Easy Bee Counter: 10 trin (med billeder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:26

2019 Easy Bee Counter V.1

Ved spørgsmål eller spørgsmål !! Send dem venligst på github -webstedet her!

Denne version af bietælleren er let at lodde og samle (hele hul). Den er testet og fungerer* med prøvekode.

Det nuværende testede design er let at programmere og tilgængeligt for begyndere. Printkortet accepterer flere Arduino-platforme fremstillet af Adafruit, herunder deres serie af Adafruit Feather-mikrokontroller og Adafruit ItsyBitsy mikrokontroller. Adafruit -fjerene omfatter wifi og radiofunktioner med lang rækkevidde (esp8266*, esp32 og LoRA). Alle ItsyBitsy 3V -modeller (M0, M4 og 32u4) skulle fungere fint.

*Fjer esp8266 mangler A5. Hvis du bruger denne uController, skal du springe til en anden tilgængelig pin.

Trin 1: Dataanalyse - hvorfor tælle bier?

Mulige anvendelser

• udvidelses- eller tilbagegangshastigheden for bi -flyvninger kan indikere bikubes sundhed
• udvidelse eller tilbagegang af orienteringsflyvninger over dage kan signalere dronningens helbred
• tidsforskydningen mellem toppe af bier, der forlader og vender tilbage, kan indikere antallet af finsnittere og afstand til pollen/nektarkilde.

• sammenligning mellem to eller flytte nældefeber for at teste for manipulationer; såsom,

  • tilføjelse/fjernelse af honning supers
  • intern fodring med sukkersirup
  • oxalsyre mide behandlinger
• introduktion til elektronik, lodning og mikro-controller programmering
• honningbi uddannelse eller museumstype installation

Hive sundhed

Det ligner muligt at ligestille bieflyvningsdata og orienteringsflyvninger til alt helbred eller helbred. Orienteringsflyvninger er en adfærd hos »middelaldrende« bier, der er cirka 20 dage gamle. Inden foderbier vil bier i denne alder forlade bikuben som en gruppe omkring midten af dagen, hvilket resulterer i en let at se ~ 45 min. Højdepunkt i data.

Hvis der er et fald i orienteringsflyvninger, kan det indikere en reduktion i æglægningen ~ 42 dage før (22 dages luge + 20 dage til foder).

Foderafstand

Det er let at se i dataene små, men tydelige skift mellem bier OUT og bier IN. Dette angiver både en mængde bier, der forlader og vender tilbage sammen, samt en grov afstand eller tid til fødeplaceringen.

Trin 2: Forbedringer af tidligere design

• Alle gennemgående huller til let lodning
• Dobbelt fodaftryk, sokkel, uControllers på hylden => Feather og ItsyBitsy
• Program i Arduino, Lua og microPython - I alt 24 porte, 48 sensorer, 6 skiftregistre
• ~ 14,75 "lang strækning af hele åbningen af en langstroth -bikube for nem placering
• at bruge 2 printkort til at lave en sandwich er en billig hurtig løsning. PCB'erne skal bestilles sorte (se vejledning), så IR LED -emitteren absorberes i materialet.
• ved hjælp af 6-pins overskrifter til at oprette turn-styles eller porte
• N-Ch mosfet-styrede IR-lysdioder, således at lysdioder kan kontrolleres TIL i korte perioder under sensing (~ 75us). Giver mulighed for reduceret effekt til mindre end 1ma (plus uController).

Trin 3: Generel drift

Infrarøde (IR) sensorer

Honningbier tvinges gennem 24 porte, hvor optiske sensorer (48 sensorer) bestemmer, om bien er til stede, og bestemmer retningen af bi -bevægelsen. Hver optisk sensor har en IR LED og en IR sensor. Hvis der ikke er nogen bi, absorberes IR -lyset i den sorte overflade. Hvis en bi er til stede, reflekterer IR -lyset fra bien og udløser sensoren.

De 48 lysdioder er opdelt i to sæt på 24 med hvert sæt styret af en N-ch mosfet. Den normale fremspænding for hver IR LED er 1,2V og ca. 20ma som vist på databladet. To lysdioder er forbundet i serie med en 22ohm modstand. Der er jumpere på tavlen, der gør det muligt for LED'erne at omgå de nuværende begrænsningsmodstande. Lod ikke jumperen, før den er fuldstændig testet! Se monteringsvejledningen.

Indskiftning af registre

Der er 6 shift-in registre. Her er en god beskrivelse af, hvordan du opretter forbindelse og programmerer skiftregistre. Mikrokontrollerens SPI-ben læser skiftregistre. Alle seks skifteregistre læses samtidigt. Sensorerne trækkes normalt lavt og viser 3,3V eller HIGH, når en transistor udløses, og en bi er til stede.

Strøm PCB-designet forbinder USB-strømstiften fra mikro-controlleren til 3.3V-regulatoren, så et USB-kabel, der er tilsluttet mikro-controlleren, kan drive hele projektet.

Trin 4: Monteringsvejledning

Denne version af bietælleren er alle gennemgående huller. Det er let at lodde og samle. Dette er den anden version af tavlen (V1) afsluttet marts 2020. Hvis du har version 0 -tavlen (jan/feb 2020), skal du bare rette nogle af mine tidligere fejl, herunder tilføjelse af en jumper wire vist her.

1) Installer IR -sensorer - QRE1113 eller ITR8307

2) installer skiftregistre antal (6), SIP 22R LED modstande og 100k pulldown modstande.

- Skiftregistre, antal (6) 74HC165- 22ohm modstande, bussede, antal (4) SIP pakket, bussede- 100k ohm modstande busset, antal (6) SIP-9, 8 modstande, 9 ben

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

4) installer små kondensatorer

5) sted/lodde 3.3V effektregulator

- 3.3V regulator, (input, jord, output - IGO, pinout), antal (1)

6) installer stor kondensator

- 560uF, 6.3V kondensator

7) installer grønne skrueterminaler, antal (3)

- skrueterminaler To ben, 0,1 , antal (3)

8) installer headere til mikroprocessor

9) installer antal (4) 10K modstande (billedet er forkert.. viser kun 2 modstande) - i2c pullup modstande - pulldown modstande til power mosfets

Trin 5: Indledende test

TEST -sensorer Før du går længere, skal du teste alle dine lysdioder/sensorer! Det er meget lettere at teste disse nu, før du går videre. Kør prøvekoden Blink_IR_Leds.ino

IR -lysdioderne er usynlige for det menneskelige øje, men mange telefoner og kameraer giver dig mulighed for at se IR -lysdioderne. Se billede. (desværre har de fleste iphones IR -filtre, så prøv en anden telefon, indtil du ser IR -lysdioder). Dette trin er meget vigtigt, så sørg for at du kan se alle lysdioderne.

Lysdioder ser godt ud? Hvis ingen lysdioder blinker? Kontroller, at du har 3.3V på 3.3V pin header. Hvis en eller to lysdioder er slukket, skal du genstarte dine stifter og/eller udskifte lysdioderne, indtil du får 100% lysdioder til at blinke sammen. Lysdioder gode, store, næste test skiftet registre med prøvekoden test_shift_registers.ino

Brug et hvidt stykke papir til at udløse sensorerne. Hvis nogle sensorer ikke fungerer, skal du kontrollere dine stifter, varme op og tilbagestrømme loddet på stifter efter behov.

Trin 6: Endelig samling

Afslut samlingen, når alle sensorer er testet. Installer overskrifterne, der forbinder det øverste printkort til det nederste printkort. !

Ok, når alt er testet, kan du lodde disse jumpere…. Lodning af de 24 jumpere øger IR -sensorernes kastområde ved at øge fremspændingen og strømmen i LED'en. Dette er fint at gøre, hvis vi holder LED'erne TIL til mindre end 100us. Dette er beskrevet i databladet.

To scripts leveret, både test_shift_registers.ino og bee_counting.ino opfylder dette krav ved kun at tænde lysdioderne i 75us. Dette er vist på linje 68 (skiftregister) og linje 158 (bi_tælling). Efter ON-tiden er der en forsinkelse på ~ 15-20 ms, før de tændes igen, hvilket bevarer LED'ens levetid.

Lodde alle 24 springere.

Trin 7: Mikrocontroller pinouts med dobbelt fodaftryk

Printkortet accepterer to Adafruit-typer af mikrokontroller. Adafruit Feather-mikrokontroller og Adafruit ItsyBitsy mikrokontroller. Adafruit -fjerene inkluderer wifi og radiofunktioner med lang rækkevidde (*esp8266, esp32 og LoRA). Alle ItsyBitsy 3V -modeller (M0, M4 og 32u4) skulle fungere fint.

Desværre er de skifteregistre, vi bruger (den mest populære skiftregisterchip!) Ikke fulde SPI -enheder og deler ikke SPI'en med andre enheder. De er som de værste SPI -enheder! … derfor er nogle tavler som Adalogger eller LoRa fungerer bare ikke ud af kassen. Du kan stadig gøre det ved at skære nogle spor og lappe SPI -linjerne til gratis SPI -linjer og bitbange SPI'en til skiftregistrene, men det er lidt svært at forklare i en instruerbar.

Hardware SPI

Eksempelkoden er skrevet til Feather ESP32 og itsybitsy M0/M4, men skal fungere fint med andre. Hardware SPI -benene bruges til begge: MISO & SCK.

Pin A5 på både ESP32 og itsyBitsy er Shift Register LOAD*Pin A5 findes ikke på ESP8266. Hvis du bruger dette kort, skal du springe til en anden pin (siger RX pin er gratis)

Power Mosfets

To ben er tilsluttet strømnettet, der driver IR -lysdioderne

• Fjernåle

  • Pin 15 til porte 0-11
  • Pin 33 til porte 12-23

• ItsyBitsy pins

  • Pin 10 til porte 0-11
  • Pin 11 til porte 12-23

Ekstra pins

Der er skrueterminaler (grøn) til tilslutning af yderligere sensorer til i2C -benene (SDA og SCL). Der er også en analog pin A4 forbundet til en af skrueterminalerne.

Trin 8: Arduino -kode

Der er vedhæftet tre arduino -scripts.

• Blink_IR_leds.ino - bruges til visuelt at inspicere lysdioder, der fungerer
• test_shift_registers.ino - bruges til funktionelt at teste sensorer
• bee_counting.ino - plejede at tælle bier!

Advarsel

Lodning af de 24 jumpere øger IR -sensorernes kastområde ved at øge fremspændingen og strømmen i LED'en. Dette er fint, hvis vi holder LED'erne TIL til mindre end 100us.

To scripts ovenfor, både test_shift_registers.ino og bee_counting.ino opfylder dette krav ved kun at tænde lysdioderne i 75us. Dette er vist på linje 68 (skiftregister) og linje 158 (bi_tælling).

Kalibrering af bi -tælleren

Jeg har fanget nogle fantastiske data gennem årene. Det er muligt at kalibrere bietælleren for at opnå den nødvendige repeterbarhed. Der er forskellige måder at kalibrere bi -tælleren afhængigt af den ønskede effekt. En metode er at måle bienes bevægelses hastighed og kun tælle kendte bevægelser og smide alle falske udløsere ud. Denne metode savner mange bier, men kan give konsistente værdier. Det tager en bi omkring 180-350ms at krydse sensorområdet.

Eksempelkoden bee_counting.ino måler biernes hastighed gennem sensoren og tæller bier, der bevæger sig hurtigere end 650ms og kræver, at tiden mellem efterbehandling af en sensor og færdiggørelse af 2. sensor er mindre end 150ms.

Nogle af forhindringerne at kalibrere for omfatter:

• Selvom bier ikke tilføjer propolis til sensorer, vil de bruge flere dage på at fylde hulrum med propolis ved første installation
• skæg om sommeraftenerne og generelle vagtsbier, der grubler om, giver falske udløsere
• direkte sollys i en lav vinkel vil falske udløser sensorer (dette kan let afbødes)

Trin 9: Materialekartotek

Mikro-controller

Koden blev testet med fjer esp32 Huzzah og itsyBitsy M0, men vil fungere med alle disse tavler.

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

Printkort fra JLCPCB ~ $ 16-25 med forsendelse.

Bestil printene sort. Se PCB bestillingsinstruktioner.

Dele og stykker

Her er en oversigt over prisliste fra mouser. Se alternative priser herunder for billigere muligheder specifikt for reflektanssensorerne.

QRE1113 Antal reflekterende sensorer (48)

6 -pins hunhoveder 7 mm høje, 0,1 afstand, antal (~ 36)

22ohm modstande, busset, antal (4) SIP pakket, 9 modstande, 10 ben

100k ohm modstande busset, antal (6) SIP-9, 8 modstande, 9 ben

Skiftregistre, antal (6) 74HC165

3.3V regulator, (input, jord, output - IGO, pinout), antal (1)

skrueterminaler To ben, 0,1 , antal (3)

0,1 uF keramisk kondensator, gennemgående hul, antal (6)

1 uF keramisk kondensator, gennemgående hul, antal (1)

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

N-kanal Mosfet FQP30N06, antal (2)

10k modstande, antal (4), generisk 1/4 watt

hanhoveder 6 ben, ~ kvantitet (32) eller … 12pin kvantitet (17) og del dem efter behov

Alternativ pris fra den kinesiske distributør LCSC

Nogen påpegede nogle alternative prissætninger, der virkelig kan bringe omkostningerne ned.

• ITR8307 refleksionssensorer ~ $ 0,13/stk. @ Antal (48) (samme som QRE1113)
• 6 -pins hunhoveder 8,5 mm høje. ~ $ 0,05/stk. @ Antal (36+)
• 22 ohm SIP 8 modstand, 9 ben, den passer. 0,44 $ for antal (4)
• 100k SIP -modstande 8 modstand, 9pin, den passer. 0,44 $ for antal (6)

Trin 10: Bestilling af printkort

Der er mange forskellige PCB -producenter at vælge imellem. Disse instruktioner viser JLCPCB. Du har brug for en producent, der kan lave sorte printkort. IR -lysdioderne/sensorerne skal pege på en sort overflade for at forhindre falske udløsere, så det nederste printkort skal være sort. Minimum JLCPCB er antal (5) tavler, og du skal bruge 2 tavler til at smelte sammen for at fuldføre en bietæller.

1. Download hele repoen … tryk på den store grønne knap, der siger "klon eller download" github … naviger til "gerbers.zip" -filen under PCB -mappen.

2. Gå til JLCPCB.com, opret en konto og klik på knappen BESTIL NU.

3. Klik på "Tilføj din Gerber -fil", og upload de zipede filer

4. Vælg 'Sort' som PCB -farve. Vælg også YES for "Fjern ordrenummer"

Omkostningerne er omkring $ 8 for en minimumsordre på antal (5) PCB plus $ 9-16 forsendelse afhængigt af metode.

Anden pris i PCB Design Challenge