Egyszerű méhszámláló: 10 lépés (képekkel)

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:40

2019 Easy Bee Counter V.1

Kérdések vagy kérdések esetén !! Kérjük, tegye közzé őket a github oldalán!

A méhpult ezen verziója könnyen forrasztható és összeszerelhető (minden átmenő lyuk). Kipróbált és működik* a megadott mintakóddal.

A jelenlegi tesztelt kialakítás könnyen programozható, és kezdő programozók számára is megközelíthető. A nyomtatott áramköri lapok több Arduino platformot is elfogadnak, beleértve az Adafruit Feather típusú mikrovezérlőket és az Adafruit ItsyBitsy mikrovezérlőket. Az Adafruit tollak wifit és nagy hatótávolságú rádiófunkciókat tartalmaznak (esp8266*, esp32 és LoRA). Minden ItsyBitsy 3V modellnek (M0, M4 és 32u4) jól kell működnie.

*Az esp8266 toll hiányzik A5. Ha ezt az uControllert használja, akkor egy másik rendelkezésre álló tűre kell ugrania.

1. lépés: Adatelemzés - Miért kell számolni a méheket?

Lehetséges felhasználások

• a méhek repülésének bővülése vagy csökkenése a kaptár egészségére utalhat
• az orientációs repülések napokon belüli bővülése vagy csökkenése jelezheti a királynő egészségét
• a kilépő és visszatérő méhek csúcsa közötti időeltolódás jelezheti a takarmányozók számát és a pollen/nektár forrásától való távolságot.

• összehasonlítás két vagy áthelyezett kaptár között a manipulációk tesztelésére; mint például,

  • mézek hozzáadása/eltávolítása
  • belső cukorszirup etetés
  • oxálsav atka kezelések
• bevezetés az elektronikába, forrasztásba és mikrovezérlő programozásba
• mézelő méh oktatás vagy múzeum típusú telepítés

A kaptár egészsége

Lehetségesnek tűnik a méhek repülési adatainak és a tájékozódási repüléseknek az összes kaptár- vagy királyné -egészséggel való egyenlővé tétele. A tájékozódási repülések a körülbelül 20 napos „középkorú” méhek viselkedése. A táplálkozás előtt az ilyen korú méhek a nap közepén csoportként hagyják el a kaptárt, ami könnyen látható ~ 45 perces csúcsot eredményez.

Ha csökken a tájékozódási repülések száma, az jelezheti a tojásrakás csökkenését ~ 42 nappal azelőtt (22 nap kelés + 20 nap a takarmányozásig).

Táplálkozási távolság

Könnyű látni az adatokból, hogy kicsi, de egyértelmű eltérések vannak a méhek OUT és a méhek IN között. Ez jelzi a méhek mennyiségét, amelyek együtt távoznak és visszatérnek, valamint nagy távolságot vagy időt a táplálkozási helyre.

2. lépés: Javítások a korábbi kialakításban

• Minden lyukasztó alkatrész a könnyű forrasztáshoz
• Kettős lábnyom, konnektoros, polcról uControllers => Feather and ItsyBitsy
• Program Arduino, Lua és microPython programokban - Összesen 24 kapu, 48 érzékelő, 6 műszakregiszter
• ~ 14,75 hüvelyk hosszú, a langstroth kaptár teljes nyílása, az egyszerű elhelyezés érdekében
• 2 PCB használata szendvics készítéséhez olcsó gyors megoldás. A NYÁK -okat feketén kell megrendelni (lásd az utasításokat), hogy az IR LED -sugárzó felszívódjon az anyagba.
• 6 tűs fejlécek használatával a fordulatstílusok vagy kapuk létrehozásához
• Az N-Ch mosfet által vezérelt IR LED-ek olyanok, hogy a LED-ek érzékelés közben rövid időre bekapcsolhatók (~ 75us). Lehetővé teszi az 1 mA alatti teljesítmény csökkentését (plusz uController).

3. lépés: Általános működés

Infravörös (IR) érzékelők

A méhek 24 kapun keresztül kényszerülnek, ahol az optikai érzékelők (48 érzékelő) meghatározzák, hogy a méh jelen van -e, és meghatározzák a méh mozgásának irányát. Minden optikai érzékelő rendelkezik infravörös LED -del és infravörös érzékelővel. Ha nincs méh, akkor az infravörös fény elnyelődik a fekete felületen. Ha méh van jelen, az infravörös fény visszaverődik a méhről, és aktiválja az érzékelőt.

A 48 LED két 24 darabra van osztva, mindegyiket N-ch mosfet vezérli. Az egyes IR LED -ek normál előremenő feszültsége 1,2 V és körülbelül 20 mA, amint az adatlapon látható. Két LED sorba van kötve 22ohmos ellenállással. A táblán jumperek vannak, amelyek lehetővé teszik a LED -ek számára, hogy megkerüljék az áramkorlátozó ellenállásokat. Ne forrasztja a jumpert, amíg teljesen ki nem tesztelte! Lásd az összeszerelési útmutatót.

Shift-in regiszterek

6 váltásregiszter van. Íme egy nagyszerű leírás a műszakregiszterek csatlakoztatásához és programozásához. A mikrovezérlő SPI csapjai olvassák a váltóregisztereket. Mind a hat műszakregiszter egyszerre olvasásra kerül. Az érzékelők általában alacsonyra vannak húzva, és 3,3 V -ot vagy HIGH -t mutatnak, amikor egy tranzisztor bekapcsol, és egy méh jelen van.

A NYÁK-kialakítás a mikrovezérlő USB-tápcsatlakozóját a 3,3 V-os szabályozóhoz csatlakoztatja, így a mikrovezérlőhöz csatlakoztatott USB-kábel az egész projektet táplálja.

4. lépés: Összeszerelési utasítások

A méhszámlálónak ez a változata a lyukakon keresztül található. Könnyű összeforrasztani és forrasztani. Ez a tábla 2. verziója (V1), amely 2020 márciusában készült el. Ha megkapta a 0 -as verziójú táblát (2020. január/február), akkor csak ki kell javítania néhány korábbi hibámat, beleértve az itt látható áthidaló vezetéket is.

1) Telepítsen IR érzékelőket - QRE1113 vagy ITR8307

2) telepítse a váltóregisztereket (6), a SIP 22R LED ellenállásokat és a 100k lehúzható ellenállásokat.

- Váltóregiszterek, mennyiség (6) 74HC165- 22ohm ellenállások, buszozottak, mennyiség (4) SIP Csomagolva, buszozva- 100 k ohmos ellenállások buszozva, mennyiség (6) SIP-9, 8 ellenállás, 9 érintkező

3) telepítse a power mosfets mennyiséget (2), - N -csatornás Mosfet FQP30N06

4) telepítsen kis kondenzátorokat

5) hely/forrasztás 3.3V teljesítményszabályozó

- 3.3V szabályozó, (bemenet, föld, kimenet - IGO, pinout), db (1)

6) telepítsen nagy kondenzátort

- 560uF, 6.3V kondenzátor

7) szerelje fel a zöld csavaros sorkapcsokat, mennyiség (3)

- csavaros kapcsok Két tű, 0,1 , db (3)

8) fejlécek telepítése a mikroprocesszorhoz

9) telepítse a mennyiséget (4) 10K ellenállást (a kép rossz.. csak 2 ellenállást mutat)

5. lépés: Kezdeti tesztelés

TESZT érzékelők Mielőtt továbbmenne, tesztelje az összes LED -et/érzékelőt! Sokkal könnyebb ezeket tesztelni, mielőtt továbbmenne. Futtassa a Blink_IR_Leds.ino mintakódot

Az infravörös LED -ek az emberi szem számára láthatatlanok, de sok telefon és kamera lehetővé teszi az infravörös LED -ek megtekintését. Lásd a képen. (sajnos a legtöbb iPhone rendelkezik infravörös szűrővel, ezért próbálkozzon másik telefonnal, amíg meg nem látja az IR ledeket). Ez a lépés nagyon fontos, ezért győződjön meg arról, hogy látja az összes LED -et.

Jól néznek ki a LED -ek? Ha egyetlen LED sem villog? Ellenőrizze, hogy a 3,3 V -os tüskés fejrészen van -e 3,3 V feszültség. Ha egy vagy két LED kialszik, töltse vissza a csapokat és/vagy cserélje ki a LED -eket, amíg a 100% -os LED -ek együtt nem villognak. A LED -ek jók, nagyszerűek, majd tesztelje a műszakregisztereket a test_shift_registers.ino mintakóddal

Használjon fehér papírlapot az érzékelők aktiválásához. Ha egyes érzékelők nem működnek, ellenőrizze a csapokat, melegítse fel, és szükség szerint töltse fel újra a forrasztást.

6. lépés: Végső összeszerelés

Az összes érzékelő tesztelése után fejezze be az összeszerelést. Telepítse azokat a fejléceket, amelyek a felső NYÁK -ot az alsó NYÁK -hoz kötik. !

Ok, ha mindent kipróbáltak, forraszthatja ezeket az áthidalókat…. A 24 jumper forrasztása növeli az IR érzékelők dobási tartományát a LED előremenő feszültségének és áramának növelésével. Ez rendben van, ha a LED -eket bekapcsolva tartjuk 100us alatt. Ezt az adatlap írja le.

Két szkript biztosított, mind a test_shift_registers.ino, mind a bee_counting.ino kielégíti ezt a követelményt azzal, hogy csak 75US -ra kapcsolja be a LED -eket. Ez látható a 68. sorban (műszakregiszter) és a 158. sorban (méhszámlálás). A bekapcsolási idő után ~ 15-20 ms késleltetés következik be, mielőtt újra bekapcsolnák, ami megőrzi a LED élettartamát.

Forrasztja mind a 24 jumpert.

7. lépés: Dual Footprint Micro Controller Pinouts

A nyomtatott áramkör két Adafruit típusú mikrovezérlőt fogad el. Az Adafruit Feather típusú mikrovezérlők és az Adafruit ItsyBitsy mikrovezérlők. Az Adafruit tollak wifit és nagy hatótávolságú rádiófunkciókat tartalmaznak (*esp8266, esp32 és LoRA). Minden ItsyBitsy 3V modellnek (M0, M4 és 32u4) jól kell működnie.

Sajnos az általunk használt váltásregiszterek (a legnépszerűbb váltásregiszter -chip!) Nem teljes SPI -eszközök, és nem osztják meg az SPI -t más eszközökkel. Ezek olyanok, mint a legrosszabb SPI -eszközök!… Ezért egyes táblák, például az Adalogger vagy a LoRa csak nem fog működni a dobozból. Még mindig megteheti úgy, hogy levág néhány nyomot, és az SPI vonalakat szabad SPI -vonalakhoz illeszti, és az SPI -t a váltóregiszterekhez bitbanzi, de ezt egy kicsit nehéz megmagyarázni egy oktatható utasításban.

Hardver SPI

A példakód a Feather ESP32 és az itybitsy M0/M4 modellekhez készült, de másokkal jól együtt kell működnie. A hardveres SPI csapok mindkettőhöz használhatók: MISO és SCK.

Az A5 -ös csap az ESP32 -en és az ityBitsy -n is a Shift Register LOAD*Az A5 -ös pin nem létezik az ESP8266 -on. Ha ezt a táblát használja, akkor egy másik tűre kell ugrania (mondjuk az RX pin szabad)

Power Mosfets

Két csap van csatlakoztatva az infravörös LED -eket vezérlő tápegységekhez

• Tollcsapok

  • 15-ös csap a 0-11
  • 33 csap a 12-23 kapukhoz

• ItsyBitsy csapok

  • 10-es csap a 0-11
  • 11-es csap a 12-23 kapukhoz

Extra csapok

Vannak csavaros csatlakozók (zöld), amelyek további érzékelőket csatlakoztathatnak az i2C csapokhoz (SDA és SCL). Az analóg A4 -es tű is csatlakozik az egyik csavaros csatlakozóhoz.

8. lépés: Arduino kód

Három arduino szkript van mellékelve.

• Blink_IR_leds.ino - a LED -ek működésének vizuális ellenőrzésére szolgál
• test_shift_registers.ino - az érzékelők funkcionális tesztelésére szolgál
• bee_counting.ino - méhek számlálására használták!

Figyelem

A 24 jumper forrasztása növeli az IR érzékelők dobási tartományát a LED előremenő feszültségének és áramának növelésével. Ez rendben van, ha a LED -ek bekapcsolási idejét 100us alá tartjuk.

A fenti két szkript, mind a test_shift_registers.ino, mind a bee_counting.ino kielégíti ezt a követelményt azzal, hogy csak bekapcsolja a LED -eket 75us értékre. Ez látható a 68. sorban (műszakregiszter) és a 158. sorban (méhszámlálás).

A méhek számlálójának kalibrálása

Elképesztő adatokat gyűjtöttem az évek során. Lehetőség van a méhszámláló kalibrálására a kívánt ismételhetőség elérése érdekében. A kívánt hatástól függően különböző módokon lehet kalibrálni a méhszámlálót. Az egyik módszer a méhek mozgásának sebességének mérése, és csak az ismert mozdulatok számolása és az összes hamis trigger kiváltása. Ez a módszer sok méhet hiányol, de következetes értékeket adhat. Egy méhnek körülbelül 180-350 ms-ra van szüksége ahhoz, hogy átlépje az érzékelő régiót.

A bee_counting.ino példakód méri a méhek sebességét az érzékelőn keresztül, és 650 méternél gyorsabban mozgó méheket számol, és az egyik érzékelő befejezése és a második érzékelő befejezése között kevesebb mint 150 ms.

A kalibrálás néhány akadálya a következők:

• bár a méhek nem adnak hozzá propoliszt az érzékelőkhöz, az első telepítés után néhány napig töltik az üregeket propolissal
• a szakállas nyári estéken, és az általános őr méhek, amelyek elmélkednek, hamis indítókat adnak
• A közvetlen napsugárzás alacsony szögben hamis indítású érzékelőket fog okozni (ez elég könnyen mérsékelhető)

9. lépés: Anyagjegyzék

Mikro-vezérlő

A kódot az esp32 Huzzah tollával és az itsyBitsy M0 -val tesztelték, de ezekkel a táblákkal is működni fog.

• toll Huzzah az egérből
• toll esp8266 az egérből
• toll LoRa 900mhz egérből
• ItsyBitsy M0 az egérből
• ItsyBitsy M4 az egérből

Nyomtatott áramköri lap a JLCPCB-től ~ 16-25 USD szállítással.

Rendelje a PCB -ket fekete színben. Lásd a NYÁK megrendelési utasításait.

Alkatrészek és darabok

Íme az egér összefoglaló árlistája. Tekintse meg az alábbi alternatív árakat az olcsóbb opciókért, kifejezetten a reflexiós érzékelőkhöz.

QRE1113 fényvisszaverő érzékelők (48)

6 tűs hüvely 7 mm magas, 0,1 távolság, távolság (~ 36)

22ohmos ellenállások, buszos, mennyiség (4) SIP Csomagolva, 9 ellenállás, 10 érintkező

100 k ohmos ellenállások buszozva, mennyiség (6) SIP-9, 8 ellenállás, 9 érintkező

Műszakregiszterek, (6) 74HC165

3.3V szabályozó, (bemenet, föld, kimenet - IGO, pinout), db (1)

csavaros kapcsok Két tű, 0,1 , db (3)

0,1 uF kerámia kondenzátor, átmenő lyuk, db (6)

1 uF kerámia kondenzátor, átmenő lyuk, db (1)

560uF, 6,3 V kondenzátor alacsony esr, 3,5 mm vezeték távolság, 8 mm átmérő

N-csatornás Mosfet FQP30N06, db (2)

10 k ellenállás, mennyiség (4), általános 1/4 watt

6 fejű, ~ db (32) vagy… 12 tűs (17) dugaszolófej, és szükség szerint szét kell szedni

Alternatív árazás a kínai LCSC forgalmazótól

Valaki rámutatott néhány alternatív árképzésre, amelyek valóban csökkenthetik a költségeket.

• ITR8307 fényvisszaverő érzékelők ~ 0,13 USD/darab @ db (48) (ugyanaz, mint a QRE1113)
• 6 tűs, 8,5 mm magas női fej. ~ 0,05 USD/darab @ db (36+)
• 22 ohmos SIP 8 ellenállás, 9 érintkező, elfér. 0,44 USD darabonként (4)
• 100k SIP ellenállások 8 ellenállás, 9pin, akkor illik. 0,44 USD darabonként (6)

10. lépés: Nyomtatott áramköri lap megrendelése

Sok különböző PCB gyártó közül választhat. Ezek az utasítások a JLCPCB -t mutatják. Szüksége van egy gyártóra, aki fekete PCB -ket tud készíteni. Az infravörös LED -eknek/érzékelőknek a fekete felületre kell mutatniuk, hogy megakadályozzák a hamis aktiválást, ezért az alsó NYÁK -nak fekete színűnek kell lennie. A minimális JLCPCB mennyiségi (5) tábla, és két deszkára lesz szüksége, hogy összeállítson egy méhszámlálót.

1. Töltse le a teljes repót … nyomja meg a nagy zöld gombot, amely azt mondja: "klón vagy töltse le" github … navigáljon a "gerbers.zip" fájlhoz a PCB mappa alatt.

2. Nyissa meg a JLCPCB.com oldalt, hozzon létre egy fiókot, és kattintson a RENDELÉS MOST gombra.

3. Kattintson a "Gerber fájl hozzáadása" gombra, és töltse fel a tömörített fájlokat

4. Válassza a „Fekete” lehetőséget a NYÁK színeként. Szintén a "Rendelési szám eltávolítása" esetében válassza a IGEN lehetőséget

A költség körülbelül 8 USD egy minimális mennyiségű (5) NYÁK rendelésnél, plusz 9-16 USD szállítás a módszertől függően.

Második díj a PCB Design Challenge versenyen