Preprost števec čebel: 10 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:03

2019 Easy Bee Counter V.1

Za vprašanja ali težave !! Prosimo, objavite jih na spletnem mestu github tukaj!

To različico števca čebel je enostavno spajkati in sestaviti (vse skozi luknjo). Preizkušeno in deluje* z vzorčno kodo.

Trenutno preizkušen dizajn je enostaven za programiranje in dostopen začetnikom programerjem. Tiskano vezje sprejema več Arduino platform Adafruit, vključno z njihovo linijo mikrokrmilnikov Adafruit Feather in mikrokrmilnikov Adafruit ItsyBitsy. Perje Adafruit vključuje wifi in radijske funkcije na dolge razdalje (esp8266*, esp32 in LoRA). Vsi modeli 3y ItsyBitsy (M0, M4 in 32u4) bi morali delovati v redu.

*Pero esp8266 manjka A5. Če uporabljate ta uController, morate preskočiti na drug razpoložljiv pin.

1. korak: Analiza podatkov - Zakaj šteti čebele?

Možne uporabe

• stopnja širjenja ali upadanja letov čebel lahko kaže na zdravje panja
• širitev ali upad orientacijskih letov čez dan lahko signalizira zdravje kraljice
• časovni premik med vrhovi čebel, ki odhajajo in se vračajo, lahko kaže na število krmilnikov in razdaljo do vira cvetnega prahu/nektarja.

• primerjava med dvema ali premikanje panjev za testiranje manipulacij; kot naprimer,

  • dodajanje/odstranjevanje medenih supers
  • notranje hranjenje s sladkornim sirupom
  • zdravljenje pršic z oksalno kislino
• uvod v elektroniko, spajkanje in programiranje mikro krmilnikov
• izobraževanje medonosnih čebel ali postavitev muzejskega tipa

Zdravje panja

Zdi se, da je mogoče podatke o letu čebel in orientacijskih letih enačiti s celotnim zdravjem panja ali matico. Orientacijski leti so vedenje čebel srednjih let, starih približno 20 dni. Preden bodo čebele za iskanje hrane te starosti zapustile panj kot skupina približno sredi dneva, kar bo povzročilo, da bodo podatki vidni v približno 45 minutah.

Če se orientacijski leti zmanjšajo, bi to lahko pomenilo zmanjšanje odlaganja jajc ~ 42 dni prej (22 dni izvalitve + 20 dni do krme).

Oddaljenost hranjenja

V podatkih je enostavno videti majhne, vendar izrazite premike med čebelami OUT in čebelami IN. To kaže tako na količino čebel, ki skupaj odhajajo in se vračajo, kot tudi na približno razdaljo ali čas do mesta iskanja hrane.

2. korak: Izboljšave prejšnjega oblikovanja

• Vse komponente skozi luknje za enostavno spajkanje
• Dvojni odtis, vtičnice, uControllers, ki so na voljo v trgovini => Feather in ItsyBitsy
• Program v Arduinu, Lua in microPythonu - Skupaj 24 vrat, 48 senzorjev, 6 registrov premikov
• ~ 14,75 "dolgo raztezanje celotne odprtine dolgočasnega panja za enostavno postavitev
• uporaba 2 PCB -jev za izdelavo sendviča je poceni hitra rešitev. PCB -je je treba naročiti v črni barvi (glejte navodila), tako da se IR LED oddajnik absorbira v material.
• z uporabo 6-polnih glav za ustvarjanje zavojev ali vrat
• IR-diode, nadzorovane z N-Ch MOSFET-om, tako da je LED mogoče zaznati za kratek čas med zaznavanjem (~ 75us). Omogoča zmanjšanje moči na manj kot 1ma (plus uController).

3. korak: Splošno delovanje

Infrardeči (IR) senzorji

Čebele silijo skozi 24 vrat, kjer optični senzorji (48 senzorjev) ugotavljajo, ali je čebela prisotna, in določajo smer gibanja čebel. Vsak optični senzor ima IR LED in IR senzor. Če ni čebele, se IR svetloba absorbira v črno površino. Če je čebela prisotna, se IR svetloba odbije od čebele in sproži senzor.

48 LED diod je razdeljenih v dva sklopa po 24, pri čemer vsak sklop nadzira N-ch MOSFET. Normalna napetost naprej vsake IR LED je 1,2 V in približno 20 mA, kot je prikazano na podatkovnem listu. Dve LED diodi sta zaporedno povezani z uporom 22 ohmov. Na plošči so mostički, ki LED diodam omogočajo, da zaobidejo trenutne omejevalne upore. Skakalnika ne spajkajte, dokler ni popolnoma preizkušen! Glejte navodila za montažo.

Registri za premik

Obstaja 6 registrov premikov. Tukaj je odličen opis, kako povezati in programirati registre premikov. Zatiči SPI mikrokrmilnika berejo registre premikov. Hkrati se bere vseh šest registrov premikov. Senzorji so običajno nizki in pri sprožitvi tranzistorja in prisotnosti čebele pokažejo 3.3V ali HIGH.

Napajanje Zasnova tiskanega vezja povezuje napajalni zatič USB iz mikrokrmilnika z regulatorjem 3,3 V, tako da lahko kabel USB, priključen na mikrokrmilnik, napaja celoten projekt.

4. korak: Navodila za montažo

Ta različica števca čebel je sestavljena iz lukenj. Je enostavno spajkati in sestaviti. To je druga različica plošče (V1), končana marca 2020. Če imate ploščo različice 0 (januar/februar 2020), morate popraviti nekatere moje prejšnje napake, vključno z dodajanjem mostične žice, prikazane tukaj.

1) Namestite IR senzorje - QRE1113 ali ITR8307

2) namestite registre premikov qty (6), SIP 22R LED uporov in 100k pulldown uporov.

- Menjalni registri, kol. (6) 74HC165- 22ohm upori, vodilo, kol. (4) SIP zapakirano, vodilo- upori 100k ohm, kol. (6) SIP-9, 8 uporov, 9 zatičev

3) namestite napajalne enote MOSFET qty (2), - N -kanalni MOSFET FQP30N06

4) namestite majhne kondenzatorje

5) regulator moči/mesto spajkanja 3.3V

- 3.3V regulator, (vhod, ozemljitev, izhod - IGO, pinout), količina (1)

6) namestite velik kondenzator

- 560uF, 6,3V kondenzator

7) namestite zelene vijačne sponke, kol. (3)

- vijačne sponke Dvopolni, 0,1 , kol. (3)

8) namestite glave za mikroprocesor

9) namestite količino (4) 10K uporov (slika je napačna.. prikazuje samo 2 upora) - upori upori i2c - upogibni upori za napajanje MOSFET

5. korak: Začetno testiranje

PRESKUSNI senzorji Preden greste dlje, preizkusite vse svoje LED/senzorje! To je veliko lažje preizkusiti, preden greste dlje. Zaženite vzorčno kodo Blink_IR_Leds.ino

IR LED diode so nevidne za človeško oko, vendar številni telefoni in kamere omogočajo ogled IR LED. Glej sliko. (na žalost ima večina iPhonov IR filtre, zato poskusite z drugim telefonom, dokler ne vidite IR LED). Ta korak je zelo pomemben, zato se prepričajte, da vidite vse LED.

LED diode izgledajo dobro? Če nobena LED ne utripa? Preverite, ali je na glavi 3,3 V pin 3,3 V. Če sta ena ali dve LED diodi izklopljeni, prestavite nožice in/ali zamenjajte LED, dokler ne utripata 100% LED. Svetleče diode dobre, super, naslednji preskus registrov premikov z vzorčno kodo test_shift_registers.ino

Za sprožitev senzorjev uporabite bel kos papirja. Če nekateri senzorji ne delujejo, preverite svoje zatiče, po potrebi jih segrejte in ponovno spajkajte.

6. korak: Končna montaža

Ko so vsi senzorji testirani, zaključite montažo. Namestite glave, ki povezujejo zgornje tiskano vezje s spodnjim tiskanim vezjem. !

Ok, ko je vse preizkušeno, lahko te skakalce spajkaš … Spajkanje 24 skakalcev poveča obseg vrtenja IR senzorjev s povečanjem napetosti in toka naprej v LED. To je v redu, če čas LED svetijo manj kot 100us. To je opisano v podatkovnem listu.

Na voljo sta dva skripta, test_shift_registers.ino in bee_counting.ino, ki izpolnjujeta to zahtevo le tako, da LED prižgeta za 75us. To je prikazano v vrstici 68 (premični register) in vrstici 158 (štetje čebel). Po času vklopa pride do zamika ~ 15-20 ms, preden jih ponovno vklopite, kar ohranja življenjsko dobo LED.

Spajkajte vseh 24 skakalcev.

Korak 7: Dvojni odtisi mikrokrmilnika z odtisom

Tiskano vezje sprejema dva mikrokrmilnika v slogu Adafruit. Mikrokrmilniki tipa Adafruit Feather in mikrokrmilniki Adafruit ItsyBitsy. Perje Adafruit vključuje wifi in radijske funkcije na dolge razdalje (*esp8266, esp32 in LoRA). Vsi modeli 3y ItsyBitsy (M0, M4 in 32u4) bi morali delovati v redu.

Na žalost registri premikov, ki jih uporabljamo (najbolj priljubljen čip registra premikov!), Niso polne naprave SPI in ne bodo delili SPI z drugimi napravami. So kot najslabše naprave SPI! … zato nekatere plošče, kot sta Adalogger ali LoRa enostavno ne bo šlo iz škatle. Še vedno lahko to storite tako, da izrežete nekaj sledi in popravite linije SPI, da sprostite linije SPI, in SPI potegnete v registre premikov, vendar je to težko razložiti v navodilih.

Strojna oprema SPI

Primer kode je napisan za Feather ESP32 in itsybitsy M0/M4, vendar bi moral dobro delovati z drugimi. Strojni zatiči SPI se uporabljajo za MISO in SCK.

Pin A5 na ESP32 in itsyBitsy je register premikov LOAD*Pin A5 ne obstaja na ESP8266. Če uporabljate to ploščo, morate preskočiti na drug pin (recimo, da je pin RX brezplačen)

Napajanje Mosfetov

Dva napajalnika sta povezana z napajalnimi enotami za napajanje, ki poganjajo IR LED

• Zatiči iz perja
  • Pin 15 za vrata 0-11
  • Pin 33 za vrata 12-23

• Zatiči ItsyBitsy

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

Dodatni zatiči

Obstajajo vijačni priključki (zeleni) za priključitev dodatnih senzorjev na zatiče i2C (SDA in SCL) Obstaja tudi analogni zatič A4, priključen na enega od vijačnih sponk.

8. korak: Arduino koda

Priloženi so trije skripti arduino.

• Blink_IR_leds.ino - uporablja se za vizualni pregled delovanja LED
• test_shift_registers.ino - uporablja se za funkcionalno testiranje senzorjev
• bee_counting.ino - uporablja se za štetje čebel!

Opozorilo

Spajkanje 24 skakalcev poveča obseg vrtenja IR senzorjev s povečanjem napetosti in toka naprej v LED. To je v redu, če nastavimo čas delovanja LED na manj kot 100us.

Dva zgornja skripta, oba test_shift_registers.ino in bee_counting.ino, izpolnjujeta to zahtevo, tako da LED prižgeta le za 75us. To je prikazano v vrstici 68 (premični register) in vrstici 158 (štetje čebel).

Umerjanje števca čebel

Z leti sem zajel nekaj neverjetnih podatkov. Za dosego zahtevane ponovljivosti je mogoče kalibrirati števec čebel. Odvisno od želenega učinka, lahko čebele umerite na različne načine. Ena od metod je merjenje hitrosti gibanja čebel in samo štetje znanih gibov ter izločanje vseh lažnih sprožilcev. Ta metoda pogreša veliko čebel, vendar lahko daje dosledne vrednosti. Čebela prečka območje senzorja za približno 180-350 ms.

Primer kode bee_counting.ino meri hitrost čebel skozi senzor in šteje čebele, ki se gibljejo hitreje od 650 ms, ter zahteva, da je čas med dokončanjem enega senzorja in dokončanjem drugega senzorja manjši od 150 ms.

Nekatere ovire za umerjanje so:

• čeprav čebele senzorjem ne dodajajo propolisa, bodo ob prvi namestitvi porabile več dni zapolnjevanja praznin s propolisom
• brada v poletnih večerih in čebele splošne straže premišljujejo o sprožitvi sprožitve
• neposredna sončna svetloba pod nizkim kotom bo lažno sprožila senzorje (to je mogoče precej enostavno ublažiti)

9. korak: Predmet materiala

Mikro krmilnik

Koda je bila preizkušena s perjem esp32 Huzzah in itsyBitsy M0, vendar bo delovala z vsemi temi ploščami.

• pero Huzzah iz mouserja
• perje esp8266 iz mouserja
• perje LoRa 900mhz od mouserja
• ItsyBitsy M0 od mouserja
• ItsyBitsy M4 iz mouserja

Tiskano vezje iz JLCPCB ~ 16-25 USD z poštnino.

Naročite PCB -je v črni barvi. Glejte navodila za naročanje tiskanih vezij.

Deli in kosi

Tu je povzetek seznama cen od mouserja. Za cenejše možnosti, posebej za senzorje odbojnosti, glejte alternativne cene spodaj.

QRE1113 Kombinirani odsevni senzorji (48)

6 -polni ženski glavi z višino 7 mm, razmikom 0,1 , količina (~ 36)

22 ohmski upori, vodilo, količinsko (4) SIP zapakirano, 9 uporov, 10 zatičev

100 k ohmski upori v vodi, količinsko (6) SIP-9, 8 uporov, 9 zatičev

Registri premikov, kol. (6) 74HC165

Regulator 3.3V, (vhod, ozemljitev, izhod - IGO, pinout), količina (1)

vijačne sponke Dvopolni, 0,1 , kol. (3)

0,1 uF keramični kondenzator, skozi luknjo, kol. (6)

1 uF keramični kondenzator, skozi luknjo, količina (1)

560uF, 6,3 V nizki kondenzator, 3,5 mm razmika med vodili, premer 8 mm

N-kanalni Mosfet FQP30N06, količina (2)

10k uporov, količina (4), generični 1/4 vati

moški glavi 6 -polni, ~ kosov (32) ali… 12 -polni koti (17) in se po potrebi razcepijo

Alternativne cene od kitajskega distributerja LCSC

Nekdo je opozoril na alternativne cene, ki lahko resnično znižajo stroške.

• Senzorji odseva ITR8307 ~ 0,13 USD/vsak pri količini (48) (enako kot QRE1113)
• 6 -polni ženski glavi z višino 8,5 mm. ~ 0,05 USD/kos pri količini (36+)
• 22 ohmski upor SIP 8, 9 polni, bo ustrezal. 0,44 USD za količino (4)
• 100k SIP upori 8 upor, 9pin, bo ustrezal. 0,44 USD za količino (6)

10. korak: Naročanje tiskanih vezij

Na izbiro je veliko različnih proizvajalcev PCB. Ta navodila prikazujejo JLCPCB. Potrebujete proizvajalca, ki lahko izdeluje PCB -je v črni barvi. IR LED/senzorji morajo kazati na črno površino, da preprečijo lažne sprožitve, zato mora biti spodnje tiskano vezje črno. Najmanjša količina JLCPCB je 5 (5) plošč, za dokončanje enega števca čebel pa potrebujete 2 plošči, ki ju lahko združite.

1. Prenesite celotno repo… pritisnite velik zeleni gumb z napisom »clone or download« github … pojdite do datoteke »gerbers.zip« v mapi PCB.

2. Pojdite na JLCPCB.com, ustvarite račun in kliknite gumb NAROČI ZDAJ.

3. Kliknite "Dodaj datoteko Gerber" in naložite datoteke v zadrgi

4. Za barvo tiskanega vezja izberite 'Black'. Tudi za "Odstrani številko naročila" izberite DA

Cena je približno 8 USD za minimalno naročilo količin (5) PCB-jev in pošiljanja 9-16 USD, odvisno od metode.

Druga nagrada na PCB Design Challenge