen

1 --> TCP连接
2 --> MCU状态
3 --> 投喂按钮
4 --> 室内环境按钮

Codes & Files

代码和文件：
https://github.com/Rick0514/AutoPet
https://github.com/Rick0514/AutoPet-MCU
https://github.com/Rick0514/AutoPet-Server
https://github.com/Rick0514/AutoPet-Android

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