Vienkāršs bišu skaitītājs: 10 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:52

2019. gada vienkāršais bišu skaitītājs V.1

Jautājumiem vai jautājumiem !! Lūdzu, ievietojiet tos github vietnē šeit!

Šo bišu skaitītāja versiju ir viegli lodēt un salikt (viss caur caurumu). Tas ir pārbaudīts un darbojas* ar norādīto koda paraugu.

Pašreizējo pārbaudīto dizainu ir viegli ieprogrammēt un tas ir pieejams iesācējiem programmētājiem. Drukātās shēmas plates pieņem vairākas Adafruit ražotās Arduino platformas, ieskaitot to Adafruit Feather tipa mikrokontrolleru un Adafruit ItsyBitsy mikrokontrolleru līniju. Adafruit spalvas ietver bezvadu internetu un liela attāluma radio funkcijas (esp8266*, esp32 un LoRA). Visiem ItsyBitsy 3V modeļiem (M0, M4 un 32u4) vajadzētu darboties labi.

*Spalvas esp8266 trūkst A5. Ja izmantojat šo uController, jums jāpārslēdzas uz citu pieejamo tapu.

1. darbība: datu analīze - kāpēc skaitīt bites?

Iespējamie lietojumi

• bišu lidojumu paplašināšanās vai samazināšanās temps var liecināt par stropu veselību
• orientēšanās lidojumu paplašināšanās vai samazināšanās pa dienām var liecināt par karalienes veselību
• laika nobīde starp bišu pīķiem, kas atstāj un atgriežas, var norādīt lopbarības lopu skaitu un attālumu līdz ziedputekšņu/nektāra avotam.

• divu stropu salīdzināšana vai pārvietošana, lai pārbaudītu manipulācijas; piemēram,

  • pievienojot/noņemot medus supers
  • iekšējā cukura sīrupa barošana
  • skābeņskābes ērču ārstēšana
• ievads elektronikā, lodēšanā un mikrokontrolleru programmēšanā
• medus bišu izglītība vai muzeja tipa instalācija

Stropu veselība

Šķiet, ka ir iespējams pielīdzināt bišu lidojuma datus un orientēšanās lidojumus uz visu stropu vai mātes stāvokli. Orientējošie lidojumi ir aptuveni 20 dienas vecu “vidēja vecuma” bišu uzvedība. Pirms barošanās šī vecuma bites atstās stropu kā grupu apmēram dienas vidū, kā rezultātā būs viegli saskatāms ~ 45 minūšu maksimums.

Ja orientēšanās lidojumi samazinās, tas varētu liecināt par olu dēšanas samazināšanos ~ 42 dienas iepriekš (22 dienas izšķīlušās + 20 dienas līdz lopbarībai).

Meklēšanas attālums

Datos ir viegli saskatīt nelielas, bet atšķirīgas izmaiņas starp bitēm OUT un bitēm IN. Tas norāda gan bišu daudzumu, kas izbrauc un atgriežas kopā, gan aptuvenu attālumu vai laiku līdz barības vietai.

2. darbība. Iepriekšējā dizaina uzlabojumi

• Visi caurumi caurumiem vieglai lodēšanai
• Divkāršs nospiedums, ligzdots, bez plaukta uControllers => Feather and ItsyBitsy
• Programma Arduino, Lua un microPython - kopā 24 vārti, 48 sensori, 6 maiņu reģistri
• ~ 14,75 collas, izstiepjot visu stropu stropu atveri ērtai novietošanai
• 2 PCB izmantošana sviestmaizes izveidošanai ir lēts ātrs risinājums. PCB ir jāpasūta melnā krāsā (skatiet instrukcijas), lai IR LED emitētājs tiktu absorbēts materiālā.
• izmantojot 6 kontaktu galvenes, lai izveidotu pagrieziena stilus vai vārtus
• N-Ch mosfet kontrolētas IR gaismas diodes, lai gaismas diodes varētu ieslēgt īsu laiku ieslēgšanas laikā (~ 75us). Ļauj samazināt jaudu līdz mazāk nekā 1m (plus uController).

3. darbība. Vispārējā darbība

Infrasarkanie (IR) sensori

Medus bites tiek izspiestas caur 24 vārtiem, kur optiskie sensori (48 sensori) nosaka, vai bite ir klāt, un nosaka bišu kustības virzienu. Katram optiskajam sensoram ir IR LED un IR sensors. Ja bišu nav, IR gaisma tiek absorbēta melnajā virsmā. Ja ir bite, IR gaisma atstarojas no bites un iedarbina sensoru.

48 gaismas diodes ir sadalītas divos 24 komplektos, un katru komplektu kontrolē N-ch mosfet. Katras IR gaismas diodes parastais priekšējais spriegums ir 1,2 V un aptuveni 20 ma, kā parādīts datu lapā. Divas gaismas diodes ir savienotas virknē ar 22 omu rezistoru. Uz tāfeles ir džemperi, kas ļauj gaismas diodēm apiet strāvas ierobežošanas rezistorus. Nelodējiet džemperi, līdz tas nav pilnībā pārbaudīts! Skatiet montāžas instrukcijas.

Pārslēgšanās reģistri

Ir 6 maiņu reģistri. Šeit ir lielisks apraksts par to, kā izveidot savienojumu un programmēt maiņu reģistrus. Mikrokontrollera SPI tapas nolasa maiņu reģistrus. Visi seši maiņu reģistri tiek lasīti vienlaikus. Sensori parasti tiek novilkti zemu un rāda 3.3V vai HIGH, kad tiek iedarbināts tranzistors un ir klāt bite.

PCB dizains savieno USB strāvas tapu no mikrokontrollera līdz 3.3V regulatoram, lai ar mikrokontrolleri savienots USB kabelis varētu darbināt visu projektu.

4. solis: montāžas instrukcijas

Šī bišu skaitītāja versija ir caur caurumu komponentiem. Tas ir viegli lodēt un salikt. Šī ir tāfeles otrā versija (V1), kas pabeigta 2020. gada martā. Ja jums ir 0 versijas dēlis (2020. gada janvāris/februāris), jums vienkārši jālabo dažas manas iepriekšējās kļūdas, tostarp pievienojot šeit redzamo savienojuma vadu.

1) Uzstādiet IR sensorus - QRE1113 vai ITR8307

2) instalējiet maiņu reģistrus (6), SIP 22R LED rezistorus un 100k nolaižamos rezistorus.

- Pārbīdes reģistri, daudzums (6) 74HC165- 22 omi rezistori, kopti, daudzums (4) SIP Iepakots, kopts- 100 k omu rezistori, daudz (6) SIP-9, 8 rezistori, 9 tapas

3) instalējiet jaudas mosfets daudzumu (2), - N -Channel Mosfet FQP30N06

4) uzstādiet mazus kondensatorus

5) vieta/lodēt 3.3V jaudas regulators

- 3.3V regulators, (ieeja, zeme, izeja - IGO, pinout), daudzums (1)

6) instalējiet lielu kondensatoru

- 560uF, 6,3 V kondensators

7) uzstādiet zaļās skrūves spailes, daudzums (3)

- skrūvju spailes Divi kontakti, 0,1 , daudzums (3)

8) instalējiet galvenes mikroprocesoram

9) instalējiet daudzumu (4) 10K rezistori (attēls ir nepareizs.. rāda tikai 2 rezistorus)

5. darbība: sākotnējā pārbaude

TESTA sensori Pirms doties tālāk, pārbaudiet visas savas gaismas diodes/sensorus! Tagad ir daudz vieglāk tos pārbaudīt, pirms doties tālāk. Palaidiet parauga kodu Blink_IR_Leds.ino

IR gaismas diodes ir cilvēka acīm neredzamas, taču daudzi tālruņi un kameras ļauj jums redzēt IR gaismas diodes. Skatīt attēlu. (diemžēl lielākajai daļai iphone ir IR filtri, tāpēc izmēģiniet citu tālruni, līdz redzat IR gaismas diodes). Šis solis ir ļoti svarīgs, tāpēc pārliecinieties, vai redzat visas gaismas diodes.

LED izskatās labi? Ja neviena gaismas diode nemirgo? Pārbaudiet, vai 3.3V kontakta galvenē ir 3.3V. Ja nedeg viena vai divas gaismas diodes, atkārtoti uzpūtiet tapas un/vai nomainiet gaismas diodes, līdz 100% mirgo kopā. Gaismas diodes labi, lieliski, pēc tam pārbaudiet maiņu reģistrus ar parauga kodu test_shift_registers.ino

Lai iedarbinātu sensorus, izmantojiet baltu papīra lapu. Ja daži sensori nedarbojas, pārbaudiet tapas, uzkarsējiet un pēc vajadzības uzlejiet lodētus uz tapām.

6. solis: galīgā montāža

Pabeidziet montāžu, kad visi sensori ir pārbaudīti. Instalējiet galvenes, kas savieno augšējo PCB ar apakšējo PCB. !

Labi, kad viss ir pārbaudīts, jūs varat pielodēt šos džemperus … 24 džemperu lodēšana palielina infrasarkano staru sensoru darbības diapazonu, palielinot priekšējo spriegumu un strāvu gaismas diodē. Tas ir labi, ja gaismas diodes tiek ieslēgtas līdz mazāk nekā 100us. Tas ir aprakstīts datu lapā.

Sniegti divi skripti - gan test_shift_registers.ino, gan bee_counting.ino atbilst šai prasībai, tikai ieslēdzot gaismas diodes 75us. Tas ir parādīts 68. rindā (maiņu reģistrs) un 158. rindā (bee_counting). Pēc ieslēgšanās laika tiek aizkavēta ~ 15-20 ms, pirms tās atkal ieslēdz, kas saglabā gaismas diodes kalpošanas laiku.

Lodējiet visus 24 džemperus.

7. solis: Dual Footprint Micro Controller Pinouts

Drukātās shēmas plates pieņem divus Adafruit stila mikrokontrollerus. Adafruit Feather tipa mikrokontrolleri un Adafruit ItsyBitsy mikrokontrolleri. Adafruit spalvas ietver Wi -Fi un liela attāluma radio funkcijas (*esp8266, esp32 un LoRA). Visiem ItsyBitsy 3V modeļiem (M0, M4 un 32u4) vajadzētu darboties labi.

Diemžēl mūsu izmantotie maiņu reģistri (vispopulārākā maiņu reģistra mikroshēma!) Nav pilnas SPI ierīces, un tie SPI netiks koplietoti ar citām ierīcēm.. Tās ir kā vissliktākās SPI ierīces!… Tādēļ dažas plates, piemēram, Adalogger vai LoRa vienkārši nestrādās no kastes. Jūs joprojām varat to izdarīt, nogriežot dažas pēdas un izlabojot SPI līnijas, lai atbrīvotu SPI līnijas un bitbanging SPI uz maiņu reģistriem, taču to ir nedaudz grūti izskaidrot pamācībā.

Aparatūras SPI

Piemēra kods ir rakstīts Feather ESP32 un itsybitsy M0/M4, taču tam vajadzētu labi darboties ar citiem. Aparatūras SPI tapas tiek izmantotas abiem: MISO un SCK.

Spraudnis A5 gan ESP32, gan itsyBitsy ir nobīdes reģistrs LOAD*Pin A5 ESP8266 nepastāv. Ja izmantojat šo dēli, jums jāpārslēdzas uz citu tapu (teiksim, RX tapa ir bezmaksas)

Barošanas Mosfets

Divas tapas ir savienotas ar strāvas mosfetiem, kas vada IR gaismas diodes

• Spalvu tapas

  • Pin 15 vārtiem 0-11
  • 33 tapas vārtiem 12-23

• ItsyBitsy tapas

  • 10. tapa vārtiem 0-11
  • Pin 11 vārtiem 12-23

Papildu tapas

Ir skrūvju spailes (zaļas), lai pievienotu papildu sensorus i2C tapām (SDA un SCL). Ir arī analogā tapa A4, kas savienota ar vienu no skrūvju spailēm.

8. solis: Arduino kods

Ir pievienoti trīs arduino skripti.

• Blink_IR_leds.ino - izmanto, lai vizuāli pārbaudītu gaismas diožu darbību
• test_shift_registers.ino - izmanto sensoru funkcionālai pārbaudei
• bee_counting.ino - izmanto, lai skaitītu bites!

Brīdinājums

24 džemperu lodēšana palielina infrasarkano staru sensoru darbības diapazonu, palielinot gaismas diodes priekšējo spriegumu un strāvu. Tas ir labi, ja gaismas diodes tiek ieslēgtas līdz mazāk nekā 100us.

Divi iepriekš minētie skripti, gan test_shift_registers.ino, gan bee_counting.ino atbilst šai prasībai, tikai ieslēdzot gaismas diodes 75us. Tas ir parādīts 68. rindā (maiņu reģistrs) un 158. rindā (bee_counting).

Bišu skaitītāja kalibrēšana

Gadu gaitā esmu ieguvis pārsteidzošus datus. Ir iespējams kalibrēt bišu skaitītāju, lai sasniegtu nepieciešamo atkārtojamību. Atkarībā no vēlamā efekta ir dažādi veidi, kā kalibrēt bišu skaitītāju. Viena metode ir izmērīt bišu kustības ātrumu un saskaitīt tikai zināmās kustības un izmest visus viltus izraisītājus. Šai metodei pietrūkst daudz bišu, bet tā var sniegt konsekventas vērtības. Lai pārvarētu sensora reģionu, bitei ir nepieciešami apmēram 180–350 ms.

Piemēra kods bee_counting.ino mēra bišu ātrumu caur sensoru un saskaita bites, kas pārvietojas ātrāk par 650 ms, un prasa laiku no viena sensora pabeigšanas līdz otrā sensora pabeigšanai mazāk nekā 150 ms.

Daži no šķēršļiem kalibrēšanai ir:

• Lai gan bites sensoriem nepievieno propolisu, tās sākotnējās uzstādīšanas laikā pavadīs vairākas dienas, aizpildot tukšumus ar propolisu
• bārdošana vasaras vakaros un vispārējās apsardzes bites, kas muld par to, rada nepatiesus iedarbinātājus
• tieša saules gaisma zemā leņķī izraisīs viltus sprūda sensorus (to var diezgan viegli mazināt)

9. solis: materiālu saraksts

Mikrokontrolleris

Kods tika pārbaudīts ar spalvu esp32 Huzzah un itsyBitsy M0, taču tas darbosies ar visiem šiem dēļiem.

• spalva Huzzah no mouser
• spalva esp8266 no peles
• spalva LoRa 900mhz no peles
• ItsyBitsy M0 no peles
• ItsyBitsy M4 no peles

Iespiesta shēmas plate no JLCPCB ~ $ 16-25 ar piegādi.

Pasūtiet melnās krāsas PCB. Skatiet PCB pasūtīšanas instrukcijas.

Daļas un gabali

Šeit ir kopsavilkuma cenu saraksts no Mouser. Zemāk skatiet alternatīvas cenas, lai iegūtu lētākas iespējas, kas īpaši paredzētas atstarošanas sensoriem.

QRE1113 atstarojošo sensoru daudzums (48)

6 kontaktu sieviešu galvenes 7 mm augstas, 0,1 collu atstarpe, daudzums (~ 36)

22 omi rezistori, kopti, daudzums (4) SIP Iepakots, 9 rezistori, 10 tapas

100k omu rezistori ar spriegumu, daudzums (6) SIP-9, 8 rezistori, 9 tapas

Maiņu reģistri, daudzums (6) 74HC165

3.3V regulators, (ieeja, zeme, izeja - IGO, pinout), daudzums (1)

skrūvju spailes Divi kontakti, 0,1 , daudzums (3)

0,1 uF keramikas kondensators, caurums, daudzums (6)

1 uF keramikas kondensators, caurums, daudzums (1)

560uF, 6,3 V kondensators ar zemu esr, 3,5 mm attālums starp vadiem, 8 mm diametrs

N-kanāla Mosfet FQP30N06, daudzums (2)

10k rezistori, daudzums (4), vispārējs 1/4 vati

vīriešu galvenes ar 6 tapām, ~ daudzums (32) vai… 12 kontaktu daudzums (17) un pēc vajadzības sadaliet

Alternatīvas cenas no Ķīnas izplatītāja LCSC

Kāds norādīja uz alternatīvām cenām, kas patiešām var samazināt izmaksas.

• ITR8307 atstarošanas sensori ~ 0,13 ASV dolāri/katrs @ daudzums (48) (tāds pats kā QRE1113)
• 6 kontaktu sieviešu galvenes 8,5 mm augstas. ~ 0,05 USD par katru @ daudzums (36+)
• 22 omu SIP 8 rezistors, 9 tapas, tas derēs. 0,44 USD par daudzumu (4)
• 100k SIP rezistori 8 rezistors, 9pin, tas derēs. 0,44 USD par daudzumu (6)

10. solis: iespiedshēmas plates pasūtīšana

Ir daudz dažādu PCB ražotāju, no kuriem izvēlēties. Šie norādījumi parāda JLCPCB. Jums ir nepieciešams ražotājs, kas var izgatavot melnas PCB. IR gaismas diodēm/sensoriem ir jānorāda uz melnu virsmu, lai novērstu viltus iedarbināšanu, tāpēc apakšējai PCB jābūt melnai. Minimālais JLCPCB ir daudzums (5) dēļi, un, lai pabeigtu vienu bišu skaitītāju, jums būs nepieciešami divi dēļi, lai kopā izveidotu sviestmaizi.

1. Lejupielādējiet visu repo … nospiediet lielo zaļo pogu, kas saka "klonēt vai lejupielādēt" github … dodieties uz failu "gerbers.zip" zem PCB mapes.

2. Dodieties uz vietni JLCPCB.com, izveidojiet kontu un noklikšķiniet uz pogas PASŪTĪT TŪLĪT.

3. Noklikšķiniet uz "Pievienot savu Gerber failu" un augšupielādējiet ZIP failus

4. Kā PCB krāsu izvēlieties 'Melna'. Arī sadaļā “Noņemt pasūtījuma numuru” atlasiet JĀ

Izmaksas ir aptuveni 8 ASV dolāri par minimālo daudzuma (5) PCB pasūtījumu plus 9–16 ASV dolāru piegāde atkarībā no metodes.

Otrā balva PCB dizaina izaicinājumā