Easy Bee Counter: 10 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:01

2019 Easy Bee Counter V.1

Per domande o problemi!! Per favore pubblicali sul sito github qui!

Questa versione del contatore delle api è facile da saldare e assemblare (tutto passante). È stato testato e funziona* con il codice di esempio fornito.

L'attuale design testato è facile da programmare e accessibile ai programmatori principianti. Il circuito stampato accetta più piattaforme Arduino realizzate da Adafruit, inclusa la loro linea di microcontrollori di tipo Adafruit Feather e microcontrollori Adafruit ItsyBitsy. Le piume di Adafruit includono funzionalità Wi-Fi e radio a lungo raggio (esp8266*, esp32 e LoRA). Tutti i modelli ItsyBitsy 3V (M0, M4 e 32u4) dovrebbero funzionare correttamente.

*La piuma esp8266 manca di A5. Se usi questo uController devi ponticellare su un altro pin disponibile.

Passaggio 1: analisi dei dati: perché contare le api?

Usi possibili

• il tasso di espansione o declino dei voli delle api potrebbe indicare la salute dell'alveare
• l'espansione o il declino dei voli di orientamento nel corso dei giorni potrebbe segnalare la salute della regina
• lo sfasamento temporale tra i picchi di partenza e ritorno delle api potrebbe indicare il numero di raccoglitrici e la distanza dalla fonte di polline/nettare.

• confronto tra due o spostare alveari per testare le manipolazioni; come,

  • aggiunta/rimozione di supers di miele
  • alimentazione interna dello sciroppo di zucchero
  • trattamenti contro gli acari dell'acido ossalico
• introduzione all'elettronica, alla saldatura e alla programmazione di microcontrollori
• educazione delle api da miele o installazione di tipo museale

Salute dell'alveare

Sembra possibile equiparare i dati di volo delle api e i voli di orientamento alla salute generale dell'alveare o alla salute della regina. I voli di orientamento sono un comportamento delle api "di mezza età" di circa 20 giorni. Prima della raccolta delle api di questa età, lasceranno l'alveare come gruppo intorno a metà giornata, risultando in un picco di dati di circa 45 minuti facile da vedere.

Se c'è un calo nei voli di orientamento potrebbe indicare una riduzione della deposizione delle uova ~42 giorni prima (22 giorni di schiusa + 20 giorni fino al foraggio).

Distanza di foraggiamento

È facile vedere nei dati piccoli ma distinti spostamenti tra api OUT e api IN. Questo indica sia un volume di api che stanno partendo e tornando insieme, sia una distanza o un tempo approssimativo verso il luogo di foraggiamento.

Passaggio 2: miglioramenti al design precedente

• Tutti i componenti a foro passante per una facile saldatura
• uControllers a doppia impronta, socketed, standard => Feather e ItsyBitsy
• Programma in Arduino, Lua e microPython - Un totale di 24 porte, 48 sensori, 6 registri a scorrimento
• ~14,75" di lunghezza che allunga l'intera apertura di un alveare langstroth per un facile posizionamento
• l'utilizzo di 2 PCB per creare un sandwich è una soluzione rapida ed economica. I PCB devono essere ordinati neri (vedi istruzioni) in modo che l'emettitore LED IR venga assorbito nel materiale.
• utilizzando 6 intestazioni pin per creare gli stili di svolta o le porte
• LED IR controllati da mosfet N-Ch in modo che i LED possano essere controllati ON per brevi periodi durante il rilevamento (~75us). Consente una potenza ridotta a meno di 1 ma (più uController).

Passaggio 3: operazione generale

Sensori a infrarossi (IR)

Le api sono costrette attraverso 24 porte dove sensori ottici (48 sensori) determinano se l'ape è presente e determinano la direzione del movimento dell'ape. Ogni sensore ottico ha un LED IR e un sensore IR. Se non è presente alcuna ape, la luce IR viene assorbita dalla superficie nera. Se è presente un'ape, la luce IR si riflette sull'ape e attiva il sensore.

I 48 LED sono divisi in due set di 24 con ogni set controllato da un mosfet N-ch. La normale tensione diretta di ciascun LED IR è 1,2 V e circa 20 mA come mostrato nella scheda tecnica. Due LED sono collegati in serie con un resistore da 22 ohm. Sulla scheda sono presenti dei ponticelli che consentono ai LED di bypassare i resistori di limitazione della corrente. Non saldare il ponticello fino a quando non è stato completamente testato! Fare riferimento alle istruzioni di montaggio.

Registri Shift-in

Ci sono 6 registri shift-in. Ecco un'ottima descrizione su come collegare e programmare i registri a scorrimento. I pin SPI del microcontrollore leggono i registri a scorrimento. Tutti e sei i registri a scorrimento vengono letti contemporaneamente. I sensori sono normalmente abbassati e mostrano 3,3 V o ALTO quando viene attivato un transistor ed è presente un'ape.

PotenzaIl design del PCB collega il pin di alimentazione USB dal microcontrollore al regolatore da 3,3V in modo che un cavo USB collegato al microcontrollore possa alimentare l'intero progetto.

Passaggio 4: istruzioni di montaggio

Questa versione del contatore dell'ape è tutta componenti del foro passante. È facile da saldare e assemblare. Questa è la seconda versione della scheda (V1) completata a marzo 2020. Se hai la scheda Versione 0 (gennaio/febbraio 2020) devi solo correggere alcuni dei miei errori precedenti, inclusa l'aggiunta di un ponticello mostrato qui.

1) Installare sensori IR - QRE1113 o ITR8307

2) installare i registri a scorrimento qty(6), resistori LED SIP 22R e resistori pulldown 100k.

- Registri a scorrimento, qty(6) 74HC165- resistori da 22ohm, collegati, qty(4) SIP Packaged, bussed - Resistori da 100k ohm collegati, qty(6) SIP-9, 8 resistori, 9 pin

3) installare mosfet di potenza qty(2), - Mosfet a canale N FQP30N06

4) installare piccoli condensatori

5) posizionare/saldare il regolatore di potenza da 3,3 V

- Regolatore 3,3 V, (ingresso, massa, uscita - IGO, pinout), quantità (1)

6) installare un condensatore di grandi dimensioni

- Condensatore 560uF, 6.3V

7) installare terminali a vite verdi, qtà (3)

- morsetti a vite Due pin, 0,1 , qtà(3)

8) installare intestazioni per microprocessore

9) installare qty(4) resistori da 10K (l'immagine è sbagliata.. mostra solo 2 resistori) - resistori di pullup i2c - resistori di pulldown per mosfet di potenza

Passaggio 5: test iniziale

TEST sensori Prima di andare oltre, testate tutti i vostri LED/sensori! È molto più facile testarli ora prima di andare oltre. Esegui il codice di esempio Blink_IR_Leds.ino

I LED IR sono invisibili all'occhio umano, ma molti telefoni e fotocamere consentono di vedere i LED IR. Guarda l'immagine. (purtroppo la maggior parte degli iPhone ha filtri IR quindi prova un altro telefono finché non vedi i led IR). Questo passaggio è molto importante, quindi assicurati di poter vedere tutti i LED.

I LED ti stanno bene? Se nessun LED lampeggia? Verifica di avere 3,3 V sull'intestazione del pin da 3,3 V. Se uno o due LED sono spenti, ridisponi i pin e/o sostituisci i LED finché non ottieni il 100% di LED che lampeggiano insieme. LED buoni, ottimi, poi prova i registri a scorrimento con il codice di esempio test_shift_registers.ino

Usa un pezzo di carta bianca per attivare i sensori. Se alcuni sensori non funzionano, controlla i pin, riscaldali e fai rifluire la saldatura sui pin secondo necessità.

Passaggio 6: assemblaggio finale

Terminare l'assemblaggio una volta che tutti i sensori sono stati testati. Installare le intestazioni che collegano il PCB superiore al PCB inferiore. !

Ok, una volta che tutto è stato testato, puoi saldare questi ponticelli… Saldare i 24 ponticelli aumenta il raggio di azione dei sensori IR aumentando la tensione diretta e la corrente nel LED. Questo va bene se manteniamo il tempo di accensione dei LED a meno di 100 us. Questo è descritto nella scheda tecnica.

Due script forniti, sia test_shift_registers.ino che bee_counting.ino soddisfano questo requisito accendendo solo i LED per 75us. Questo è mostrato sulla riga 68 (registro a scorrimento) e sulla riga 158 (bee_counting). Dopo il tempo di ON c'è un ritardo di ~15-20ms prima di riaccenderli che preserva la vita del LED.

Saldare tutti e 24 i ponticelli.

Passaggio 7: piedini del micro controller a doppia impronta

Il circuito stampato accetta due tipi di microcontrollori Adafruit. I microcontrollori di tipo Adafruit Feather e i microcontrollori Adafruit ItsyBitsy. Le piume di Adafruit includono funzionalità Wi-Fi e radio a lungo raggio (* esp8266, esp32 e LoRA). Tutti i modelli ItsyBitsy 3V (M0, M4 e 32u4) dovrebbero funzionare correttamente.

Sfortunatamente i registri a scorrimento che stiamo utilizzando (il chip di registro a scorrimento più popolare!) non sono dispositivi SPI completi e non condivideranno l'SPI con altri dispositivi.. Sono come i peggiori dispositivi SPI!… quindi alcune schede come Adalogger o LoRa semplicemente non funzionerà fuori dalla scatola. Puoi ancora farlo tagliando alcune tracce e applicando patch alle linee SPI per liberare le linee SPI e bitbanging SPI sui registri a scorrimento, ma è un po 'difficile da spiegare in un istruibile.

Hardware SPI

Il codice di esempio è scritto per Feather ESP32 e itsybitsy M0/M4 ma dovrebbe funzionare bene con altri. I pin hardware SPI sono utilizzati per entrambi: MISO e SCK.

Il pin A5 sia su ESP32 che su itsyBitsy è lo Shift Register LOAD* Il pin A5 non esiste su ESP8266. Se usi questa scheda, devi ponticellare su un altro pin (diciamo che il pin RX è libero)

Mosfet di potenza

Due pin sono collegati ai mosfet di potenza che pilotano i LED IR

• Spille di piume

  • Pin 15 per cancelli 0-11
  • Pin 33 per cancelli 12-23

• Spille ItsyBitsy

  • Pin 10 per cancelli 0-11
  • Pin 11 per cancelli 12-23

Perni extra

Ci sono terminali a vite (verdi) per collegare sensori aggiuntivi ai pin i2C (SDA e SCL) C'è anche un pin analogico A4 collegato a uno dei terminali a vite.

Passaggio 8: codice Arduino

Ci sono tre script arduino allegati.

• Blink_IR_leds.ino - utilizzato per ispezionare visivamente il funzionamento dei LED
• test_shift_registers.ino - usato per testare funzionalmente i sensori
• bee_counting.ino - usato per contare le api!

Avvertimento

Saldare i 24 ponticelli aumenta il raggio di azione dei sensori IR aumentando la tensione diretta e la corrente nel LED. Questo va bene se manteniamo il tempo di accensione dei LED a meno di 100 us.

Due script sopra, sia test_shift_registers.ino che bee_counting.ino soddisfano questo requisito accendendo solo i LED per 75us. Questo è mostrato sulla riga 68 (registro a scorrimento) e sulla riga 158 (bee_counting).

Calibrazione del contatore delle api

Ho catturato alcuni dati sorprendenti nel corso degli anni. È possibile calibrare il contatore delle api per ottenere la ripetibilità richiesta. Esistono diversi modi per calibrare il contatore delle api a seconda dell'effetto desiderato. Un metodo è misurare la velocità del movimento delle api e contare solo i movimenti noti e buttare via tutti i falsi trigger. Questo metodo manca di molte api ma può fornire valori coerenti. Un'ape impiega circa 180-350 ms per attraversare la regione del sensore.

Il codice di esempio bee_counting.ino misura la velocità delle api attraverso il sensore e conta le api che si muovono più velocemente di 650 ms e richiede che il tempo tra la fine di un sensore e la fine del secondo sensore sia inferiore a 150 ms.

Alcuni degli ostacoli per cui eseguire la calibrazione includono:

• sebbene le api non aggiungano propoli ai sensori, trascorreranno diversi giorni a riempire i vuoti con propoli al momento dell'installazione iniziale
• la barba nelle sere d'estate e le api da guardia generali che rimuginano danno falsi trigger
• la luce solare diretta ad un angolo basso farà scattare falsi sensori (questo può essere mitigato abbastanza facilmente)

Passaggio 9: Distinta base

Microcontrollore

Il codice è stato testato con il feather esp32 Huzzah e itsyBitsy M0 ma funzionerà con tutte queste schede.

• piuma Huzzah da mouser
• piuma esp8266 di mouser
• piuma LoRa 900mhz di mouser
• ItsyBitsy M0 di mouser
• ItsyBitsy M4 di mouser

Circuito stampato da JLCPCB ~ $ 16-25 con spedizione.

Ordina i PCB Black. Vedere le istruzioni per l'ordinazione del PCB.

Parti e pezzi

Ecco un riepilogo del listino prezzi di mouser. Vedere i prezzi alternativi di seguito per le opzioni più economiche specificamente per i sensori di riflettanza.

QRE1113 Sensori riflettenti qtà(48)

Intestazioni femmina a 6 pin 7 mm di altezza, spaziatura 0,1 , qtà (~36)

Resistori da 22 ohm, bussed, qty(4) SIP Packaged, 9 resistori, 10 pin

Resistori da 100k ohm collegati, qty(6) SIP-9, 8 resistori, 9 pin

Registri a scorrimento, qtà(6) 74HC165

Regolatore 3,3 V, (ingresso, massa, uscita - IGO, pinout), quantità (1)

terminali a vite Due pin, 0,1 , qtà(3)

Condensatore ceramico da 0,1 uF, foro passante, qtà(6)

Condensatore ceramico da 1 uF, foro passante, qtà(1)

Condensatore 560uF, 6,3 V esr basso, distanza tra i cavi 3,5 mm, diametro 8 mm

Mosfet a canale N FQP30N06, qtà(2)

Resistori 10k, qty(4), generici 1/4 watt

intestazioni maschio 6 pin, ~qty(32) o… 12pin qty(17) e si rompono secondo necessità

Prezzi alternativi dal distributore cinese LCSC

Qualcuno ha indicato alcuni prezzi alternativi che possono davvero ridurre i costi.

• Sensori di riflettanza ITR8307 ~$0.13/ciascuno @ qty(48) (uguale a QRE1113)
• Basette femmina a 6 pin alte 8,5 mm. ~$0.05/ciascuno @ qty(36+)
• Resistenza SIP 8 da 22 ohm, 9 pin, si adatta. $ 0,44 per quantità(4)
• Resistori SIP da 100k 8 resistori, 9 pin, si adatta. $ 0,44 per quantità(6)

Passaggio 10: ordinazione del circuito stampato

Ci sono molti diversi produttori di PCB tra cui scegliere. Queste istruzioni mostrano JLCPCB. Hai bisogno di un produttore in grado di realizzare PCB neri. I LED/sensori IR devono puntare su una superficie nera per evitare falsi trigger, quindi il PCB inferiore deve essere nero. JLCPCB minimo è qty(5) tavole e avrai bisogno di 2 tavole da inserire insieme per completare un contatore di api.

1. Scarica l'intero repository… premi il grande pulsante verde che dice "clona o scarica" github… vai al file "gerbers.zip" nella cartella PCB.

2. Vai su JLCPCB.com, crea un account e fai clic sul pulsante ORDINA ORA.

3. Fai clic su "Aggiungi il tuo file Gerber" e carica i file compressi

4. Selezionare 'Nero' come colore del PCB. Anche per "Rimuovi numero ordine", seleziona S

Il costo è di circa $8 per un ordine minimo di qty(5) PCB più $9-16 di spedizione a seconda del metodo.

Secondo premio nella PCB Design Challenge