本文基于历史智能宠物产品方向做公开化重构。客户名称、品牌外观、真实结构图、供应链、报价和私有算法均已移除，参数按通用家庭场景泛化。内容用于说明同类产品从需求定义到样机量产验证的技术路径，不构成宠物医疗诊断或治疗建议。
1. 项目背景与目标
多猫家庭常见的问题不是“定时出粮”本身，而是无法确认哪只猫吃了多少、快食猫抢占其他食盆、处方粮被误食、食物受潮以及余粮记录不准确。传统单机喂食器只记录电机转动次数，不能证明食物真正进入食盆，更不能区分进食主体。
本方案将 RFID 身份识别、食盆称重、定量出粮和防抢食舱门组合为一个闭环：猫靠近后识别项圈标签，核对喂食计划与权限，打开对应仓门并按需出粮；称重系统记录出粮前后和进食过程重量变化，离开后关闭仓门并同步事件。设备离线时仍按本地计划运行，网络恢复后补传，不把云端连接作为基本喂食的单点依赖。
2. 需求工程化整理
| 需求 | 工程定义 | 影响 |
|---|---|---|
| 个体识别 | 猫数量、标签类型、识别距离、并发接近 | 天线、门控和冲突策略 |
| 喂食 | 日计划、单次克重、处方粮权限、手动加餐 | 电机、料仓和本地规则 |
| 称重 | 食盆量程、分辨率、猫触碰干扰 | 传感器结构和滤波算法 |
| 防抢食 | 进入方向、仓门速度、防夹要求 | 通道尺寸、传感器与机构 |
| 清洁 | 食盆、料仓、出粮通道可拆洗 | 材料、密封和快拆结构 |
| 连接 | Wi-Fi、蓝牙配网、通知和多用户 | MCU、加密与账号权限 |
产品规格先以猫体型、头部宽度、项圈标签位置和进食姿态建立样本库。RFID 有效区不能覆盖整个房间，否则旁边经过的猫会误触发；过窄又会因为标签旋转而漏读。天线布局、仓门位置与食盆距离通过实体猫道模型和真实使用观察共同确认。
3. 技术指标与边界
| 项目 | 样机目标 | 验证方式 |
|---|---|---|
| 身份识别 | 支持多标签白名单和未知标签拒绝 | 不同方向、距离和多猫并发测试 |
| 出粮 | 分档定量，克重按颗粒形状标定 | 多种粮型各50次统计 |
| 食盆称重 | 去皮、温漂补偿、稳定窗口 | 标准砝码与触碰扰动测试 |
| 离线运行 | 保存计划、时间和事件队列 | 断网24小时后核对记录 |
| 防夹 | 电流/力检测+位置确认+反向释放 | 软体模拟物和异常阻挡 |
| 食品接触 | 可拆洗、耐腐蚀、无锐边 | 材料文件和清洗循环 |
摄食克重是消费级趋势数据，受猫爪压盆、粮粒掉落、食盆未复位和多猫同时接近影响，不作为诊断结论。若需要兽医健康管理，应由用户结合体重、饮水和专业检查判断。本方案也不默认支持湿粮长期常温存放，湿粮版本需要制冷、密封和清洗风险重新设计。
4. 系统架构
flowchart TD TAG["RFID标签"] --> READER["识别天线与读卡器"] READER --> MCU["主控MCU"] SCALE["食盆称重"] --> MCU PRES["接近/防夹传感"] --> MCU MCU --> DOOR["仓门执行器"] MCU --> FEED["出粮电机"] MCU --> LOCAL["本地计划与事件队列"] LOCAL --> WIFI["Wi-Fi/云端API"] WIFI --> APP["手机端/家庭账号"]
实时控制全部在设备端完成。主控 MCU 管理标签、称重、门和电机；通信模块负责 TLS、配网、OTA 和消息同步。电机动作与云端解耦，即使云服务不可用，已下发计划仍执行。云端只保存必要的宠物档案、计划和结构化事件，不上传连续音视频，也不通过明文接口暴露家庭使用数据。
5. 工业设计与机械结构
整机由食品仓、计量机构、出粮通道、识别通道、食盆称重底座和防抢食门组成。外壳使用易清洁阻燃材料，食物接触件采用食品接触级塑料或不锈钢。料仓设置密封圈、干燥盒独立仓和透明余量窗口，电机区与粮道隔离，避免粉尘进入齿轮与传感器。
| 模块 | 结构方案 | 维护设计 |
|---|---|---|
| 料仓 | 上盖密封、可视余量、圆角内壁 | 整仓抽出或内胆可洗 |
| 计量 | 分格转盘/螺杆/柔性叶轮 | 无工具拆卸、堵粮可达 |
| 食盆 | 不锈钢内碗+独立承重托盘 | 食盆拿走时自动去皮检查 |
| 仓门 | 圆角滑门或旋转门 | 低力矩、反向释放和手动解锁 |
| 通道 | 可换宽度侧板、无夹尾锐边 | 适配不同体型并易擦洗 |
称重传感器只承受食盆载荷，外壳和猫前爪接触区域通过机械隔离传力，否则猫按压外壳会形成虚假摄食。底座配置四点防滑和水平容差，传感器设置过载保护。粮道坡度、转盘间隙和防架桥筋根据颗粒尺寸验证，不把一种猫粮的标定系数直接用于所有粮型。
6. 硬件、电源与传感器
主控可采用带 Wi-Fi/BLE 的 ESP32 系列或主控 MCU 加独立联网模组。RFID 根据标签生态选择 125 kHz、13.56 MHz 或其他近场方案，天线放在猫头部自然经过的位置并远离电机和金属碗。称重使用梁式传感器加 24 bit ADC，门与出粮电机配置位置、电流或霍尔反馈。
| 硬件 | 接口 | 责任 | 异常处理 |
|---|---|---|---|
| RFID读卡器 | UART/SPI | 标签识别和信号质量 | 连续失败转未知身份 |
| 称重ADC | SPI/差分输入 | 采集食盆重量 | 漂移或过载禁止计量 |
| 门电机 | PWM/驱动桥+电流采样 | 开关防抢食门 | 堵转立即反向释放 |
| 出粮电机 | 步进/减速DC+霍尔 | 定量与堵粮检测 | 反转抖动后停机告警 |
| 接近传感器 | ToF/红外 | 判断头部和离开 | 不单独作为身份依据 |
| 电源 | 12V适配器+5V/3.3V | 电机与逻辑分路供电 | 欠压保存状态并关门安全 |
适配器满足家用安全要求，电机支路和逻辑支路分开滤波。断电时仓门采用可手动推开的安全结构，不能把宠物困在通道。备用电池若存在，只支持完成关门、保存数据和短时运行，不做长时间喂食承诺；电池循环、温升和运输要求单独验证。
7. 固件状态机、数据与云端
stateDiagram-v2 [*] --> Idle Idle --> Identify: presence_detected Identify --> Authorized: tag_allowed Identify --> Reject: unknown_or_wrong_plan Authorized --> OpenDoor: safety_clear OpenDoor --> Dispense: meal_due Dispense --> Eating: weight_stable Eating --> CloseDoor: pet_left CloseDoor --> Sync: door_closed Sync --> Idle: event_saved OpenDoor --> Release: obstruction Release --> Idle: path_clear
身份确认采用连续多次一致读数和信号窗口，避免旁路标签误触发。门打开前确认通道无障碍，关闭时分段降速并监控电流；触发防夹后立即停止并反向，不自动连续重试。称重算法在出粮前去皮，出粮后等待振动衰减，进食期间用稳态窗口计算重量变化，异常触碰数据保留但标记低置信度。
| 数据对象 | 字段 | 保留用途 |
|---|---|---|
| 宠物档案 | pet_id、tag_id、计划、权限 | 本地识别和家庭管理 |
| 喂食计划 | 时段、目标克重、每日上限、粮仓 | 离线执行 |
| 进食事件 | 开始/结束、出粮、摄食、置信度 | 趋势和异常提醒 |
| 设备状态 | 余粮、门、电机、传感器、网络 | 维护和故障定位 |
| 审计记录 | 操作者、计划版本、手动加餐 | 多用户一致性 |
{
"event_id": "FEED-20260916-083012-07",
"device_id": "FEEDER-DEMO-01",
"pet_id": "PET-02",
"tag_id_hash": "8d1f...a29c",
"dispensed_g": 18.4,
"consumed_g": 15.9,
"confidence": 0.93,
"door_obstruction": false,
"offline_created": true,
"firmware": "1.5.2"
}
8. 测试与验收
| 类别 | 测试方法 | 通过边界 |
|---|---|---|
| 标签识别 | 不同方向、速度、项圈松紧和多标签并发 | 白名单稳定识别，误开率满足冻结值 |
| 出粮 | 多种粒径、料仓余量和湿度下重复50次 | 均值和离散度满足目标 |
| 称重 | 标准砝码、猫爪按压、食盆偏载 | 稳态准确，扰动数据被识别 |
| 防抢食 | 授权猫、未授权猫、两猫跟随 | 未授权不能持续进入 |
| 防夹 | 软体模拟物在不同位置阻挡 | 限力、停止并反向释放 |
| 堵粮 | 人为架桥、异物、空仓 | 不持续强驱，告警明确 |
| 离线 | 断网、路由重启、云端超时 | 本地计划照常，恢复后不重复事件 |
| 清洁 | 拆洗、装回、误装和水滴 | 食品区易清洁，电子区不进水 |
寿命测试覆盖门、电机、按键、上盖和食盆插拔。气味、噪声和夜间灯光也列入体验验收。猫的行为差异大，DVT 需要不同体型、毛长和进食习惯的真实家庭试用，并获得明确知情同意；样本只用于产品工程验证，不输出健康诊断结论。
9. 周期、团队与交付
| 阶段 | 参考周期 | 内容 | 输出 |
|---|---|---|---|
| 需求与POC | 2–3周 | RFID区、称重、门和粮型实验 | 样本记录、方案冻结 |
| EVT | 5–7周 | 结构、主板、固件、App最小闭环 | EVT样机、软件V0.1 |
| DVT | 4–6周 | 家庭试用、安全、寿命和网络异常 | DVT报告、整改闭环 |
| PVT | 3–4周 | 模具评审、治具、产测和小批 | 生产文件、检验规范 |
| 角色 | 配置 | 职责 | |
| --- | ---: | --- | |
| 产品/项目 | 1 | 场景、计划、风险和验收 | |
| 结构工程师 | 1–2 | 外观结构、粮道、门和清洁设计 | |
| 硬件/嵌入式 | 1–2 | 主板、传感器、电机和固件 | |
| App/云端 | 1–2 | 配网、账号、计划和消息同步 | |
| 测试工程师 | 1 | 粮型、寿命、安全和家庭试用 |
交付物包括需求规格、ID/结构数据、原理图与PCB文件边界、固件、App与云端接口、产测工具、RFID/称重标定流程、模具与装配要求、测试报告、隐私说明和维护指南。公开文章不包含完整生产 BOM、模具图与私有密钥。
10. 风险与产品化方向
| 风险 | 后果 | 验证 | 控制 |
|---|---|---|---|
| 标签姿态变化 | 漏识别或误拒绝 | 多方向佩戴测试 | 天线优化和连续判定 |
| 多猫尾随 | 非授权进食 | 双猫场景录像与重量关联 | 通道几何、接近感知与门策略 |
| 粮型变化 | 出粮克重偏差 | 多品牌粒径与湿度测试 | 粮型标定和称重闭环 |
| 传感器漂移 | 摄食统计失真 | 温漂与长期零点记录 | 自动去皮、异常置信度 |
| 网络/账号异常 | 计划不同步 | 弱网、重复请求和换绑测试 | 离线优先、幂等和权限审计 |
产品化可扩展双粮仓、体重踏板、饮水联动、边缘视觉确认和家庭多设备协同，但每个新增传感器都要评估隐私、清洁、功耗和误判。核心产品价值仍应建立在“识别可靠、门安全、定量可验证、断网能喂、数据可解释”五项基础能力上，而不是堆叠未经验证的健康结论。
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