Εύκολος μετρητής μέλισσας: 10 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:32

2019 Easy Bee Counter V.1

Για ερωτήσεις ή θέματα !! Παρακαλώ δημοσιεύστε τα στον ιστότοπο του github εδώ!

Αυτή η έκδοση του μετρητή μελισσών είναι εύκολο να κολληθεί και να συναρμολογηθεί (σε όλη την οπή). Έχει δοκιμαστεί και λειτουργεί* παρέχεται δείγμα κώδικα.

Ο τρέχων δοκιμασμένος σχεδιασμός είναι εύκολος στον προγραμματισμό και προσιτός σε αρχάριους προγραμματιστές. Η πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος δέχεται πολλαπλές πλατφόρμες Arduino της Adafruit, συμπεριλαμβανομένης της σειράς μικροελεγκτών τύπου Adafruit Feather και μικροελεγκτών Adafruit ItsyBitsy. Τα φτερά του Adafruit περιλαμβάνουν χαρακτηριστικά ραδιοφώνου wifi και μεγάλης εμβέλειας (esp8266*, esp32 και LoRA). Όλα τα μοντέλα ItsyBitsy 3V (M0, M4 και 32u4) πρέπει να λειτουργούν καλά.

*Το φτερό esp8266 λείπει A5. Εάν χρησιμοποιείτε αυτόν τον ελεγκτή uController, πρέπει να μεταβείτε σε άλλο διαθέσιμο pin.

Βήμα 1: Ανάλυση δεδομένων - Γιατί μετράμε τις μέλισσες;

Πιθανές χρήσεις

• ο ρυθμός επέκτασης ή πτώσης των πτήσεων μελισσών μπορεί να υποδηλώνει την υγεία της κυψέλης
• η επέκταση ή η πτώση των πτήσεων προσανατολισμού μέσα σε ημέρες μπορεί να σηματοδοτήσει την υγεία της βασίλισσας
• η χρονική μετατόπιση μεταξύ των κορυφών των μελισσών που φεύγουν και επιστρέφουν μπορεί να υποδεικνύει τον αριθμό των τροφοσυλλεκτών και την απόσταση από την πηγή γύρης/νέκταρ.

• σύγκριση μεταξύ δύο ή μετακίνηση κυψελών για δοκιμή χειρισμών. όπως,

  • προσθήκη/αφαίρεση υπέρμετρου μελιού
  • εσωτερική σίτιση με σιρόπι ζάχαρης
  • θεραπείες ακάρεων οξαλικού οξέος
• εισαγωγή στα ηλεκτρονικά, τη συγκόλληση και τον προγραμματισμό μικροελεγκτών
• εκπαίδευση μελισσών ή εγκατάσταση τύπου μουσείου

Κυψέλη υγεία

Η εξίσωση των δεδομένων πτήσεων των μελισσών και των πτήσεων προσανατολισμού σε όλα τα επίπεδα της κυψέλης ή της υγείας της βασίλισσας φαίνεται πιθανή. Οι πτήσεις προσανατολισμού είναι μια συμπεριφορά μελισσών «μέσης ηλικίας» περίπου 20 ημερών. Πριν από τις ζωοτροφές, οι μέλισσες αυτής της ηλικίας θα εγκαταλείψουν την κυψέλη ως ομάδα περίπου τα μεσάνυχτα, με αποτέλεσμα να είναι εύκολο να δούμε την κορυφή των 45 λεπτών στα δεδομένα.

Εάν υπάρχει πτώση των πτήσεων προσανατολισμού, μπορεί να υποδηλώνει μείωση της ωοτοκίας ~ 42 ημέρες πριν (22 ημέρες επώασης + 20 ημέρες μέχρι την κτηνοτροφία).

Απόσταση τροφής

Είναι εύκολο να δείτε στα δεδομένα μικρές αλλά ευδιάκριτες μετατοπίσεις μεταξύ των μελισσών OUT και των μελισσών IN. Αυτό υποδηλώνει τόσο τον όγκο των μελισσών που φεύγουν και επιστρέφουν μαζί όσο και μια δύσκολη απόσταση ή χρόνο μέχρι τη θέση αναζήτησης τροφής.

Βήμα 2: Βελτιώσεις στο προηγούμενο σχέδιο

• Όλα τα διαμπερή εξαρτήματα για εύκολη συγκόλληση
• Διπλό αποτύπωμα, συνδεδεμένο, εκτός ράφι uControllers => Φτερό και ItsyBitsy
• Πρόγραμμα σε Arduino, Lua και microPython - Συνολικά 24 πύλες, 48 αισθητήρες, 6 καταχωρητές βάρδιας
• 75 14,75 long που εκτείνεται σε ολόκληρο το άνοιγμα μιας κυψέλης με γάντζους για εύκολη τοποθέτηση
• η χρήση 2 PCB για τη δημιουργία σάντουιτς είναι μια ανέξοδη γρήγορη λύση. Τα PCB πρέπει να παραγγελθούν μαύρα (βλ. Οδηγίες), έτσι ώστε ο πομπός IR LED να απορροφηθεί στο υλικό.
• χρησιμοποιώντας κεφαλίδες 6 ακίδων για να δημιουργήσετε τις στροφές ή τις πύλες
• N-Ch mosfet ελεγχόμενες λυχνίες IR, έτσι ώστε οι λυχνίες LED να μπορούν να ελεγχθούν για σύντομα χρονικά διαστήματα κατά τη διάρκεια της ανίχνευσης (~ 75us). Επιτρέπει μειωμένη ισχύ σε λιγότερο από 1ma (συν uController).

Βήμα 3: Γενική λειτουργία

Αισθητήρες υπερύθρων (IR)

Οι μέλισσες αναγκάζονται να περάσουν από 24 πύλες όπου οπτικοί αισθητήρες (48 αισθητήρες) καθορίζουν εάν η μέλισσα είναι παρούσα και καθορίζουν την κατεύθυνση της κίνησης της μέλισσας. Κάθε οπτικός αισθητήρας διαθέτει IR LED και αισθητήρα IR. Εάν δεν υπάρχει μέλισσα, το φως IR απορροφάται στη μαύρη επιφάνεια. Εάν υπάρχει μέλισσα, το φως IR ανακλάται από τη μέλισσα και ενεργοποιεί τον αισθητήρα.

Οι 48 λυχνίες LED χωρίζονται σε δύο σετ των 24 με κάθε σετ να ελέγχεται από ένα μοσχάτο N-ch. Η κανονική τάση προς τα εμπρός κάθε LED IR είναι 1,2V και περίπου 20ma, όπως φαίνεται στο φύλλο δεδομένων. Δύο LED συνδέονται σε σειρά με αντίσταση 22ohm. Υπάρχουν άλτες στον πίνακα που επιτρέπουν στις λυχνίες LED να παρακάμπτουν τις αντιστάσεις περιορισμού ρεύματος. Μην κολλήσετε το βραχυκυκλωτήρα μέχρι να δοκιμαστεί πλήρως! Ανατρέξτε στις οδηγίες συναρμολόγησης.

Μητρώα μετατόπισης

Υπάρχουν 6 καταχωρητές μετατόπισης. Ακολουθεί μια εξαιρετική περιγραφή για τον τρόπο σύνδεσης και προγραμματισμού καταχωρητών αλλαγής ταχυτήτων. Οι ακίδες SPI του μικροελεγκτή διαβάζουν τους καταχωρητές βάρδιας. Και οι έξι καταχωρητές βάρδιας διαβάζονται ταυτόχρονα. Οι αισθητήρες συνήθως τραβιούνται χαμηλά και εμφανίζουν 3.3V ή Υ HIGHΗ όταν ενεργοποιείται ένα τρανζίστορ και υπάρχει μια μέλισσα.

Η σχεδίαση PCB συνδέει τον ακροδέκτη τροφοδοσίας USB από τον μικροελεγκτή στον ρυθμιστή 3.3V, έτσι ώστε ένα καλώδιο USB συνδεδεμένο στον μικροελεγκτή να μπορεί να τροφοδοτήσει ολόκληρο το έργο.

Βήμα 4: Οδηγίες συναρμολόγησης

Αυτή η έκδοση του μετρητή μελισσών είναι όλα μέσα από τρύπες. Είναι εύκολο να κολλήσετε και να συναρμολογήσετε. Αυτή είναι η 2η έκδοση του πίνακα (V1) που ολοκληρώθηκε τον Μάρτιο του 2020. Εάν έχετε τον πίνακα Έκδοση 0 (Ιαν/Φεβρουάριος 2020) πρέπει απλώς να διορθώσετε μερικά από τα προηγούμενα λάθη μου, συμπεριλαμβανομένης της προσθήκης καλωδίου άλματος που εμφανίζεται εδώ.

1) Εγκαταστήστε αισθητήρες IR - QRE1113 ή ITR8307

2) εγκαταστήστε καταχωρητές αλλαγής qty (6), αντιστάσεις LED SIP 22R και αντιστάσεις αναδίπλωσης 100k.

- Μηχανήματα αλλαγής, αντιστάσεις qty (6) 74HC165- 22ohm, bus, qty (4) SIP Συσκευασμένα, bused- 100k ohm αντιστάσεις bus, qty (6) SIP-9, 8 αντιστάσεις, 9 ακίδες

3) εγκαταστήστε τροφοδοτικό mosfets qty (2), - N -Channel Mosfet FQP30N06

4) εγκαταστήστε μικρούς πυκνωτές

5) ρυθμιστής ισχύος 3.3V

- Ρυθμιστής 3.3V, (είσοδος, γείωση, έξοδος - IGO, pinout), ποσότητα (1)

6) εγκαταστήστε μεγάλο πυκνωτή

- 560uF, πυκνωτής 6,3V

7) εγκαταστήστε πράσινους ακροδέκτες βιδών, ποσότητα (3)

- ακροδέκτες βίδας Δύο ακίδες, 0,1 , ποσότητα (3)

8) εγκαταστήστε κεφαλίδες για μικροεπεξεργαστή

9) Εγκατάσταση ποσοτήτων (4) Αντιστάσεων 10K (η εικόνα είναι λάθος.. δείχνει μόνο 2 αντιστάσεις)

Βήμα 5: Αρχική δοκιμή

ΔΟΚΙΜΑΣΤΕ τους αισθητήρες Πριν προχωρήσετε, δοκιμάστε όλα τα LED/αισθητήρες σας! Είναι πολύ πιο εύκολο να τα δοκιμάσετε τώρα πριν προχωρήσετε περαιτέρω. Εκτελέστε το δείγμα κώδικα Blink_IR_Leds.ino

Τα IR LED είναι αόρατα στο ανθρώπινο μάτι, αλλά πολλά τηλέφωνα και κάμερες σάς επιτρέπουν να βλέπετε τα LED LED. Δείτε την εικόνα. (δυστυχώς τα περισσότερα iphone έχουν φίλτρα IR, οπότε δοκιμάστε άλλο τηλέφωνο μέχρι να δείτε led led). Αυτό το βήμα είναι πολύ σημαντικό, οπότε βεβαιωθείτε ότι μπορείτε να δείτε όλα τα LED.

Τα LED φαίνονται καλά; Εάν δεν αναβοσβήνουν κανένα LED; Ελέγξτε για να βεβαιωθείτε ότι έχετε 3.3V στην κεφαλίδα ακίδων 3.3V. Εάν ένα ή δύο LED είναι εκτός, ανανεώστε τις καρφίτσες σας και/ή αντικαταστήστε τις λυχνίες LED μέχρι να αναβοσβήνουν 100% LED. Οι λυχνίες LED είναι καλές, τέλειες, στην επόμενη δοκιμή οι καταχωρήσεις βάρδιας με τον δείγμα κώδικα test_shift_registers.ino

Χρησιμοποιήστε ένα λευκό κομμάτι χαρτί για να ενεργοποιήσετε τους αισθητήρες. Εάν ορισμένοι αισθητήρες δεν λειτουργούν, ελέγξτε τις καρφίτσες σας, θερμαίνετε και επανατοποθετήστε τη συγκόλληση στις καρφίτσες όπως απαιτείται.

Βήμα 6: Τελική συνέλευση

Ολοκληρώστε τη συναρμολόγηση μόλις δοκιμαστούν όλοι οι αισθητήρες. Εγκαταστήστε τις κεφαλίδες που συνδέουν το επάνω PCB με το κάτω PCB. !

Εντάξει, μόλις δοκιμαστούν όλα, μπορείτε να κολλήσετε αυτούς τους άλτες…. Η συγκόλληση των 24 βραχυκυκλωτήρων αυξάνει το εύρος ρίψης των αισθητήρων IR αυξάνοντας την τάση και το ρεύμα προς τα εμπρός στο LED. Αυτό είναι καλό να κάνουμε αν διατηρήσουμε τα LED ανάβουν σε λιγότερο από 100us. Αυτό περιγράφεται στο φύλλο δεδομένων.

Δύο δέσμες ενεργειών, τόσο το test_shift_registers.ino όσο και το bee_counting.ino ικανοποιούν αυτήν την απαίτηση ενεργοποιώντας μόνο τα LED για 75us. Αυτό εμφανίζεται στη γραμμή 68 (μητρώο βάρδιας) και στη γραμμή 158 (μέτρηση_μελισσών). Μετά τον χρόνο ενεργοποίησης υπάρχει καθυστέρηση ms 15-20ms πριν τα ενεργοποιήσετε ξανά, γεγονός που διατηρεί τη ζωή της λυχνίας LED.

Συγκολλήστε και τους 24 άλτες.

Βήμα 7: Διπλό Pinout Micro Controller Pinouts

Η πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος δέχεται δύο μικροελεγκτές τύπου Adafruit. Οι μικροελεγκτές τύπου Adafruit Feather και μικροελεγκτές Adafruit ItsyBitsy. Τα φτερά του Adafruit περιλαμβάνουν λειτουργίες wifi και μεγάλης εμβέλειας ραδιοφώνου (*esp8266, esp32 και LoRA). Όλα τα μοντέλα ItsyBitsy 3V (M0, M4 και 32u4) πρέπει να λειτουργούν καλά.

Δυστυχώς, οι καταχωρητές βάρδιας που χρησιμοποιούμε (το πιο δημοφιλές τσιπ καταχωρητή αλλαγής!) Δεν είναι πλήρεις συσκευές SPI και δεν μοιράζονται το SPI με άλλες συσκευές. Είναι σαν τις χειρότερες συσκευές SPI!… Ως εκ τούτου, μερικοί πίνακες όπως το Adalogger ή το LoRa απλά δεν θα λειτουργήσει έξω από το κουτί. Μπορείτε ακόμη να το κάνετε κόβοντας μερικά ίχνη και επιδιορθώνοντας τις γραμμές SPI σε ελεύθερες γραμμές SPI και bitbanging του SPI στους καταχωρητές αλλαγής, αλλά αυτό είναι λίγο δύσκολο να εξηγηθεί σε ένα διδακτικό.

Hardware SPI

Ο κώδικας του παραδείγματος είναι γραμμένος για το φτερό ESP32 και τοybitsy M0/M4, αλλά θα πρέπει να λειτουργεί καλά με άλλους. Οι καρφίτσες υλικού SPI χρησιμοποιούνται και για τα δύο: MISO & SCK.

Το pin A5 τόσο στο ESP32 όσο και στο itsyBitsy είναι το Shift Register LOAD*Το pin A5 δεν υπάρχει στο ESP8266. Εάν χρησιμοποιείτε αυτόν τον πίνακα, πρέπει να μεταβείτε σε άλλη καρφίτσα (ας πούμε ότι η καρφίτσα RX είναι δωρεάν)

Power Mosfets

Δύο ακίδες συνδέονται με τα τροφοδοτικά ισχύος που οδηγούν τα LED LED

• Καρφίτσες φτερών

  • Καρφίτσα 15 για τις πύλες 0-11
  • Καρφίτσα 33 για τις πύλες 12-23

• Καρφίτσες ItsyBitsy

  • Καρφίτσα 10 για τις πύλες 0-11
  • Καρφίτσα 11 για τις πύλες 12-23

Επιπλέον καρφίτσες

Υπάρχουν βιδωτοί ακροδέκτες (πράσινοι) για τη σύνδεση πρόσθετων αισθητήρων στις ακίδες i2C (SDA και SCL) Υπάρχει επίσης ένας αναλογικός πείρος Α4 συνδεδεμένος σε έναν από τους ακροδέκτες βίδας.

Βήμα 8: Κωδικός Arduino

Επισυνάπτονται τρία σενάρια arduino.

• Blink_IR_leds.ino - χρησιμοποιείται για την οπτική επιθεώρηση των λυχνιών LED που λειτουργούν
• test_shift_registers.ino - χρησιμοποιείται για τη λειτουργική δοκιμή αισθητήρων
• bee_counting.ino - μετρούσε τις μέλισσες!

Προειδοποίηση

Η συγκόλληση των 24 βραχυκυκλωτήρων αυξάνει το εύρος ρίψης των αισθητήρων IR αυξάνοντας την τάση και το ρεύμα προς τα εμπρός στο LED. Αυτό είναι καλό αν διατηρήσουμε τα LED ανάβουν σε λιγότερο από 100us.

Δύο σενάρια παραπάνω, τόσο το test_shift_registers.ino όσο και το bee_counting.ino ικανοποιούν αυτήν την απαίτηση ενεργοποιώντας μόνο τα LED για 75us. Αυτό εμφανίζεται στη γραμμή 68 (μητρώο βάρδιας) και στη γραμμή 158 (μέτρηση_μελισσών).

Βαθμονόμηση του μετρητή μέλισσας

Έχω καταγράψει μερικά καταπληκτικά δεδομένα όλα αυτά τα χρόνια. Είναι δυνατή η βαθμονόμηση του μετρητή μελισσών για να επιτευχθεί η απαιτούμενη επαναληψιμότητα. Υπάρχουν διάφοροι τρόποι βαθμονόμησης του μετρητή μελισσών ανάλογα με το επιθυμητό αποτέλεσμα. Μια μέθοδος είναι να μετρήσετε την ταχύτητα της κίνησης των μελισσών και να μετρήσετε μόνο τις γνωστές κινήσεις και να πετάξετε έξω όλα τα ψεύτικα ερεθίσματα. Αυτή η μέθοδος λείπει από πολλές μέλισσες αλλά μπορεί να δώσει σταθερές τιμές. Χρειάζεται μια μέλισσα περίπου 180-350ms για να διασχίσει την περιοχή του αισθητήρα.

Ο παραδείγματος κώδικας bee_counting.ino μετρά την ταχύτητα των μελισσών μέσω του αισθητήρα και μετρά τις μέλισσες που κινούνται γρηγορότερα από 650ms και απαιτεί το χρονικό διάστημα μεταξύ του τερματισμού ενός αισθητήρα και του δεύτερου αισθητήρα να είναι μικρότερο από 150ms.

Μερικά από τα εμπόδια για τη βαθμονόμηση περιλαμβάνουν:

• αν και οι μέλισσες δεν προσθέτουν πρόπολη στους αισθητήρες, θα περάσουν αρκετές ημέρες γεμίζοντας κενά με πρόπολη κατά την αρχική εγκατάσταση
• γενειάδα τα καλοκαιρινά βράδια και γενικές μέλισσες φύλαξης που σκέφτονται να δίνουν ψευδείς σκανδαλισμούς
• άμεσο ηλιακό φως σε χαμηλή γωνία θα προκαλέσει ψευδείς αισθητήρες ενεργοποίησης (αυτό μπορεί να μετριαστεί αρκετά εύκολα)

Βήμα 9: Λογαριασμός Υλικών

Μικροελεγκτής

Ο κώδικας δοκιμάστηκε με το φτερό esp32 Huzzah και το itsyBitsy M0 αλλά θα λειτουργήσει με όλους αυτούς τους πίνακες.

• φτερό Huzzah από mouser
• φτερό esp8266 από mouser
• φτερό LoRa 900mhz από το ποντίκι
• ItsyBitsy M0 από ποντίκι
• ItsyBitsy M4 από mouser

Εκτυπωμένος πίνακας κυκλωμάτων από JLCPCB 16 16-25 $ με αποστολή.

Παραγγείλετε τα μαύρα PCB. Δείτε τις οδηγίες παραγγελίας PCB.

Ανταλλακτικά και Κομμάτια

Ακολουθεί συνοπτικός κατάλογος τιμών από το mouser. Δείτε εναλλακτικές τιμές παρακάτω για φθηνότερες επιλογές ειδικά για τους αισθητήρες ανακλαστικότητας.

QRE1113 Αντανακλαστικοί αισθητήρες Ποσότητα (48)

Γυναικείες κεφαλίδες 6 ακίδων ύψους 7mm, απόσταση 0,1 , ποσότητα (~ 36)

Αντίσταση 22ohm, λεωφορείο, ποσότητα (4) SIP συσκευασμένο, 9 αντιστάσεις, 10 ακίδες

Αντιστάσεις 100k ohm με διαύλου, ποσότητα (6) SIP-9, 8 αντιστάσεις, 9 ακίδες

Μητρώα αλλαγής ταχυτήτων, ποσότητα (6) 74HC165

Ρυθμιστής 3.3V, (είσοδος, γείωση, έξοδος - IGO, pinout), ποσότητα (1)

βιδωτοί ακροδέκτες Δύο ακίδες, 0,1 , ποσότητα (3)

Κεραμικός πυκνωτής 0,1 uF, μέσω οπής, ποσότητα (6)

1 uF κεραμικός πυκνωτής, μέσω οπής, ποσότητα (1)

560uF, 6.3V Capacitor low esr, 3.5mm spacing lead, 8mm diameter

N-Channel Mosfet FQP30N06, ποσότητα (2)

Αντίσταση 10k, ποσότητα (4), γενική 1/4 watt

αρσενικές κεφαλίδες 6 ακίδων, ~ qty (32) ή… 12 pin qty (17) και χωρίζονται ανάλογα με τις ανάγκες

Εναλλακτικές τιμές από Κινέζους διανομείς LCSC

Κάποιος επεσήμανε κάποια εναλλακτική τιμολόγηση που μπορεί πραγματικά να μειώσει το κόστος.

• ITR8307 Αισθητήρες ανακλαστικότητας 0. 0,13 $/έκαστο @ ποσότητα (48) (ίδιο με το QRE1113)
• Γυναικείες κεφαλίδες 6 ακίδων ύψους 8,5mm. 0.0 0,05 $/έκαστο @ ποσότητα (36+)
• 22 ohm SIP 8 αντίσταση, 9 ακίδων, θα ταιριάζει. 0,44 $ για ποσότητα (4)
• 100k SIP Resistors 8 αντίσταση, 9pin, θα χωρέσει. 0,44 $ για ποσότητα (6)

Βήμα 10: Παραγγελία τυπωμένου κυκλώματος

Υπάρχουν πολλοί διαφορετικοί κατασκευαστές PCB για να διαλέξετε. Αυτές οι οδηγίες δείχνουν JLCPCB. Χρειάζεστε έναν κατασκευαστή που μπορεί να κατασκευάσει μαύρα PCB. Οι υπέρυθρες λυχνίες LED/αισθητήρες πρέπει να δείχνουν σε μια μαύρη επιφάνεια για να αποτρέψουν ψευδείς σκανδαλισμούς, οπότε το κάτω PCB πρέπει να είναι μαύρο. Το ελάχιστο JLCPCB είναι ποσότητα (5) σανίδων και θα χρειαστείτε 2 σανίδες για σάντουιτς μαζί για να ολοκληρώσετε έναν μετρητή μελισσών.

1. Κατεβάστε ολόκληρο το repo … πατήστε το μεγάλο πράσινο κουμπί που λέει "κλωνοποίηση ή λήψη" github … μεταβείτε στο αρχείο "gerbers.zip" κάτω από το φάκελο PCB.

2. Μεταβείτε στο JLCPCB.com, δημιουργήστε έναν λογαριασμό και κάντε κλικ στο κουμπί ΠΑΡΑΓΓΕΛΙΑ ΤΩΡΑ.

3. Κάντε κλικ στο "Προσθήκη του αρχείου Gerber" και ανεβάστε τα συμπιεσμένα αρχεία

4. Επιλέξτε "Μαύρο" ως χρώμα PCB. Επίσης, για την "Κατάργηση αριθμού παραγγελίας", επιλέξτε ΝΑΙ

Το κόστος είναι περίπου $ 8 για μια ελάχιστη παραγγελία ποσοτήτων (5) PCB συν αποστολή $ 9-16 ανάλογα με τη μέθοδο.

Δεύτερο Βραβείο στο PCB Design Challenge