我設(shè)計(jì)并制造了這款自動(dòng)貓喂食器，以幫助我的糖尿病貓控制他的喂食并防止我的另一只貓吃他的食物。該喂食器可能對(duì)需要監(jiān)控寵物喂食需求的其他寵物主人有用。

我的貓需要藥食以及每日的胰島素劑量，他經(jīng)常會(huì)騙我們喂他兩次，或者另一只貓會(huì)吃他的食物，這讓我們很難知道他到底吃了多少。

我想創(chuàng)建一個(gè)封閉的喂食器，它可以檢測(cè)到哪只貓?jiān)谖故称魃希缓鬄檎_的貓打開。我的第一個(gè)想法是在他們的項(xiàng)圈上使用 NFC 標(biāo)簽，以便區(qū)分它們。然而，NFC 標(biāo)簽的有效接近是有問題的，因?yàn)樗鼈儍H在標(biāo)簽的幾毫米內(nèi)激活。經(jīng)過其他幾個(gè)想法，包括讀取它們背后的微芯片，我決定區(qū)分我的兩只貓的最簡(jiǎn)單方法是通過重量。

我在 Instructables 上找到了一個(gè)使用 Arduino Uno 創(chuàng)建浴室秤的項(xiàng)目，在成功構(gòu)建該項(xiàng)目后，我決定創(chuàng)建這個(gè)項(xiàng)目。秤精確到十分之一磅，但您的動(dòng)物會(huì)移動(dòng)很多，因此我們將嘗試區(qū)分大約半磅或四分之一公斤。

在確定這個(gè)解決方案之前，我創(chuàng)建了一個(gè)原型并經(jīng)歷了十幾個(gè)或更多的設(shè)計(jì)想法。

這是一個(gè)中等難度的項(xiàng)目。它需要使用一些基本的電動(dòng)工具、焊接、大量的 3D 打印、打磨和粘合。提供了項(xiàng)目的所有代碼以及如何修改代碼的說明。

補(bǔ)給品

所需工具：3D 打印機(jī)、電腦、鉆頭、烙鐵、螺絲刀套裝、鉗子、尖嘴鉗、砂紙、Dremel 工具（可選）、熱風(fēng)槍、氰基丙烯酸酯液體膠、鋼鋸、電壓表。

第 1 步：3D 打印

從稱重傳感器支架開始打印所有自定義組件。您將需要 4 個(gè)稱重傳感器底座和頂部。

第 2 步：計(jì)重秤構(gòu)建

使用 MDF 等材料將您的體重秤底座切割成您喜歡的任何尺寸。我的是 30” x 15” （76cm x 38cm），進(jìn)紙器本身是 ~7” x 8.5” （18cm x 21.5cm）

使用稱重傳感器安裝座作為四個(gè)角的引導(dǎo)預(yù)鉆孔。標(biāo)出哪個(gè)稱重傳感器是哪個(gè)（左上角、左下角等）會(huì)很有幫助。

使用圖中的接線圖

1） 連接稱重傳感器線對(duì)

2）將電線剪成一定長度

3） 在使用剝線鉗拆下外殼并將線對(duì)絞在一起之前，將熱縮套管放在電線上。

將焊料涂在電線上，然后將熱縮管移到連接處并加熱。

連接線對(duì)后，您應(yīng)該有四根松散的紅線，每根線都來自一個(gè)稱重傳感器。您將使用四針母頭 RGB 接頭連接器。在左下稱重傳感器附近鉆一個(gè)足夠大的孔，以便電線穿過，其中紅色圓圈如上圖所示。接下來，按照?qǐng)D中的接線圖，將紅色電線焊接并熱縮到正確顏色的電線上RGB 母頭。您必須將正確的信號(hào)線連接到正確的顏色，否則您的秤將無法工作。將公連接器焊接到 HX711 上，這是接線圖中的紅色芯片，再次確保所有顏色的順序正確。還將 4 個(gè)分接引腳焊接到標(biāo)有 VCC、SCK、DT 和 GND 的孔上。

項(xiàng)目接線圖-點(diǎn)擊下載

第 3 步：秤校準(zhǔn)和測(cè)試

下一步，您將需要面包板、Arduino Uno 和一些跳線。

Sparkfun 有很棒的 Arduino 程序來運(yùn)行，最新版本可點(diǎn)擊鏈接在 GitHub 上找到

第一個(gè)軟件步驟是確定秤的校準(zhǔn)系數(shù)。為此，請(qǐng)運(yùn)行以下代碼：

校準(zhǔn)秤后，您可以運(yùn)行此示例程序，然后將其修改為您自己的目的：

按照本項(xiàng)目中的比例校準(zhǔn)草圖中，獲取您的校準(zhǔn)因子 ex為-9660.0 ，您將在后面的步驟中需要用到這個(gè)數(shù)據(jù)。

第 4 步：進(jìn)紙器主體和蓋子組件

第一步是將進(jìn)紙器蓋連接到車身中間鉸鏈組件。您還需要塑料斜接齒輪軸、M5 連接螺母和 M5 螺紋桿。你要確保你的蓋子適合鉸鏈機(jī)構(gòu)的翅片之間并有間隙，沒有任何打嗝或擦傷。

確保您的連接螺母非常緊貼進(jìn)料器蓋上的六角連接器和塑料斜接齒輪。這里的舒適貼合非常重要，不應(yīng)該有任何玩耍。接下來，使用鋼鋸或 Dremel 上的圓形切割鉆頭將螺紋桿切割成 18 厘米。確保去除切割表面的任何毛刺。將螺桿穿過組件。您可能想先嘗試不使用連接螺母。如果桿無法插入或太緊，請(qǐng)小心地將孔鉆出合適的尺寸。

如果組件自由移動(dòng)，則該檢查與進(jìn)料器主體前部的間隙。將車身前送紙器的定位方塊與車身中間鉸鏈對(duì)齊，確保兩個(gè)車身完全接觸，沒有間隙。配準(zhǔn)方格應(yīng)有助于防止錯(cuò)位 圖 6. 升高和降低蓋子以確保沒有間隙或配合問題。如果間隙看起來不錯(cuò)，請(qǐng)從鉸鏈組件上拆下桿并暫時(shí)擱置這些組件。

您現(xiàn)在將車身中間鉸鏈粘到車身前端進(jìn)紙器上。在每個(gè)粘合表面的中心涂抹極少量的液體氰基丙烯酸酯膠（超級(jí)膠水）。我強(qiáng)烈建議在蠟紙上這樣做，因?yàn)槟拇蛴〖?huì)粘在它上面的表面上。將兩個(gè)組件牢牢按住并保持 30 秒。我們還可以將連接到 HX711 的桶形插頭和公頭 4 針 RGB 接頭粘到車身后電機(jī)上。

當(dāng)膠水固化時(shí)，您將塑料斜接齒輪伺服連接到伺服。為此，您將在伺服系統(tǒng)上的冠狀齒輪的齒上加熱形成斜接齒輪。將烤箱預(yù)熱至華氏 160 度。取出烤盤，鋪上一層羊皮紙。將斜接齒輪放在羊皮紙上，然后將其放在烤箱的頂部架子上。PLA 的玻璃化轉(zhuǎn)變階段在 50-80 攝氏度之間。如果您使用的是 ABS 或其他塑料，請(qǐng)獲取該材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度并相應(yīng)地更改烤箱溫度。當(dāng)您的烤箱完成預(yù)熱后，將斜接齒輪再放置大約三分鐘。將斜接齒輪從烤箱中取出，快速但小心地將齒輪上的孔對(duì)準(zhǔn)冠狀齒輪上方并用力按下。這一步要輕柔，因?yàn)樗芰犀F(xiàn)在變得柔韌且非常熱，并且容易變形。將斜接齒輪留在齒輪上，直到其冷卻，以避免熱收縮或膨脹。

冷卻后，用 M3 平頭螺栓和墊圈固定斜接齒輪。將伺服器放入車身后電機(jī)并用四個(gè) M5 x 30 螺栓固定。

車身中間鉸鏈和車身前饋線現(xiàn)在粘合在一起，用饋線蓋、六角螺母、斜接齒輪和 M5 桿重新組裝鉸鏈機(jī)構(gòu)。將兩個(gè)軸承放入軸承蓋并將軸承蓋安裝到車身中鉸鏈的孔中。您現(xiàn)在應(yīng)該已組裝好所有 3D 組件，除了齒輪的護(hù)罩和電子設(shè)備的門。

第 5 步：電子組裝

在這個(gè)階段，我們將在面包板上組裝電子設(shè)備，以確保我們所有的電子元件都按預(yù)期運(yùn)行。按照?qǐng)D中搭建電源電路，但不要連接舵機(jī)的黃色信號(hào)線。電路的左側(cè)是 Arduino 的電源，電路的右側(cè)是伺服的電源。伺服系統(tǒng)的電源也通過 Adafruit INA260 電流和電壓感應(yīng)芯片運(yùn)行，該芯片將充當(dāng)我們的安全系統(tǒng)。如果您對(duì)組件通電時(shí)的電壓正確感到滿意，請(qǐng)完成芯片的接線，確保連接公頭和母頭 RGB 接頭，這會(huì)將您的秤連接到進(jìn)紙器。

第 6 步：編碼和測(cè)試

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STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE,
EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
**/

/*
* This project uses two third-party libraries.
* INA260 and HX711 libraries can be found at:
*
*
*/

#include
#include
#include "HX711.h"

Adafruit_INA260 ina260 = Adafruit_INA260();
Servo servo;
HX711 scale;

/*
* Debug class is designed to output info to the serial monitor, (found under the tools menu in the Arduino IDE),
* This is designed to make sure that all boards and electronics are working as designed.
* TO ACTIVATE DEBUG CLASS MAKE SURE debugOn IS SET TO TRUE.
*/

class Debug {
public:
static const bool debugOn = false; //turn debug on and off
void printMsg(int x){
if (debugOn){
Serial.print(x);
Serial.flush();
}
}

void printMsg(String x){
if (debugOn){
Serial.print(x);
Serial.flush();
}
}

void printLine(int x){
if (debugOn){
Serial.println(x);
Serial.flush();
}
}

void printLine(String x){
if (debugOn){
Serial.println(x);
Serial.flush();
}
}

void setUpSerial(){
if (debugOn){
Serial.begin(9600);
// Wait until serial port is opened
while (!Serial) { delay(10); }
}
}
};//Debug

/*
* Queue class is designed to make a basic queue for our current measurements.
* There is no need to modify this class.
*/

class Queue{
private:
const static int maxQueueSize = 8;
float arr [maxQueueSize];
int queuePos;

public:
Queue(){
for (int i = 0; i < maxQueueSize; i++)
{
arr[i] = 0;
}
queuePos = maxQueueSize - 1;
}// Queue constructor

int enqueue (float val){
queuePos += 1;
if (queuePos >= maxQueueSize){
queuePos = 0;
}
arr[queuePos] = val;
}

float getAvg (){
float total = 0;
float avg;

for (int i = 0; i < maxQueueSize; i++){
total += arr [i];
}
avg = total / maxQueueSize;
return avg;
}
};// class Queue

/*
* Feeder class allows for motion of the feeder lid as well as implementing a check
* to see if there is an obstruction affecting lid motion.
* You will need to change several variable in the private data section of this class.
* You MUST change: calibrationFactor, minCatWeight, maxCatWeight
* You MAY need to change: maxCurrent, lidMaxPosition, any pin designations you wish to change.
*/

class Feeder {
public:

const int moveAmount = 1; // How much the servo should move per command

/*
* Set up stores an known initial position in the microcontroller memory.
* Tells the microcontroller which pin the servo is on.
* Activates and sets the scale calibration factor (see SparkFun_HX711_Calibration sketch)
*/

void setUp () {
servo.write (initialPos);
servo.attach(servoPin);
delay (1000);
scale.begin(LOADCELL_DOUT_PIN, LOADCELL_SCK_PIN);
scale.set_scale(calibrationFactor); //This value is obtained by using the SparkFun_HX711_Calibration sketch
}

/*
* reset should be called when powering up the feeder but can be called manually as well.
* reset tares the scale as well as moves the servo to a known position and then slowly moves the servo to position 0.
*/

void reset () {
scale.tare(); //Assuming there is no weight on the scale at start up, reset the scale to 0
servo.write (initialPos);
delay (500);
for (int i = initialPos; i > lidMinPosition; i--){
servo.write (i);
delay (servoDelay);
}
pos = lidMinPosition;
numberOfRetries = 0;
}

bool IsCatOn ()
{
float weight = scale.get_units();
return ((weight >= minCatWeight) && (weight <= maxCatWeight));
}

void moveServo (int amount){
pos += amount;
servo.write(pos);
}

void raiseLid (int amount){
moveServo(amount);
}

void lowerLid (int amount){
moveServo (-amount);
}

/*
* Open and close lid are nearly identical in function (haha! get it? they're actually methods)
* These methods are designed to use the Adafruit INA260 current sensor to detect the current during operation.
* If the current draw from the servo is too high, it may indicate an obstruction.
* The implementation of this is a little complex so I recommend not messing with these values.
*/

float openLid () {
while ((pos < lidMaxPosition) && (numberOfRetries < maxRetriesAllowed))
{
raiseLid(moveAmount);
float current = ina260.readCurrent();
myQueue.enqueue(current);
if (myQueue.getAvg() >= maxCurrent){
numberOfRetries += 1;
lowerLid(5);
delay(1000);//Wait before lid open retry
debug.printLine("Max Current Detected, Closing Lid Before Retry");
if(numberOfRetries > maxRetriesAllowed){
exit (-1);//Lid is blocked
}
closeLid();
return;
}
delay(servoDelay);
} // end while loop
numberOfRetries = 0;//reset counter
} // openLid

void closeLid (){
while (pos > lidMinPosition)
{
lowerLid(moveAmount);
float current = ina260.readCurrent();
myQueue.enqueue(current);
if (myQueue.getAvg() >= maxCurrent){
numberOfRetries += 1;
raiseLid(5);
delay(1000);
debug.printLine("Max Current Detected, Opening Lid Before Retry");
if(numberOfRetries > maxRetriesAllowed){
exit (-1);//Lid is blocked
}
openLid();
return;
}
delay(servoDelay);
} // end while loop
numberOfRetries = 0; //reset retry counter
} // CloseLid

private:
const float calibrationFactor = -9660.0; //This value is obtained using the SparkFun_HX711_Calibration sketch.
const int LOADCELL_DOUT_PIN = 10;
const int LOADCELL_SCK_PIN = 11;
const int servoDelay = 40; // Speed of servo. (change not recommended)
const int initialPos = 20; // initial position of servo when feeder is reset. Be careful!; servo will move at max speed to this position.
const int lidMaxPosition = 70; // Maximum position of servo may vary depending on tolerances.
const int lidMinPosition = 0;
const int servoPin = 9;
const float minCatWeight = 11.0; // lbs. Set the minimum activation weight of your animal.
const float maxCatWeight = 1000.0; // lbs. Set the maximum weight of animal. (if you have a bigger dog or cat you dont want getting into the feeder)
const float maxCurrent = 250.00; // Maximum current that is allowed under normal feed operation. Triggers overcurrent protection mechanism.
const int maxRetriesAllowed = 10; // Maximum number of lid movement commands during overcurrent protection before lid operation ceases.
const int numberOfMeasurements = 5; // Number of current measurements to be averaged.
int pos;
int numberOfRetries;
Queue myQueue;
Debug debug;

}; // Feeder

Feeder feeder;
Debug debug;

void setup() {
delay(1000); //wait for boot up
// DEBUG BEGIN
debug.setUpSerial(); // Enables serial port communication. (Make sure debugOn set to true in debug class for USB serial communication)

debug.printLine("Adafruit INA260 Test");

if (!ina260.begin()) {
debug.printLine("Couldn't find INA260 chip");
exit (-1);
}
debug.printLine("Found INA260 chip");
debug.printLine("Configuring Ina");
debug.printMsg("INA260_TIME_8_244_ms = ");
debug.printLine(INA260_TIME_8_244_ms);

ina260.setCurrentConversionTime(INA260_TIME_8_244_ms); // Changes the measurement interval. This makes current readings less spikey.

debug.printMsg("INA260_COUNT_4 = ");
debug.printLine(INA260_COUNT_4);

ina260.setAveragingCount(INA260_COUNT_4); // Changes the number of measurements averaged by the INA260 sensor. This will also make readings less spikey.
INA260_ConversionTime convTime = ina260.getCurrentConversionTime(); // Verifying Ina Configuration
INA260_AveragingCount avgCount = ina260.getAveragingCount(); // Verifying Ina Configuration

if (convTime != INA260_TIME_8_244_ms){
exit(-1);
}
if (avgCount != INA260_COUNT_4){
exit(-1);
}

debug.printLine("Configured Ina");

// DEBUG END

feeder.setUp(); // initialize feeder.
feeder.reset(); // set feeder lid to position 0 and tare scale.

delay(2000);// During construction of the feeder, this delay can be set much higher to align the servo gear with the door gear. (avoid pinchy fingies)
}

void loop() {

debug.printLine("I'm in the loop");

// The following code was used during construction for debug purposes
// feeder.openLid();
// feeder.closeLid();
//debug.printLine("Program Exit");
//
// exit(0);
//END DEBUG

//main code for feeder operation
if (feeder.IsCatOn()) {
feeder.openLid();
}
else{ // Cat is not on the feeder
feeder.closeLid();
}

delay(1000);
}

現(xiàn)在一切都已連接好，您可以繼續(xù)應(yīng)用代碼。通過插入電源來打開電路。使用 USB 電纜將您的 Arduino 或 Pro Trinket 連接到計(jì)算機(jī)。始終確保在連接到計(jì)算機(jī)時(shí)為您的電路供電，否則伺服器可能會(huì)嘗試通過信號(hào)線獲取電力，這可能會(huì)損壞我們的組件。您可能希望暫時(shí)斷開伺服的信號(hào)線。將提供的代碼復(fù)制到 Arduino IDE 中的新草圖中并保存。確保將 INA260 庫添加到 IDE。默認(rèn)情況下應(yīng)該包含伺服庫，并且您應(yīng)該在校準(zhǔn)秤時(shí)添加了 HX711 庫。此項(xiàng)目需要包含所有三個(gè)庫。

1） 通過轉(zhuǎn)到調(diào)試類并將 debugOn 設(shè)置為 true 來打開調(diào)試模式。

2）進(jìn)入Feeder類，進(jìn)入底部的私有數(shù)據(jù)部分。

3） 將calibrationFactor 更改為您在刻度校準(zhǔn)步驟中獲得的值，并確保添加一位小數(shù)。

4） 將 minCatWeight 更改為比您的寵物的重量小一點(diǎn)。

5） 暫時(shí)不要更改 maxCatWeight。

6） 如果您使用的引腳名稱與接線圖中的引腳名稱不同，您可以在本節(jié)中進(jìn)行設(shè)置。

7）編譯并將草圖上傳到您的Arduino。

8）在Arduino IDE中打開串口監(jiān)視器，確保找到INA260芯片。

9）然后它應(yīng)該一遍又一遍地打印出“我在循環(huán)中”。

10） 返回調(diào)試類并將 debugOn 設(shè)置為 false。

11）連接舵機(jī)的信號(hào)線并重新上傳草圖。

12） 舵機(jī)應(yīng)旋轉(zhuǎn)到 20 度，然后緩慢旋轉(zhuǎn)回零。

13） 斷開 USB 和電源。

14）我們現(xiàn)在知道伺服的位置為零。對(duì)齊伺服和軸的斜接齒輪，并將四個(gè)緊固件添加到角落，小心不要弄臟任何電線。蓋子應(yīng)該完全關(guān)閉，沒有間隙。

15） 重新連接饋線的電源。蓋子應(yīng)迅速升至 20 度，然后慢慢接近零。這是校準(zhǔn)階段，每次饋線通電時(shí)都會(huì)發(fā)生。

16） 把一些重量放在秤上，看著它打開。

17） 確保在卸下重量時(shí)它關(guān)閉。

18） 您可以通過阻止蓋子移動(dòng)來測(cè)試安全功能。（如果安全功能失效，請(qǐng)謹(jǐn)慎使用）

如果您的喂食器工作正常，是時(shí)候進(jìn)入最后的步驟了。

使用雙面膠帶或 Velcro 將完成的進(jìn)料器安裝到秤上。

將 maxCatWeight 設(shè)置為比您的寵物的重量稍大一點(diǎn)，然后重新上傳草圖，但這次是您的 Pro Trinket。確保面包板一切正常。我們將通過將所有東西都轉(zhuǎn)移到焊盤上來最小化電子設(shè)備的尺寸。使用與圖 4 之前相同的接線圖，將每個(gè)組件添加到焊接板上。組件的確切布置無關(guān)緊要，只要連接與接線圖中的相同。您可以復(fù)制圖 10 中的排列。圖 11 顯示了如何使用焊料橋接連接。

將焊盤安裝到電子支架上，并使用雙面膠帶或 Velcro 將其固定在送料器內(nèi)。

為了不安裝覆蓋齒輪的護(hù)罩，蓋子必須完全打開。將蓋子滑入到位并關(guān)閉蓋子。在頂部放置固定螺釘以將護(hù)罩固定到位。

我們將饋線插入到 Govee 智能插頭中，這樣我們就可以使用智能揚(yáng)聲器對(duì)其進(jìn)行控制。