Contor de albine ușor: 10 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:42

2019 Easy Bee Counter V.1

Pentru întrebări sau probleme !! Vă rugăm să le postați pe site-ul github aici!

Această versiune a tejghelei de albine este ușor de lipit și asamblat (toate găurile trecătoare). A fost testat și funcționează * cu codul de eșantion furnizat.

Designul actual testat este ușor de programat și accesibil programatorilor începători. Placa cu circuite imprimate acceptă mai multe platforme Arduino realizate de Adafruit, inclusiv linia lor de microcontrolere de tip Adafruit Feather și microcontrolere Adafruit ItsyBitsy. Penele Adafruit includ funcții wifi și radio cu rază lungă de acțiune (esp8266 *, esp32 și LoRA). Toate modelele ItsyBitsy 3V (M0, M4 și 32u4) ar trebui să funcționeze bine.

* Penei esp8266 îi lipsește A5. Dacă utilizați acest uController trebuie să treceți la un alt pin disponibil.

Pasul 1: Analiza datelor - De ce să numeri albinele?

Utilizări posibile

• rata de expansiune sau declin a zborurilor albinelor ar putea indica sănătatea stupului
• extinderea sau declinul zborurilor de orientare peste zile ar putea semnala sănătatea reginei
• schimbarea timpului între vârfurile de plecare și întoarcere a albinelor ar putea indica numărul de furajeri și distanța până la sursa de polen / nectar.

• comparație între doi sau mutați stupii pentru a testa manipularile; precum,

  • adăugarea / eliminarea supers miere
  • hrănirea internă cu sirop de zahăr
  • tratamente cu acari oxalici
• introducere în electronică, lipire și programare cu microcontrolere
• educație albină miere sau instalație de tip muzeu

Sănătatea stupului

Pare posibilă echivalarea datelor zborului albinelor și a zborurilor de orientare către toată sănătatea stupului sau sănătatea reginei. Zborurile de orientare sunt un comportament al albinelor „de vârstă mijlocie” de aproximativ 20 de zile. Înainte de hrănirea albinelor de această vârstă vor părăsi stupul ca grup pe la jumătatea zilei, rezultând un vârf de date ușor de văzut de ~ 45 minute.

Dacă există o scădere a zborurilor de orientare, aceasta ar putea indica o reducere a depunerii ouălor cu ~ 42 de zile înainte (ecloziune de 22 de zile + 20 de zile până la furaj).

Distanta de furajare

Este ușor de văzut în date schimbări mici, dar distincte, între albinele OUT și albinele IN. Aceasta indică atât un volum de albine care pleacă și se întorc împreună, cât și o distanță sau un timp dur până la locul de hrănire.

Pasul 2: îmbunătățiri la proiectarea anterioară

• Toate componentele orificiului traversant pentru lipire ușoară
• Amprentă dublă, socketed, uControllers la distanță => Feather și ItsyBitsy
• Program în Arduino, Lua și microPython - Un total de 24 de porți, 48 de senzori, 6 registre de schimbare
• ~ 14,75 "lung întinzând întreaga deschidere a unui stup langstroth pentru o amplasare ușoară
• utilizarea a 2 PCB-uri pentru a crea un sandwich este o soluție rapidă ieftină. PCB-urile trebuie comandate în negru (a se vedea instrucțiunile), astfel încât emițătorul cu LED-uri IR să fie absorbit în material.
• folosind anteturi cu 6 pini pentru a crea turnurile sau porțile
• N-Ch MOSFET a controlat LED-urile IR astfel încât LED-urile să poată fi controlate pe ON pentru perioade scurte de timp în timpul detectării (~ 75us). Permite o putere redusă la mai puțin de 1ma (plus uController).

Pasul 3: Operațiune generală

Senzori infrarosu (IR)

Albinele sunt forțate să traverseze 24 de porți unde senzorii optici (48 de senzori) determină dacă albina este prezentă și determină direcția mișcării albinei. Fiecare senzor optic are un LED IR și un senzor IR. Dacă nu există nicio albină, lumina IR este absorbită pe suprafața neagră. Dacă este prezentă o albină, lumina IR se reflectă pe albină și declanșează senzorul.

Cele 48 de LED-uri sunt împărțite în două seturi de 24, fiecare set fiind controlat de un mosfet N-ch. Tensiunea normală înainte a fiecărui LED IR este de 1,2V și aproximativ 20ma așa cum se arată în foaia tehnică. Două LED-uri sunt conectate în serie cu un rezistor de 22ohm. Pe panou există jumperi care permit LED-urilor să ocolească rezistențele de limitare a curentului. Nu lipiți jumperul până nu îl testați complet! Consultați instrucțiunile de asamblare.

Registre Shift-in

Există 6 registre de schimbare. Iată o descriere excelentă pentru cum să vă conectați și să programați registrele de schimbare. Pinii SPI ai microcontrolerului citesc registrele de schimbare. Toate cele șase registre de schimburi sunt citite în același timp. Senzorii sunt în mod normal coborâți și prezintă 3,3V sau HIGH atunci când este declanșat un tranzistor și este prezentă o albină.

Puterea Designul PCB conectează pinul de alimentare USB de la microcontroler la regulatorul de 3,3V, astfel încât un cablu USB conectat la microcontroler să poată alimenta întregul proiect.

Pasul 4: Instrucțiuni de asamblare

Această versiune a tejghelei pentru albine este completă prin componente ale găurilor. Este ușor de lipit și asamblat. Aceasta este a doua versiune a plăcii (V1) finalizată în martie 2020. Dacă ați obținut placa versiunea 0 (ianuarie / februarie 2020) trebuie doar să remediați unele dintre greșelile mele anterioare, inclusiv adăugarea unui cablu jumper prezentat aici.

1) Instalați senzori IR - QRE1113 sau ITR8307

2) instalați registrele de schimburi cantitatea (6), rezistențele LED SIP 22R și rezistențele de deplasare de 100k.

- Registre de schimbare, cantități (6) 74HC165- rezistențe 22ohm, cu autobuze, cantități (4) SIP ambalate, cu autobuze - rezistențe 100k ohmi cu autobuze, cantități (6) SIP-9, 8 rezistențe, 9 pini

3) instalați mosfete de putere cantitatea (2), - N-Channel Mosfet FQP30N06

4) instalați condensatori mici

5) amplasați / lipiți regulatorul de putere de 3,3V

- Regulator 3.3V, (intrare, masă, ieșire - IGO, pinout), cantitate (1)

6) instalați un condensator mare

- 560uF, condensator de 6,3V

7) instalați borne cu șurub verde, cantitate (3)

- borne cu șurub Două pini, 0,1 , cantitate (3)

8) instalați anteturi pentru microprocesor

9) instalați cantitatea (4) rezistențe 10K (imaginea este greșită.. arată doar 2 rezistențe) - rezistențe de tragere i2c - rezistențe de derulare pentru mosfete de putere

Pasul 5: Testarea inițială

TEST senzori Înainte de a merge mai departe, testați toate LED-urile / senzorii! Este mult mai ușor să le testați acum înainte de a merge mai departe. Rulați exemplul de cod Blink_IR_Leds.ino

LED-urile IR sunt invizibile pentru ochiul uman, dar multe telefoane și camere vă permit să vedeți LED-urile IR. Vezi poza. (din păcate, majoritatea iPhone-urilor au filtre IR, așa că încercați un alt telefon până când vedeți leduri IR). Acest pas este foarte important, deci asigurați-vă că puteți vedea toate LED-urile.

LED-urile arată bine? Dacă nu clipesc LED-uri? Verificați pentru a vă asigura că aveți 3,3V pe antetul pinului de 3,3V. Dacă unul sau două LED-uri sunt stinse, reveniți la pini și / sau înlocuiți LED-urile până când veți obține 100% LED-uri care clipesc împreună. LED-uri bune, super, testează apoi registrele de schimbare cu codul de probă test_shift_registers.ino

Folosiți o bucată de hârtie albă pentru a declanșa senzorii. Dacă unii senzori nu funcționează, verificați pinii, încălziți și refaceți lipirea pe ace, după cum este necesar.

Pasul 6: Adunarea finală

Finalizați asamblarea după ce toți senzorii sunt testați. Instalați anteturile care conectează PCB-ul superior la PCB-ul inferior. !

Ok, odată ce totul este testat, puteți lipi aceste jumperi …. Lipirea celor 24 de jumperi mărește gama de aruncare a senzorilor IR prin creșterea tensiunii și a curentului din LED. Este bine de făcut dacă menținem LED-urile aprinse la mai puțin de 100us. Acest lucru este descris în fișa tehnică.

Două scripturi furnizate, ambele test_shift_registers.ino și bee_counting.ino îndeplinesc această cerință prin aprinderea LED-urilor doar pentru 75us. Acest lucru este afișat pe linia 68 (registru de schimbare) și linia 158 (bee_counting). După timpul de pornire există o întârziere de ~ 15-20ms înainte de a le aprinde din nou, ceea ce păstrează viața LED-ului.

Lipiți toți cei 24 de săritori.

Pasul 7: Pinouts dublu controler de amprentă

Placa cu circuite imprimate acceptă două stiluri Adafruit de microcontrolere. Microcontrolerele de tip Adafruit Feather și microcontrolerele Adafruit ItsyBitsy. Penele Adafruit includ funcții wifi și radio cu rază lungă de acțiune (* esp8266, esp32 și LoRA). Toate modelele ItsyBitsy 3V (M0, M4 și 32u4) ar trebui să funcționeze bine.

Din păcate, registrele de schimbare pe care le folosim (cel mai popular cip de registru de schimbare!) Nu sunt dispozitive SPI complete și nu vor împărtăși SPI cu alte dispozitive.. Sunt ca cele mai proaste dispozitive SPI!… Prin urmare, unele plăci precum Adalogger sau LoRa doar nu va funcționa din cutie. Puteți face totuși tăierea unor urme și patch-urile liniilor SPI pentru a elibera liniile SPI și banging-ul SPI în registrele de schimbare, dar acest lucru este puțin greu de explicat într-un instructable.

SPI hardware

Exemplul de cod este scris pentru Feather ESP32 și itsybitsy M0 / M4, dar ar trebui să funcționeze bine cu alții. Pinii SPI hardware sunt utilizați pentru ambele: MISO și SCK.

Pinul A5 atât pe ESP32, cât și pe itsyBitsy este Shift Register LOAD * Pinul A5 nu există pe ESP8266. Dacă utilizați această placă, trebuie să treceți la un alt pin (să spunem că pinul RX este gratuit)

Power Mosfets

Doi pini sunt conectați la mosfetele de alimentare care conduc LED-urile IR

• Pini de pene

  • Pinul 15 pentru porțile 0-11
  • Pinul 33 pentru porțile 12-23

• Pinii ItsyBitsy

  • Pinul 10 pentru porțile 0-11
  • Pinul 11 pentru porțile 12-23

Pinii suplimentari

Există terminale cu șurub (verde) pentru a conecta senzori suplimentari la pinii i2C (SDA și SCL) Există, de asemenea, un pin analogic A4 conectat la unul dintre terminalele cu șurub.

Pasul 8: Cod Arduino

Există trei scripturi arduino atașate.

• Blink_IR_leds.ino - folosit pentru inspectarea vizuală a LED-urilor care funcționează
• test_shift_registers.ino - folosit pentru a testa funcțional senzorii
• bee_counting.ino - obișnuia să numere albinele!

Avertizare

Lipirea celor 24 de jumperi mărește gama de aruncare a senzorilor IR prin creșterea tensiunii și a curentului din LED. Acest lucru este în regulă dacă menținem LED-urile aprinse la mai puțin de 100us.

Două scripturi de mai sus, ambele test_shift_registers.ino și bee_counting.ino îndeplinesc această cerință prin aprinderea LED-urilor doar pentru 75us. Acest lucru este afișat pe linia 68 (registru de schimbare) și linia 158 (bee_counting).

Calibrarea contorului de albine

Am captat câteva date uimitoare de-a lungul anilor. Este posibil să calibrați contorul de albine pentru a obține repetabilitatea necesară. Există diferite moduri de a calibra contorul de albine în funcție de efectul dorit. O metodă este de a măsura viteza mișcării albinelor și de a număra doar mișcările cunoscute și de a arunca toate declanșatoarele false. Această metodă ratează o mulțime de albine, dar poate da valori consistente. Este nevoie de o albină de aproximativ 180-350ms pentru a traversa regiunea senzorului.

Exemplul de cod bee_counting.ino măsoară viteza albinelor prin senzor și numără albinele care se mișcă mai repede de 650 ms și necesită timpul dintre finalizarea unui senzor și finalizarea celui de-al doilea senzor este mai mic de 150 ms.

Unele dintre obstacolele pentru care trebuie calibrate includ:

• deși albinele nu adaugă propolis senzorilor, vor petrece câteva zile umplând golurile cu propolis la instalarea inițială
• barba în serile de vară și albinele de gardă generală care se răsucesc dau declanșatoare false
• lumina directă a soarelui la un unghi mic va declanșa fals senzorii (acest lucru poate fi atenuat destul de ușor)

Pasul 9: Lista materialelor

Microcontroler

Codul a fost testat cu pene esp32 Huzzah și itsyBitsy M0, dar va funcționa cu toate aceste plăci.

• pene Huzzah de la mouser
• pene esp8266 de la mouser
• pene LoRa 900mhz de la mouser
• ItsyBitsy M0 de la mouser
• ItsyBitsy M4 de la mouser

Placă de circuite imprimate de la JLCPCB ~ 16-25 USD cu livrare.

Comandați PCB-urile în negru. Consultați instrucțiunile de comandă a PCB.

Piese și piese

Iată lista sumară a prețurilor de la mouser. Consultați prețurile alternative de mai jos pentru opțiuni mai ieftine special pentru senzorii de reflectanță.

QRE1113 Senzori reflectorizatori cantitate (48)

Anteturi feminine cu 6 pini înălțime de 7 mm, spațiere de 0,1 , cantitate (~ 36)

Rezistențe 22ohm, autobuz, cantitate (4) SIP ambalat, 9 rezistențe, 10 pini

Rezistențe de 100k ohm, cantitate (6) SIP-9, 8 rezistențe, 9 pini

Registre de schimbare, cantitate (6) 74HC165

Regulator 3.3V, (intrare, masă, ieșire - IGO, pinout), cantitate (1)

borne cu șurub Două pini, 0,1 , cantitate (3)

Condensator ceramic 0,1 uF, orificiu de trecere, cantitate (6)

1 uF Condensator ceramic, orificiu de trecere, cantitate (1)

560uF, 6.3V Condensator esr scăzut, distanța de 3,5 mm, diametrul de 8 mm

N-Channel Mosfet FQP30N06, cantitate (2)

Rezistoare 10k, cantitate (4), generic 1/4 wați

anteturi masculine 6 pini, ~ cant (32) sau … 12 pini cant (17) și se despart după cum este necesar

Preț alternativ de la distribuitorul chinez LCSC

Cineva a subliniat unele prețuri alternative care pot reduce cu adevărat costurile.

• ITR8307 Senzori de reflexie ~ 0,13 USD / fiecare @ cantitate (48) (la fel ca QRE1113)
• Anteturi feminine cu 6 pini înălțime de 8,5 mm. ~ 0,05 USD / fiecare @ cantitate (36+)
• 22 ohm SIP 8 rezistor, 9 pini, se va potrivi. 0,44 dolari pentru cantitatea (4)
• Rezistențe SIP 100k 8 rezistențe, 9 pini, se va potrivi. 0,44 USD pentru cantitatea (6)

Pasul 10: Comandarea plăcii de circuite imprimate

Există o mulțime de diferiți producători de PCB-uri din care să alegeți. Aceste instrucțiuni arată JLCPCB. Aveți nevoie de un producător care poate produce PCB-uri negre. LED-urile / senzorii IR trebuie să indice o suprafață neagră pentru a preveni declanșatoarele false, astfel încât PCB-ul inferior trebuie să fie negru. Minimum JLCPCB este cantitatea (5) de plăci și veți avea nevoie de 2 plăci pentru a face sandwich împreună pentru a completa un contor de albine.

1. Descărcați întreaga repo … apăsați pe butonul verde mare care spune "clonează sau descarcă" github … navigați la fișierul "gerbers.zip" din folderul PCB.

2. Accesați JLCPCB.com, creați un cont și faceți clic pe butonul COMANDĂ ACUM.

3. Faceți clic pe „Adăugați fișierul dvs. Gerber” și încărcați fișierele zip

4. Selectați „Negru” ca culoare PCB. De asemenea, pentru „Eliminați numărul comenzii”, selectați DA

Costul este de aproximativ 8 USD pentru o comandă minimă de cantitate (5) de PCB-uri plus 9-16 USD de expediere, în funcție de metodă.

Premiul II la PCB Design Challenge