Easy Bee Counter: 10 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:12

2019 Easy Bee Counter V.1

Per preguntes o qüestions! Envieu-los al lloc de github aquí.

Aquesta versió del comptador d’abelles és fàcil de soldar i muntar (tot forat passant). S'ha provat i funciona * amb el codi de mostra proporcionat.

El disseny provat actual és fàcil de programar i accessible per a programadors principiants. La placa de circuit imprès accepta múltiples plataformes Arduino fabricades per Adafruit, inclosa la seva línia de microcontroladors tipus Adafruit Feather i microcontroladors Adafruit ItsyBitsy. Les plomes d'Adafruit inclouen funcions de ràdio i wifi de llarg abast (esp8266 *, esp32 i LoRA). Tots els models ItsyBitsy 3V (M0, M4 i 32u4) haurien de funcionar bé.

* Falta la ploma esp8266 A5. Si utilitzeu aquest uController, heu de passar a un altre pin disponible.

Pas 1: anàlisi de dades: per què comptar les abelles?

Usos possibles

• el ritme d'expansió o disminució dels vols d'abelles pot indicar la salut dels ruscs
• l’expansió o la disminució dels vols d’orientació al llarg dels dies podria indicar la salut de la reina
• el canvi de temps entre els pics de les abelles que surten i tornen podria indicar el nombre de foragistes i la distància a la font de pol·len / nèctar.

• comparació entre dos o moure ruscs per provar manipulacions; tal com,

  • afegir / eliminar sopers de mel
  • alimentació d'almívar intern de sucre
  • tractaments d’àcars oxàlics
• introducció a l'electrònica, soldadura i programació de microcontroladors
• educació de l’abella o instal·lació tipus museu

Salut del rusc

Sembla possible equiparar les dades de vol d'abelles i els vols d'orientació a tota la salut dels ruscs o de la reina. Els vols d’orientació són un comportament de les abelles de mitjana edat d’uns 20 dies. Abans d’alimentar-se les abelles d’aquesta edat abandonaran el rusc com a grup cap a mitjan dia, donant lloc a un màxim de dades de ~ 45 minuts fàcil de veure.

Si hi ha una caiguda dels vols d'orientació, podria indicar una reducció de la posta d'ous ~ 42 dies abans (22 dies d'eclosió + 20 dies fins al farratge).

Distància d’alimentació

És fàcil veure en les dades canvis petits però diferents entre abelles OUT i abelles IN. Això indica tant un volum d'abelles que marxen i tornen juntes com una distància o un temps aproximats fins a la ubicació de l'alimentació.

Pas 2: millores en el disseny anterior

• Tots els components del forat passant per facilitar la soldadura
• Empremta dual, socketed, fora de la plataforma uControllers => Feather i ItsyBitsy
• Programa a Arduino, Lua i microPython: un total de 24 portes, 48 sensors, 6 registres de desplaçament
• ~ 14,75 "de llarg que s'estén tota l'obertura d'un rusc de llengüeta per facilitar la seva col·locació
• utilitzar 2 PCB per crear un sandvitx és una solució ràpida i econòmica. Els PCB s’han d’ordenar de negre (vegeu les instruccions) per tal que l’emissor IR LED s’absorbeixi al material.
• utilitzant capçaleres de 6 pins per crear els torns d'estils o portes
• Els LED IR IR controlats per mosfet N-Ch permeten controlar els LED durant breus períodes durant la detecció (~ 75us). Permet una potència reduïda a menys d’1 ma (més uController).

Pas 3: operació general

Sensors infrarojos (IR)

Les abelles són forçades a través de 24 portes on els sensors òptics (48 sensors) determinen si l’abella és present i determinen la direcció del moviment de l’abella. Cada sensor òptic té un LED IR i un sensor IR. Si no hi ha abella, la llum IR s’absorbeix a la superfície negra. Si hi ha una abella, la llum IR es reflecteix en l’abella i activa el sensor.

Els 48 LED es divideixen en dos conjunts de 24 amb cada conjunt controlat per un mosfet N-ch. El voltatge normal normal de cada LED IR és d’1,2 V i aproximadament 20 ma, tal com es mostra a la fitxa tècnica. Es connecten dos LED en sèrie amb una resistència de 22ohm. Hi ha ponts a la placa que permeten als LED passar per alt les resistències limitants de corrent. No soldeu el pont fins que no estigueu completament provat. Consulteu les instruccions de muntatge.

Registres de canvi

Hi ha 6 registres de canvi. Aquí teniu una descripció fantàstica sobre com connectar i programar els registres de desplaçament. Els pins SPI del microcontrolador llegeixen els registres de desplaçament. Els sis registres de torns es llegeixen al mateix temps. Normalment, els sensors es baixen i mostren 3,3 V o ALT quan s’activa un transistor i hi ha una abella.

El disseny del PCB connecta el pin d’alimentació USB del microcontrolador al regulador de 3,3 V de manera que un cable USB connectat al microcontrolador pot alimentar tot el projecte.

Pas 4: Instruccions de muntatge

Aquesta versió del comptador d’abelles es compon de tots els forats. És fàcil de soldar i muntar. Aquesta és la segona versió del tauler (V1) que es va completar el març de 2020. Si teniu el tauler de la versió 0 (gener / febrer 2020), només heu de corregir alguns dels meus errors anteriors, inclòs afegir un cable de pont que es mostra aquí.

1) Instal·leu sensors IR: QRE1113 o ITR8307

2) instal·leu els registres de desplaçament quantitats (6), resistències LED SIP 22R i resistències de desplaçament de 100 k.

- Registres de desplaçament, quantitats (6) 74HC165- resistències de 22ohm, transmeses, quantitat (4) SIP empaquetades, transmeses - resistències de 100k ohmies, quantitats (6) SIP-9, 8 resistències, 9 pins

3) instal·leu mosfets de potència en quantitat (2), - Mosfet FQP30N06 de canal N

4) instal·leu condensadors petits

5) lloc / soldador regulador de potència 3.3V

- Regulador de 3,3 V, (entrada, terra, sortida - IGO, pinout), quantitat (1)

6) instal·leu un condensador gran

Condensador de 560uF, 6,3V

7) instal·leu terminals de cargol verds, quantitat (3)

terminals de cargol de dos pins, 0,1 , quantitat (3)

8) instal·leu capçaleres per a microprocessador

9) instal·leu quantitats (4) resistències de 10 K (la imatge no és correcta, només es mostren 2 resistències) - resistències de tracció i2c - resistències desplegables per a mosfets de potència

Pas 5: proves inicials

PROVEU els sensors Abans d’anar més lluny, proveu tots els LEDs / sensors. Ara és molt més fàcil provar-les abans d’anar més enllà. Executeu el codi de mostra Blink_IR_Leds.ino

Els LED IR són invisibles a l’ull humà, però molts telèfons i càmeres permeten veure els LED IR. Veure imatge. (malauradament, la majoria d'iPhone tenen filtres IR, així que proveu un altre telèfon fins que no vegeu leds IR). Aquest pas és molt important, així que assegureu-vos que pugueu veure tots els LED.

Els LED es veuen bé? Si no parpelleja cap LED? Comproveu que tingueu 3,3 V a la capçalera del pin de 3,3 V. Si hi ha un o dos LEDs apagats, torneu a introduir els pins i / o substituïu-los fins que obtingueu un 100% de parpelleig. LEDs bons, genials, a continuació proveu els registres de desplaçament amb el codi de mostra test_shift_registers.ino

Utilitzeu un tros de paper blanc per activar els sensors. Si alguns sensors no funcionen, comproveu els pins, escalfeu-los i torneu a soldar els pins segons calgui.

Pas 6: Assemblea final

Acabeu el muntatge un cop provats tots els sensors. Instal·leu les capçaleres que connecten el PCB superior al PCB inferior. !

D'acord, un cop provat tot, podeu soldar aquests ponts … Soldar els 24 ponts augmenta el rang de llançament dels sensors IR augmentant la tensió i el corrent cap endavant al LED. Està bé si mantenim el temps dels LED encesos a menys de 100us. Això es descriu al full de dades.

Es proporcionen dos scripts, tant test_shift_registers.ino com bee_counting.ino, que compleixen aquest requisit només encenent els LED durant 75us. Això es mostra a la línia 68 (registre de desplaçament) i a la línia 158 (abe_counting). Després del temps d'encesa, hi ha un retard de ~ 15-20ms abans de tornar-los a encendre, cosa que preserva la vida del LED.

Soldeu els 24 saltadors.

Pas 7: pinouts de controlador de petjada dual

La placa de circuit imprès accepta dos microcontroladors estil Adafruit. Els microcontroladors tipus Adafruit Feather i els microcontroladors Adafruit ItsyBitsy. Les plomes d'Adafruit inclouen funcions de ràdio i wifi (* esp8266, esp32 i LoRA). Tots els models ItsyBitsy 3V (M0, M4 i 32u4) haurien de funcionar bé.

Malauradament, els registres de desplaçament que estem utilitzant (el xip de registre de desplaçament més popular!) No són dispositius SPI complets i no compartiran l'SPI amb altres dispositius.. Són com els pitjors dispositius SPI! … per tant, algunes taules com l'Adalogger o LoRa no funcionarà fora de la caixa. Encara podeu fer-ho tallant algunes traces i pegant les línies SPI per alliberar línies SPI i fent un bitbanging de l’SPI als registres de desplaçament, però això és una mica difícil d’explicar de manera instructiva.

SPI de maquinari

El codi d'exemple està escrit per a Feather ESP32 i itsybitsy M0 / M4, però hauria de funcionar bé amb altres. Els pins SPI de maquinari s’utilitzen per a tots dos: MISO i SCK.

El pin A5 tant a l’ESP32 com a itsyBitsy és el registre de canvis LOAD * El pin A5 no existeix a l’ESP8266. Si utilitzeu aquest tauler, heu de passar a un altre pin (per exemple, el pin RX és gratuït)

Power Mosfets

Es connecten dos pins als mosquetes de potència que condueixen els LED IR

• Pins de ploma
  • Pin 15 per a les portes 0-11
  • Pin 33 per a les portes 12-23

• Pins de ItsyBitsy

  • Pin 10 per a les portes 0-11
  • Pin 11 per a les portes 12-23

Pins addicionals

Hi ha terminals de cargol (verds) per connectar sensors addicionals als pins i2C (SDA i SCL). També hi ha un pin A4 analògic connectat a un dels terminals de cargol.

Pas 8: Codi Arduino

Hi ha tres scripts arduino adjunts.

• Blink_IR_leds.ino: s'utilitza per inspeccionar visualment els LED que funcionen
• test_shift_registers.ino: s'utilitza per provar funcionalment els sensors
• bee_counting.ino: s'utilitzava per comptar les abelles.

Advertiment

Soldar els 24 ponts augmenta el rang de llançament dels sensors IR augmentant la tensió i el corrent cap endavant al LED. Està bé si mantenim els LED encesos a menys de 100us.

Dos scripts anteriors, ambdós test_shift_registers.ino i bee_counting.ino, compleixen aquest requisit només encenent els LED durant 75us. Això es mostra a la línia 68 (registre de desplaçament) i a la línia 158 (abe_counting).

Calibració del comptador d’abelles

He capturat dades sorprenents al llarg dels anys. És possible calibrar el comptador d'abelles per aconseguir la repetibilitat requerida. Hi ha diferents maneres de calibrar el comptador d’abelles en funció de l’efecte desitjat. Un mètode és mesurar la velocitat del moviment de les abelles i només comptar els moviments coneguts i llançar tots els falsos desencadenants. Aquest mètode enyora moltes abelles, però pot donar valors constants. Es necessita una abella d’uns 180-350 ms per recórrer la regió del sensor.

L’exemple de codi bee_counting.ino mesura la velocitat de les abelles a través del sensor i compta les abelles que es mouen més de 650 ms i exigeix que el temps entre acabar un sensor i acabar el segon sensor sigui inferior a 150 ms.

Alguns dels obstacles per calibrar inclouen:

• tot i que les abelles no afegeixen pròpolis als sensors, passaran uns quants dies omplint buits amb pròpolis en instal·lar-se inicialment
• la barba a les nits d’estiu i les abelles de la guàrdia general que rumien donen falsos desencadenants
• la llum solar directa amb un angle baix provoca falsos sensors (això es pot mitigar bastant fàcilment)

Pas 9: llista de materials

Microcontrolador

El codi es va provar amb la ploma esp32 Huzzah i itsyBitsy M0, però funcionarà amb totes aquestes plaques.

• ploma Huzzah de mouser
• ploma esp8266 de mouser
• ploma LoRa 900mhz de mouser
• ItsyBitsy M0 de mouser
• ItsyBitsy M4 de mouser

Tauler de circuits impresos de JLCPCB ~ 16-25 $ amb despeses d'enviament.

Demaneu els PCB en negre. Consulteu les instruccions de comanda de PCB.

Peces i peces

Aquí teniu una llista de preus resumida de mouser. Consulteu els preus alternatius a continuació per obtenir opcions més econòmiques específicament per als sensors de reflectància.

QRE1113 Quantitat de sensors reflectants (48)

Capçaleres femenines de 6 pins d'alçada de 7 mm, espaiat de 0,1 polzades, quantitat (~ 36)

Resistències de 22 ohm, amb bus, quantitat (4) SIP, 9 resistències, 10 pins

Resistències de 100 k ohmiosos, quantitat (6) SIP-9, 8 resistències, 9 pins

Registres de torns, quantitat (6) 74HC165

Regulador de 3,3 V, (entrada, terra, sortida - IGO, pinout), quantitat (1)

bornes de cargol Dos pins, 0,1 , quantitat (3)

Condensador ceràmic 0,1 uF, forat passant, quantitat (6)

1 condensador ceràmic uF, forat passant, quantitat (1)

560uF, 6,3 V condensador esr baix, espaiat de plom de 3,5 mm, diàmetre de 8 mm

Canal N Mosfet FQP30N06, quantitat (2)

Resistències de 10 k, quantitat (4), 1/4 de watt genèric

capçaleres masculines de 6 pins, ~ quantitat (32) o … quantitat de 12 pins (17) i trencar-les segons calgui

Preus alternatius del distribuïdor xinès LCSC

Algú va assenyalar alguns preus alternatius que realment poden reduir el cost.

• ITR8307 Sensors de reflectància ~ 0,13 dòlars / cada @ quantitat (48) (igual que QRE1113)
• Capçals femenins de 6 pins d'alçada de 8,5 mm. ~ 0,05 $ / cada @ quantitat (més de 36 anys)
• Resistència SIP 8 de 22 ohms, 9 pins, s’adaptarà. 0,44 dòlars per quantitat (4)
• Resistències SIP 100k de 8 resistències, de 9 pins, s’adaptaran. 0,44 dòlars per quantitat (6)

Pas 10: ordenació de la placa de circuit imprès

Hi ha molts fabricants de PCB diferents per triar. Aquestes instruccions mostren JLCPCB. Necessiteu un fabricant que pugui fabricar PCB negres. Els LED / sensors IR necessiten apuntar cap a una superfície negra per evitar disparadors falsos, de manera que el PCB inferior ha de ser negre. El JLCPCB mínim és de 5 taulers (5) i necessitareu 2 taulons per emparedar junts per completar un comptador d'abelles.

1. Baixeu la reposició completa … premeu el gran botó verd que diu "clona o descarregueu" github … aneu al fitxer "gerbers.zip" a la carpeta PCB.

2. Aneu a JLCPCB.com, creeu un compte i feu clic al botó ORDRE ARA.

3. Feu clic a "Afegeix el vostre fitxer Gerber" i pengeu els fitxers comprimits

4. Seleccioneu "Negre" com a color del PCB. També per a "Elimina el número de comanda", seleccioneu SÍ

El cost és d'aproximadament 8 dòlars per a una comanda mínima de quantitat (5) de PCB més 9-16 dòlars d'enviament segons el mètode.

Accèssit al PCB Design Challenge