Compteur d'abeilles facile : 10 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:06

Compteur d'abeilles facile 2019 V.1

Pour des questions ou des problèmes !! Veuillez les publier sur le site github ici !

Cette version du compteur d'abeilles est facile à souder et à assembler (tous traversants). Il a été testé et fonctionne* avec un exemple de code fourni.

La conception testée actuelle est facile à programmer et accessible aux programmeurs débutants. La carte de circuit imprimé accepte plusieurs plates-formes Arduino fabriquées par Adafruit, y compris leur gamme de microcontrôleurs de type Adafruit Feather et les microcontrôleurs Adafruit ItsyBitsy. Les plumes Adafruit incluent des fonctionnalités wifi et radio longue portée (esp8266 *, esp32 et LoRA). Tous les modèles ItsyBitsy 3V (M0, M4 et 32u4) devraient fonctionner correctement.

*La plume esp8266 est manquante A5. Si vous utilisez ce uController, vous devez vous connecter à une autre broche disponible.

Étape 1: Analyse des données - Pourquoi compter les abeilles ?

Utilisations possibles

• le taux d'expansion ou de déclin des vols d'abeilles peut indiquer la santé de la ruche
• l'expansion ou le déclin des vols d'orientation au fil des jours pourrait signaler la santé de la reine
• le décalage temporel entre les pics de départ et de retour des abeilles peut indiquer le nombre de butineuses et la distance jusqu'à la source de pollen/nectar.

• comparaison entre deux ruches ou déplacement pour tester les manipulations; tel que,

  • ajouter/supprimer des hausses de miel
  • alimentation en sirop de sucre interne
  • traitements contre les acariens à l'acide oxalique
• introduction à l'électronique, à la soudure et à la programmation de microcontrôleurs
• éducation aux abeilles ou installation de type musée

Santé de la ruche

Il semble possible d'assimiler les données de vol des abeilles et les vols d'orientation à la santé globale de la ruche ou à la santé de la reine. Les vols d'orientation sont un comportement des abeilles « d'âge moyen » d'environ 20 jours. Avant de butiner, les abeilles de cet âge quitteront la ruche en groupe vers midi, ce qui entraînera un pic de données d'environ 45 minutes facile à voir.

S'il y a une baisse des vols d'orientation, cela peut indiquer une réduction de la ponte d'œufs ~ 42 jours avant (22 jours d'éclosion + 20 jours jusqu'au fourrage).

Distance de recherche de nourriture

Il est facile de voir dans les données des changements petits mais distincts entre les abeilles OUT et les abeilles IN. Cela indique à la fois un volume d'abeilles qui partent et reviennent ensemble ainsi qu'une distance ou un temps approximatif jusqu'au lieu d'alimentation.

Étape 2: Améliorations de la conception précédente

• Tous les composants traversants pour une soudure facile
• uControllers à double empreinte, socketed, prêts à l'emploi => Feather et ItsyBitsy
• Programme en Arduino, Lua et microPython - Un total de 24 portes, 48 capteurs, 6 registres à décalage
• ~14,75" de long s'étendant sur toute l'ouverture d'une ruche langstroth pour un placement facile
• utiliser 2 PCB pour créer un sandwich est une solution rapide et peu coûteuse. Les PCB doivent être commandés en noir (voir les instructions) afin que l'émetteur LED IR soit absorbé dans le matériau.
• en utilisant des en-têtes à 6 broches pour créer les styles de virage ou les portes
• LED IR contrôlées par mosfet N-Ch telles que les LED peuvent être contrôlées allumées pendant de courtes périodes pendant la détection (~75us). Permet une puissance réduite à moins de 1ma (plus uController).

Étape 3: Fonctionnement général

Capteurs infrarouges (IR)

Les abeilles sont forcées de franchir 24 portes où des capteurs optiques (48 capteurs) déterminent si l'abeille est présente et déterminent la direction du mouvement des abeilles. Chaque capteur optique a une LED IR et un capteur IR. Si aucune abeille n'est présente, la lumière IR est absorbée par la surface noire. Si une abeille est présente, la lumière infrarouge se réfléchit sur l'abeille et déclenche le capteur.

Les 48 LED sont divisées en deux ensembles de 24, chaque ensemble étant contrôlé par un mosfet N-ch. La tension directe normale de chaque LED IR est de 1,2 V et d'environ 20 mA, comme indiqué sur la fiche technique. Deux LED sont connectées en série avec une résistance de 22 ohms. Il y a des cavaliers sur la carte qui permettent aux LED de contourner les résistances de limitation de courant. Ne soudez pas le cavalier tant qu'il n'a pas été entièrement testé ! Se référer aux instructions de montage.

Registres à décalage

Il y a 6 registres à décalage. Voici une excellente description de la connexion et de la programmation des registres à décalage. Les broches SPI du microcontrôleur lisent les registres à décalage. Les six registres à décalage sont lus en même temps. Les capteurs sont normalement tirés bas et affichent 3,3 V ou HAUT lorsqu'un transistor est déclenché et qu'une abeille est présente.

AlimentationLa conception PCB connecte la broche d'alimentation USB du micro-contrôleur au régulateur 3,3V afin qu'un câble USB connecté au micro-contrôleur puisse alimenter l'ensemble du projet.

Étape 4: Instructions de montage

Cette version du compteur d'abeilles comprend des composants traversants. Il est facile à souder et à assembler. Il s'agit de la 2ème version de la carte (V1) achevée en mars 2020. Si vous avez la carte Version 0 (janvier/février 2020), il vous suffit de corriger certaines de mes erreurs précédentes, notamment l'ajout d'un cavalier illustré ici.

1) Installez des capteurs IR - QRE1113 ou ITR8307

2) installez les registres à décalage qté (6), les résistances LED SIP 22R et les résistances pulldown 100k.

- Registres à décalage, qté (6) 74HC165- résistances 22ohm, bus, qté (4) SIP Packaged, bus - Résistances 100k ohm bus, qté (6) SIP-9, 8 résistances, 9 broches

3) installez la quantité de mosfets de puissance (2), - N-Channel Mosfet FQP30N06

4) installer de petits condensateurs

5) placer/souder le régulateur de puissance 3.3V

- Régulateur 3.3V, (entrée, masse, sortie - IGO, brochage), qté(1)

6) installer un grand condensateur

- Condensateur 560uF, 6.3V

7) installez les bornes à vis vertes, quantité (3)

- bornes à vis Deux broches, 0,1 , qté(3)

8) installer les en-têtes pour le microprocesseur

9) installez qté (4) résistances 10K (l'image est fausse… ne montre que 2 résistances) - résistances pullup i2c - résistances pulldown pour les mosfets de puissance

Étape 5: Test initial

TESTER les capteurs Avant d'aller plus loin, testez toutes vos LED/capteurs ! Il est beaucoup plus facile de les tester maintenant avant d'aller plus loin. Exécutez l'exemple de code Blink_IR_Leds.ino

Les LED IR sont invisibles à l'œil humain, mais de nombreux téléphones et caméras vous permettent de voir les LED IR. Voir l'image. (Malheureusement, la plupart des iPhones ont des filtres IR, alors essayez un autre téléphone jusqu'à ce que vous voyiez des LED IR). Cette étape est très importante, alors assurez-vous que vous pouvez voir toutes les LED.

Les LED ont l'air bien ? Si aucune LED ne clignote ? Vérifiez que vous avez 3.3V sur l'en-tête de broche 3.3V. Si une ou deux LED sont éteintes, redistribuez vos broches et/ou remplacez les LED jusqu'à ce que 100 % des LED clignotent ensemble. Les LED sont bonnes, excellentes, testez ensuite les registres à décalage avec l'exemple de code test_shift_registers.ino

Utilisez un morceau de papier blanc pour déclencher les capteurs. Si certains capteurs ne fonctionnent pas, vérifiez vos broches, chauffez et refusionnez la soudure sur les broches au besoin.

Étape 6: Assemblage final

Terminez l'assemblage une fois que tous les capteurs sont testés. Installez les en-têtes qui relient le PCB supérieur au PCB inférieur. !

Ok, une fois que tout est testé, vous pouvez souder ces cavaliers…. Souder les 24 cavaliers augmente la portée des capteurs IR en augmentant la tension directe et le courant dans la LED. C'est bien à faire si nous maintenons le temps d'allumage des LED à moins de 100us. Ceci est décrit dans la fiche technique.

Deux scripts fournis, test_shift_registers.ino et bee_counting.ino satisfont à cette exigence en n'allumant les LED que pendant 75us. Ceci est indiqué à la ligne 68 (registre à décalage) et à la ligne 158 (bee_counting). Après le temps ON, il y a un délai de ~15-20ms avant de les rallumer, ce qui préserve la durée de vie de la LED.

Soudez les 24 cavaliers.

Étape 7: Brochage du microcontrôleur à double empreinte

La carte de circuit imprimé accepte deux micro-contrôleurs de style Adafruit. Les microcontrôleurs de type Adafruit Feather et les microcontrôleurs Adafruit ItsyBitsy. Les plumes Adafruit incluent des fonctionnalités wifi et radio longue portée (*esp8266, esp32 et LoRA). Tous les modèles ItsyBitsy 3V (M0, M4 et 32u4) devraient fonctionner correctement.

Malheureusement, les registres à décalage que nous utilisons (la puce de registre à décalage la plus populaire !) ne sont pas des appareils SPI complets et ne partageront pas le SPI avec d'autres appareils. ne fonctionnera tout simplement pas hors de la boîte. Vous pouvez toujours le faire en coupant quelques traces et en patchant les lignes SPI pour libérer des lignes SPI et en bitbangant le SPI sur les registres à décalage, mais c'est un peu difficile à expliquer dans un instructable.

SPI matériel

L'exemple de code est écrit pour le Feather ESP32 et itsybitsy M0/M4 mais devrait fonctionner correctement avec les autres. Les broches matérielles SPI sont utilisées pour les deux: MISO et SCK.

La broche A5 sur l'ESP32 et itsyBitsy est le registre à décalage LOAD * La broche A5 n'existe pas sur l'ESP8266. Si vous utilisez cette carte, vous devez passer à une autre broche (disons que la broche RX est gratuite)

Mosfets de puissance

Deux broches sont connectées aux mosfets d'alimentation pilotant les LED IR

• Épingles à plumes

  • Broche 15 pour portails 0-11
  • Goupille 33 pour portails 12-23

• Les épingles ItsyBitsy

  • Broche 10 pour portails 0-11
  • Goupille 11 pour portails 12-23

Épingles supplémentaires

Il y a des bornes à vis (vertes) pour connecter des capteurs supplémentaires aux broches i2C (SDA et SCL) Il y a aussi une broche analogique A4 connectée à l'une des bornes à vis.

Étape 8: Code Arduino

Il y a trois scripts arduino attachés.

• Blink_IR_leds.ino - utilisé pour inspecter visuellement le fonctionnement des LED
• test_shift_registers.ino - utilisé pour tester fonctionnellement les capteurs
• bee_counting.ino - utilisé pour compter les abeilles !

Avertissement

Souder les 24 cavaliers augmente la portée des capteurs IR en augmentant la tension directe et le courant dans la LED. C'est bien si nous maintenons le temps d'allumage des LED à moins de 100us.

Deux scripts ci-dessus, test_shift_registers.ino et bee_counting.ino satisfont à cette exigence en n'allumant les LED que pendant 75us. Ceci est indiqué à la ligne 68 (registre à décalage) et à la ligne 158 (bee_counting).

Calibrer le compteur d'abeilles

J'ai capturé des données étonnantes au fil des ans. Il est possible de calibrer le compteur d'abeilles pour obtenir la répétabilité requise. Il existe différentes manières de calibrer le compteur d'abeilles en fonction de l'effet recherché. Une méthode consiste à mesurer la vitesse du mouvement des abeilles et à ne compter que les mouvements connus et à lancer tous les faux déclencheurs. Cette méthode manque beaucoup d'abeilles mais peut donner des valeurs cohérentes. Il faut environ 180 à 350 ms à une abeille pour traverser la région du capteur.

L'exemple de code bee_counting.ino mesure la vitesse des abeilles à travers le capteur et compte les abeilles se déplaçant plus rapidement que 650 ms et exige que le temps entre la fin d'un capteur et la finition du 2e capteur soit inférieur à 150 ms.

Certains des obstacles à calibrer incluent:

• bien que les abeilles n'ajoutent pas de propolis aux capteurs, elles passeront plusieurs jours à remplir les vides avec de la propolis lors de l'installation initiale
• la barbe les soirs d'été et les abeilles de la garde générale qui ruminent donnent de faux déclencheurs
• la lumière directe du soleil à un angle faible déclenchera de faux capteurs (cela peut être atténué assez facilement)

Étape 9: Nomenclature

Micro-contrôleur

Le code a été testé avec la plume esp32 Huzzah et itsyBitsy M0 mais fonctionnera avec toutes ces cartes.

• plume Huzzah de mouser
• plume esp8266 de mouser
• plume LoRa 900mhz de mouser
• ItsyBitsy M0 de mouser
• ItsyBitsy M4 de mouser

Circuit imprimé de JLCPCB ~ 16-25 $ avec expédition.

Commandez les PCB Noir. Voir les instructions de commande des PCB.

Pièces et Pièces

Voici la liste des prix récapitulative de mouser. Voir les prix alternatifs ci-dessous pour des options moins chères spécifiquement pour les capteurs de réflectance.

QRE1113 Capteurs réfléchissants qté(48)

Embases femelles à 6 broches de 7 mm de haut, espacement de 0,1 , quantité (~ 36)

Résistances de 22 ohms, bus, qté (4) SIP emballé, 9 résistances, 10 broches

Résistances 100k ohms bus, qté (6) SIP-9, 8 résistances, 9 broches

Registres à décalage, quantité(6) 74HC165

Régulateur 3.3V, (entrée, masse, sortie - IGO, brochage), qté(1)

bornes à vis Deux broches, 0,1 , qté(3)

Condensateur céramique 0,1 uF, trou traversant, qté (6)

Condensateur céramique 1 uF, trou traversant, quantité(1)

Condensateur 560 uF, 6,3 V à faible esr, espacement des fils de 3,5 mm, diamètre de 8 mm

Mosfet à canal N FQP30N06, qté(2)

Résistances 10k, qté(4), générique 1/4 watt

en-têtes mâles 6 broches, ~qty(32) ou… 12pin qty(17) et se séparent au besoin

Prix alternatifs du distributeur chinois LCSC

Quelqu'un a signalé des prix alternatifs qui peuvent vraiment réduire les coûts.

• Capteurs de réflectance ITR8307 ~ 0,13 $/chacun à la quantité (48) (identique à QRE1113)
• Embases femelles 6 broches de 8,5 mm de haut. ~ 0,05 $/chacun @ qté (36+)
• Résistance SIP 8 de 22 ohms, 9 broches, elle s'adaptera. 0,44 $ pour la quantité(4)
• Résistances 100k SIP 8 résistances, 9 broches, elle s'adaptera. 0,44 $ pour la quantité(6)

Étape 10: Commande de circuits imprimés

Il existe de nombreux fabricants de PCB différents parmi lesquels choisir. Ces instructions montrent JLCPCB. Vous avez besoin d'un fabricant capable de fabriquer des PCB noirs. Les LED/capteurs IR doivent pointer vers une surface noire pour éviter les faux déclenchements, donc le PCB inférieur doit être noir. Le JLCPCB minimum est de qty (5) planches et vous aurez besoin de 2 planches à prendre en sandwich pour compléter un compteur d'abeilles.

1. Téléchargez l'intégralité du dépôt… appuyez sur le gros bouton vert qui dit "cloner ou télécharger" github… accédez au fichier "gerbers.zip" sous le dossier PCB.

2. Allez sur JLCPCB.com, créez un compte et cliquez sur le bouton COMMANDER MAINTENANT.

3. Cliquez sur "Ajouter votre fichier Gerber" et téléchargez les fichiers compressés

4. Sélectionnez 'Black' comme couleur du PCB. Également pour "Supprimer le numéro de commande", sélectionnez OUI

Le coût est d'environ 8 $ pour une commande minimum de qty(5) PCB plus 9-16 $ d'expédition selon la méthode.

Deuxième prix du PCB Design Challenge