Easy Bee Counter: 10 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:21

2019 Easy Bee Counter V.1

For spørsmål eller problemer !! Vennligst legg dem ut på github -siden her!

Denne versjonen av bietelleren er enkel å lodde og montere (gjennomgående hull). Den er testet og fungerer* med prøvekode.

Den nåværende testede designen er enkel å programmere og tilgjengelig for nybegynnere. Kretskortet godtar flere Arduino-plattformer laget av Adafruit, inkludert deres serie av Adafruit Feather-mikrokontrollere og Adafruit ItsyBitsy mikrokontrollere. Adafruit -fjærene inkluderer wifi og radiofunksjoner for lang rekkevidde (esp8266*, esp32 og LoRA). Alle ItsyBitsy 3V -modellene (M0, M4 og 32u4) skal fungere fint.

*Fjæren esp8266 mangler A5. Hvis du bruker denne uController, må du hoppe til en annen tilgjengelig pin.

Trinn 1: Dataanalyse - Hvorfor telle bier?

Mulige bruksområder

• ekspansjonshastigheten eller nedgangen for bi -flyreiser kan indikere bikubehelse
• utvidelse eller nedgang i orienteringsflyvninger over dager kan signalere dronningens helse
• tidsskiftet mellom topper for bier som forlater og vender tilbake kan indikere antall fôrhoggere og avstand til pollen/nektarkilde.

• sammenligning mellom to eller flytte elveblest for å teste for manipulasjoner; som for eksempel,

  • legge til/fjerne honning supers
  • intern sukker sirup fôring
  • oksalsyre midd behandlinger
• introduksjon til elektronikk, lodding og mikrokontroller programmering
• honningbiopplæring eller installasjon av museumstype

Elvehelse

Det kan være likt å sammenligne data om bi -flyturer og orienteringsflyvninger til all bikubehelse eller dronninghelse. Orienteringsfly er en oppførsel for "middelaldrende" bier som er omtrent 20 dager gamle. Før foraging bier i denne alderen vil forlate bikuben som en gruppe på omtrent midt på dagen, noe som resulterer i en lett å se ~ 45 minutter topp i data.

Hvis det er et fall i orienteringsflyging, kan det indikere en reduksjon i egglegging ~ 42 dager før (22 dager klekking + 20 dager til fôr).

Foraging avstand

Det er lett å se i dataene små, men tydelige skift mellom bier OUT og bier INN. Dette indikerer både et volum av bier som drar og returnerer sammen, samt en grov avstand eller tid til fôringsstedet.

Trinn 2: Forbedringer av tidligere design

• Alle gjennomgående hullkomponenter for enkel lodding
• Dobbelt fotavtrykk, hylstre uControllers => Feather og ItsyBitsy
• Program i Arduino, Lua og microPython - Totalt 24 porter, 48 sensorer, 6 skiftregistre
• ~ 14,75 "lang som strekker seg hele åpningen av en langstroth -bikube for enkel plassering
• å bruke 2 PCB for å lage en sandwich er en rimelig rask løsning. PCB må bestilles svart (se instruksjoner) slik at IR LED -senderen absorberes i materialet.
• ved å bruke 6-pins hoder for å lage turn-styles eller porter
• N-Ch mosfet-styrte IR-lysdioder slik at lysdioder kan kontrolleres PÅ i korte perioder under sensing (~ 75us). Tillater redusert effekt til mindre enn 1ma (pluss uController).

Trinn 3: Generell drift

Infrarøde (IR) sensorer

Honningbier tvinges gjennom 24 porter hvor optiske sensorer (48 sensorer) bestemmer om biet er tilstede og bestemmer retningen på bevegelsen. Hver optisk sensor har en IR LED og en IR sensor. Hvis det ikke er noen bi, absorberes IR -lyset i den svarte overflaten. Hvis en bi er tilstede, reflekterer IR -lyset av biet og utløser sensoren.

De 48 lysdiodene er delt inn i to sett med 24 med hvert sett kontrollert av en N-ch mosfet. Den normale fremspenningen til hver IR -LED er 1,2V og omtrent 20ma som vist på databladet. To lysdioder er seriekoblet med en 22ohm motstand. Det er hoppere på brettet som lar lysdiodene omgå de nåværende begrensningsmotstandene. Ikke lodd jumperen før den er fullstendig testet! Se monteringsinstruksjonene.

Innskiftingsregistre

Det er 6 shift-in registre. Her er en flott beskrivelse for hvordan du kobler til og programmerer skiftregistre. Mikrokontrollerens SPI-pinner leser skiftregistrene. Alle de seks skiftregistrene leses samtidig. Sensorene trekkes normalt lavt og viser 3,3V eller HIGH når en transistor utløses og en bie er tilstede.

Strøm PCB-designen kobler USB-strømpinnen fra mikrokontrolleren til 3.3V-regulatoren slik at en USB-kabel koblet til mikrokontrolleren kan drive hele prosjektet.

Trinn 4: Monteringsinstruksjoner

Denne versjonen av bietelleren er gjennomgående hullkomponenter. Det er enkelt å lodde og montere. Dette er den andre versjonen av tavlen (V1) fullført mars 2020. Hvis du har versjon 0 -kortet (jan/feb 2020) må du bare fikse noen av mine tidligere feil, inkludert å legge til en jumper wire vist her.

1) Installer IR -sensorer - QRE1113 eller ITR8307

2) installer skiftregister antall (6), SIP 22R LED -motstander og 100k pulldown -motstander.

- Skiftregistre, antall (6) 74HC165- 22ohm motstander, busset, antall (4) SIP pakket, busset- 100k ohm motstander busset, antall (6) SIP-9, 8 motstander, 9 pins

3) installer power mosfets antall (2), - N -Channel Mosfet FQP30N06

4) installer små kondensatorer

5) plass/lodd 3.3V effektregulator

- 3.3V regulator, (inngang, bakke, utgang - IGO, pinout), antall (1)

6) installer stor kondensator

- 560uF, 6.3V kondensator

7) installer grønne skrueterminaler, antall (3)

- skrueklemmer To pinner, 0,1 , antall (3)

8) installer overskrifter for mikroprosessor

9) installer antall (4) 10K motstander (bildet er feil.. viser bare 2 motstander) - i2c pullup motstander - nedtrekksmotstander for power mosfets

Trinn 5: Første test

TEST -sensorer Før du går lenger, må du teste alle lysdiodene/sensorene dine! Det er mye lettere å teste disse nå før du går videre. Kjør prøvekoden Blink_IR_Leds.ino

IR -lysdiodene er usynlige for det menneskelige øye, men mange telefoner og kameraer lar deg se IR -lysdiodene. Se bilde. (dessverre har de fleste iphone IR -filtre, så prøv en annen telefon til du ser IR -lysdioder). Dette trinnet er veldig viktig, så sørg for at du kan se alle lysdiodene.

Lysdioder ser bra ut? Hvis ingen lysdioder blinker? Kontroller at du har 3.3V på 3.3V pin header. Hvis en eller to lysdioder er slukket, må du tappe pinnene på nytt og/eller bytte lysdioder til du får 100% lysdioder til å blinke sammen. Lysdioder gode, flotte, neste test skiftregistrene med prøvekoden test_shift_registers.ino

Bruk et hvitt papir for å utløse sensorene. Hvis noen sensorer ikke fungerer, må du sjekke pinnene dine, varme opp og fylle loddetinn på pinnene etter behov.

Trinn 6: Sluttmontering

Fullfør monteringen når alle sensorene er testet. Installer topptekstene som kobler den øverste PCB -en til den nederste PCB -en. !

Ok, når alt er testet ut, kan du lodde disse hopperne …. Lodding av de 24 hopperne øker kastområdet til IR -sensorene ved å øke spenningen og strømmen i LED -en. Dette er greit å gjøre hvis vi holder lysdiodene PÅ til mindre enn 100us. Dette er beskrevet i databladet.

To skript følger med, både test_shift_registers.ino og bee_counting.ino tilfredsstiller dette kravet ved å bare slå på LED -lampene for 75us. Dette er vist på linje 68 (skiftregister) og linje 158 (bie_telling). Etter PÅ-tiden er det en forsinkelse på ~ 15-20 ms før du slår dem PÅ igjen, noe som bevarer LED-lampens levetid.

Lodd alle 24 hopperne.

Trinn 7: Mikrokontroller Pinouts med dobbel fotavtrykk

Kretskortet godtar to Adafruit-typer mikrokontroller. Adafruit Feather-mikrokontrollere og Adafruit ItsyBitsy mikrokontroller. Adafruit -fjærene inkluderer wifi og radiofunksjoner for lang rekkevidde (*esp8266, esp32 og LoRA). Alle ItsyBitsy 3V -modellene (M0, M4 og 32u4) skal fungere fint.

Dessverre er skiftregistrene vi bruker (den mest populære skiftregisterbrikken!) Ikke fulle SPI -enheter og deler ikke SPI -en med andre enheter. De er som de verste SPI -enhetene! … derfor er noen brett som Adalogger eller LoRa vil bare ikke jobbe ut av esken. Du kan fortsatt gjøre det ved å kutte noen spor og lappe SPI -linjene til gratis SPI -linjer og bitbange SPI -en til skiftregistrene, men det er litt vanskelig å forklare i en instruerbar.

Hardware SPI

Eksempelkoden er skrevet for Feather ESP32 og itsybitsy M0/M4, men skal fungere fint med andre. Maskinvare SPI -pinnene brukes til begge: MISO og SCK.

Pin A5 på både ESP32 og itsyBitsy er Shift Register LOAD*Pin A5 finnes ikke på ESP8266. Hvis du bruker dette brettet, må du hoppe til en annen pin (si at RX -pin er ledig)

Power Mosfets

To pinner er koblet til strømnettene som driver IR -lysdiodene

• Fjærnål

  • Pin 15 for portene 0-11
  • Pin 33 for portene 12-23

• ItsyBitsy pins

  • Pin 10 for portene 0-11
  • Pin 11 for portene 12-23

Ekstra pins

Det er skrueterminaler (grønn) for å koble flere sensorer til i2C -pinnene (SDA og SCL). Det er også en analog pin A4 koblet til en av skrueterminalene.

Trinn 8: Arduino -kode

Det er vedlagt tre arduino -skript.

• Blink_IR_leds.ino - brukes til visuelt å inspisere lysdioder som fungerer
• test_shift_registers.ino - brukes til å teste sensorer funksjonelt
• bee_counting.ino - pleide å telle bier!

Advarsel

Lodding av de 24 hopperne øker kastområdet til IR -sensorene ved å øke spenningen og strømmen i LED -en. Dette er greit hvis vi holder lysdiodene PÅ til mindre enn 100us.

To skript ovenfor, både test_shift_registers.ino og bee_counting.ino tilfredsstiller dette kravet ved å bare slå på lysdiodene for 75us. Dette er vist på linje 68 (skiftregister) og linje 158 (bie_telling).

Kalibrering av bi -telleren

Jeg har fanget noen fantastiske data gjennom årene. Det er mulig å kalibrere bietelleren for å oppnå nødvendig repeterbarhet. Det er forskjellige måter å kalibrere bietelleren avhengig av ønsket effekt. En metode er å måle bienes bevegelse og bare telle kjente bevegelser og kaste ut alle falske utløsere. Denne metoden savner mange bier, men kan gi konsistente verdier. Det tar en bie ca 180-350ms å krysse sensorområdet.

Eksempelkoden bee_counting.ino måler bienes hastighet gjennom sensoren og teller bier som beveger seg raskere enn 650ms og krever at tiden mellom etterbehandling av en sensor og etterbehandling av den andre sensoren er mindre enn 150ms.

Noen av hindringene å kalibrere for inkluderer:

• Selv om bier ikke legger propolis til sensorer, vil de bruke flere dager på å fylle tomrom med propolis ved første installasjon
• skjegg på sommerkveldene og generelle vaktbier som maser om gir falske utløsere
• direkte sollys i lav vinkel vil falske trigger sensorer (dette kan lett dempes)

Trinn 9: Materialregning

Mikrokontroller

Koden ble testet med fjæren esp32 Huzzah og itsyBitsy M0, men vil fungere med alle disse brettene.

• fjær Huzzah fra mouser
• fjær esp8266 fra mouser
• fjær LoRa 900mhz fra mouser
• ItsyBitsy M0 fra mouser
• ItsyBitsy M4 fra mouser

Kretskort fra JLCPCB ~ $ 16-25 med frakt.

Bestill kretskortene svart. Se bestillingsinstruksjoner for kretskort.

Deler og stykker

Her er oppsummert prisliste fra mouser. Se alternative priser nedenfor for billigere alternativer spesielt for reflektanssensorene.

QRE1113 Antall reflekssensorer (48)

6 -pins kvinnelige overskrifter 7 mm høye, 0,1 mellomrom, antall (~ 36)

22ohm motstander, busset, antall (4) SIP pakket, 9 motstander, 10 pins

100k ohm motstander busset, antall (6) SIP-9, 8 motstander, 9 pinner

Skiftregistre, antall (6) 74HC165

3.3V regulator, (inngang, bakke, utgang - IGO, pinout), antall (1)

skrueterminaler To pinner, 0,1 , antall (3)

0,1 uF keramisk kondensator, gjennomgående hull, antall (6)

1 uF keramisk kondensator, gjennomgående hull, antall (1)

560uF, 6.3V kondensator lav esr, 3,5 mm blyavstand, 8 mm diameter

N-Channel Mosfet FQP30N06, antall (2)

10k motstander, antall (4), generisk 1/4 watt

mannlige overskrifter 6 -pinners, ~ kvantitet (32) eller … 12 -pinners (17) og brytes fra hverandre etter behov

Alternativ pris fra den kinesiske distributøren LCSC

Noen påpekte noen alternative priser som virkelig kan redusere kostnaden.

• ITR8307 refleksjonssensorer ~ $ 0,13/hver @ kvantitet (48) (samme som QRE1113)
• 6 -pins hunnhoder 8,5 mm høye. ~ $ 0,05/stk. @ Kvm (36+)
• 22 ohm SIP 8 motstand, 9 pinner, den vil passe. $ 0,44 for antall (4)
• 100k SIP -motstander 8 motstand, 9pin, den vil passe. $ 0,44 for antall (6)

Trinn 10: Bestilling av kretskort

Det er mange forskjellige PCB -produsenter å velge mellom. Disse instruksjonene viser JLCPCB. Du trenger en produsent som kan lage svarte PCB. IR -lysdiodene/sensorene må peke på en svart overflate for å forhindre falske utløsere, så den nederste PCB -en må være svart. Minimum JLCPCB er antall (5) brett, og du trenger to brett for å smelte sammen for å fullføre en bieteller.

1. Last ned hele repoen … trykk på den store grønne knappen som sier "klon eller last ned" github … naviger til "gerbers.zip" -filen under PCB -mappen.

2. Gå til JLCPCB.com, opprett en konto og klikk på knappen BESTIL NÅ.

3. Klikk på "Legg til din Gerber -fil" og last opp zip -filene

4. Velg 'Svart' som PCB -farge. Velg også YES for "Fjern ordrenummer"

Kostnaden er omtrent $ 8 for en minimumsbestilling på antall (5) PCB pluss $ 9-16 frakt avhengig av metode.

Andre pris i PCB Design Challenge