Arduino Nano 智能 3D 打印宠物喂食器：定时、防卡粮、断电补喂

项目背景

作者因工作不规律且遇台风洪水无法回家喂狗，决定自制智能喂食器。核心需求：定时双餐、RTC 精准计时、断电后自动补喂、防卡粮抖动机制、EEPROM 掉电保存喂食记录、Hall 传感器闭环计量、全菜单交互界面。总成本约 $100+，但功能远超同价位商品。

核心功能清单

• 每天两次定时喂食，时间精确到分钟
• DS1307 RTC 模块掉电走时，支持手动校时
• Hall 传感器 + 编码轮实现「份数」闭环计量（1 份 = 60°）
• 舵机「抖动」机制自动解除卡粮
• 喂食完成标志存入 EEPROM，上电后检测漏喂自动补喂
• 红/绿双 LED 指示 RTC 与 Hall 传感器故障
• 16×2 I2C LCD 显示当前时间、两餐时间、完成标记、份数
• 5 键菜单：进入/上/下/返回/手动喂食
• 3D 打印模块化外壳，免螺丝卡扣设计，易拆洗

硬件清单

机械结构设计亮点

编码轮双重功能

• 作为舵机输出臂连接分配器原装转轴（锯掉原旋钮、打磨轴径）
• 6 个磁铁均布，Hall 每检测一次 = 1 份 = 60°，份数可在菜单调整（1-20）
• 实测：份数 17 对应 170-177g/餐（视颗粒大小而定）

模块化 3D 打印件

• 外壳：四角卡扣免螺丝，LCD/Arduino/RTC/电源轨各有专用槽位
• 舵机支架：一体打印 Hall 传感器座，木板安装孔留有调整余量
• 漏斗 + 导料槽 + 滑轨：粮食从分配器经漏斗落入导料槽滑入碗中
• 木质框架：底板/背板 L 型 + 直角加强筋 + 立柱 + 横梁，预留 2″ 孔位对准分配器出口

防卡粮「抖动」机制

void jiggle() {
  myservo.write(80);  // 反向微转
  delay(30);
  myservo.write(93);  // 停止位附近
  delay(30);
  myservo.write(180); // 恢复正向
}

若 millis() - hallSensorTime > rotationTime (400ms) 未检测到磁铁，判定卡粮并触发抖动，同时点亮红 LED 报警。

电子电路关键点

• Arduino Nano 通过 Vin (Pin 30) 接 7-20V 外部供电，经板载稳压输出 5V
• Hall 传感器 必须 在 VCC-Signal 间接 10kΩ 上拉，否则输出悬空
• 所有模块 共地：遗漏任一地线会导致 Hall 间歇性失效
• 舵机信号线直驱 Nano D6，电流由外部 LM317 供电，避免 Nano 稳压器过热
• 建议焊接排针/排母而非杜邦线，提高抗振动可靠性

软件架构：状态机菜单

核心库

• JC_Button：按钮去抖动与事件检测
• LiquidCrystal_I2C + LiquidMenu：LCD 菜单渲染
• RTClib：DS1307 驱动
• Servo.h + EEPROM.h

状态枚举

enum STATES {
  MAIN, MENU_EDIT_FEED1, MENU_EDIT_FEED2, MENU_EDIT_TIME,
  MENU_EDIT_PORTION, EDIT_FEED1_HOUR, EDIT_FEED1_MIN,
  EDIT_FEED2_HOUR, EDIT_FEED2_MIN, EDIT_HOUR, EDIT_MIN,
  EDIT_PORTION
};

关键流程

1. setup()：初始化外设、读取 EEPROM 恢复喂食时间/完成标志/份数、挂载 Hall 中断 (FALLING)
2. loop()：changing_states() 刷新当前菜单 → check_buttons() 处理按键 → check_feedtime() 对时触发喂食 → check_rtc() 监测 RTC 故障 → manual_feed_check() 响应手动键
3. check_feedtime()：整点秒=0 时比对两餐时间；午夜 00:00 重置完成标志；上电后若当前时间已过喂食点且未完成 → 触发补喂
4. startFeeding()：舵机全速正转 → 等待 Hall 中断计数达份数 → 完成写 EEPROM → 舵机脱电
5. 菜单切换由 menu_transitions() 统一分发，编辑数值时闪烁当前位

代码优化与扩展建议

• PROGMEM 存储菜单字符串：节省 SRAM，防止复位
• 看门狗定时器：防止程序跑飞导致持续转动
• Wi-Fi 模块 (ESP8266/ESP32)：远程查看喂食记录、修改时间/份数、手动喂食
• 称重模块 (HX711)：实时克重反馈，替代份数估算
• 双宠物识别：RFID 项圈 + 双分配器，实现定点定量分宠投喂

打印与组装提示

• 所有件用 PLA+，Ender 3 Pro + Cura 切片，参数见 GitHub README
• LCD 槽位若偏紧，四角预留 M3×6mm 螺丝孔可补救
• 木工步骤：预钻所有螺丝孔防炸裂，立柱高度按宠物碗高度定
• 分配器改造：手锯锯掉旋钮根部 → 凿除三根支撑柱 → 打磨轴端插入编码轮
• 漏斗插入底板 2″ 孔，导料槽滑入支架，调整间隙防漏粮

总结

这是一个「工程级」的 DIY 宠物喂食器：从机械传动、电子闭环、固件状态机到断电补喂策略，每个环节都经过实战验证。模块化 3D 打印件配合木质框架，兼顾强度与可维护性。代码采用状态机菜单，扩展性强。对于希望深入 Arduino 实战、学习 RTC/EEPROM/Hall/舵机闭环控制的开发者，本项目是极佳的参考范例。GitHub 托管完整 STL、原理图、固件与说明，开箱即用。

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