Łatwy licznik pszczół: 10 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:28

2019 Łatwy licznik pszczół V.1

W przypadku pytań lub problemów!! Opublikuj je na stronie github tutaj!

Ta wersja licznika pszczół jest łatwa do lutowania i montażu (całość przelotowa). Został przetestowany i działa* z dostarczonym przykładowym kodem.

Obecnie testowany projekt jest łatwy do zaprogramowania i przystępny dla początkujących programistów. Płytka drukowana obsługuje wiele platform Arduino firmy Adafruit, w tym ich linię mikrokontrolerów typu Adafruit Feather oraz mikrokontrolerów Adafruit ItsyBitsy. Pióra Adafruit zawierają funkcje Wi-Fi i dalekiego zasięgu (esp8266*, esp32 i LoRA). Wszystkie modele ItsyBitsy 3V (M0, M4 i 32u4) powinny działać poprawnie.

*W piórku esp8266 brakuje A5. Jeśli używasz tego uControllera, musisz przeskoczyć do innego dostępnego pinu.

Krok 1: Analiza danych – po co liczyć pszczoły?

Możliwe zastosowania

• tempo ekspansji lub spadku lotów pszczół może wskazywać na zdrowie ula
• wzrost lub spadek lotów orientacyjnych w ciągu dni może sygnalizować zdrowie królowej
• przesunięcie czasowe między szczytami wychodzenia i powrotu pszczół może wskazywać na liczbę zbieraczy i odległość od źródła pyłku/nektaru.

• porównanie dwóch lub przeniesienie uli w celu przetestowania pod kątem manipulacji; Jak na przykład,

  • dodawanie/usuwanie nadstawek miodowych
  • wewnętrzne karmienie syropem cukrowym
  • zabiegi na roztocza kwasu szczawiowego
• wprowadzenie do elektroniki, lutowania i programowania mikrokontrolerów
• edukacja pszczół miodnych lub instalacja typu muzealnego

Zdrowie ula

Możliwe wydaje się zrównanie danych o lotach pszczół i lotów orientacyjnych z ogólnym stanem zdrowia ula lub zdrowia królowej. Loty orientacyjne to zachowanie pszczół „w średnim wieku” w wieku około 20 dni. Przed żerowaniem pszczoły w tym wieku opuszczą ul jako grupa około południa, co daje łatwy do zauważenia ~45-minutowy szczyt danych.

Jeśli nastąpi spadek lotów orientacyjnych, może to wskazywać na zmniejszenie nieśności ~42 dni przed (22 dni wylęgu + 20 dni do paszy).

Odległość żerowania

Łatwo zauważyć w danych niewielkie, ale wyraźne przesunięcia między pszczołami WYJŚCIA i pszczołami WCHODZĄ. Wskazuje to zarówno na ilość pszczół, które razem wychodzą i wracają, jak i na przybliżoną odległość lub czas do miejsca żerowania.

Krok 2: Ulepszenia poprzedniego projektu

• Wszystkie elementy przewlekane do łatwego lutowania
• Dual footprint, Socketed, gotowe do użycia uControllers => Feather i ItsyBitsy
• Program w Arduino, Lua i microPython - W sumie 24 bramki, 48 czujników, 6 rejestrów przesuwnych
• ~14,75" długości rozciągającej cały otwór ula Langstroth dla łatwego umieszczenia
• użycie 2 PCB do stworzenia kanapki to niedrogie szybkie rozwiązanie. Płytki PCB należy zamówić w kolorze czarnym (patrz instrukcje), aby emiter IR LED był wchłonięty przez materiał.
• za pomocą 6-pinowych nagłówków do tworzenia zwrotów lub bramek
• Diody IR sterowane mosfetem N-Ch, dzięki czemu diody LED mogą być włączane przez krótkie okresy podczas wykrywania (~75us). Pozwala na zmniejszenie mocy do mniej niż 1ma (plus uController).

Krok 3: Ogólna obsługa

Czujniki podczerwieni (IR)

Pszczoły miodne są przepychane przez 24 bramki, w których czujniki optyczne (48 czujników) określają, czy pszczoła jest obecna i określają kierunek ruchu pszczół. Każdy czujnik optyczny ma diodę IR LED i czujnik IR. Jeśli nie ma pszczół, światło podczerwone jest pochłaniane przez czarną powierzchnię. Jeśli obecna jest pszczoła, światło podczerwone odbija się od pszczoły i uruchamia czujnik.

48 diod LED jest podzielonych na dwa zestawy po 24, przy czym każdy zestaw jest kontrolowany przez mosfet N-ch. Normalne napięcie przewodzenia każdej diody IR wynosi 1,2 V i około 20 mA, jak pokazano na arkuszu danych. Dwie diody LED są połączone szeregowo z rezystorem 22ohm. Na płytce znajdują się zworki, które umożliwiają diodom LED ominięcie rezystorów ograniczających prąd. Nie lutuj zworki, dopóki nie zostanie w pełni przetestowana! Zapoznaj się z instrukcją montażu.

Rejestry przesuwne

Istnieje 6 rejestrów przesuwnych. Oto świetny opis sposobu łączenia i programowania rejestrów przesuwnych. Piny SPI mikrokontrolera odczytują rejestry przesuwne. Wszystkie sześć rejestrów przesuwnych jest odczytywanych jednocześnie. Czujniki są normalnie napięte i pokazują 3,3 V lub WYSOKIE, gdy tranzystor jest wyzwolony i obecna jest pszczoła.

Zasilanie Konstrukcja PCB łączy pin zasilania USB z mikrokontrolera z regulatorem 3,3V, dzięki czemu kabel USB podłączony do mikrokontrolera może zasilać cały projekt.

Krok 4: Instrukcja montażu

Ta wersja licznika pszczół składa się z elementów przewlekanych. Jest łatwy do lutowania i montażu. To jest druga wersja płyty (V1) ukończona w marcu 2020 r. Jeśli masz płytkę w wersji 0 (styczeń/luty 2020 r.), musisz tylko naprawić niektóre z moich poprzednich błędów, w tym dodanie zworki pokazanej tutaj.

1) Zainstaluj czujniki podczerwieni - QRE1113 lub ITR8307

2) zainstaluj rejestry przesuwne qty (6), rezystory LED SIP 22R i rezystory pulldown 100k.

- Rejestry przesuwne, ilość (6) 74HC165- rezystory 22ohm, z magistralą, ilość (4) SIP Pakowane, z magistralą - rezystory 100k omów z magistralą, ilość (6) SIP-9, 8 rezystorów, 9 pinów

3) zainstaluj ilość mosfetów mocy (2), - N-Channel Mosfet FQP30N06

4) zainstaluj małe kondensatory

5) umieść/przylutuj regulator mocy 3.3 V;

- Regulator 3.3V, (wejście, masa, wyjście - IGO, pinout), ilość (1)

6) zainstaluj duży kondensator;

-Kondensator 560 uF, 6,3 V;

7) zainstaluj zielone zaciski śrubowe, ilość (3)

- zaciski śrubowe Dwa pin, 0.1 , ilość(3)

8) zainstaluj nagłówki dla mikroprocesora;

9) zainstaluj ilość (4) 10K rezystorów (zdjęcie jest błędne.. pokazuje tylko 2 rezystory) - rezystory i2c pullup - rezystory pulldown dla mosfetów mocy

Krok 5: Wstępne testy

TESTUJ czujniki Zanim przejdziesz dalej, przetestuj wszystkie diody/czujniki! O wiele łatwiej jest je teraz przetestować, zanim przejdziemy dalej. Uruchom przykładowy kod Blink_IR_Leds.ino

Diody IR są niewidoczne dla ludzkiego oka, ale wiele telefonów i aparatów fotograficznych pozwala zobaczyć diody IR. Widzieć zdjęcie. (niestety większość iPhone'ów ma filtry podczerwieni, więc wypróbuj inny telefon, aż zobaczysz diody podczerwieni). Ten krok jest bardzo ważny, więc upewnij się, że widzisz wszystkie diody LED.

Diody wyglądają dobrze? Jeśli żadna dioda LED nie miga? Sprawdź, czy masz napięcie 3,3 V na złączu pinowym 3,3 V. Jeśli jedna lub dwie diody LED są zgaszone, przelej piny i/lub wymień diody LED, aż diody LED 100% będą migać razem. Diody dobre, świetnie, następnie przetestuj rejestry przesuwne przykładowym kodem test_shift_registers.ino

Użyj białej kartki papieru, aby uruchomić czujniki. Jeśli niektóre czujniki nie działają, sprawdź styki, podgrzej i w razie potrzeby ponownie rozprowadź lut na szpilkach.

Krok 6: Montaż końcowy

Zakończ montaż po przetestowaniu wszystkich czujników. Zainstaluj nagłówki, które łączą górną płytkę drukowaną z dolną płytką drukowaną. !

Ok, jak już wszystko przetestowane, można te zworki wlutować…. Wlutowanie 24 zworek zwiększa zasięg rzucania czujników podczerwieni poprzez zwiększenie napięcia i prądu przewodzenia diody LED. Jest to w porządku, jeśli utrzymujemy czas świecenia diod LED na mniej niż 100us. Jest to opisane w arkuszu danych.

Dwa dostarczone skrypty, zarówno test_shift_registers.ino, jak i bee_counting.ino, spełniają ten wymóg, włączając tylko diody LED na 75us. Jest to pokazane w wierszu 68 (rejestr przesuwny) i wierszu 158 (liczenie pszczół). Po czasie włączenia występuje opóźnienie ~15-20ms przed ponownym ich włączeniem, co przedłuża żywotność diody.

Przylutuj wszystkie 24 zworki.

Krok 7: Pinouty mikrokontrolera Dual Footprint

Płytka drukowana akceptuje dwa mikrokontrolery typu Adafruit. Mikrokontrolery typu Adafruit Feather oraz mikrokontrolery Adafruit ItsyBitsy. Pióra Adafruit zawierają funkcje Wi-Fi i dalekiego zasięgu (*esp8266, esp32 i LoRA). Wszystkie modele ItsyBitsy 3V (M0, M4 i 32u4) powinny działać poprawnie.

Niestety rejestry przesuwne, których używamy (najpopularniejszy układ rejestru przesuwnego!) nie są urządzeniami z pełnym SPI i nie będą współdzielić SPI z innymi urządzeniami.. Są jak najgorsze urządzenia SPI!… dlatego niektóre płyty, takie jak Adalogger lub LoRa po prostu nie zadziała po wyjęciu z pudełka. Nadal możesz to zrobić, wycinając niektóre ślady i łatając linie SPI, aby uwolnić linie SPI i bitbangując SPI do rejestrów przesuwnych, ale jest to trochę trudne do wytłumaczenia w instrukcji.

Sprzęt SPI

Przykładowy kod jest napisany dla Feather ESP32 i itsybitsy M0/M4, ale powinien działać dobrze z innymi. Sprzętowe piny SPI są używane zarówno dla MISO, jak i SCK.

Pin A5 zarówno w ESP32, jak i itsyBitsy jest rejestrem przesuwnym LOAD*Pin A5 nie istnieje w ESP8266. Jeśli używasz tej płyty, musisz wykonać zworkę do innego pinu (powiedzmy, że pin RX jest wolny)

Mosfety mocy

Dwa piny są podłączone do mosfetów mocy napędzających diody podczerwieni;

• szpilki z piór

  • Pin 15 dla bramek 0-11
  • Pin 33 do bramek 12-23

• Szpilki ItsyBitsy

  • Pin 10 dla bramek 0-11
  • Pin 11 do bramek 12-23

Dodatkowe szpilki

Istnieją zaciski śrubowe (zielone) do podłączenia dodatkowych czujników do pinów i2C (SDA i SCL). Istnieje również pin analogowy A4 podłączony do jednego z zacisków śrubowych.

Krok 8: Kod Arduino

Dołączone są trzy skrypty arduino.

• Blink_IR_leds.ino - służy do wizualnej kontroli działania diod LED
• test_shift_registers.ino - służy do funkcjonalnego testowania czujników
• bee_counting.ino - służy do liczenia pszczół!

Ostrzeżenie

Wlutowanie 24 zworek zwiększa zasięg rzucania czujników podczerwieni poprzez zwiększenie napięcia i prądu przewodzenia diody LED. Jest to w porządku, jeśli utrzymujemy czas świecenia diod LED poniżej 100us.

Dwa powyższe skrypty, zarówno test_shift_registers.ino, jak i bee_counting.ino, spełniają ten wymóg, włączając tylko diody LED na 75us. Jest to pokazane w wierszu 68 (rejestr przesuwny) i wierszu 158 (liczenie pszczół).

Kalibracja licznika pszczół

Przez lata zebrałem niesamowite dane. Istnieje możliwość kalibracji licznika pszczół w celu uzyskania wymaganej powtarzalności. Istnieją różne sposoby kalibracji licznika pszczół w zależności od pożądanego efektu. Jedną z metod jest pomiar prędkości ruchu pszczół i liczenie tylko znanych ruchów i wyrzucanie wszystkich fałszywych wyzwalaczy. Ta metoda pomija wiele pszczół, ale może dać spójne wartości. Przemierzenie obszaru czujnika zajmuje pszczoły około 180-350 ms.

Przykładowy kod bee_counting.ino mierzy prędkość pszczół przechodzących przez czujnik i liczy pszczoły poruszające się szybciej niż 650ms i wymaga, aby czas między zakończeniem jednego czujnika a zakończeniem drugiego czujnika był krótszy niż 150ms.

Niektóre z przeszkód, dla których należy przeprowadzić kalibrację, obejmują:

• chociaż pszczoły nie dodają propolisu do sensorów, po pierwszej instalacji spędzą kilka dni wypełniając puste przestrzenie propolisem
• broda w letnie wieczory i rozmyślające pszczoły ogólne dają fałszywe impulsy
• bezpośrednie światło słoneczne pod małym kątem spowoduje fałszywe wyzwolenie czujników (można to dość łatwo złagodzić)

Krok 9: Zestawienie materiałów

Mikrokontroler

Kod został przetestowany z piórem esp32 Huzzah i itsyBitsy M0, ale będzie działał z wszystkimi tymi płytami.

• pióro Huzzah od mouser
• pióro esp8266 od mouser
• piórko LoRa 900mhz od mouser
• ItsyBitsy M0 od mouser
• ItsyBitsy M4 od mouser

Płytka drukowana od JLCPCB ~ 16-25 USD z wysyłką.

Zamów płytki drukowane w kolorze czarnym. Zobacz instrukcje zamawiania PCB.

Części i kawałki

Oto skrócony cennik od mouser. Zobacz alternatywne ceny poniżej, aby zapoznać się z tańszymi opcjami specjalnie dla czujników odbicia.

QRE1113 Czujniki odblaskowe ilość(48)

6-stykowe żeńskie złącza o wysokości 7 mm, odstęp 0,1 , ilość (~36)

Rezystory 22ohm, z magistralą, ilość (4) w opakowaniu SIP, 9 rezystorów, 10 pinów

Rezystory 100 kΩ połączone, ilość (6) SIP-9, 8 rezystorów, 9 pinów

Rejestry przesuwne, ilość (6) 74HC165

Regulator 3.3V, (wejście, masa, wyjście - IGO, pinout), ilość (1)

zaciski śrubowe Dwa pin, 0.1 , ilość(3)

Kondensator ceramiczny 0,1 uF, otwór przelotowy, ilość (6)

Kondensator ceramiczny 1 uF, przelotowy, ilość(1)

560uF, 6,3V kondensator low esr, rozstaw wyprowadzeń 3,5mm, średnica 8mm

Mosfet z kanałem N FQP30N06, ilość (2)

Rezystory 10k, ilość (4), ogólne 1/4 wata

męskie złącza 6 pin, ~ilość (32) lub… 12 pinów (17) i rozebrać w razie potrzeby

Alternatywna cena od chińskiego dystrybutora LCSC

Ktoś wskazał alternatywne ceny, które naprawdę mogą obniżyć koszty.

• Czujniki odbicia ITR8307 ~ 0,13 USD za sztukę (48) (tak samo jak QRE1113)
• 6-pinowe listwy żeńskie o wysokości 8,5 mm. ~0,05 USD za sztukę (36+)
• Rezystor 22 ohm SIP 8, 9 pin, będzie pasował. 0,44 USD za ilość (4)
• Rezystory SIP 100k 8 rezystorów, 9pin, będzie pasować. 0,44 USD za ilość (6)

Krok 10: Zamawianie płytek drukowanych

Do wyboru jest wielu różnych producentów PCB. Te instrukcje pokazują JLCPCB. Potrzebujesz producenta, który potrafi wykonać czarne płytki drukowane. Diody/czujniki podczerwieni muszą być skierowane na czarną powierzchnię, aby zapobiec fałszywym wyzwoleniom, więc dolna płytka drukowana musi być czarna. Minimalna ilość JLCPCB to ilość (5) desek i będziesz potrzebować 2 desek, aby połączyć je ze sobą, aby ukończyć jeden licznik pszczół.

1. Pobierz całe repozytorium… naciśnij duży zielony przycisk z napisem „sklonuj lub pobierz” github… przejdź do pliku „gerbers.zip” w folderze PCB.

2. Przejdź do JLCPCB.com, załóż konto i kliknij przycisk ZAMÓW TERAZ.

3. Kliknij „Dodaj swój plik Gerber” i prześlij spakowane pliki

4. Wybierz 'Czarny' jako kolor PCB. Również w przypadku opcji „Usuń numer zamówienia” wybierz TAK

Koszt wynosi około 8 USD przy minimalnym zamówieniu ilości (5) PCB plus 9-16 USD wysyłki w zależności od metody.

II nagroda w konkursie PCB Design Challenge