Snadné počítadlo včel: 10 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:20

2019 Easy Bee Counter V.1

Pro dotazy nebo problémy !! Pošlete je prosím na stránky github zde!

Tato verze počítadla včel je snadno pájitelná a sestavitelná (všechny průchozí otvory). Byl testován a funguje* s poskytnutým ukázkovým kódem.

Aktuální testovaný design je snadno programovatelný a přístupný pro začínající programátory. Deska s plošnými spoji přijímá více platforem Arduino od společnosti Adafruit, včetně řady mikrořadičů typu Adafruit Feather a mikrořadičů Adafruit ItsyBitsy. Peří Adafruit obsahuje funkce rádia a rádia na dálku (esp8266*, esp32 a LoRA). Všechny 3V modely ItsyBitsy (M0, M4 a 32u4) by měly fungovat dobře.

*V peří esp8266 chybí A5. Pokud používáte tento uController, musíte přeskočit na jiný dostupný pin.

Krok 1: Analýza dat - proč počítat včely?

Možné použití

• rychlost expanze nebo poklesu letů včel může naznačovat zdraví úlu
• expanze nebo pokles letů orientace během dnů může signalizovat zdraví královny
• časový posun mezi vrcholy včel opouštějících a vracejících se může ukazovat na počet sekaček a vzdálenost ke zdroji pylu/nektaru.

• srovnání dvou nebo přesunutí úlů za účelem testování manipulací; jako,

  • přidání/odebrání medových supers
  • vnitřní krmení cukrovým sirupem
  • ošetření roztočem kyselinou šťavelovou
• úvod do elektroniky, pájení a programování mikrořadiče
• včelí vzdělávání nebo instalace typu muzea

Zdraví úlu

Zdá se, že je možné přirovnat údaje o letu včel a orientační lety ke zdraví celého úlu nebo stavu královny. Orientační lety jsou chování včel středního věku starých asi 20 dní. Včely tohoto věku budou pást úl jako skupinu přibližně v polovině dne, což bude mít za následek snadno viditelný ~ 45min vrchol dat.

Pokud dojde k poklesu orientačních letů, může to znamenat snížení snášky vajec ~ 42 dní před (22 dní líhnutí + 20 dní do píce).

Pásová vzdálenost

V datech je snadné vidět malé, ale zřetelné posuny mezi včelami VNĚ a včelami VNĚ. To udává jak objem včel, které společně odcházejí a vracejí se, tak drsnou vzdálenost nebo čas do místa hledání potravy.

Krok 2: Vylepšení předchozího návrhu

• Všechny součásti skrz otvory pro snadné pájení
• Duální stopa, zásuvkové, běžně dostupné uControllery => Feather a ItsyBitsy
• Program v Arduinu, Lua a microPythonu - celkem 24 bran, 48 senzorů, 6 posuvných registrů
• ~ 14,75 "dlouhé natažení celého otvoru langstroth úlu pro snadné umístění
• použití 2 desek plošných spojů k vytvoření sendviče je levné rychlé řešení. Desky plošných spojů musí být objednány černé (viz pokyny), aby byl IR LED vysílač absorbován do materiálu.
• pomocí 6 pinových záhlaví vytvořte styly otočení nebo brány
• N-Ch mosfetem ovládané infračervené LED diody tak, že LED diody lze během snímání (~ 75us) ovládat na krátkou dobu ZAPNUTO. Umožňuje snížení výkonu na méně než 1 mA (plus uController).

Krok 3: Obecná operace

Infračervené (IR) senzory

Včely medonosné jsou protlačeny 24 branami, kde optické senzory (48 senzorů) určují, zda je včela přítomna, a určují směr pohybu včel. Každý optický senzor má IR LED a IR senzor. Pokud není přítomna žádná včela, infračervené světlo je absorbováno do černého povrchu. Pokud je přítomna včela, infračervené světlo se od včely odráží a spouští senzor.

48 LED diod je rozděleno do dvou sad po 24 s každou sadou ovládanou N-ch mosfetem. Normální dopředné napětí každé IR LED je 1,2 V a asi 20 mA, jak je uvedeno v datovém listu. Dvě LED diody jsou zapojeny do série s odporem 22 ohmů. Na desce jsou propojky, které umožňují LED diodám obejít odpory omezující proud. Nepájejte propojku, dokud nebude plně testována! Viz montážní pokyny.

Shift-in registry

K dispozici je 6 posuvných registrů. Zde je skvělý popis připojení a programování posuvných registrů. Piny mikrořadiče SPI čtou posuvné registry. Čte se všech šest posuvných registrů současně. Senzory jsou normálně vytaženy a vykazují 3,3 V nebo VYSOKÉ, když je spuštěn tranzistor a je přítomna včela.

Konstrukce desky plošných spojů spojuje napájecí kolík USB z mikrořadiče s regulátorem 3,3 V, takže kabel USB připojený k mikrokontroléru může napájet celý projekt.

Krok 4: Pokyny k montáži

Tato verze počítadla včel je složkou všech otvorů. Je snadné pájet a sestavovat. Toto je druhá verze desky (V1) dokončená v březnu 2020. Pokud jste dostali desku verze 0 (leden/únor 2020), stačí opravit některé z mých předchozích chyb, včetně přidání propojovacího vodiče zobrazeného zde.

1) Nainstalujte infračervené senzory - QRE1113 nebo ITR8307

2) nainstalujte počet posuvných registrů (6), LED odpory SIP 22R a 100k pulldown odpory.

- Posuvné registry, množství (6) 74HC165- odpory 22 ohmů, bussed, množství (4) SIP zabalené, bussed- 100k ohm odpory bussed, množství (6) SIP-9, 8 odporů, 9 pinů

3) nainstalujte napájecí mosfety (2), - N -Channel Mosfet FQP30N06

4) nainstalujte malé kondenzátory

5) místo/pájejte 3,3V regulátor výkonu

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

6) nainstalujte velký kondenzátor

- 560uF, 6,3V kondenzátor

7) nainstalujte zelené šroubové svorky, počet (3)

- šroubové svorky Dva piny, 0,1 , množství (3)

8) nainstalujte záhlaví pro mikroprocesor

9) nainstalujte množství (4) 10K odpory (obrázek je špatný.. ukazuje pouze 2 odpory) - i2c pullup rezistory - pulldown odpory pro výkonové mosfety

Krok 5: Počáteční testování

TESTUJTE senzory Než půjdete dál, vyzkoušejte všechny své LED/senzory! Je mnohem snazší je nyní otestovat, než půjdete dále. Spusťte ukázkový kód Blink_IR_Leds.ino

IR LED jsou pro lidské oko neviditelné, ale mnoho telefonů a kamer vám umožňuje vidět IR LED. Viz obrázek. (bohužel většina iPhonů má IR filtry, takže zkuste jiný telefon, dokud neuvidíte LED diody). Tento krok je velmi důležitý, proto se ujistěte, že vidíte všechny LED diody.

LED diody vypadají dobře? Pokud neblikají žádné LED diody? Zkontrolujte, zda máte na konektoru 3,3 V pin 3,3 V. Pokud jedna nebo dvě diody LED nesvítí, přetavte své kolíky a/nebo je vyměňte, dokud nezačnou blikat 100% diody LED. LED diody dobré, skvělé, další test posuvných registrů pomocí ukázkového kódu test_shift_registers.ino

Pomocí bílého papíru spusťte senzory. Pokud některá čidla nefungují, zkontrolujte své piny, podle potřeby zahřejte a přetavte pájku.

Krok 6: Konečná montáž

Dokončete montáž, jakmile jsou testovány všechny senzory. Nainstalujte záhlaví, která spojují horní desku plošných spojů se spodní deskou plošných spojů. !

Dobře, jakmile je vše vyzkoušeno, můžete tyto propojky pájet … Pájení 24 propojek zvyšuje dosah infračervených senzorů zvýšením dopředného napětí a proudu v LED. To je v pořádku, pokud ponecháme dobu zapnutí LED na méně než 100us. To je popsáno v datovém listu.

K dispozici jsou dva skripty, test_shift_registers.ino a bee_counting.ino, které splňují tento požadavek pouhým zapnutím LED diod na 75us. To je uvedeno na řádku 68 (posuvný registr) a řádku 158 (včelí_počítání). Po době zapnutí následuje zpoždění ~ 15-20 ms, než je znovu zapnete, čímž se zachová životnost LED.

Pájejte všech 24 propojek.

Krok 7: Vývody mikrořadiče Dual Footprint

Deska s plošnými spoji přijímá dva mikrořadiče ve stylu Adafruit. Mikroprocesory typu Adafruit Feather a Adafruit ItsyBitsy. Peří Adafruit obsahuje funkce rádia wifi a dlouhého dosahu (*esp8266, esp32 a LoRA). Všechny 3V modely ItsyBitsy (M0, M4 a 32u4) by měly fungovat dobře.

Posuvné registry, které používáme (nejpopulárnější čip posuvných registrů!), Bohužel nejsou úplnými SPI zařízeními a nebudou sdílet SPI s jinými zařízeními.. Jsou jako nejhorší SPI zařízení! … proto některé desky jako Adalogger nebo LoRa prostě nebude fungovat po vybalení z krabice. Stále to můžete udělat tak, že odříznete některé stopy a opravíte řádky SPI, abyste uvolnili řádky SPI, a bitbangingem SPI do posuvných registrů, ale to je trochu obtížné vysvětlit pomocí instrukcí.

Hardware SPI

Příklad kódu je napsán pro Feather ESP32 a itsybitsy M0/M4, ale měl by fungovat dobře s ostatními. Hardwarové piny SPI se používají pro: MISO i SCK.

Pin A5 na ESP32 i na jehoBitsy je Shift Register LOAD*Pin A5 na ESP8266 neexistuje. Pokud používáte tuto desku, musíte přeskočit na jiný pin (řekněme, že pin RX je zdarma)

Power Mosfets

Dva piny jsou připojeny k napájecím mosfetům pohánějícím IR LED

• Peří špendlíky

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

• ItsyBitsy piny

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

Extra piny

K dispozici jsou šroubové svorky (zelené) pro připojení dalších snímačů k pinům i2C (SDA a SCL) K jedné ze šroubových svorek je také připojen analogový kolík A4.

Krok 8: Arduino kód

Jsou připojeny tři arduino skripty.

• Blink_IR_leds.ino - slouží k vizuální kontrole funkčních LED diod
• test_shift_registers.ino - slouží k funkčnímu testování senzorů
• bee_counting.ino - slouží k počítání včel!

Varování

Pájení 24 propojek zvyšuje dosah infračervených senzorů zvýšením dopředného napětí a proudu v LED. To je v pořádku, pokud ponecháme dobu zapnutí LED na méně než 100us.

Dva výše uvedené skripty, test_shift_registers.ino i bee_counting.ino, splňují tento požadavek pouhým zapnutím LED diod na 75us. To je uvedeno na řádku 68 (posuvný registr) a řádku 158 (včelí_počítání).

Kalibrace čítače včel

Za ta léta jsem zachytil několik úžasných dat. Je možné kalibrovat čítač včel, aby se dosáhlo požadované opakovatelnosti. V závislosti na požadovaném efektu existují různé způsoby kalibrace počítadla včel. Jednou z metod je měřit rychlost pohybu včel a počítat pouze známé pohyby a vyhodit všechny falešné spouště. Tato metoda postrádá mnoho včel, ale může poskytnout konzistentní hodnoty. Včele trvá procházení oblasti senzoru přibližně 180-350 ms.

Příklad kódu bee_counting.ino měří rychlost včel procházející senzorem a počítá včely pohybující se rychleji než 650 ms a požaduje, aby doba mezi dokončením jednoho senzoru a dokončením druhého senzoru byla menší než 150 ms.

Mezi překážky, které je třeba kalibrovat, patří:

• ačkoli včely nepřidávají do senzorů propolis, stráví několik dní vyplňováním dutin propolisem při počáteční instalaci
• vousy v letních večerech a včely generální stráže přemýšlející dávají falešné spouště
• přímé sluneční světlo pod nízkým úhlem způsobí falešné spouštěcí senzory (to lze docela snadno zmírnit)

Krok 9: Kusovník

Mikroprocesor

Kód byl testován na peří esp32 Huzzah a itsyBitsy M0, ale bude fungovat se všemi těmito deskami.

• peří Huzzah z mouseru
• peří esp8266 od myši
• peří LoRa 900 MHz od myši
• ItsyBitsy M0 od myši
• ItsyBitsy M4 od myši

Deska s plošnými spoji od JLCPCB ~ 16-25 $ s poštovným.

Objednejte si PCB černé. Viz pokyny k objednání DPS.

Díly a kusy

Zde je souhrnný seznam cen od Mouser. Níže najdete alternativní ceny, kde najdete levnější možnosti konkrétně pro snímače odrazivosti.

Reflexní snímače QRE1113 množství (48)

6kolíkové zásuvkové konektory vysoké 7 mm, rozteč 0,1 , množství (~ 36)

Rezistory 22ohm, bussed, množství (4) SIP, 9 odporů, 10 pinů

Sběrnicové odpory 100 kOhm, množství (6) SIP-9, 8 odporů, 9 pinů

Posuvné registry, množství (6) 74HC165

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

šroubové svorky dva piny, 0,1 , množství (3)

0,1 uF keramický kondenzátor, průchozí otvor, množství (6)

1 uF keramický kondenzátor, průchozí otvor, množství (1)

560uF, 6,3V kondenzátor, nízký esr, rozteč 3,5 mm, průměr 8 mm

N-Channel Mosfet FQP30N06, množství (2)

10k odpory, množství (4), obecný 1/4 watt

samčí záhlaví 6 pinů, ~ množství (32) nebo… 12pinů množství (17) a podle potřeby se rozpojte

Alternativní ceny od čínského distributora LCSC

Někdo poukázal na alternativní ceny, které mohou skutečně snížit náklady.

• ITR8307 Reflexní snímače ~ 0,13 $/každý při množství (48) (stejné jako QRE1113)
• 6kolíkové zásuvkové lišty vysoké 8,5 mm. ~ 0,05 $/každý @ množství (36+)
• 22 ohmový odpor SIP 8, 9 pinů, vejde se. 0,44 $ za množství (4)
• 100k SIP Rezistory 8 rezistor, 9pin, to se vejde. 0,44 $ za množství (6)

Krok 10: Objednávka desky s plošnými spoji

Na výběr je mnoho různých výrobců desek plošných spojů. Tyto pokyny ukazují JLCPCB. Potřebujete výrobce, který umí vyrábět černé PCB. IR LED/senzory musí ukazovat na černý povrch, aby se zabránilo falešným spouštěčům, takže spodní PCB musí být černé. Minimální JLCPCB je počet (5) desek a k dokončení jednoho včelího pultu budete potřebovat 2 desky k sobě.

1. Stáhněte si celé repo… stiskněte velké zelené tlačítko s nápisem „klonovat nebo stáhnout“github … přejděte do souboru „gerbers.zip“ve složce PCB.

2. Přejděte na JLCPCB.com, vytvořte si účet a klikněte na tlačítko OBJEDNAT NYNÍ.

3. Klikněte na „Přidat soubor Gerber“a nahrajte soubory zip

4. Jako barvu desky plošných spojů vyberte možnost „Černá“. Také pro „Odebrat číslo objednávky“vyberte ANO

Cena je přibližně 8 $ za minimální objednávku množství (5) desek plošných spojů plus doprava 9–16 $ v závislosti na metodě.

Druhá cena v PCB Design Challenge