基于ESP32的宠物喂食小屋

 一、项目概述

本项目旨在通过软硬件结合的方式，设计并实现一个基于ESP32的智能宠物喂食系统。该系统能够实现远程控制、定时投喂、余粮监测等功能，为宠物主人提供便捷的宠物喂养解决方案，广泛应用于家庭宠物喂养、宠物店管理等场景。

技术栈关键词

硬件：ESP32主控、舵机/步进电机、重量传感器、红外传感器、OLED显示屏

软件：python（Arduino框架）、WiFi/蓝牙通信、移动端APP/微信小程序

云端：MQTT协议、云平台数据存储

核心功能：远程控制、定时喂养、余粮监测、进食统计

二、系统架构

 系统架构设计

本系统的硬件架构以ESP32作为控制核心，包含投食机构、传感器模块、显示模块和通信模块。系统支持本地控制和远程云端控制两种模式。

系统架构图：

组件选择

 ESP32主控：集成WiFi和蓝牙功能，性能强大，适合物联网应用

 投食机构：SG90舵机或28BYJ48步进电机，控制出粮量

 传感器模块：HX711+称重传感器：监测余粮量,HCSR501红外传感器：检测宠物接近, DHT11温湿度传感器：环境监测

 显示模块：0.96寸OLED显示屏，I2C接口,通信模块：支持WiFi和蓝牙双模通信

 三、环境搭建和注意事项

环境搭建

硬件连接：

 舵机/步进电机 → ESP32 PWM/GPIO引脚, HX711重量传感器 → ESP32 GPIO引脚,OLED显示屏 → ESP32 I2C接口, 红外传感器 → ESP32 GPIO引脚

软件环境：

 开发环境：Arduino IDE或PlatformIO

 必要库文件：WiFi.h、WebServer.h（网络功能）, PubSubClient.h（MQTT通信）, Adafruit_GFX.h、Adafruit_SSD1306.h（OLED显示）,HX711.h（重量传感器）,Servo.h（舵机控制）

注意事项

1. 确保机械结构牢固，防止宠物破坏

2. 定期清洁投食通道，防止粮食堵塞

3. 保持重量传感器校准，确保余粮监测准确

4. 网络连接不稳定时应有本地备用方案

5. 电源供应稳定，建议使用适配器供电

 四、代码实现过程

1. 系统初始化模块

cpp
include <WiFi.h>
include <PubSubClient.h>
include <Wire.h>
include <Adafruit_GFX.h>
include <Adafruit_SSD1306.h>
include <HX711.h>
include <Servo.h>// 硬件引脚定义
define SERVO_PIN 12
define LOADCELL_DOUT_PIN 16
define LOADCELL_SCK_PIN 4
define IR_SENSOR_PIN 5
define DHT_PIN 15// 全局变量和对象
Servo feedServo;
HX711 scale;
Adafruit_SSD1306 display(128, 64, &Wire, 1);// WiFi和MQTT配置
const char* ssid = "Your_WiFi_SSID";
const char* password = "Your_WiFi_Password";
const char* mqtt_server = "broker.hivemq.com";WiFiClient espClient;
PubSubClient client(espClient);// 系统状态变量
float currentFoodWeight = 0.0;
bool petDetected = false;
int feedingSchedule[3] = {8, 13, 19}; // 默认喂食时间void setup() {Serial.begin(115200);// 初始化各模块initHardware();initWiFi();initMQTT();initDisplay();Serial.println("系统初始化完成");
}

2. 硬件初始化模块

// 硬件初始化函数
void initHardware() {// 舵机初始化feedServo.attach(SERVO_PIN);feedServo.write(0); // 初始位置// 重量传感器初始化scale.begin(LOADCELL_DOUT_PIN, LOADCELL_SCK_PIN);scale.set_scale(2280.f); // 校准值，需要实际校准scale.tare(); // 清零// 传感器引脚初始化pinMode(IR_SENSOR_PIN, INPUT);// 读取初始余粮currentFoodWeight = getFoodWeight();
}// 获取余粮重量
float getFoodWeight() {if (scale.is_ready()) {float weight = scale.get_units(5); // 读取5次取平均return weight > 0 ? weight : 0.0;}return 0.0;
}// 检测宠物接近
bool checkPetPresence() {return digitalRead(IR_SENSOR_PIN) == HIGH;
}

3. 网络通信模块

// WiFi初始化
void initWiFi() {WiFi.begin(ssid, password);display.clearDisplay();display.setTextSize(1);display.setTextColor(SSD1306_WHITE);display.setCursor(0,0);display.println("连接WiFi...");display.display();int attempts = 0;while (WiFi.status() != WL_CONNECTED && attempts < 20) {delay(1000);Serial.print(".");attempts++;}if (WiFi.status() == WL_CONNECTED) {Serial.println("\nWiFi连接成功");Serial.print("IP地址: ");Serial.println(WiFi.localIP());}
}// MQTT初始化
void initMQTT() {client.setServer(mqtt_server, 1883);client.setCallback(mqttCallback);
}// MQTT回调函数
void mqttCallback(char* topic, byte* payload, unsigned int length) {String message;for (int i = 0; i < length; i++) {message += (char)payload[i];}Serial.print("收到消息: ");Serial.print(topic);Serial.print("  ");Serial.println(message);// 处理喂食指令if (String(topic) == "petfeeder/feed") {if (message == "NOW") {feedPet(1); // 默认喂食1份}}// 处理设置喂食时间else if (String(topic) == "petfeeder/schedule") {setFeedingSchedule(message);}
}// 设置喂食时间表
void setFeedingSchedule(String schedule) {// 解析时间表字符串，格式："8,13,19"int index = 0;int timeIndex = 0;while (schedule.length() > 0 && timeIndex < 3) {int commaIndex = schedule.indexOf(',');if (commaIndex == 1) {feedingSchedule[timeIndex] = schedule.toInt();break;}feedingSchedule[timeIndex] = schedule.substring(0, commaIndex).toInt();schedule = schedule.substring(commaIndex + 1);timeIndex++;}Serial.println("喂食时间表已更新");
}

4. 喂食控制模块

// 喂食函数
void feedPet(int portions) {if (currentFoodWeight < 10.0) { // 余粮不足检查Serial.println("余粮不足，请添加粮食");sendAlert("FOOD_LOW");return;}Serial.print("开始喂食，份数: ");Serial.println(portions);for (int i = 0; i < portions; i++) {// 控制舵机旋转出粮feedServo.write(90);delay(1000);feedServo.write(0);delay(500);// 更新余粮量currentFoodWeight = getFoodWeight();// 发送喂食记录sendFeedingRecord();delay(1000);}Serial.println("喂食完成");
}// 检查定时喂食
void checkScheduledFeeding() {int currentHour = getCurrentTime().toInt();for (int i = 0; i < 3; i++) {if (currentHour == feedingSchedule[i]) {// 避免重复喂食static int lastFedHour = 1;if (lastFedHour != currentHour) {feedPet(1);lastFedHour = currentHour;}break;}}
}// 获取当前时间（简化版）
String getCurrentTime() {// 实际应用中应从NTP服务器获取时间return String((millis() / 3600000) % 24); // 模拟小时
}

5. 数据显示模块

// 显示初始化
void initDisplay() {if(!display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, 0x3C)) {Serial.println(F("SSD1306分配失败"));for(;;);}display.display();delay(2000);display.clearDisplay();
}// 更新显示
void updateDisplay() {display.clearDisplay();display.setTextSize(1);display.setCursor(0,0);// 显示余粮信息display.print("余粮: ");display.print(currentFoodWeight);display.println(" g");// 显示网络状态display.print("WiFi: ");display.println(WiFi.status() == WL_CONNECTED ? "已连接" : "断开");// 显示宠物检测状态display.print("宠物: ");display.println(petDetected ? "检测到" : "无");// 显示下次喂食时间display.print("下次喂食: ");display.print(getNextFeedingTime());display.println("时");display.display();
}// 获取下次喂食时间
int getNextFeedingTime() {int currentHour = getCurrentTime().toInt();for (int i = 0; i < 3; i++) {if (feedingSchedule[i] > currentHour) {return feedingSchedule[i];}}return feedingSchedule[0]; // 返回第二天第一次喂食时间
}

6. 数据上报模块

// 发送喂食记录
void sendFeedingRecord() {if (client.connected()) {String record = "{\"time\":\"" + String(millis()) + "\",\"weight\":" + String(currentFoodWeight) + "}";client.publish("petfeeder/records", record.c_str());}
}// 发送警报
void sendAlert(String alertType) {if (client.connected()) {String alert = "{\"type\":\"" + alertType + "\",\"time\":\"" + String(millis()) + "\"}";client.publish("petfeeder/alerts", alert.c_str());}
}// 发送状态更新
void sendStatusUpdate() {if (client.connected()) {String status = "{\"food_weight\":" + String(currentFoodWeight) + ",\"pet_detected\":" + String(petDetected) + ",\"next_feeding\":" + String(getNextFeedingTime()) + "}";client.publish("petfeeder/status", status.c_str());}
}

7. 主循环模块

void loop() {// 维护MQTT连接if (!client.connected()) {reconnectMQTT();}client.loop();// 更新传感器数据currentFoodWeight = getFoodWeight();petDetected = checkPetPresence();// 检查定时喂食checkScheduledFeeding();// 更新显示updateDisplay();// 定期发送状态更新static unsigned long lastStatusUpdate = 0;if (millis()  lastStatusUpdate > 30000) { // 每30秒sendStatusUpdate();lastStatusUpdate = millis();}// 低粮警报if (currentFoodWeight < 20.0) {static unsigned long lastAlertTime = 0;if (millis()  lastAlertTime > 60000) { // 每分钟提醒一次sendAlert("FOOD_LOW");lastAlertTime = millis();}}delay(1000);
}// 重连MQTT
void reconnectMQTT() {while (!client.connected()) {Serial.print("尝试MQTT连接...");if (client.connect("ESP32PetFeeder")) {Serial.println("连接成功");// 订阅主题client.subscribe("petfeeder/feed");client.subscribe("petfeeder/schedule");} else {Serial.print("失败，rc=");Serial.print(client.state());Serial.println(" 5秒后重试");delay(5000);}}
}

 五、项目总结

本项目成功设计并实现了一个基于ESP32的智能宠物喂食系统，通过软硬件结合的方式，展示了物联网技术在宠物护理领域的实际应用。系统具备远程控制、智能定时、状态监测等核心功能，为宠物主人提供了便捷科学的喂养解决方案。

主要功能

1. 智能喂食控制：支持远程手动控制和预设时间自动喂食

2. 余粮监测：实时监测粮食存量，低粮时自动提醒

3. 宠物检测：红外传感器检测宠物接近情况

4. 状态显示：OLED屏幕实时显示系统状态

5. 云端通信：通过MQTT协议实现与移动端的双向通信

6. 数据统计：记录喂食历史和宠物进食情况

技术创新点

1. 多模态控制：支持本地自动控制和远程手动控制相结合

2. 智能传感：重量传感器和红外传感器的协同工作

3. 低功耗设计：ESP32的睡眠模式优化，降低能耗

4. 模块化架构：各功能模块独立设计，便于维护扩展

5. 用户友好：简洁的移动端界面和实时状态反馈

本项目通过完整的物联网系统开发流程，帮助开发者深入理解嵌入式系统设计、传感器应用、无线通信和云平台集成等技术。系统具有良好的实用价值和扩展性，可根据需要添加摄像头监控、AI识别、多宠物管理等高级功能，为智能家居和宠物护理设备开发提供了有价值的参考案例。