一、项目概述
1.1 导言
维基百科中关于环保的内在界说可分为三个方面：对自然环境的维护、对人类寓居环境的维护、对地球生物的维护。在说到对地球生物维护时，很重要的一点便是人与动物的调和同处。
宠物狗作为人类最接近的动物之一，为咱们的日子带来了欢喜与便当，但大多数人在养殖宠物狗时却因为无法了解宠物狗的实在主意而导致各种问题的呈现。因而咱们想经过这款依据AVR内核的宠物狗无线感知交互体系让宠物狗主人愈加了解宠物狗，增进与身边动物的爱情，从而完成人与动物的调和同处。
1.2 项目布景/选题动机
在当今社会，宠物已融入到人们的日常日子之中。单就我国而言，宠物数量已打破一亿，均匀每三个家庭就有一只宠物，此刻宠物的作用已不再局限于为人类作业，而是作为家庭日子的一份子而存在。但随着宠物数量的上升，许多问题也逐步露出出来，宠物心思状况及健康状况的下降，漂泊宠物数量的攀升，近年来乃至在网上呈现优待动物的视频。究其根本原因，在于人对宠物的心思状况短少实在精确的了解，导致对其重视与关心的缺失。此外，当主人外出时，往往无法带着宠物一起外出，不免对宠物的状况有所忧虑，乃至宠物在家中发生事端却无从知晓。
宠物狗作为高级哺乳动物，和人相同具有不同的心思状况，仅仅宠物狗不像人相同能用语言表达实在情感。关于不具备相关常识的一般人来说，这些行为常被宠物主人所忽视。但是作为群居动物，它们会经过一些较为显着的行为学标志来表达自己的心思。
综上所述，为引起更多人的重视，咱们将结合当时抢手新事物——微博，开发并完善这款依据AVR内核的宠物狗无线感知交互体系来处理上述问题，完成人与动物的调和共处。
1.3 项目可行性剖析
经过咱们的开端评价，本项目可行性剖析如下：
1.动物行为学可行性剖析：动物行为学是研讨动物对环境和其它生物的互动等问题的学科。研讨的方针包含：动物的交流行为、心情表达、交际行为、学习行为、繁殖行为等。狗作为一种群居动物，其动物行为学特征较为显着，且因为犬类与人类有着严密的联络，其行为学研讨也已适当老练。咱们团队已和我国科学院心思研讨所取得联络，该安排表示支撑并供给行为学研讨材料作为该体系的理论支撑。依据他们所供给的材料，经收拾后咱们以宠物狗为要点撰写了《动物行为学剖析概述》（详见附录）一文，并以此为规范规划体系中的各项环节。
2.电子工程学可行性剖析：集成电路工业的高速开展使得当时内嵌无线通信模块的MCU已做到低功耗、低本钱、小体积。依据MEMS架构的三轴加快传感器更是在高灵敏度的条件下到达相同的方针。运用两者所制成的无线传感节点只需占用8平方厘米乃至更小的面积，这样，宠物狗带着会更舒适、快捷。
3.商场可行性剖析：依据咱们的开端评价，该项意图什物本钱大概在300元左右，面临现在高达一亿的宠物狗数量以及动辄上千的宠物狗消费商场而言，具有杰出的商场前景。一起本项目所研讨的规模在国内外尚属首例，具有极好的立异性，其实用性、立异度和面向主人及其宠物的交心规划能够吸引来广阔的客户。
二、需求剖析
2.1 功用要求
传感器将收集到的宠物行为信息经开端处理后由MCU发送至PC端，PC端依据接纳到的信息模仿宠物的行为以及外部的环境要素，并对照宠物行为与心思的映射联系，模仿宠物的心思状况，然后依据主人的设定，体系能主动地奉告主人宠物的心思状况、进行主动喂养、改动环境条件或生成文章上传到微博，让主人无论是身处家中仍是远在千里之外都能够精确实时地了解到宠物狗的实时状况。主人亦可依据本身需求，长途主动进行查询宠物状况、修正微博内容、主动喂养、改动环境条件等操作。该体系的功用架构如图1所示。
图1 体系功用架构
2.2 功用要求
1.经过正确设定传感器方位，以尽可能少的传感器数目感知尽可能多的宠物行为学特征。
2.咱们将在电路规划中以低功耗、小体积为方针，运用商场上现有电子器材（例如：AVR单片机、加快传感器等）的特色，尽可能完成全体的低功耗与小体积，使宠物狗佩带舒适，也使本体系愈加节能环保。
3.咱们在规划过程中，将把易于操作作为要点，面向不具备行为心思学、电子规划、软件规划等常识的用户，规划友爱的用户界面、强壮的功用、自在的用户设定，运用户能有更好的体会。
三、方案规划
3.1 体系功用完成原理
图2 体系硬件结构框图
犬类的动物行为学特征首要分为三种：表情、体语、尾语、活泼状况、叫声这五种。因为如今技能与本钱上的约束，运用传感器对狗的面部表情进行感知是不可行的。因而咱们的首要方针是对宠物狗的体语、尾语、活泼状况进行感知，经过终端剖析核算，与现有行为学研讨材料结合模仿宠物狗的心思改变。
体系硬件结构框图如图2所示，以下是对图中首要硬件模块的详细描述。
加快传感器：体语感知要用到两个三轴加快传感器。依据用户本身需求（例如：宠物狗是否有尾巴，四肢是否具有特别含义的动作特征等）可选用若干个二轴加快传感器置于宠物狗身体各部分。体语感知所用的三轴加快传感器别离坐落宠物狗的上半身和下半身，可用于检测宠物狗的各种根本行为状况（例如：趴下、坐下、侧身翻滚、快跑、慢跑等）和计算宠物狗的活泼状况（即与运动时刻、停止时刻相关的状况系数）。因为宠物狗的四肢、尾巴首要活动于二维平面内，故该部分以二轴加快传感器足以检测其运动状况，较之三轴加快传感器其本钱、功耗较低。
音频辨认模块：将单片机中的设定（即宠物狗的不同叫声信息，包含默许增加的通用类型和用户经过客户端自行增加的叫声类型）发送至音频辨认芯片中，经过置于宠物狗项链处的音频接纳器进行收集，比照原先设定，判别叫声类型，并把判别成果发送到AVR单片机中。
环境条件传感器：包含温度、光照等传感器。将当时宠物狗所在室内环境参数发送至单片机中进行处理，当到达某一门限值（可由用户设定）时，将由单片机发送指令发动温度调理等外部环境改进设备。因为宠物狗所在室内环境温差不会太大，故该系列传感器可置于室内固定地址（例如：狗屋），削减宠物狗身上带着的传感器数量，以减轻其担负。
集成无线模块的AVR处理器：首要用于对各个传感器输出的数据和用户的设定进行传输与处理。例如：关于加快传感器的数据进行预处理（例如：将三轴加快传感器的三路输出整合为一路输出）后发送、依据用户设定将宠物狗叫声特征信息送入音频辨认芯片中、判别当时环境状况并向本地电脑发送相关信息等。
外部设备：（1）主动喂养设备。市道上有经过手动机械结构完成对宠物食物的定量办理，只需稍加改装就能够完成用户经过客户端或手机对其进行主动控制、守时定量对宠物进行长途喂养。（2）温度调理器。依据本地电脑宣布的信号主动完成温度升高与下降，方案运用一般51单片机完成简略的主动控制。（3）其它外部设备。视体系需求及开发进度决议竞赛规守时刻内是否进行扩展规划。
3.2 硬件渠道选用及资源配置
考虑到宠物狗佩带的舒适性，以及竞赛方供给的开发渠道体积，咱们团队决议克己板卡以减小宠物狗身上所佩带器材的体积，进步其舒适度。以下为所需的相关器材及资源：
1.ATMEGA128RFA1：该芯片集成了低功耗的AVR单片机及支撑ZigBee协议的无线传输模块。鉴于ZigBee的自组网特性，选用该芯片能简略地完成传感器模块的扩展，且该芯片体积小、功用高、具有丰厚的片内资源和ATMEL软件库的支撑，足以满意体系规划需求。
2.依据MEMS架构的三轴和两轴加快度传感器，该类型传感器体积小、功耗低、精度高，契合本体系的功用要求与功用需求。
3.音频收集器、音频辨认芯片。
4.光照、温度传感器。
5.加热器、主动喂养器等外部设备。
3.3体系软件架构
图3 体系软件结构框图
体系软件结构框图如图3所示。传感器先将数据传至AVR单片机，然后经软件开端处理后发至本地核算机，本地核算机再依据用户的设定模仿出宠物当时动作和心思状况并显现在客户端界面。此刻，客户端可依据用户设定或指令将宠物信息经微博或手机传送给用户，用户也可经过电脑对客户端进行本地或长途的直接操作。
下面是本体系中两个要害部分的软件流程：
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AVR单片机程序流程
AVR单片机中的程序流程图如图4所示。
图4 AVR单片机程序流程
首要，单片机将其间预先设置好的音频特征信息送入到音频辨认芯片中（用户可依据本身宠物状况录制音频信息并进行自界说，然后经客户端发送至AVR单片机内，以扩展音频辨认芯片对宠物狗声响辨认的类型），接着开端接纳各项传感器的数据，并经开端处理后，以必定的速率和频率（以统筹实时反映宠物状况和尽可能削减体系功耗为条件）发送至本地电脑客户端，以便进一步的剖析和处理。
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客户端程序流程
电脑客户端的程序流程如图5所示。
图5 客户端程序流程图
（1）用户在电脑上装置客户端后可经过本地（本方案书中本地均指宠物狗所在地）或长途登录运用客户端。登录客户端后，可在用户操作界面树立多个宠物档案（即一个客户端可反映家中多只宠物狗的行为心思状况）。
（2）可按照自家宠物状况增加其共同的行为特征及相应心思状况。客户端经过将由AVR芯片发来的数据与数据库中宠物狗行为特征数据做比较，判别其当时行为状况，部分行为状况会以动画（用户可自行制作和增加）的方式于操作界面显现给用户，并标明宠物当时的心思状况。
（3）依据用户设定与宠物狗当时的行为心思状况，客户端将经过本地电脑对外部设备、微博、手机进行主动操作，用户亦可经过手机向本地电脑发送指令，以显现宠物当时状况及对部分设定的更改。
3.4 体系估计完成成果
1. 处于试验阶段的什物样品。
2. 适用于Windows体系核算机的客户端软件。
3. 两种或以上不同种类宠物狗的相关动画。
4. 用户可经过手机对客户端进行部分操作。
5. 宠物狗试用该体系的作用视频。
6. 运用无线感知技能勘探犬类行为学特征的研讨报告。
