Jednostavan brojač pčela: 10 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:33

2019. Easy Bee Counter V.1

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

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

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

*Nedostaje pero esp8266 A5. Ako koristite ovaj uController, morate preskočiti na drugi dostupan pin.

Korak 1: Analiza podataka - Zašto brojati pčele?

Moguće uporabe

• stopa širenja ili pada letova pčela mogla bi ukazivati na zdravlje košnica
• proširenje ili smanjenje orijentacijskih letova tijekom dana moglo bi signalizirati zdravlje kraljice
• vremenski pomak između vrhova odlaska i povratka pčela mogao bi ukazivati na broj krmača i udaljenost do izvora peludi/nektara.

• usporedba između dvije košnice ili premještanje košnica radi ispitivanja manipulacija; kao što su,

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

Zdravlje u košnici

Čini se da je moguće izjednačiti podatke o letu pčela i orijentacijske letove sa svim zdravljem košnica ili maticom. Orijentacijski letovi ponašanje su sredovječnih pčela starih oko 20 dana. Prije hranjenja pčele ove dobi napustit će košnicu kao skupina oko sredine dana, što rezultira lako vidljivim vrhom podataka od ~ 45 min.

Ako dođe do pada orijentacijskih letova, to bi moglo ukazivati na smanjenje nesnosti jaja ~ 42 dana prije (22 dana izleganja + 20 dana do krme).

Daljina hranjenja

Lako je vidjeti u podacima male, ali izrazite pomake između pčela OUT i pčela IN. To 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 vrata, 48 senzora, 6 registara smjena
• ~ 14,75 "dugačko rastezanje cijelog otvora vitke košnice za jednostavno postavljanje
• korištenje 2 PCB -a za stvaranje sendviča jeftino je brzo rješenje. PCB -i moraju biti naručeni u crnoj boji (vidi upute) kako bi se IR LED odašiljač upio u materijal.
• pomoću zaglavlja sa 6 pinova za stvaranje stilova skretanja ili vrata
• N-Ch mosfet kontrolirane IR LED diode tako da se LED diode mogu kontrolirati UKLJUČENO tijekom osjetljivosti (~ 75us). Omogućuje smanjenje snage na manje od 1 ma (plus uController).

Korak 3: Opći rad

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 pčele, IC svjetlo se apsorbira u crnu površinu. Ako je pčela prisutna, IR 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 prednji 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 LED diodama omogućuju zaobilaženje otpornika za ograničavanje struje. Nemojte lemiti kratkospojnik dok nije potpuno ispitan! Pogledajte upute za montažu.

Registri pomaka

Postoji 6 registara za izmjenu. Evo sjajnog opisa kako se povezati i programirati registre pomaka. SPI pinovi mikrokontrolera očitavaju 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 montažu

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

1) Ugradite 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 MOSFET -ove za napajanje qty (2), - Mosfet za N -kanal FQP30N06

4) instalirajte male kondenzatore

5) regulator snage/lemljenja 3.3V

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

6) instalirajte veliki kondenzator

- 560uF, 6.3V Kondenzator

7) instalirajte zelene vijčane stezaljke, kol. (3)

- vijčane stezaljke Dva pina, 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! Sada je mnogo lakše testirati ih prije nego što krenete 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 imate li 3.3 V na zaglavlju pinova 3,3 V. Ako su jedna ili dvije LED diode ugašene, ponovno postavite pinove i/ili zamijenite LED diode dok ne zasvijetle 100% LED dioda. LED diode dobre, odlične, sljedeći test provjerite registre pomaka s 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 spajaju gornju PCB s donjom PCB. !

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

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

Lemite sva 24 skakača.

Korak 7: Isključivanje mikrokontrolera s dvostrukim otiskom

Tiskana ploča prihvaća dva adaptera u stilu mikrokontrolera. Mikrokontroleri tipa Adafruit Feather i mikrokontroleri Adafruit ItsyBitsy. Perje Adafruita uključuje wifi i radijske značajke velikog dometa (*esp8266, esp32 i LoRA). Svi modeli 3y ItsyBitsy (M0, M4 i 32u4) trebali bi raditi dobro.

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 neće uspjeti iz kutije. To još uvijek možete učiniti tako da izrežete neke tragove i zakrpite SPI linije kako biste oslobodili SPI linije, a bit SPF -a prebacili u registre pomaka, ali to je malo teško objasniti u uputama.

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)

Snaga Mosfeta

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

• Igle od perja
  • Pin 15 za vrata 0-11
  • Pin 33 za vrata 12-23

• ItsyBitsy igle

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

Dodatne igle

Postoje vijčani terminali (zeleni) za spajanje dodatnih senzora na i2C pinove (SDA i SCL) Također postoji analogni pin A4 spojen na jedan od vijčanih stezaljki.

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. To je u redu ako LED diode držimo uključenima na manje od 100us.

Dvije gore navedene skripte, oba test_shift_registers.ino i bee_counting.ino zadovoljavaju ovaj zahtjev samo uključivanjem LED dioda za 75us. To je prikazano u retku 68 (smjenski registar) i retku 158 (brojanje pčela).

Kalibriranje brojača pčela

Snimio sam nevjerojatne podatke godinama. Moguće je kalibrirati brojač pčela kako bi se postigla potrebna ponovljivost. Postoje različiti načini kalibriranja brojača pčela ovisno o željenom učinku. Jedna je metoda mjerenje brzine kretanja pčela i samo brojanje poznatih pokreta i izbacivanje svih lažnih okidača. Ovoj metodi nedostaje mnogo pčela, ali može dati dosljedne 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 te zahtijeva da vrijeme između završetka jednog senzora i dovršavanja drugog senzora bude manje od 150 ms.

Neke od prepreka za kalibraciju su:

• iako pčele ne dodaju propolis senzorima, provesti će 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 (to se može prilično lako ublažiti)

Korak 9: Opis materijala

Mikrokontroler

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

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

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

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

Dijelovi i dijelovi

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

QRE1113 Reflektirajući senzori kol. (48)

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

Otpornici od 22 ohma, sa sabirnicom, količina (4) SIP pakirano, 9 otpornika, 10 pinova

Otpornici od 100 k ohma sa sabirnicom, količina (6) SIP-9, 8 otpornika, 9 pinova

Registri pomaka, kol. (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 otvor, kol. (6)

1 uF keramički kondenzator, kroz otvor, kol. (1)

560uF, niski esr kondenzatora 6,3 V, razmak olova 3,5 mm, promjer 8 mm

Mosfet N-kanala FQP30N06, količina (2)

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

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

Alternativne cijene od kineskog distributera LCSC

Netko je istaknuo neke alternativne cijene koje doista 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, odgovarat će. 0,44 USD za količinu (4)
• 100k SIP otpornika 8 otpornika, 9 pina, odgovarat će. 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 diode/senzori moraju biti usmjereni prema crnoj površini kako bi se spriječili lažni okidači, pa donja PCB ploča mora biti crna. Minimalni JLCPCB je qty (5) ploča, a trebat će vam 2 daske za sendvič kako biste dovršili jedan pčelinji brojač.

1. Preuzmite cijeli repo … pritisnite veliki zeleni gumb na kojem piše "kloniraj ili preuzmi" github … idite do datoteke "gerbers.zip" u mapi PCB.

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

3. Pritisnite "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 u PCB Design Challengeu