樹莓派DIY智能無(wú)臭貓便盆，拉完粑粑自動(dòng)通風(fēng)，成本不到400元

蕭簫 2021-08-16 12:42:01 來(lái)源：量子位

蕭簫 編輯整理
量子位 報(bào)道 | 公眾號(hào) QbitAI

每個(gè)鏟屎官最痛苦的事情之一，莫過(guò)于處理貓咪的“生化武器”——貓屎。

只要貓拉了粑粑，氣味就會(huì)飄出來(lái)，在鏟屎時(shí)還能聞到一股巨酸爽的味道。

好消息，來(lái)自硅谷的一個(gè)華人工程師，想出了一個(gè)絕妙的方法：給貓做個(gè)智能廁所！

結(jié)合小零件，一塊樹莓派就能將貓砂盆升級(jí)成自動(dòng)通風(fēng)貓廁，每當(dāng)貓咪“解決完生理問(wèn)題”，它就能自行啟動(dòng)風(fēng)扇，進(jìn)行散味。

簡(jiǎn)直是鏟屎官福音！來(lái)看看制作流程。

樹莓派控制，紅外自動(dòng)檢測(cè)

硬件上，完整的零件清單如下：

樹莓派Zero W、80mm×80mm的風(fēng)扇（CPU散熱器）、12V電源、1截空調(diào)通風(fēng)管、適量PIR運(yùn)動(dòng)傳感器、適量1kΩ電阻、三極管、1個(gè)降壓-升壓變換器

從亞馬遜官網(wǎng)給出的價(jià)格來(lái)看，這些硬件的總成本在400元左右。

其中，10美元的樹莓派Zero W是整個(gè)裝置的核心，用于控制電路什么時(shí)候運(yùn)行。

作者表示，樹莓派也可以用更便宜的Pico來(lái)代替（5美元），但他想了解自家貓咪的具體拉粑粑時(shí)間……因此選擇了貴一點(diǎn)的Zero W，可以遠(yuǎn)程登錄查看數(shù)據(jù)。

風(fēng)扇用于散味，空調(diào)通風(fēng)管則用于排氣。

至于PIR（紅外）運(yùn)動(dòng)傳感器，則用來(lái)檢測(cè)貓咪什么時(shí)候進(jìn)貓砂盆、什么時(shí)候出去，以決定風(fēng)扇通風(fēng)的時(shí)間。

此外，還需要一個(gè)降壓-升壓變換器（此處用了汽車USB充電器代替），因?yàn)轱L(fēng)扇的供電電壓需要達(dá)到12V，但樹莓派的額定運(yùn)行電壓卻在5V。

同時(shí)，樹莓派的輸出電壓只有3.3V，因此在樹莓派輸出3.3V信號(hào)的時(shí)候，還需要一個(gè)三極管來(lái)控制12V電路的開啟和關(guān)閉。

整體搭建電路圖如下（其中333Ω的電阻，由3個(gè)1kΩ的電阻并聯(lián)獲得）：

其中，PIR指運(yùn)動(dòng)傳感器，Pz指樹莓派（輸出通過(guò)333Ω電阻與三極管相連），fan指風(fēng)扇，而風(fēng)扇和樹莓派之間的就是三極管。

至于圖中的5V電壓，可以直接用降壓變換器，也可以對(duì)汽車USB充電器進(jìn)行一個(gè)改裝：先將它拆開，再把充電器的金屬尖端用電線焊接替代，最后連接到主電路中。

到這里，硬件部分的組裝就已經(jīng)完成，搭建到貓砂盆上方后，看起來(lái)是這個(gè)樣子的：

再用膠帶或者熱熔膠槍組裝起來(lái)就行。

當(dāng)然，這也只是完成硬件部分的制作，軟件上還需要對(duì)樹莓派進(jìn)行設(shè)置。

自動(dòng)通風(fēng)，還能記錄“生理”時(shí)間

首先，需要設(shè)置樹莓派中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)用的SD卡、連接和啟動(dòng)等。

然后，就可以開始往里面填程序了。

由于作者想要記錄貓咪的拉粑粑時(shí)間，因此還安裝了Python和數(shù)據(jù)庫(kù)MariaDB：

sudo apt install mariadb-server-10.0 python3-pip
pip3 install mariadb

除了數(shù)據(jù)庫(kù)以外，還需要一個(gè)可以控制樹莓派GPIO引腳的Python庫(kù)GPIO ZERO（GPIO引腳指圖中這部分）：

sudo apt install python3-gpiozero

安裝后，就可以運(yùn)行主要的程序了（Python編寫），這部分的原理，是在傳感器觸發(fā)后，將風(fēng)扇啟動(dòng)10分鐘：

FAN_ON_DURATION = 10 * 60  # 10 min
outpin = LED(22)
pir = MotionSensor(27, sample_rate=1) # I used the GPIO pin 27
while True: 
  pir.wait_for_motion()
  outpin.on() 
  time.sleep(FAN_ON_DURATION)
  outpin.off()

同時(shí)，作者還希望能在整個(gè)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，自動(dòng)運(yùn)行程序，因此還寫了另一個(gè)文件，將它命名為<(你的)服務(wù)器名稱>.service，確保它在mysqld啟動(dòng)后就能運(yùn)行：

[Unit]
Description=Motion detection service for cat litter
After=mysqld.service
[Service]
ExecStart=/usr/bin/python3 -u motion_detection.py
WorkingDirectory=/home/pi/
StandardOutput=append:/home/pi/execution.log
StandardError=append:/home/pi/execution.log
Restart=alwaysUser=pi 
[Install]
WantedBy=multi-user.target

放進(jìn)/etc/systemd/system文件夾，并允許跟隨系統(tǒng)啟動(dòng)：

sudo systemctl enable <your_service>.service

Done！現(xiàn)在軟件部分也搞定了，可以愉快地給自家貓用上了，據(jù)作者表示，打開風(fēng)扇時(shí)，即使站在旁邊，也基本聞不到味道。

祝：埋屎必中，便便順利~（手動(dòng)狗頭）

解決更多鏟屎官難題

這個(gè)智能“無(wú)臭”貓砂盆的作者，目前在硅谷工作，自我介紹是一名“攻城獅”。

事實(shí)上，作者自己家里就有貓，還是兩只：

除了這個(gè)貓砂盆，作者此前還自己做過(guò)家用版大數(shù)據(jù)處理平臺(tái)、以及樹莓派運(yùn)行的GPS跟蹤器。

作者表示，下一步計(jì)劃研發(fā)一個(gè)新的裝置，阻止貓咪到桌上和自己搶飯。

這年頭，當(dāng)個(gè)鏟屎官都得學(xué)點(diǎn)黑科技了。

GitHub地址：
https://github.com/xinixgit/rpi/tree/main/pi-cat-litter

參考鏈接：
https://xinxindai.medium.com/build-a-ventilated-cat-litter-box-with-pi-zero-ce943d55b446