Лесен брояч на пчелите: 10 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:50

2019 Easy Bee Counter V.1

За въпроси или проблеми !! Моля, публикувайте ги на сайта на github тук!

Тази версия на брояча за пчели е лесна за запояване и сглобяване (през всички отвори). Тестван е и работи* с предоставен примерен код.

Настоящият изпитан дизайн е лесен за програмиране и достъпен за начинаещи програмисти. Печатната платка приема множество платформи Arduino, произведени от Adafruit, включително тяхната линия от микроконтролери тип Adafruit Feather и микроконтролери Adafruit ItsyBitsy. Перата на Adafruit включват wifi и радиосистеми за дълги разстояния (esp8266*, esp32 и LoRA). Всички 3V модели на ItyBitsy (M0, M4 и 32u4) трябва да работят добре.

*Перото esp8266 липсва A5. Ако използвате този uController, трябва да преминете към друг наличен щифт.

Стъпка 1: Анализ на данните - Защо да броите пчелите?

Възможни употреби

• скоростта на разширяване или намаляване на пчелните полети може да показва здравето на кошера
• разширяването или намаляването на ориентационните полети в продължение на дни може да сигнализира за здравето на кралицата
• промяната във времето между върховете на напускащите и връщащите се пчели може да показва броя на фуражорите и разстоянието до източника на цветен прашец/нектар.

• сравнение между два или преместване на кошери за тестване за манипулации; като,

  • добавяне/премахване на медни супери
  • вътрешно хранене със захарен сироп
  • лечение на акари с оксалова киселина
• въведение в електрониката, запояването и програмирането на микроконтролери
• обучение на медоносните пчели или инсталация от музеен тип

Здраве на кошера

Приравняването на данните за полетите на пчелите и ориентационните полети към цялото здраве на кошера или здравето на майката изглежда възможно. Ориентационните полети са поведение на пчели на средна възраст на около 20 дни. Преди да намерят храна за пчелите на тази възраст, ще напуснат кошера като група около средата на деня, което ще доведе до лесно видим пик от ~ 45 минути в данните.

Ако има спад в ориентационните полети, това може да означава намаляване на снасянето на яйца ~ 42 дни преди (22 дни излюпване + 20 дни до фураж).

Разстояние за изхранване

Лесно е да се видят в данните малки, но отчетливи смени между пчелите OUT и пчелите IN. Това показва както обема на пчелите, които напускат и се връщат заедно, така и грубо разстояние или време до мястото за хранене.

Стъпка 2: Подобрения на предишния дизайн

• Всички компоненти през отвора за лесно запояване
• Двоен отпечатък, гнездо, готови uControllers => Feather и ItsyBitsy
• Програма в Arduino, Lua и microPython - Общо 24 порта, 48 сензора, 6 регистри за смяна
• ~ 14,75 "дълго разтягане на целия отвор на костен кошер за лесно поставяне
• използването на 2 печатни платки за създаване на сандвич е евтино бързо решение. ПХБ трябва да бъдат поръчани в черно (вижте инструкциите), така че IR LED излъчвателят да се абсорбира в материала.
• използвайки 6 пинови заглавки за създаване на стилове на завой или порти
• Инфрачервени светодиоди с N-Ch MOSFET контрол, така че светодиодите могат да се контролират ВКЛЮЧЕНИ за кратки периоди по време на усещане (~ 75us). Позволява намалена мощност до по -малко от 1ma (плюс uController).

Стъпка 3: Общи операции

Инфрачервени (IR) сензори

Пчелите се принуждават през 24 порта, където оптичните сензори (48 сензора) определят дали пчелата присъства и определят посоката на движението на пчелите. Всеки оптичен сензор има IR LED и IR сензор. Ако няма пчела, инфрачервената светлина се абсорбира в черната повърхност. Ако има пчела, инфрачервената светлина се отразява от пчелата и задейства сензора.

48-те светодиода са разделени на два комплекта от 24, като всеки комплект се контролира от N-ch MOSFET. Нормалното напрежение на всеки IR светодиод е 1.2V и около 20ma, както е показано на информационния лист. Два светодиода са свързани последователно с 22ohm резистор. На платката има джъмпери, които позволяват на светодиодите да заобикалят ограничаващите тока резистори. Не запоявайте джъмпера, докато не бъде напълно тестван! Вижте инструкциите за сглобяване.

Регистри за смяна

Има 6 регистри за смяна. Ето страхотно описание за това как да се свържете и да програмирате регистрите за смяна. SPI щифтовете на микроконтролера четат регистрите за смяна. Всички шест сменични регистри се четат едновременно. Сензорите обикновено се изтеглят ниско и показват 3.3V или HIGH, когато се задейства транзистор и има пчела.

Захранване Дизайнът на печатната платка свързва USB захранващия щифт от микроконтролера към 3.3V регулатора, така че USB кабел, свързан към микроконтролера, може да захранва целия проект.

Стъпка 4: Инструкции за сглобяване

Тази версия на брояча на пчелите е с всички отвори. Лесно се запоява и сглобява. Това е втората версия на платката (V1), завършена през март 2020 г. Ако имате платка версия 0 (януари/февруари 2020 г.), просто трябва да поправите някои от предишните ми грешки, включително добавяне на джъмпер, показан тук.

1) Инсталирайте IR сензори - QRE1113 или ITR8307

2) инсталирайте регистрите за смяна qty (6), SIP 22R LED резистори и 100k pulldown резистори.

- Регистри на смяна, брой (6) 74HC165- 22ohm резистори, bussed, qty (4) SIP пакетиран, bussed- 100k ohm резистори bussed, qty (6) SIP-9, 8 резистора, 9 пина

3) инсталирайте мощност MOSFETs qty (2), - N -Channel MOSFET FQP30N06

4) инсталирайте малки кондензатори

5) място/спойка 3.3V регулатор на мощността

- 3.3V регулатор, (вход, земя, изход - IGO, извод), брой (1)

6) инсталирайте голям кондензатор

- 560uF, 6.3V кондензатор

7) инсталирайте зелени винтови клеми, брой (3)

- винтови клеми Два пина, 0,1 , брой (3)

8) инсталирайте заглавки за микропроцесор

9) инсталирайте количество (4) 10K резистори (снимката е грешна.. показва само 2 резистора) - i2c издърпващи резистори - редуктори за падане за мощност MOSFET

Стъпка 5: Първоначално тестване

ТЕСТ сензори Преди да отидете по -далеч, тествайте всичките си светодиоди/сензори! Много по -лесно е да ги тествате сега, преди да продължите по -нататък. Стартирайте примерния код Blink_IR_Leds.ino

Инфрачервените светодиоди са невидими за човешкото око, но много телефони и камери ви позволяват да видите инфрачервените светодиоди. Вижте снимката. (за съжаление повечето iPhone имат IR филтри, така че опитайте с друг телефон, докато не видите IR светодиоди). Тази стъпка е много важна, затова се уверете, че виждате всички светодиоди.

Светодиодите изглеждат добре? Ако светодиодите не мигат? Проверете дали имате 3.3V на щифта на 3.3V щифта. Ако един или два светодиода са изгаснали, пренасочете щифтовете си и/или сменете светодиодите, докато 100% светодиоди мигат заедно. Светодиодите са добри, страхотни, следващият тест на регистрите за смяна с примерния код test_shift_registers.ino

Използвайте бял лист хартия, за да задействате сензорите. Ако някои сензори не работят, проверете щифтовете си, загрейте и презаредете спойката върху щифтовете, ако е необходимо.

Стъпка 6: Окончателно сглобяване

Завършете сглобяването, след като всички сензори бъдат тествани. Инсталирайте заглавките, които свързват горната печатна платка с долната печатна платка. !

Добре, след като всичко е тествано, можете да запоите тези джъмпери … Запояването на 24 -те джъмпера увеличава обхвата на хвърляне на инфрачервените сензори чрез увеличаване на напрежението и тока напред в светодиода. Това е добре да се направи, ако поддържаме времето за включване на светодиодите по -малко от 100us. Това е описано в информационния лист.

Предоставени са два скрипта, и test_shift_registers.ino и bee_counting.ino отговарят на това изискване, като само включват светодиодите за 75us. Това е показано на ред 68 (регистър за смяна) и ред 158 (преброяване на пчелите). След времето за включване има забавяне от ~ 15-20ms преди да ги включите отново, което запазва живота на светодиода.

Запоявайте всички 24 от джъмперите.

Стъпка 7: Микроконтролери с двоен отпечатък

Печатната платка приема два микроконтролера в стил Adafruit. Микроконтролерите тип Adafruit Feather и микроконтролерите Adafruit ItsyBitsy. Перата на Adafruit включват wifi и радиосистеми за дълги разстояния (*esp8266, esp32 и LoRA). Всички 3V модели на ItyBitsy (M0, M4 и 32u4) трябва да работят добре.

За съжаление регистрите за смяна, които използваме (най -популярният чип за смяна на регистъра!), Не са пълни SPI устройства и няма да споделят SPI с други устройства. Те са като най -лошите SPI устройства! … следователно някои платки като Adalogger или LoRa просто няма да работи от кутията. Все още можете да го направите, като изрежете някои следи и закърпите SPI линиите, за да освободите SPI линиите, и битовете SPI към регистрите за смяна, но това е малко трудно да се обясни в инструкция.

Хардуерен SPI

Примерният код е написан за Feather ESP32 и itsybitsy M0/M4, но трябва да работи добре с други. Хардуерните SPI щифтове се използват както за MISO, така и за SCK.

ПИН A5 както на ESP32, така и на неговия битси е регистърът за смяна LOAD*ПИН A5 не съществува на ESP8266. Ако използвате тази платка, трябва да преминете към друг щифт (да речем, че RX щифтът е безплатен)

Мощни Mosfets

Два пина са свързани към мощните MOSFET, управляващи инфрачервените светодиоди

• Иглички за пера

  • Щифт 15 за порти 0-11
  • Щифт 33 за порти 12-23

• Игли на ItyBitsy

  • Пин 10 за порти 0-11
  • Щифт 11 за порти 12-23

Допълнителни щифтове

Има винтови клеми (зелени) за свързване на допълнителни сензори към i2C щифтовете (SDA и SCL) Има и аналогов щифт A4, свързан към един от винтовите клеми.

Стъпка 8: Код на Arduino

Прикачени са три скрипта arduino.

• Blink_IR_leds.ino - използва се за визуална проверка на работещите светодиоди
• test_shift_registers.ino - използва се за функционално тестване на сензори
• bee_counting.ino - използва се за броене на пчели!

Внимание

Запояването на 24 -те джъмпера увеличава обхвата на хвърляне на инфрачервените сензори чрез увеличаване на напрежението и тока напред в светодиода. Това е добре, ако поддържаме времето за включване на светодиодите по -малко от 100us.

Два скрипта по -горе, и test_shift_registers.ino и bee_counting.ino отговарят на това изискване, като само включват светодиодите за 75us. Това е показано на ред 68 (регистър за смяна) и ред 158 (преброяване на пчелите).

Калибриране на брояча на пчелите

Улових някои невероятни данни през годините. Възможно е калибриране на брояча на пчелите, за да се постигне необходимата повторяемост. Има различни начини за калибриране на брояча на пчелите в зависимост от желания ефект. Един от методите е да се измерва скоростта на движението на пчелите и да се броят само известните движения и да се изхвърлят всички фалшиви задействания. Този метод пропуска много пчели, но може да даде постоянни стойности. Пчелата отнема около 180-350 мс, за да премине през сензорната област.

Примерният код bee_counting.ino измерва скоростта на пчелите през сензора и отчита пчелите, движещи се по -бързо от 650ms и изисква времето между завършването на един сензор и завършването на втория сензор е по -малко от 150ms.

Някои от пречките за калибриране включват:

• въпреки че пчелите не добавят прополис към сензорите, те ще прекарат няколко дни, запълвайки кухините с прополис при първоначалната инсталация
• брадата през летните вечери и общите пчели, които обмислят, дават фалшиви задействания
• директната слънчева светлина под нисък ъгъл ще задейства фалшиви сензори (това може да бъде смекчено доста лесно)

Стъпка 9: Сметка на материалите

Микроконтролер

Кодът беше тестван с перото esp32 Huzzah и itsyBitsy M0, но ще работи с всички тези платки.

• перо Huzzah от mouser
• перо esp8266 от Mouser
• перо LoRa 900mhz от Mouser
• ItsyBitsy M0 от Mouser
• ItsyBitsy M4 от Mouser

Печатна платка от JLCPCB ~ $ 16-25 с доставка.

Поръчайте печатните платки в черно. Вижте инструкциите за поръчка на печатни платки.

Части и части

Ето обобщен ценови списък от Mouser. Вижте алтернативни цени по -долу за по -евтини опции специално за сензорите за отражение.

QRE1113 Отразяващи сензори брой (48)

6 пинови женски заглавки с височина 7 мм, разстояние 0,1 , брой (~ 36)

Резистори 22ohm, bussed, qty (4) SIP опаковани, 9 резистора, 10 пина

Резистори 100k ohm bussed, qty (6) SIP-9, 8 резистора, 9 пина

Регистри за смяна, брой (6) 74HC165

3.3V регулатор, (вход, земя, изход - IGO, извод), брой (1)

винтови клеми Два пина, 0,1 , брой (3)

0,1 uF керамичен кондензатор, през отвор, брой (6)

1 uF керамичен кондензатор, през отвор, брой (1)

560uF, 6.3V кондензатор с нисък ESR, 3,5 мм разстояние между проводниците, 8 мм диаметър

N-канал Mosfet FQP30N06, брой (2)

10k резистори, брой (4), общ 1/4 ват

мъжки заглавки 6 пина, ~ брой (32) или… 12 пинов брой (17) и се разделят според нуждите

Алтернативни цени от китайски дистрибутор LCSC

Някой посочи алтернативно ценообразуване, което наистина може да намали разходите.

• ITR8307 Сензори за отражение ~ $ 0,13/всеки @ qty (48) (същото като QRE1113)
• 6 -пинови женски заглавки с височина 8,5 мм. ~ 0,05 $/всеки @ брой (36+)
• 22 ома SIP 8 резистор, 9 пина, ще се побере. $ 0,44 за брой (4)
• 100k SIP резистори 8 резистора, 9pin, ще се поберат. $ 0,44 за брой (6)

Стъпка 10: Поръчване на печатни платки

Има много различни производители на печатни платки, от които да избирате. Тези инструкции показват JLCPCB. Имате нужда от производител, който може да произвежда черни печатни платки. IR светодиодите/сензорите трябва да сочат черна повърхност, за да се предотвратят фалшиви задействания, така че долната печатна платка трябва да е черна. Минималният JLCPCB е брой (5) дъски и ще ви трябват 2 дъски, които да сандвичите заедно, за да завършите един брояч на пчели.

1. Изтеглете цялото репо… натиснете големия зелен бутон, който казва „клонирайте или изтеглете“github… отидете до файла „gerbers.zip“под папката на печатната платка.

2. Отидете на JLCPCB.com, създайте акаунт и щракнете върху бутона ПОРЪЧАЙ СЕГА.

3. Щракнете върху „Добавяне на вашия Gerber файл“и качете архивираните файлове

4. Изберете „Черно“като цвят на печатната платка. Също така за „Премахване на номер на поръчка“изберете ДА

Цената е около $ 8 за минимална поръчка от количество (5) печатни платки плюс доставка от $ 9-16 в зависимост от метода.

Втора награда в PCB Design Challenge