硬件编程 · 猫咪自动喂食器 · 2026-09-02

猫咪自动喂食器硬件编程项目方案

需求洞察

目标用户为上班族、经常出差或短期外出的养猫家庭。核心痛点是猫咪进食时间不规律，主人无法准点回家放粮，导致猫咪饥一顿饱一顿，或一次性投喂过多造成肥胖、消化不良。传统重力喂食器容易出现卡粮、出粮量不均、无法远程干预等问题。该项目利用 ESP32 的低成本联网能力，结合步进电机精准控制出粮量，通过 MQTT 协议让用户随时查看设备状态并远程手动喂食，同时支持本地定时自动出粮，既解决刚性需求，又具备良好的扩展性与可玩性，适合作为嵌入式联网项目的练手作品。

方案设计

感知层：使用 HX711 称重传感器模块检测粮桶余量，通过 ADC 采集重量数据，用于余粮不足告警；同时监测步进电机转动圈数，换算为出粮克数，实现定量喂食。

控制层：ESP32 作为主控，负责定时调度、电机驱动逻辑、舵机联动逻辑、MQTT 客户端通信。定时任务通过 NTP 获取标准时间，在设定时刻触发喂食流程。本地还保留一组 RTC 备用，防止网络不可用时定时失效。

执行层：步进电机通过 ULN2003 驱动板驱动 28BYJ-48 电机，带动螺旋叶片旋转将猫粮推出出粮口；舵机控制挡板开合，出粮时挡板打开，结束后关闭防止猫粮继续漏出。

日志/联网层：ESP32 连接家庭 Wi-Fi，通过 MQTT 协议连接公共 Broker（如 EMQX 或 Mosquitto），发布主题包括cat_feeder/status（在线状态、余粮、电量）、cat_feeder/feed_log（每次喂食时间与克数），订阅主题cat_feeder/cmd用于接收远程手动喂食指令。支持离线缓存最近 20 条喂食记录，联网后补报。

物料清单

若将 HX711 模块替换为红外对射传感器（约 3 元），总成本可降至 84 元。若不购买 3D 打印件，用纸板手工制作螺旋机构，成本可再降 4 元。

接线与结构

原定 GPIO 分配无需改动。HX711 的 DT 与 SCK 选用 GPIO33 与 GPIO32，避开 I2C 与 SPI 常用引脚，降低信号干扰。舵机与步进电机分时供电，避免同时启动造成电压跌落复位。

结构上，亚克力板切割成底座与侧板，底座安装步进电机，电机轴穿过亚克力板连接螺旋叶片，叶片上方安装漏斗形储粮仓，出粮口下方设置舵机控制的挡板。整体高度控制在 25cm 以内，防止猫咪翻倒。

核心代码

以下是 PlatformIO Arduino 骨架代码（可编译），使用 PubSubClient 与 AccelStepper 库。

#include <WiFi.h>
#include <PubSubClient.h>
#include <AccelStepper.h>
#include <ESP32Servo.h>

const char* ssid = "YOUR_WIFI";
const char* password = "YOUR_PASS";
const char* mqtt_server = "broker.emqx.io";

WiFiClient espClient;
Servo servo;

const int servoPin = 13;
bool feeding = false;
unsigned long lastFeedTime = 0;

void connectMQTT() {
  while (!client.connected()) {
    if (client.connect("CatFeederESP32")) {
      client.subscribe("cat_feeder/cmd");
    }
  }
}

void callback(char* topic, byte* payload, unsigned int length) {
  String msg;
  for (int i = 0; i < length; i++) msg += (char)payload[i];
  if (msg == "feed") {
    feeding = true;
  }
}

void feedOnce() {
  servo.write(90);  // 打开挡板
  stepper.move(2048);  // 转一圈约出粮 5g
  while (stepper.distanceToGo() != 0) {
    stepper.run();
  }
  delay(200);
  servo.write(0);  // 关闭挡板
  feeding = false;
  client.publish("cat_feeder/feed_log", "fed now");
}

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  stepper.setSpeed(600);
  servo.attach(servoPin);
  WiFi.begin(ssid, password);
  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
    delay(500);
  }
  client.setCallback(callback);
}

void loop() {
  if (!client.connected()) connectMQTT();
  client.loop();
  if (feeding) feedOnce();
}