Easy Bee Counter: 10 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:03

2019 Easy Bee Counter V.1

สำหรับคำถามหรือประเด็นปัญหา!! กรุณาโพสต์บนเว็บไซต์ GitHub ที่นี่!

เครื่องนับผึ้งรุ่นนี้ง่ายต่อการบัดกรีและประกอบ (รูทะลุทั้งหมด) ผ่านการทดสอบแล้วและใช้งานได้* พร้อมโค้ดตัวอย่างที่ให้มา

การออกแบบที่ผ่านการทดสอบในปัจจุบันนั้นง่ายต่อการตั้งโปรแกรมและเข้าถึงได้สำหรับโปรแกรมเมอร์มือใหม่ แผงวงจรพิมพ์ยอมรับแพลตฟอร์ม Arduino หลายตัวที่ผลิตโดย Adafruit รวมถึงไมโครคอนโทรลเลอร์ประเภท Adafruit Feather และไมโครคอนโทรลเลอร์ Adafruit ItsyBitsy Adafruit feathers มีคุณสมบัติ wifi และวิทยุระยะไกล (esp8266*, esp32 และ LoRA) โมเดล ItsyBitsy 3V ทั้งหมด (M0, M4 และ 32u4) ควรทำงานได้ดี

* Feather esp8266 ไม่มี A5 หากคุณใช้ uController นี้ คุณจะต้องจัมเปอร์ไปยังพินอื่นที่มีอยู่

ขั้นตอนที่ 1: การวิเคราะห์ข้อมูล - ทำไมต้องนับผึ้ง?

การใช้งานที่เป็นไปได้

• อัตราการขยายตัวหรือลดลงของเที่ยวบินของผึ้งอาจบ่งบอกถึงสุขภาพของรัง
• การขยายหรือลดลงของเที่ยวบินปฐมนิเทศในช่วงหลายวันอาจส่งสัญญาณถึงสุขภาพของราชินี
• เวลาที่เปลี่ยนไประหว่างยอดของผึ้งที่ออกไปและกลับมาอาจบ่งบอกถึงจำนวนคนหาอาหาร และระยะห่างจากเกสรดอกไม้/แหล่งน้ำหวาน

• เปรียบเทียบระหว่างสองหรือย้ายลมพิษเพื่อทดสอบการยักย้ายถ่ายเท เช่น,

  • การเพิ่ม/ถอด supers น้ำผึ้ง
  • การให้น้ำเชื่อมภายใน
  • การรักษาไรออกซาลิกแอซิด
• ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับอิเล็กทรอนิกส์ การบัดกรี และการเขียนโปรแกรมไมโครคอนโทรลเลอร์
• การจัดการศึกษาผึ้งหรือพิพิธภัณฑ์ประเภท

สุขภาพรัง

การเปรียบเทียบข้อมูลเที่ยวบินของผึ้งและเที่ยวบินปฐมนิเทศไปยังสุขภาพรังผึ้งหรือสุขภาพของราชินีดูเหมือนจะเป็นไปได้ เที่ยวบินปฐมนิเทศเป็นพฤติกรรมของผึ้ง 'วัยกลางคน' อายุประมาณ 20 วัน ก่อนจะออกล่าผึ้งในวัยนี้จะออกจากรังเป็นกลุ่มประมาณเที่ยงวัน ทำให้มองเห็นข้อมูลได้ง่ายที่สุดประมาณ 45 นาที

หากมีการปฐมนิเทศลดลง แสดงว่าการวางไข่ลดลง ~42 วันก่อน (22 วันฟัก + 20 วันจนถึงอาหารสัตว์)

ระยะทางในการหาอาหาร

ข้อมูลที่เห็นได้ง่ายในข้อมูลมีการเปลี่ยนแปลงเพียงเล็กน้อยระหว่าง bees OUT และ bees IN ซึ่งระบุถึงปริมาณของผึ้งที่ออกจากและกลับมารวมกัน รวมทั้งระยะทางหรือเวลาที่คร่าวๆ ไปยังสถานที่หาอาหาร

ขั้นตอนที่ 2: ปรับปรุงการออกแบบก่อนหน้า

• ส่วนประกอบผ่านรูทั้งหมดเพื่อการบัดกรีที่ง่ายดาย
• รอยเท้าคู่, ซ็อกเก็ต, uControllers นอกชั้นวาง => Feather และ ItsyBitsy
• โปรแกรมใน Arduino, Lua และ microPython - รวม 24 ประตู, 48 เซ็นเซอร์, 6 shift registers
• ยาวประมาณ 14.75 นิ้ว ยืดออกจนสุดช่องรังนกแลงสโตรธเพื่อให้จัดวางได้ง่าย
• การใช้ 2 PCBs เพื่อสร้างแซนวิชเป็นวิธีการแก้ปัญหาที่รวดเร็วราคาไม่แพง PCBs ต้องสั่งเป็นสีดำ (ดูคำแนะนำ) เพื่อให้ตัวปล่อย IR LED ถูกดูดซับเข้าไปในวัสดุ
• ใช้ส่วนหัว 6 พินเพื่อสร้างรูปแบบการเลี้ยวหรือเกท
• N-Ch mosfet ควบคุมไฟ LED IR เพื่อให้สามารถควบคุม LED ได้ในช่วงเวลาสั้น ๆ ระหว่างการตรวจจับ (~ 75us) อนุญาตให้ลดพลังงานลงเหลือน้อยกว่า 1ma (บวก uController)

ขั้นตอนที่ 3: การใช้งานทั่วไป

เซ็นเซอร์อินฟราเรด (IR)

ผึ้งถูกบังคับผ่าน 24 ประตู โดยเซ็นเซอร์ออปติคัล (48 เซ็นเซอร์) ตรวจสอบว่ามีผึ้งอยู่หรือไม่และกำหนดทิศทางการเคลื่อนที่ของผึ้ง เซ็นเซอร์ออปติคัลแต่ละตัวมี IR LED และเซ็นเซอร์ IR หากไม่มีผึ้ง แสงอินฟราเรดจะถูกดูดกลืนเข้าสู่พื้นผิวสีดำ หากมีผึ้งอยู่ แสงอินฟราเรดจะสะท้อนจากผึ้งและกระตุ้นเซ็นเซอร์

ไฟ LED 48 ดวงแบ่งออกเป็นสองชุด 24 ชุดโดยแต่ละชุดควบคุมโดย N-ch mosfet แรงดันไปข้างหน้าปกติของ IR LED แต่ละอันคือ 1.2V และประมาณ 20ma ตามที่แสดงในแผ่นข้อมูล ไฟ LED สองดวงเชื่อมต่อแบบอนุกรมด้วยตัวต้านทาน 22 โอห์ม มีจัมเปอร์บนบอร์ดที่อนุญาตให้ไฟ LED เลี่ยงผ่านตัวต้านทานจำกัดกระแส อย่าบัดกรีจัมเปอร์จนกว่าจะผ่านการทดสอบอย่างสมบูรณ์! อ้างถึงคำแนะนำในการประกอบ

Shift-in registers

มีทะเบียนเข้ากะ 6 อัน นี่คือคำอธิบายที่ดีเกี่ยวกับวิธีการเชื่อมต่อและโปรแกรมการลงทะเบียนกะ หมุด SPI ของไมโครคอนโทรลเลอร์อ่านการลงทะเบียนกะ การลงทะเบียนกะทั้งหกจะถูกอ่านพร้อมกัน โดยปกติเซ็นเซอร์จะถูกดึงให้ต่ำและแสดง 3.3V หรือ HIGH เมื่อทรานซิสเตอร์ถูกกระตุ้นและมีผึ้งอยู่

พลังงาน การออกแบบ PCB เชื่อมต่อพินพลังงาน USB จากไมโครคอนโทรลเลอร์กับตัวควบคุม 3.3V เพื่อให้สาย USB ที่เชื่อมต่อกับไมโครคอนโทรลเลอร์สามารถจ่ายไฟให้กับทั้งโครงการ

ขั้นตอนที่ 4: คำแนะนำในการประกอบ

เครื่องนับผึ้งรุ่นนี้เป็นแบบเจาะรูทั้งหมด ง่ายต่อการบัดกรีและประกอบ นี่เป็นเวอร์ชันที่ 2 ของบอร์ด (V1) ที่เสร็จสมบูรณ์ในเดือนมีนาคม 2020 หากคุณได้รับบอร์ดเวอร์ชัน 0 (ม.ค./ก.พ. 2020) คุณเพียงแค่ต้องแก้ไขข้อผิดพลาดก่อนหน้านี้ รวมถึงการเพิ่มจัมเปอร์ที่แสดงไว้ที่นี่

1) ติดตั้งเซ็นเซอร์อินฟราเรด - QRE1113 หรือ ITR8307

2) ติดตั้ง shift register จำนวน (6), ตัวต้านทาน LED SIP 22R และตัวต้านทานแบบดึงลง 100k

- Shift registers จำนวน (6) ตัวต้านทาน 74HC165- 22ohm, bussed, จำนวน (4) SIP Packaged, bussed - ตัวต้านทาน 100k ohm buss, จำนวน (6) SIP-9, ตัวต้านทาน 8 ตัว, 9 พิน

3) ติดตั้ง power mosfet จำนวน (2), - N-Channel Mosfet FQP30N06

4) ติดตั้งตัวเก็บประจุขนาดเล็ก

5) วาง/บัดกรี 3.3V power regulator

- ตัวควบคุม 3.3V, (อินพุต, กราวด์, เอาต์พุต - IGO, pinout), จำนวน (1)

6) ติดตั้งตัวเก็บประจุขนาดใหญ่

- 560uF, 6.3V ตัวเก็บประจุ

7) ติดตั้งขั้วต่อสกรูสีเขียว จำนวน (3)

- ขั้วเกลียว 2 ขา 0.1 จำนวน (3)

8) ติดตั้งส่วนหัวสำหรับไมโครโปรเซสเซอร์

9) ติดตั้งจำนวน (4) ตัวต้านทาน 10K (ภาพผิด.. แสดงตัวต้านทาน 2 ตัวเท่านั้น) - ตัวต้านทานแบบดึงขึ้น i2c - ตัวต้านทานแบบดึงลงสำหรับมอสเฟตกำลัง

ขั้นตอนที่ 5: การทดสอบเบื้องต้น

ทดสอบเซ็นเซอร์ ก่อนที่คุณจะไปไกลกว่านี้ ให้ทดสอบ LED/เซ็นเซอร์ทั้งหมดของคุณ! การทดสอบเหล่านี้ง่ายกว่ามากในตอนนี้ก่อนที่จะดำเนินการต่อไป รันโค้ดตัวอย่าง Blink_IR_Leds.ino

IR LED นั้นมองไม่เห็นด้วยตามนุษย์ แต่โทรศัพท์และกล้องจำนวนมากอนุญาตให้คุณมองเห็น IR LED ดูภาพ. (น่าเสียดายที่ iphone ส่วนใหญ่มีตัวกรอง IR ดังนั้นลองใช้โทรศัพท์เครื่องอื่นจนกว่าคุณจะเห็นไฟ LED IR) ขั้นตอนนี้สำคัญมาก ดังนั้นต้องแน่ใจว่าคุณสามารถมองเห็นไฟ LED ทั้งหมดได้

ไฟ LED ดูดี? หากไม่มีไฟ LED กะพริบ? ตรวจสอบให้แน่ใจว่าคุณมี 3.3V บนหัวพิน 3.3V หากไฟ LED หนึ่งหรือสองดวงดับ ให้เปลี่ยนหมุดและ/หรือเปลี่ยนไฟ LED ใหม่จนกว่าคุณจะได้รับไฟ LED 100% กะพริบพร้อมกัน ไฟ LED ดี ยอดเยี่ยม ต่อไป ทดสอบ shift register ด้วยโค้ดตัวอย่าง test_shift_registers.ino

ใช้กระดาษสีขาวเพื่อกระตุ้นเซ็นเซอร์ หากเซ็นเซอร์บางตัวไม่ทำงาน ให้ตรวจสอบพินของคุณ ให้ความร้อนและทำการบัดกรีซ้ำบนหมุดตามต้องการ

ขั้นตอนที่ 6: การประกอบขั้นสุดท้าย

ประกอบให้เสร็จสิ้นเมื่อทดสอบเซ็นเซอร์ทั้งหมดแล้ว ติดตั้งส่วนหัวที่เชื่อมต่อ PCB ด้านบนกับ PCB ด้านล่าง !

โอเค เมื่อทดสอบทุกอย่างแล้ว คุณสามารถบัดกรีจัมเปอร์เหล่านี้ได้…. การบัดกรีจัมเปอร์ 24 ตัวจะเพิ่มระยะการโยนของเซ็นเซอร์ IR โดยการเพิ่มแรงดันและกระแสไฟใน LED สิ่งนี้ทำได้หากเราให้เวลา LED ติดสว่างน้อยกว่า 100us สิ่งนี้อธิบายไว้ในแผ่นข้อมูล

มีสคริปต์ให้ 2 ตัว ทั้ง test_shift_registers.ino และ bee_counting.ino ตรงตามข้อกำหนดนี้โดยเปิดไฟ LED สำหรับ 75us เท่านั้น แสดงในบรรทัดที่ 68 (การลงทะเบียนกะ) และบรรทัดที่ 158 (bee_counting) หลังจากเปิดเครื่องแล้ว จะมีความล่าช้าประมาณ 15-20ms ก่อนที่จะเปิดอีกครั้ง ซึ่งจะช่วยรักษาอายุการใช้งานของ LED

ประสานจัมเปอร์ทั้งหมด 24 ตัว

ขั้นตอนที่ 7: Pinouts ไมโครคอนโทรลเลอร์ Dual Footprint

แผงวงจรพิมพ์รองรับไมโครคอนโทรลเลอร์แบบ Adafruit สองแบบ ไมโครคอนโทรลเลอร์ประเภท Adafruit Feather และไมโครคอนโทรลเลอร์ Adafruit ItsyBitsy Adafruit feathers มีคุณสมบัติ wifi และวิทยุระยะไกล (*esp8266, esp32 และ LoRA) โมเดล ItsyBitsy 3V ทั้งหมด (M0, M4 และ 32u4) ควรทำงานได้ดี

น่าเสียดายที่ shift register ที่เราใช้ (ชิป shift register ที่ได้รับความนิยมมากที่สุด!) ไม่ใช่อุปกรณ์ SPI เต็มรูปแบบและจะไม่แชร์ SPI กับอุปกรณ์อื่น ๆ.. พวกเขาเป็นเหมือนอุปกรณ์ SPI ที่แย่ที่สุด!… ดังนั้นบางบอร์ดเช่น Adalogger หรือ LoRa เพียงแค่จะไม่ทำงานออกจากกล่อง คุณยังสามารถทำได้โดยการตัดการสืบค้นกลับและแพตช์บรรทัด SPI ให้เป็นบรรทัด SPI ที่ว่าง และทำการ bitbanging SPI ไปยัง shift register แต่นั่นค่อนข้างจะอธิบายได้ยากในคำสั่งสอน

ฮาร์ดแวร์ SPI

โค้ดตัวอย่างนี้เขียนขึ้นสำหรับ Feather ESP32 และ itsybitsy M0/M4 แต่ควรทำงานได้ดีกับผู้อื่น หมุด SPI ของฮาร์ดแวร์ใช้สำหรับทั้ง: MISO & SCK

Pin A5 บนทั้ง ESP32 และ itsyBitsy คือ Shift Register LOAD*Pin A5 ไม่มีอยู่ใน ESP8266 หากคุณใช้บอร์ดนี้ คุณต้องจัมเปอร์ไปยังพินอื่น (เช่น พิน RX ว่าง)

พาวเวอร์มอสเฟต

สองพินเชื่อมต่อกับมอสเฟตกำลังขับ IR LEDs

• หมุดขนนก

  • พิน 15 สำหรับเกท 0-11
  • พิน 33 สำหรับเกท 12-23

• หมุด ItsyBitsy

  • พิน 10 สำหรับเกท 0-11
  • พิน 11 สำหรับเกท 12-23

พินเสริม

มีขั้วต่อแบบสกรู (สีเขียว) สำหรับเชื่อมต่อเซ็นเซอร์เพิ่มเติมกับพิน i2C (SDA และ SCL)นอกจากนี้ยังมีพินแบบอะนาล็อก A4 ที่เชื่อมต่อกับขั้วต่อสกรูตัวใดตัวหนึ่ง

ขั้นตอนที่ 8: รหัส Arduino

มีสามสคริปต์ Arduino แนบมาด้วย

• Blink_IR_leds.ino - ใช้เพื่อตรวจสอบการทำงานของ LED ด้วยสายตา
• test_shift_registers.ino - ใช้เพื่อทดสอบการทำงานของเซ็นเซอร์
• bee_counting.ino - เคยนับผึ้ง!

คำเตือน

การบัดกรีจัมเปอร์ 24 ตัวจะเพิ่มระยะการโยนของเซ็นเซอร์ IR โดยการเพิ่มแรงดันและกระแสไฟใน LED นี่เป็นเรื่องปกติถ้าเราให้เวลา LED เปิดเป็นเวลาน้อยกว่า 100us

สองสคริปต์ด้านบน ทั้ง test_shift_registers.ino และ bee_counting.ino เป็นไปตามข้อกำหนดนี้โดยเปิดไฟ LED สำหรับ 75us เท่านั้น แสดงในบรรทัดที่ 68 (การลงทะเบียนกะ) และบรรทัดที่ 158 (bee_counting)

การปรับเทียบเคาน์เตอร์ผึ้ง

ฉันได้บันทึกข้อมูลที่น่าอัศจรรย์ในช่วงหลายปีที่ผ่านมา เป็นไปได้ที่จะสอบเทียบตัวนับผึ้งเพื่อให้ได้ความสามารถในการทำซ้ำตามที่ต้องการ มีหลายวิธีในการปรับเทียบตัวนับผึ้งขึ้นอยู่กับเอฟเฟกต์ที่ต้องการ วิธีหนึ่งคือการวัดความเร็วของการเคลื่อนที่ของผึ้งและนับเฉพาะการเคลื่อนไหวที่ทราบแล้วและกำจัดทริกเกอร์ที่ผิดพลาดทั้งหมด วิธีนี้ทำให้คิดถึงผึ้งจำนวนมากแต่สามารถให้ค่าที่สม่ำเสมอได้ ผึ้งจะใช้เวลาประมาณ 180-350 มิลลิวินาทีในการสำรวจบริเวณเซ็นเซอร์

รหัสตัวอย่าง bee_counting.ino วัดความเร็วของผึ้งผ่านเซ็นเซอร์และนับผึ้งที่เคลื่อนที่เร็วกว่า 650 มิลลิวินาที และต้องการเวลาระหว่างการตกแต่งเซ็นเซอร์ตัวเดียวและการตกแต่งเซ็นเซอร์ตัวที่ 2 ให้เสร็จน้อยกว่า 150 มิลลิวินาที

อุปสรรคบางประการในการปรับเทียบ ได้แก่:

• แม้ว่าผึ้งจะไม่เพิ่มโพลิสลงในเซ็นเซอร์ แต่จะใช้เวลาหลายวันในการเติมโพลิสด้วยโพลิสในช่องว่างเมื่อทำการติดตั้งครั้งแรก
• หนวดเคราในตอนเย็นของฤดูร้อนและผึ้งยามทั่วไปครุ่นคิดเกี่ยวกับการให้ทริกเกอร์เท็จ
• แสงจากดวงอาทิตย์โดยตรงที่มุมต่ำจะทำให้เซ็นเซอร์ทริกเกอร์ผิดพลาด (ซึ่งสามารถบรรเทาได้ค่อนข้างง่าย)

ขั้นตอนที่ 9: รายการวัสดุ

ไมโครคอนโทรลเลอร์

รหัสได้รับการทดสอบด้วย feather esp32 Huzzah และ itsyBitsy M0 แต่จะใช้งานได้กับบอร์ดเหล่านี้ทั้งหมด

• ขนนก Huzzah จาก mouser
• feather esp8266 จาก mouser
• ขนนก LoRa 900mhz จาก mouser
• ItsyBitsy M0 จาก mouser
• ItsyBitsy M4 จาก mouser

แผงวงจรพิมพ์จาก JLCPCB ~ $ 16-25 พร้อมค่าจัดส่ง

สั่งซื้อ PCBs สีดำ ดูคำแนะนำในการสั่งซื้อ PCB

ชิ้นส่วนและชิ้นส่วน

นี่คือรายการราคาสรุปจาก mouser ดูราคาทางเลือกด้านล่างสำหรับตัวเลือกที่ถูกกว่าสำหรับเซ็นเซอร์สะท้อนแสงโดยเฉพาะ

QRE1113 เซ็นเซอร์สะท้อนแสง จำนวน(48)

หัวต่อตัวเมีย 6 ขา สูง 7 มม. ระยะห่าง 0.1 จำนวน (~36)

ตัวต้านทาน 22ohm, บัส, จำนวน (4) SIP Packaged, ตัวต้านทาน 9 ตัว, 10 พิน

บัสตัวต้านทาน 100k ohm, จำนวน (6) SIP-9, ตัวต้านทาน 8 ตัว, 9 พิน

รีจิสเตอร์กะ จำนวน(6) 74HC165

3.3V Regulator, (อินพุต, กราวด์, เอาต์พุต - IGO, pinout), จำนวน (1)

ขั้วเกลียว 2 ขา 0.1 จำนวน (3)

0.1 uF ตัวเก็บประจุเซรามิก, รูทะลุ, จำนวน (6)

1 uF ตัวเก็บประจุแบบเซรามิก รูทะลุ จำนวน (1)

560uF, 6.3V Capacitor ต่ำ esr, ระยะห่างตะกั่ว 3.5 มม., เส้นผ่านศูนย์กลาง 8 มม

N-Channel Mosfet FQP30N06 จำนวน(2)

ตัวต้านทาน 10k, จำนวน (4), ทั่วไป 1/4 วัตต์

ส่วนหัวชาย 6 ขา ~qty(32) หรือ… 12pin จำนวน(17) และแยกส่วนตามต้องการ

การกำหนดราคาทางเลือกจากผู้จัดจำหน่ายชาวจีน LCSC

มีคนชี้ให้เห็นการกำหนดราคาทางเลือกที่สามารถลดต้นทุนได้จริง

• ITR8307 เซ็นเซอร์สะท้อนแสง ~ $0.13 ต่อตัว @ จำนวน (48) (เหมือนกับ QRE1113)
• หัวปลั๊กตัวเมีย 6 พิน สูง 8.5 มม. ~$0.05/อัน@ จำนวน(36+)
• ตัวต้านทาน 22 โอห์ม SIP 8, 9 ขาจะพอดี $0.44 สำหรับจำนวน (4)
• 100k ตัวต้านทาน SIP 8 ตัวต้านทาน 9 พินจะพอดี $0.44 สำหรับจำนวน (6)

ขั้นตอนที่ 10: การสั่งซื้อแผงวงจรพิมพ์

มีผู้ผลิต PCB หลายรายให้เลือก คำแนะนำเหล่านี้แสดง JLCPCB คุณต้องการผู้ผลิตที่สามารถสร้าง PCB สีดำได้ IR LEDs/เซ็นเซอร์ต้องชี้ไปที่พื้นผิวสีดำเพื่อป้องกันทริกเกอร์ที่ผิดพลาด ดังนั้น PCB ด้านล่างต้องเป็นสีดำ JLCPCB ขั้นต่ำคือ qty(5) บอร์ด และคุณจะต้องมี 2 บอร์ดในการประกบกันเพื่อทำเคาน์เตอร์ผึ้งให้เสร็จ

1. ดาวน์โหลด repo ทั้งหมด… กดปุ่มสีเขียวขนาดใหญ่ที่ระบุว่า "โคลนหรือดาวน์โหลด" github… ไปที่ไฟล์ "gerbers.zip" ใต้โฟลเดอร์ PCB

2. ไปที่ JLCPCB.com สร้างบัญชีแล้วคลิกปุ่มสั่งซื้อทันที

3. คลิกที่ "เพิ่มไฟล์ Gerber ของคุณ" และอัปโหลดไฟล์ซิป

4. เลือก 'Black' เป็นสี PCB นอกจากนี้ สำหรับ "ลบหมายเลขคำสั่งซื้อ" ให้เลือก YES

ค่าใช้จ่ายประมาณ 8 เหรียญสำหรับการสั่งซื้อขั้นต่ำของ PCB จำนวน (5) บวกกับการจัดส่ง 9-16 เหรียญขึ้นอยู่กับวิธีการ

รางวัลที่สองในความท้าทายการออกแบบ PCB