Jednoduché počítadlo včiel: 10 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:56

Jednoduché počítadlo včiel V.1

V prípade otázok alebo problémov !! Uverejnite ich prosím na webe github tu!

Táto verzia počítadla včiel sa ľahko spájkuje a montuje (všetky cez otvor). Bol testovaný a funguje* s poskytnutým ukážkovým kódom.

Súčasný testovaný dizajn je ľahko programovateľný a prístupný pre začínajúcich programátorov. Doska s plošnými spojmi akceptuje viacero platforiem Arduino vyrobených spoločnosťou Adafruit vrátane ich radu mikrořadičov typu Adafruit Feather a mikroovládačov Adafruit ItsyBitsy. Perie Adafruit obsahuje funkcie rádia a rádia na diaľku (esp8266*, esp32 a LoRA). Všetky modely ItsyBitsy 3V (M0, M4 a 32u4) by mali fungovať dobre.

*V perí esp8266 chýba A5. Ak používate tento uController, musíte prejsť na iný dostupný pin.

Krok 1: Analýza údajov - Prečo počítať včely?

Možné použitia

• miera expanzie alebo poklesu letov včiel môže naznačovať zdravie úľa
• rozšírenie alebo zníženie orientačných letov v priebehu niekoľkých dní môže signalizovať zdravie kráľovnej
• časový posun medzi vrcholmi včiel, ktoré odchádzajú a vracajú sa, môže naznačovať počet kosačiek a vzdialenosť od zdroja peľu/nektáru.

• porovnanie dvoch alebo presunu úľov na testovanie manipulácií; ako napr.

  • pridanie/odstránenie medových supers
  • vnútorné kŕmenie cukrovým sirupom
  • ošetrenia roztočmi kyseliny šťaveľovej
• úvod do elektroniky, spájkovania a programovania mikrořadičov
• vzdelávanie včiel medonosných alebo inštalácia múzejného typu

Zdravie úľa

Zdá sa, že je možné porovnať údaje o letoch včiel a orientačné lety so všetkým zdravím úľa alebo kráľovnej. Orientačné lety sú správanie sa včiel „stredného veku“vo veku asi 20 dní. Včely tohto veku pred obživou opustia úľ ako skupinu približne v polovici dňa, čo má za následok ľahko viditeľný ~ 45 minútový vrchol údajov.

Ak dôjde k poklesu orientačných letov, môže to znamenať zníženie znášky vajec ~ 42 dní pred (22 -dňové liahnutie + 20 dní do krmiva).

Vzdialenosť pri hľadaní potravy

V dátach je ľahké vidieť malé, ale zreteľné posuny medzi včelami VONKA a včelami IN. To naznačuje objem včiel, ktoré spoločne odchádzajú a vracajú sa, ako aj hrubú vzdialenosť alebo čas do miesta hľadania potravy.

Krok 2: Vylepšenia predchádzajúceho návrhu

• Všetky súčasti priechodných otvorov pre ľahké spájkovanie
• Dual stopa, zásuvkové, bežne dostupné uControllery => Feather a ItsyBitsy
• Program v Arduino, Lua a microPython - celkom 24 brán, 48 senzorov, 6 posuvných registrov
• ~ 14,75 "dlhé natiahnutie celého otvoru langstroth úľa pre ľahké umiestnenie
• použitie 2 PCB na vytvorenie sendviča je lacné rýchle riešenie. DPS je potrebné objednať čierne (pozri pokyny), aby bol IR LED žiarič absorbovaný do materiálu.
• pomocou 6 kolíkových hlavičiek vytvorte štýly alebo brány
• N-Ch Mosfet ovládané IR LED diódy, takže LED diódy je možné počas snímania (~ 75us) krátkodobo ovládať ZAPNUTÉ. Umožňuje znížiť výkon na menej ako 1 mA (plus uController).

Krok 3: Všeobecná prevádzka

Infračervené (IR) snímače

Včely medonosné sú nútené prejsť 24 bránami, kde optické senzory (48 senzorov) určujú, či je včela prítomná, a určujú smer pohybu včiel. Každý optický senzor má IR LED a IR senzor. Ak nie je prítomná žiadna včela, infračervené svetlo je absorbované do čierneho povrchu. Ak je včela prítomná, infračervené svetlo sa odrazí od včely a spustí senzor.

48 diód LED je rozdelených do dvoch sád po 24, pričom každá sada je ovládaná N-ch mosfetom. Normálne dopredné napätie každej infračervenej LED je 1,2 V a asi 20 mA, ako je uvedené v technickom liste. Dve LED diódy sú zapojené do série s odporom 22 ohmov. Na doske sú prepojky, ktoré umožňujú diódam LED obísť odpory obmedzujúce prúd. Nepájkujte spájku, kým nie je úplne testovaná! Pozrite si montážny návod.

Zaraďovacie registre

Existuje 6 posuvných registrov. Tu je skvelý popis spôsobu pripojenia a programovania posuvných registrov. Kolíky SPI mikroovládača čítajú posuvné registre. Načíta sa všetkých šesť posuvných registrov súčasne. Senzory sú normálne stiahnuté nízko a vykazujú 3,3 V alebo VYSOKÉ, keď je spustený tranzistor a je prítomná včela.

Dizajn DPS spája napájací kolík USB z mikroovládača s regulátorom 3,3 V, takže kábel USB pripojený k mikrokontroléru môže napájať celý projekt.

Krok 4: Pokyny na montáž

Táto verzia počítadla včiel je kompletne skrz otvory. Je ľahké spájkovať a zostavovať. Toto je druhá verzia dosky (V1) dokončená v marci 2020. Ak ste dostali dosku verzie 0 (január/február 2020), stačí opraviť niektoré z mojich predchádzajúcich chýb vrátane pridania prepojovacieho kábla zobrazeného tu.

1) Nainštalujte infračervené senzory - QRE1113 alebo ITR8307

2) nainštalujte posuvné registre (6), odpory LED SIP 22R a 100k pulldown odpory.

- Posuvné registre, množstvo (6) 74HC165- odpory 22 ohmov, zbernicové, množstvo (4) Balíček SIP, bussed- zbernice odpory 100 kOhm, množstvo (6) SIP-9, 8 odporov, 9 pinov

3) nainštalujte výkonové mosfety (2), - N -kanálový Mosfet FQP30N06

4) nainštalujte malé kondenzátory

5) miesto/spájka 3,3 V regulátor výkonu

- 3,3V regulátor, (vstup, zem, výstup - IGO, pinout), množstvo (1)

6) nainštalujte veľký kondenzátor

- 560uF, 6,3V kondenzátor

7) nainštalujte zelené skrutkové svorky, množstvo (3)

- skrutkové svorky dva kolíky, 0,1 , množstvo (3)

8) nainštalujte hlavičky pre mikroprocesor

9) nainštalujte množstvo (4) 10K odpory (obrázok je zlý.. zobrazuje iba 2 odpory) - i2c výsuvné odpory - pulldown odpory pre výkonové mosfety

Krok 5: Počiatočné testovanie

TESTOVANIE senzorov Predtým, ako pôjdete ďalej, vyskúšajte všetky svoje diódy LED/senzory! Teraz je oveľa jednoduchšie ich otestovať a potom pokračovať. Spustite ukážkový kód Blink_IR_Leds.ino

IR LED diódy sú pre ľudské oko neviditeľné, ale mnoho telefónov a kamier vám umožňuje vidieť IR LED. Viď obrázok. (bohužiaľ väčšina iphonov má IR filtre, takže vyskúšajte iný telefón, kým sa nezobrazia IR diódy). Tento krok je veľmi dôležitý, preto sa uistite, že vidíte všetky LED diódy.

LED diódy vyzerajú dobre? Ak neblikajú žiadne diódy LED? Uistite sa, že máte 3,3 V na kolíkovej zásuvke 3,3 V. Ak jedna alebo dve diódy LED zhasnú, pretavte svoje kolíky a/alebo ich vymeňte, kým sa nerozblikajú 100% diódy LED spoločne. LED diódy dobré, skvelé, ďalej vyskúšajte posuvné registre so vzorovým kódom test_shift_registers.ino

Na spustenie senzorov použite biely papier. Ak niektoré senzory nefungujú, skontrolujte svoje kolíky, zahrievajte a podľa potreby pájku spájajte.

Krok 6: Konečná montáž

Dokončite montáž, keď sú testované všetky senzory. Nainštalujte záhlavia, ktoré spájajú hornú dosku plošných spojov so spodnou doskou plošných spojov. !

Ok, keď je všetko otestované, môžete tieto prepojky spájkovať … Spájkovanie 24 prepojok zvyšuje dosah infračervených senzorov zvýšením dopredného napätia a prúdu v dióde LED. To je v poriadku, ak ponecháme čas svietenia LED diód na menej ako 100us. Toto je popísané v údajovom liste.

Dva poskytnuté skripty, test_shift_registers.ino a bee_counting.ino, spĺňajú túto požiadavku zapnutím LED iba na 75us. Ukazuje sa to na riadku 68 (posuvný register) a riadku 158 (počítanie včiel). Po uplynutí času ZAPNUTIA dôjde k oneskoreniu ~ 15-20 ms, než sa opäť zapnú, čím sa predĺži životnosť LED diódy.

Spájkujte všetkých 24 prepojok.

Krok 7: Dvojité výstupky mikroovládača Footprint

Doska s plošnými spojmi akceptuje dva mikrořadiče v štýle Adafruit. Mikrokontroléry Adafruit Feather a Adafruit ItsyBitsy. Perie Adafruit obsahuje funkcie rádia a rádia na diaľku (*esp8266, esp32 a LoRA). Všetky modely ItsyBitsy 3V (M0, M4 a 32u4) by mali fungovať dobre.

Posuvné registre, ktoré používame (najpopulárnejší čip posuvných registrov!), Bohužiaľ nie sú úplné zariadenia SPI a SPI nebudú zdieľať s inými zariadeniami.. Sú ako najhoršie zariadenia SPI! … preto niektoré dosky ako Adalogger alebo LoRa jednoducho nebude fungovať po vybalení z krabice. Stále to môžete urobiť orezaním niektorých stôp a záplatovaním riadkov SPI na uvoľnenie riadkov SPI a bitovaním SPI do posuvných registrov, ale je to trochu ťažké vysvetliť v návode.

Hardvérové SPI

Vzorový kód je napísaný pre Feather ESP32 a itsybitsy M0/M4, ale s ostatnými by mal fungovať dobre. Hardvérové piny SPI sa používajú pre: MISO aj SCK.

Pin A5 na ESP32 aj na jehoBitsy je Shift Register LOAD*Pin A5 na ESP8266 neexistuje. Ak používate túto dosku, musíte prejsť na iný pin (povedzme, že kolík RX je voľný)

Napájacie mosfety

Dva kolíky sú pripojené k výkonovým mosfetom poháňajúcim IR LED diódy

• Perie špendlíky

  • Kolík 15 pre brány 0-11
  • Kolík 33 pre brány 12-23

• ItsyBitsy piny

  • Kolík 10 pre brány 0-11
  • Kolík 11 pre brány 12-23

Extra špendlíky

K dispozícii sú skrutkové svorky (zelené) na pripojenie ďalších senzorov k pinom i2C (SDA a SCL) K jednej zo skrutkových svoriek je tiež pripojený analógový kolík A4.

Krok 8: Kód Arduino

Priložené sú tri skripty arduino.

• Blink_IR_leds.ino - slúži na vizuálnu kontrolu fungovania diód LED
• test_shift_registers.ino - slúži na funkčné testovanie senzorov
• bee_counting.ino - používa sa na počítanie včiel!

Pozor

Spájkovanie 24 prepojok zvyšuje dosah infračervených senzorov zvýšením dopredného napätia a prúdu v dióde LED. To je v poriadku, ak ponecháme čas svietenia diód LED na menej ako 100us.

Dva skripty vyššie, test_shift_registers.ino a bee_counting.ino, spĺňajú túto požiadavku zapnutím LED iba na 75us. Ukazuje sa to na riadku 68 (posuvný register) a riadku 158 (účtovanie včiel).

Kalibrácia počítadla včiel

Za tie roky som zachytil niekoľko úžasných údajov. Počítadlo včiel je možné kalibrovať, aby sa dosiahla požadovaná opakovateľnosť. V závislosti od požadovaného účinku existujú rôzne spôsoby kalibrácie počítadla včiel. Jednou z metód je zmerať rýchlosť pohybu včiel a počítať iba známe pohyby a vyhodiť všetky falošné spúšťače. Táto metóda postráda veľa včiel, ale môže poskytnúť konzistentné hodnoty. Včele trvá prejdenie senzorickej oblasti približne 180-350 ms.

Príklad kódu bee_counting.ino meria rýchlosť včiel cez senzor a počíta včely pohybujúce sa rýchlejšie ako 650 ms a vyžaduje, aby bol čas medzi dokončením jedného senzora a dokončením druhého senzora kratší ako 150 ms.

Medzi niektoré prekážky, ktoré je potrebné kalibrovať, patria:

• aj keď včely nepridávajú do senzorov propolis, pri počiatočnej inštalácii strávia niekoľko dní vyplňovaním dutín propolisom
• brady v letných večeroch a včely generála strážneho, ktoré rozmýšľajú, dávajú falošné spúšťače
• priame slnečné svetlo v nízkom uhle spôsobí senzory s falošnou spúšťou (dá sa to celkom ľahko zmierniť)

Krok 9: Kusovník

Mikroprocesor

Kód bol testovaný s perom esp32 Huzzah a itsyBitsy M0, ale bude fungovať so všetkými týmito doskami.

• perie Huzzah od myši
• perie esp8266 od myši
• pierko LoRa 900 MHz od myši
• ItsyBitsy M0 od myši
• ItsyBitsy M4 od myši

Doska s plošnými spojmi od JLCPCB ~ 16-25 dolárov s poštovným.

Objednajte si DPS čierne. Pozrite si pokyny na objednanie DPS.

Diely a kusy

Tu je súhrnný cenník od Mouser. Lacnejšie možnosti špeciálne pre snímače odrazivosti nájdete nižšie v alternatívnych cenách.

Reflexné snímače QRE1113 množstvo (48)

6 kolíkové zásuvkové lišty vysoké 7 mm, rozstup 0,1 , množstvo (~ 36)

Rezistory 22ohm, zbernicové, množstvo (4) SIP balené, 9 odporov, 10 pinov

Zosilnené odpory 100 kOhm, množstvo (6) SIP-9, 8 odporov, 9 pinov

Posuvné registre, množstvo (6) 74HC165

3,3V regulátor, (vstup, zem, výstup - IGO, pinout), množstvo (1)

skrutkové svorky dva kolíky, 0,1 , množstvo (3)

0,1 uF keramický kondenzátor, priechodný otvor, množstvo (6)

1 uF keramický kondenzátor, cez otvor, množstvo (1)

560uF, 6,3V kondenzátor s nízkym priemerom, rozteč 3,5 mm, priemer 8 mm

N-Channel Mosfet FQP30N06, množstvo (2)

10k odpory, množstvo (4), generický 1/4 wattu

samčie hlavičky 6 -kolíkové, ~ množstvo (32) alebo … 12 -pólové množstvo (17) a podľa potreby sa rozpojte

Alternatívne ceny od čínskeho distribútora LCSC

Niekto poukázal na alternatívne ceny, ktoré môžu skutočne znížiť náklady.

• Odrazové snímače ITR8307 ~ 0,13 USD za kus (48) (rovnaké ako QRE1113)
• 6 kolíkové zásuvkové lišty vysoké 8,5 mm. ~ 0,05 $/kus pri množstve (36+)
• 22 ohmový odpor SIP 8, 9 pinov, to sa zmestí. 0,44 dolárov za množstvo (4)
• 100k SIP rezistory 8 odporový, 9pinový, zmestí sa. 0,44 dolárov za množstvo (6)

Krok 10: Objednávka dosky plošných spojov

Na výber je množstvo rôznych výrobcov plošných spojov. Tieto pokyny ukazujú JLCPCB. Potrebujete výrobcu, ktorý dokáže vyrábať čierne PCB. IR LED/senzory musia smerovať na čierny povrch, aby sa zabránilo falošným spúšťačom, takže spodná doska plošných spojov musí byť čierna. Minimálny počet JLCPCB je 5 dosiek a na dokončenie jedného počítadla včiel budete potrebovať 2 dosky na sendvičovanie.

1. Stiahnite si celé repo … kliknite na veľké zelené tlačidlo s nápisom „klonovať alebo stiahnuť“github … prejdite do súboru „gerbers.zip“v priečinku PCB.

2. Prejdite na stránku JLCPCB.com, vytvorte si účet a kliknite na tlačidlo OBJEDNAŤ TERAZ.

3. Kliknite na „Pridať súbor Gerber“a nahrajte súbory vo formáte zip

4. Ako farbu plošných spojov zvoľte „Čierna“. V časti „Odstrániť číslo objednávky“vyberte aj ÁNO

Cena je asi 8 dolárov za minimálnu objednávku množstva (5) PCB plus poštovné 9-16 dolárov v závislosti od metódy.

Druhá cena v súťaži PCB Design Challenge