Lagani brojač pčela: 10 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:05

2019 Easy Bee Counter V.1

Za pitanja ili probleme !! Molimo vas da ih objavite na github stranici ovdje!

Ova verzija pčelinjeg brojača lako se lemi i sastavlja (sve kroz rupe). Testirano je i radi* s priloženim uzorkom koda.

Trenutno testirani dizajn je jednostavan za programiranje i pristupačan programerima početnicima. Štampana ploča prihvata više Arduino platformi koje proizvodi Adafruit, uključujući njihovu liniju mikrokontrolera tipa Adafruit Feather i mikrokontrolera Adafruit ItsyBitsy. Perje Adafruita uključuje wifi i radijske funkcije velikog dometa (esp8266*, esp32 i LoRA). Svi 3V modeli ItsyBitsy (M0, M4 i 32u4) trebali bi raditi dobro.

*Perju esp8266 nedostaje A5. Ako koristite ovaj uController, morate preskočiti na drugi dostupan pin.

Korak 1: Analiza podataka - Zašto brojati pčele?

Moguće upotrebe

• stopa širenja ili pada letova pčela može ukazivati na zdravlje košnica
• proširenje ili smanjenje orijentacijskih letova tijekom dana moglo bi signalizirati zdravlje kraljice
• vremenski pomak između vrhova pčela koje odlaze i vraćaju se može ukazivati na broj krmača i udaljenost do izvora polena/nektara.

• poređenje između dvije košnice ili premještanje košnica radi testiranja manipulacija; kao što su,

  • dodavanje/uklanjanje mednih supera
  • unutrašnje hranjenje šećernim sirupom
  • tretmani grinja oksalnom kiselinom
• uvod u elektroniku, lemljenje i programiranje mikrokontrolera
• obrazovanje pčela ili postavljanje muzejskog tipa

Zdravlje u košnici

Čini se mogućim izjednačavanje podataka o letu pčela i orijentacijskih letova sa svim zdravljem košnica ili maticom. Orijentacijski letovi su ponašanje sredovječnih pčela starih oko 20 dana. Prije hranjenja pčele ove dobi napustit će košnicu kao grupa oko sredine dana, što rezultira lako vidljivim vrhom podataka od ~ 45 min.

Ako dođe do pada u orijentacijskim letovima, to može ukazivati na smanjenje nesnosti jaja ~ 42 dana prije (22 dana izleganja + 20 dana do krme).

Udaljenost za hranjenje

Lako je vidjeti u podacima male, ali izrazite pomake između pčela OUT i pčela IN. Ovo ukazuje i na količinu pčela koje zajedno odlaze i vraćaju se, kao i na grubu udaljenost ili vrijeme do mjesta za traženje hrane.

Korak 2: Poboljšanja prethodnog dizajna

• Sve komponente kroz rupe za jednostavno lemljenje
• Dvostruki otisak, utičnice, gotovi uControllers => Perje i ItsyBitsy
• Program u Arduinu, Lua i microPythonu - ukupno 24 kapije, 48 senzora, 6 registara smjena
• ~ 14,75 "dugačko rastezanje cijelog otvora vitke košnice radi lakšeg postavljanja
• korištenje 2 PCB -a za stvaranje sendviča jeftino je brzo rješenje. PCB -i moraju biti naručeni u crnoj boji (pogledajte upute) kako bi se IR LED odašiljač upio u materijal.
• pomoću 6 pin zaglavlja za stvaranje stilova skretanja ili vrata
• N-Ch mosfet kontrolirane IC LED diode tako da se LED diode mogu kontrolirati UKLJUČENO tokom osjetljivosti (~ 75us). Omogućava smanjenje snage na manje od 1 ma (plus uController).

Korak 3: Opće operacije

Infracrveni (IC) senzori

Medonosne pčele protjerane su kroz 24 kapije gdje optički senzori (48 senzora) utvrđuju je li pčela prisutna i određuju smjer kretanja pčela. Svaki optički senzor ima IR LED i IC senzor. Ako nema pčela, IC svjetlo se apsorbira u crnu površinu. Ako je pčela prisutna, IC svjetlo se odbija od pčele i aktivira senzor.

48 LED dioda podijeljeno je u dva seta od 24, pri čemu svaki set kontrolira N-ch mosfet. Normalni napredni napon svake IR LED diode je 1,2 V i oko 20 mA kao što je prikazano na tehničkom listu. Dvije LED diode spojene su serijski otpornikom od 22 ohma. Na ploči postoje kratkospojnici koji omogućavaju LED diodama da zaobiđu otpornike koji ograničavaju struju. Nemojte lemiti kratkospojnik dok se potpuno ne ispita! Pogledajte upute za montažu.

Registri za prebacivanje

Postoji 6 registara za izmjenu. Evo sjajnog opisa kako se povezati i programirati registre pomaka. SPI pinovi mikrokontrolera čitaju registre pomaka. Istovremeno se čita svih šest registara smjena. Senzori su obično povučeni nisko i pokazuju 3.3V ili HIGH kada se aktivira tranzistor i prisutna je pčela.

Napajanje Dizajn PCB-a povezuje USB priključak za napajanje iz mikrokontrolera na regulator od 3,3 V tako da USB kabel spojen na mikrokontroler može napajati cijeli projekt.

Korak 4: Upute za sastavljanje

Ova verzija brojača pčela je sastavljena od rupa. Lako se lemi i sastavlja. Ovo je druga verzija ploče (V1) završena u ožujku 2020. Ako imate ploču Verzije 0 (siječanj/veljača 2020), morate samo ispraviti neke od mojih prethodnih grešaka, uključujući dodavanje kratkospojne žice prikazane ovdje.

1) Instalirajte IC senzore - QRE1113 ili ITR8307

2) instalirajte registre pomaka qty (6), SIP 22R LED otpornike i 100k pulldown otpornika.

- Registri pomaka, qty (6) 74HC165- 22ohm otpornici, busirani, qty (4) SIP pakirani, busirani- otpornici 100k ohm busirani, qty (6) SIP-9, 8 otpornika, 9 pinova

3) instalirajte mosfets napajanje qty (2), - N -kanalni Mosfet FQP30N06

4) instalirajte male kondenzatore

5) regulator snage/lemljenja 3.3V

- Regulator 3.3V, (ulaz, uzemljenje, izlaz - IGO, pinout), količina (1)

6) instalirajte veliki kondenzator

- 560uF, 6.3V Kondenzator

7) instalirajte zelene vijčane stezaljke, kom (3)

- vijčani priključci Dvopolni, 0,1 , kol. (3)

8) instalirajte zaglavlja za mikroprocesor

9) instalirajte qty (4) 10K otpornika (slika je pogrešna.. samo prikazuje 2 otpornika) - i2c pullup otpornici - pulldown otpornici za napajanje MOSFET -ova

Korak 5: Početno testiranje

TESTIRAJ senzore Prije nego odete dalje, testirajte sve svoje LED/senzore! Mnogo je lakše testirati ih sada prije nego nastavite dalje. Pokrenite primjer koda Blink_IR_Leds.ino

IC LED diode su nevidljive ljudskom oku, ali mnogi telefoni i kamere omogućuju vam da vidite IC LED diode. Pogledajte sliku. (nažalost većina iPhonea ima IC filtere pa pokušajte s drugim telefonom dok ne vidite IR diode). Ovaj korak je vrlo važan pa provjerite vidite li sve LED diode.

LED diode izgledaju dobro? Ako LED diode ne trepere? Provjerite da li na zaglavlju pina 3.3V imate 3.3V. Ako su jedna ili dvije LED diode ugašene, ponovno postavite pinove i/ili zamijenite LED diode dok 100% LED dioda ne počne treptati zajedno. LED diode dobre, odlične, sljedeći test registre pomaka sa uzorkom koda test_shift_registers.ino

Za aktiviranje senzora upotrijebite bijeli komad papira. Ako neki senzori ne rade, provjerite svoje iglice, zagrijte ih i po potrebi ponovno lemite.

Korak 6: Završna montaža

Završite montažu nakon testiranja svih senzora. Instalirajte zaglavlja koja povezuju gornju PCB sa donjom PCB. !

U redu, nakon što je sve testirano, možete lemiti ove kratkospojnike…. Lemljenjem 24 kratkospojnika povećava se raspon bacanja IR senzora povećanjem prednjeg napona i struje u LED diodi. To je dobro učiniti ako držimo LED diode uključene na manje od 100us. To je opisano u tehničkom listu.

Dvije skripte, oba test_shift_registers.ino i bee_counting.ino zadovoljavaju ovaj zahtjev samo uključivanjem LED dioda za 75us. Ovo je prikazano u retku 68 (smjenski registar) i liniji 158 (brojanje pčela). Nakon vremena uključivanja dolazi do kašnjenja od ~ 15-20 ms prije ponovnog uključivanja, čime se čuva vijek trajanja LED diode.

Lemite sva 24 skakača.

Korak 7: Isključivanje mikrokontrolera s dvostrukim otiskom

Štampana ploča prihvata dva Adafruit stila mikrokontrolera. Mikrokontroleri tipa Adafruit Feather i mikrokontroleri Adafruit ItsyBitsy. Perje Adafruit uključuje wifi i radijske funkcije velikog dometa (*esp8266, esp32 i LoRA). Svi 3v modeli ItsyBitsy (M0, M4 i 32u4) trebali bi dobro funkcionirati.

Nažalost, registri smjena koje koristimo (najpopularniji čip registra pomaka!) Nisu potpuni SPI uređaji i neće dijeliti SPI s drugim uređajima. Oni su poput najgorih SPI uređaja! … stoga neke ploče poput Adaloggera ili LoRa -e jednostavno nece raditi van kutije. To još uvijek možete učiniti tako što ćete izrezati neke tragove i zakrpati SPI linije kako biste oslobodili SPI linije, a bitne oznake SPI prebaciti u registre pomaka, ali to je malo teško objasniti u uputstvima.

Hardverski SPI

Primjer koda napisan je za Feather ESP32 i njegovu bitnu M0/M4, ali bi trebao dobro funkcionirati s drugima. Hardverski SPI pinovi koriste se za: MISO i SCK.

Pin A5 na ESP32 i itsyBitsy je Shift Register LOAD*Pin A5 ne postoji na ESP8266. Ako koristite ovu ploču, morate preskočiti na drugi pin (recimo RX pin je besplatan)

Power Mosfets

Dva pina su spojena na naponske jedinice napajanja koje pokreću IC LED diode

• Igle za pero

  • Pin 15 za vrata 0-11
  • Pin 33 za kapije 12-23

• ItsyBitsy igle

  • Pin 10 za vrata 0-11
  • Pin 11 za vrata 12-23

Extra Pins

Postoje vijčani terminali (zeleni) za povezivanje dodatnih senzora na i2C pinove (SDA i SCL) Tu je i analogni pin A4 spojen na jedan od vijčanih terminala.

Korak 8: Arduino kod

U prilogu su tri arduino skripte.

• Blink_IR_leds.ino - koristi se za vizualni pregled rada LED dioda
• test_shift_registers.ino - koristi se za funkcionalno testiranje senzora
• bee_counting.ino - koristi se za brojanje pčela!

Upozorenje

Lemljenjem 24 kratkospojnika povećava se raspon bacanja IR senzora povećanjem prednjeg napona i struje u LED diodi. To je u redu ako držimo LED diode uključenima na manje od 100us.

Dva gore navedena skripta, oba test_shift_registers.ino i bee_counting.ino zadovoljavaju ovaj zahtjev samo uključivanjem LED dioda za 75us. Ovo je prikazano u retku 68 (smjenski registar) i liniji 158 (brojanje pčela).

Kalibracija brojača pčela

Snimio sam nevjerovatne podatke godinama. Moguće je kalibrirati brojač pčela kako bi se postigla potrebna ponovljivost. Postoje različiti načini kalibriranja brojača pčela ovisno o željenom učinku. Jedna metoda je mjerenje brzine kretanja pčela i samo brojanje poznatih pokreta i izbacivanje svih lažnih okidača. Ovoj metodi nedostaje mnogo pčela, ali može dati konzistentne vrijednosti. Pčeli je potrebno oko 180-350 ms da pređe područje senzora.

Primjerski kôd bee_counting.ino mjeri brzinu pčela kroz senzor i broji pčele koje se kreću brže od 650 ms i zahtijeva da vrijeme od završetka jednog senzora do završetka drugog senzora bude manje od 150 ms.

Neke od prepreka za kalibraciju su:

• iako pčele ne dodaju propolis u senzore, oni će provesti nekoliko dana popunjavajući praznine propolisom nakon početne instalacije
• brada u ljetnim večerima i opće pčele čuvari daju lažne okidače
• izravno sunčevo svjetlo pod malim kutom lažno će aktivirati senzore (ovo se može prilično lako ublažiti)

Korak 9: Opis materijala

Mikrokontroler

Kôd je testiran sa perjem esp32 Huzzah i itsyBitsy M0, ali će raditi sa svim ovim pločama.

• pero Huzzah s miša
• pero esp8266 s mousera
• pero LoRa 900mhz s mousera
• ItsyBitsy M0 s mousera
• ItsyBitsy M4 s mousera

Tiskana ploča iz JLCPCB ~ 16-25 USD sa dostavom.

Naručite PCB -ove u crnoj boji. Pogledajte upute za naručivanje PCB -a.

Delovi i delovi

Ovdje je sažeti popis cijena iz mousera. Za alternativne cijene u nastavku pogledajte jeftinije opcije, posebno za senzore refleksije.

QRE1113 Reflektirajući senzori kol. (48)

6 -polna ženska zaglavlja visine 7 mm, razmak 0,1 , kol. (~ 36)

Otpornici 22ohm, sabirnica, količina (4) SIP pakirano, 9 otpornika, 10 pinova

Otpornici sa 100 k ohma u sabirnici, kol. (6) SIP-9, 8 otpornika, 9 pinova

Registri pomaka, kom (6) 74HC165

Regulator 3.3V, (ulaz, uzemljenje, izlaz - IGO, pinout), količina (1)

vijčani priključci Dvopolni, 0,1 , kol. (3)

0,1 uF keramički kondenzator, kroz rupu, kom (6)

1 uF keramički kondenzator, kroz otvor, kom (1)

560uF, 6,3V Kondenzator niskog esr -a, razmak olova 3,5 mm, prečnik 8 mm

Mosfet n-kanala FQP30N06, kol. (2)

10k otpornika, kol. (4), generički 1/4 vata

muški zaglavlji sa 6 pinova, ~ kol. (32) ili… 12 p. kol. (17) i po potrebi se razdvajaju

Alternativne cijene od kineskog distributera LCSC

Neko je istakao neke alternativne cijene koje zaista mogu smanjiti troškove.

• ITR8307 Senzori refleksije ~ 0,13 USD po komadu (48) (isto kao QRE1113)
• 6 -polna ženska zaglavlja visine 8,5 mm. ~ 0,05 USD po komadu (36+)
• 22 ohm SIP 8 otpornik, 9 pinova, odgovara. 0,44 USD za količinu (4)
• 100k SIP otpornici 8 otpornika, 9 pina, odgovara. 0,44 USD za količinu (6)

Korak 10: Naručivanje tiskanih pločica

Postoji mnogo različitih proizvođača PCB -a za odabir. Ove upute prikazuju JLCPCB. Potreban vam je proizvođač koji može izraditi crne PCB -ove. IR LED/senzori moraju biti usmjereni prema crnoj površini kako bi se spriječili lažni okidači, pa donja PCB ploča mora biti crna. Minimalna JLCPCB je količina (5) dasaka i trebat će vam 2 daske za sendvič kako biste dovršili jedan pčelinji brojač.

1. Preuzmite cijeli repo … pritisnite veliko zeleno dugme na kojem piše "kloniraj ili preuzmi" github … idite do datoteke "gerbers.zip" u mapi PCB.

2. Idite na JLCPCB.com, kreirajte račun i kliknite gumb NARUČI SAD.

3. Kliknite na "Dodaj svoju Gerber datoteku" i učitajte arhivirane datoteke

4. Odaberite 'Black' kao boju PCB -a. Također za "Ukloni broj narudžbe" odaberite DA

Cijena je oko 8 USD za minimalnu narudžbu od 5 (5) PCB-a plus dostava od 9-16 USD ovisno o metodi.

Druga nagrada na PCB Design Challenge -u