《基于多传感器的智能全自动宠物排便清理装置》-工学论文，科技论文-论文范文参考-科学狗论文网

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基于多传感器的智能全自动宠物排便清理装置

范文

刘倩茹

摘要：目前，人们的生活和工作压力越来越大。在现代城市生活中，越来越多的人会养宠物陪伴自己，以缓解心情。但是，宠物在给大家带来快乐的同时，也出现了其他问题，如宠物排泄物对环境造成污染。基于此，本文设计开发了一款基于多传感器的智能全自动宠物排便清理装置。该装置可以检测宠物排泄物，并及时清理，更加方便人们的生活。

关键词：传感器;全自动;宠物排便清理装置

中图分类号：TS976.38文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）04-0051-03

Abstract： At present， people's life and work pressure is increasing. In modern urban life， more and more people will keep pets to accompany themselves to ease their mood. However， while pets bring happiness to us， there are also other problems， such as pet waste pollution to the environment. Based on this， this paper designed and develops a multi-sensor based intelligent automatic pet defecation cleaning device. The device can detect pet excrement and clean it in time， which is more convenient for people's life.

Keywords： sensor;fully automatic;pet defecation cleaning device

随着社会的发展和进步，人们开始追求除了物质享受外的精神寄托，饲养宠物的人越来越多。这使得宠物产业快速发展，在国内乃至世界范围内形成了稳定而广阔的市场。虽然国内宠物市场发展滞后于国外，但发展势头却很足。随着宠物数量的增加，环境问题也日益凸显，宠物的排泄物处理已经成为当前一个新的社会问题。

20世纪90年代，美国以及其他的一些发达国家已经开始研究并开发宠物排泄物的处理方法[1]。利用科学技术研究和开发智能宠物排便清理装置，可以减轻人们日常处理宠物排泄物的压力和时间，同时也更加卫生、方便。自动智能宠物排便处理装置会在宠物排便后第一时间对宠物的粪便进行处理，快速消除宠物粪便带来的异味，并抑制细菌的传播。

1 智能宠物排便清理装置的功能需求

通过调查目前市场上的自动宠物粪便处理器可知，很多都是人为控制的。为了降低人们的劳动量，可以选取多种传感器通过检测宠物粪便的不同特征来对其进行清理。多传感器数据融合技术是近年来发展迅速的自动信息综合处理技术，利用多传感器检测可以将多源信息进行融合，从而得到更加精确的结果，其可以用于多层次、多方面的数据处理[2]。

为了能准确地检测到宠物粪便，并快速有效地进行清理，智能传感器需要具有以下功能。

第一，探测宠物的粪便。该功能主要用于检测是否存在宠物粪便。当在排便装置周围有疑似宠物粪便的物体时，粪便检测系统应能及时发现并做出相应动作。按照设计要求，设置系统检测其周围5 m范围内是否存在宠物粪便。

第二，检测宠物粪便的距离。该功能主要是通过测距传感器检测排便清理装置和宠物粪便之间的距离。

第三，温度检测。宠物的排泄物和其他物体存在温度上的差别，通过温度检测器可以有效检测发现的物体是否为宠物的排泄物。

第四，气味检测。宠物的排泄物和其他物体存在气味上的差别，通过气味检测并和温度检测进行综合分析，可以确定检测到的物体是否为宠物的排泄物。通过温度检测和气味检测可以提高检测的准确率，从而使整个装置更加高效地进行宠物粪便处理。

2 元器件选择

2.1 中央处理器的选择

选择中央处理器要考虑诸多因素，如处理器的性能、价格、接口等。通过分析本次设计的功能需求和成本，笔者选取单片机作为中央处理器[3]。单片机的应用范围较为广泛，其作为控制系统的核心控件，不仅具有通用微型CPU的计算和控制功能，而且具有灵活的适应性，具体表现为：①抗干扰性强;②可靠性高，单片机在满足性能要求的基础上可以处理很多不同的数据;③性价比高，和其他处理器相比，单片机价格较低，同时能满足系统设计要求。

本次设计使用的是AT89C51单片机，其引脚如图1所示。

AT89C51具有大容量的存储器和丰富的外围开发接口，而且可编程性较高，开发性较强，适合作为本次设计的处理器。

2.2 物体检测模块

物体检测主要使用超声波传感器来实现。超声波是一种振动频率高于声波的机械波，具有频率高、波长短、方向性强的特点，其对物体的穿透力也很强。超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器，用于探测物体是否存在[4]。超声波发出之后，超声波纹碰到物体之后会形成反射回波，利用这一特性可以有效检测装置周围是否有物体存在。同时，利用超声波传感器还可以检测到装置到物体之间的距离。

本次设计使用TR40-16超声波传感器，其由压电陶瓷芯片、谐振板、底座及端子等构成。压电陶瓷芯片是核心，谐振板是发射以及接受波纹的装置。超声波传感器如图2所示。

2.3 温度检测模块

为了检测探测物体的温度，使用PT100热敏电阻对物体进行温度检测。热敏电阻的工作原理是其电阻值会随着温度的变化发生相应变化，PT100传感器是利用铂电阻的阻值随着温度变化、并呈一定函数关系的特性来进行测温，其温度/阻值对应关系为：-200 ℃

2.4 气味检测模块

气味检测装置为气敏传感器，其核心是金属氧化物半导体，如二氧化锡。在一定温度下，这种金属氧化物半导体可以吸收空气中的氧，形成负离子吸附氧，降低电子密度，增加半导体材料的电阻。当在粪便中遇到氨气等气体时，原有的吸附氧将被解析。在完成传感器和处理器的选择之后，还需要进行机械方面的选择和设计。

3 装置设计说明

在完成装置设计之后，要对装置的操作过程进行说明，图3为智能宠物排便清理装置的清理流程图。

从图3可知，智能装置開始检测物体之后，首先判断是否有疑似物体存在，如果有，则探测与物体之间的距离，如果没有，则继续探测。当探测到范围之内存在疑似物体后，进行测距，并规划行进路线靠近，靠近之后进行温度和气味检测，判断检测到的物体是否为宠物粪便，如果是，进行及时清理，如果不是，则返回第一步，重新进行检测。

4 结语

本文设计了一种智能宠物排便清理装置，可以有效清理宠物粪便，通过多传感器的检测可以检测粪便的位置、温度、气味等，通过对参数的判断和识别来确定检测到的物体是否为宠物粪便，并及时做出清理。本设计可以有效地节省人们清理宠物粪便的时间，并且更加卫生方便，具有非常重要的现实意义。

参考文献：

[1]虞安华.地面多传感器探测系统的定位技术研究[D].南京：南京理工大学，2004.

[2]胡国平，张守宏.多传感器协同探测目标的分类识别研究[J].西安电子科技大学学报（自然科学版），2009（3）：443-447.

[3]侯志国，何强，罗晓松.声探测多传感器多目标定位与跟踪方法[J].电声技术，2016（9）：42-44.

[4]戚玉强，钱志，吴如樵，等.宠物粪便清理机的研制[J].机电产品开发与创新，2016（5）：39-41.

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