Easy Bee Counter: 10 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:39

2019 Easy Bee Counter V.1

För frågor eller frågor !! Lägg upp dem på github -webbplatsen här!

Denna version av bi-räknaren är lätt att lödda och montera (genomgående hål). Den har testats och fungerar* med provkod.

Den nuvarande testade designen är lätt att programmera och kan nås för nybörjare. Kretskortet accepterar flera Arduino-plattformar tillverkade av Adafruit inklusive deras sortiment av mikrokontroller av typen Adafruit Feather och Adafruit ItsyBitsy. Adafruit -fjädrarna inkluderar wifi och långdistansradiofunktioner (esp8266*, esp32 och LoRA). Alla ItsyBitsy 3V -modeller (M0, M4 och 32u4) borde fungera bra.

*Fjädern esp8266 saknar A5. Om du använder denna uController måste du hoppa till en annan tillgänglig pin.

Steg 1: Dataanalys - Varför räkna bin?

Möjliga användningsområden

• graden av expansion eller minskning av bi -flygningar kan tyda på bikupans hälsa
• utbyggnaden eller nedgången av orienteringsflygningar över dagar kan signalera drottningens hälsa
• tidsförskjutningen mellan toppar av bin som lämnar och återvänder kan indikera antal jaktförare och avstånd till pollen/nektarkälla.

• jämförelse mellan två eller flytta bikupor för att testa för manipulationer; Till exempel,

  • tillsättning/avlägsnande av honungssuper
  • intern matning av sockersirap
  • oxalsyra kvalster behandlingar
• introduktion till elektronik, lödning och programmering av mikrokontroller
• honungsbiutbildning eller installation av museumstyp

Hive hälsa

Att jämföra bi -flygdata och orienteringsflyg till över hela bikupahälsa eller drottninghälsa verkar möjligt. Orienteringsflyg är ett beteende hos "medelålders" bin som är cirka 20 dagar gamla. Innan födosökande bin i denna ålder kommer att lämna bikupan som en grupp på ungefär mitt på dagen vilket resulterar i en lätt att se ~ 45min topp i data.

Om det blir en minskning av orienteringsflyg kan det tyda på en minskning av äggläggningen ~ 42 dagar före (22 dagars kläckning + 20 dagar till foder).

Jaktavstånd

Det är lätt att se i data små men tydliga skift mellan bin OUT och bin IN. Detta indikerar både en volym bin som lämnar och återvänder tillsammans samt en grov sträcka eller tid till födosökplatsen.

Steg 2: Förbättringar av tidigare design

• Alla genomgående hålskomponenter för enkel lödning
• Dubbla fotavtryck, hylsade uControllers => Feather och ItsyBitsy
• Program i Arduino, Lua och microPython - Totalt 24 portar, 48 sensorer, 6 skiftregister
• ~ 14,75 "lång sträcka hela öppningen av en langstroth bikupa för enkel placering
• att använda två kretskort för att skapa en smörgås är en billig snabb lösning. Kretskortet måste beställas svart (se instruktioner) så att IR -LED -sändaren absorberas i materialet.
• med hjälp av 6-stiftshuvuden för att skapa vändstilar eller grindar
• N-Ch mosfet-styrda IR-lysdioder så att lysdioder kan styras PÅ under korta perioder under avkänning (~ 75us). Tillåter minskad effekt till mindre än 1ma (plus uController).

Steg 3: Allmän drift

Infraröda (IR) sensorer

Honungsbin tvingas genom 24 grindar där optiska sensorer (48 sensorer) avgör om biet är närvarande och bestämmer riktningen av birörelsen. Varje optisk sensor har en IR -LED och en IR -sensor. Om det inte finns något bi absorberas IR -ljuset i den svarta ytan. Om ett bi är närvarande reflekterar IR -ljuset från biet och triggar sensorn.

De 48 lysdioderna är uppdelade i två uppsättningar om 24 med varje uppsättning styrd av en N-ch mosfet. Den normala framspänningen för varje IR -lysdiod är 1,2V och cirka 20ma som visas på databladet. Två lysdioder är seriekopplade med ett 22ohm motstånd. Det finns hoppare på brädet som gör att lysdioderna kan kringgå de nuvarande begränsningsmotstånden. Löd inte bygeln förrän den är helt testad! Se monteringsanvisningar.

Skiftregister

Det finns 6 skiftregister. Här är en bra beskrivning för hur du ansluter och programmerar skiftregister. Mikrostyrenhetens SPI-stift avläser skiftregistren. Alla sex skiftregister läses samtidigt. Sensorerna dras normalt lågt och visar 3,3V eller HIGH när en transistor utlöses och ett bi är närvarande.

Ström PCB-designen ansluter USB-strömstiften från mikrokontrollern till 3.3V-regulatorn så att en USB-kabel som är ansluten till mikrokontrollern kan driva hela projektet.

Steg 4: Monteringsanvisning

Denna version av bi -räknaren är genomgående hålskomponenter. Det är lätt att lödda och montera. Detta är den andra versionen av tavlan (V1) slutförd i mars 2020. Om du har version 0 -kortet (jan/feb 2020) måste du bara fixa några av mina tidigare misstag, inklusive att lägga till en bygelkabel som visas här.

1) Installera IR -sensorer - QRE1113 eller ITR8307

2) installera skiftregister antal (6), SIP 22R LED -motstånd och 100k pulldown -motstånd.

- Skiftregister, antal (6) 74HC165- 22ohm motstånd, bussade, antal (4) SIP-förpackade, bussade- 100k ohm motstånd bussade, antal (6) SIP-9, 8 motstånd, 9 stift

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

4) installera små kondensatorer

5) plats/löd 3.3V effektregulator

- 3.3V Regulator, (input, ground, output - IGO, pinout), qty (1)

6) installera stor kondensator

- 560uF, 6.3V kondensator

7) installera gröna skruvplintar, antal (3)

- skruvplintar Två stift, 0,1 , antal (3)

8) installera rubriker för mikroprocessor

9) installera antal (4) 10K motstånd (bilden är fel.. visar bara 2 motstånd) - i2c pullup resistors - pulldown resistors for power mosfets

Steg 5: Inledande testning

TEST -sensorer Testa alla dina lysdioder/sensorer innan du går längre! Det är mycket lättare att testa dessa nu innan du går vidare. Kör provkoden Blink_IR_Leds.ino

IR -lysdioderna är osynliga för det mänskliga ögat men många telefoner och kameror låter dig se IR -lysdioderna. Se bild. (tyvärr har de flesta telefoner IR -filter, så försök med en annan telefon tills du ser IR -lysdioder). Detta steg är mycket viktigt så se till att du kan se alla lysdioder.

Lysdioder ser bra ut? Om inga lysdioder blinkar? Kontrollera att du har 3.3V på 3.3V -stifthuvudet. Om en eller två lysdioder är släckta, återför dina stift och/eller byt ut lysdioderna tills du får 100% lysdioder som blinkar tillsammans. Lysdioder bra, bra, nästa test skiftregistren med provkoden test_shift_registers.ino

Använd ett vitt papper för att aktivera sensorerna. Om vissa sensorer inte fungerar, kontrollera dina stift, värm upp och återlöd lödet på stiften efter behov.

Steg 6: Slutmontering

Avsluta monteringen när alla sensorer har testats. Installera rubrikerna som ansluter det övre kretskortet till det nedre kretskortet. !

Ok, när allt är testat kan du lödda dessa hoppare …. Lödning av de 24 hopparna ökar IR -sensorernas kastområde genom att öka spänningen och strömmen i lysdioden. Detta är bra att göra om vi håller lysdioderna PÅ i tid till mindre än 100us. Detta beskrivs i databladet.

Två manus tillhandahålls, både test_shift_registers.ino och bee_counting.ino uppfyller detta krav genom att bara slå på lysdioderna för 75us. Detta visas på rad 68 (skiftregister) och rad 158 (bi_räkning). Efter PÅ-tiden finns det en fördröjning på ~ 15-20 ms innan de slås på igen vilket bevarar LED: ns livslängd.

Löd alla 24 hopparna.

Steg 7: Mikrokontroller Pinouts med dubbla fotavtryck

Kretskortet accepterar två Adafruit-typer av mikrokontroller. Adafruit Feather-mikrokontroller och Adafruit ItsyBitsy mikrokontroller. Adafruit -fjädrarna inkluderar wifi och långdistansradiofunktioner (*esp8266, esp32 och LoRA). Alla ItsyBitsy 3V -modeller (M0, M4 och 32u4) borde fungera bra.

Tyvärr är skiftregistren vi använder (det mest populära skiftregisterchipet!) Inte fulla SPI -enheter och delar inte SPI: n med andra enheter.. De är som de värsta SPI -enheterna! … därför är det några kort som Adalogger eller LoRa kommer bara inte att fungera ur lådan. Du kan fortfarande göra det genom att klippa några spår och korrigera SPI -linjerna för att frigöra SPI -linjer och bitbanga SPI till skiftregistren men det är lite svårt att förklara i en instruerbar.

Hårdvara SPI

Exempelkoden är skriven för Feather ESP32 och itsybitsy M0/M4 men borde fungera bra med andra. Hårdvaran SPI -stift används för båda: MISO & SCK.

Pin A5 på både ESP32 och itsyBitsy är skiftregistret LOAD*Pin A5 finns inte på ESP8266. Om du använder det här kortet måste du hoppa till en annan stift (säg att RX -stiftet är ledigt)

Power Mosfets

Två stift är anslutna till strömkablarna som driver IR -lysdioderna

• Fjädernålar

  • Pin 15 för grindar 0-11
  • Pin 33 för grindar 12-23

• ItsyBitsy stift

  • Pin 10 för grindar 0-11
  • Stift 11 för grindar 12-23

Extra pins

Det finns skruvplintar (gröna) för att ansluta ytterligare sensorer till i2C -stiften (SDA och SCL) Det finns också en analog stift A4 ansluten till en av skruvplintarna.

Steg 8: Arduino -kod

Det finns tre arduino -skript bifogade.

• Blink_IR_leds.ino - används för att visuellt inspektera lysdioder som fungerar
• test_shift_registers.ino - används för att funktionellt testa sensorer
• bee_counting.ino - brukade räkna bin!

Varning

Lödning av de 24 hopparna ökar IR -sensorernas kastområde genom att öka spänningen och strömmen i lysdioden. Detta är bra om vi håller lysdioderna PÅ -tiden till mindre än 100us.

Två skript ovan, både test_shift_registers.ino och bee_counting.ino uppfyller detta krav genom att bara slå på lysdioderna för 75us. Detta visas på rad 68 (skiftregister) och rad 158 (bi_räkning).

Kalibrering av bi -räknaren

Jag har fångat några fantastiska data genom åren. Det är möjligt att kalibrera bi -räknaren för att uppnå erforderlig repeterbarhet. Det finns olika sätt att kalibrera bi -räknaren beroende på önskad effekt. En metod är att mäta binrörelsens hastighet och bara räkna kända rörelser och slänga ut alla falska triggers. Denna metod saknar många bin men kan ge konsekventa värden. Det tar ett bi cirka 180-350 ms att korsa sensorområdet.

Exempelkoden bee_counting.ino mäter binas hastighet genom sensorn och räknar bin som rör sig snabbare än 650 ms och kräver att tiden mellan att avsluta en sensor och avsluta den andra sensorn är mindre än 150 ms.

Några av hindren att kalibrera för inkluderar:

• även om bin inte lägger till propolis i sensorerna kommer de att spendera flera dagar på att fylla tomrum med propolis vid första installationen
• skägg på sommarkvällarna och allmänna vaktbina som mullrar om ger falska triggers
• direkt solljus i låg vinkel kommer att utlösa sensorer (detta kan lätt mildras)

Steg 9: Materialförteckning

Mikrostyrenhet

Koden testades med fjädern esp32 Huzzah och itsyBitsy M0 men fungerar med alla dessa kort.

• fjäder Huzzah från mouser
• fjäder esp8266 från mouser
• fjäder LoRa 900mhz från mouser
• ItsyBitsy M0 från mouser
• ItsyBitsy M4 från mouser

Tryckt kretskort från JLCPCB ~ $ 16-25 med frakt.

Beställ kretskort svart. Se beställningsinstruktioner för kretskort.

Delar och delar

Här är en sammanfattande prislista från mouser. Se alternativa priser nedan för billigare alternativ specifikt för reflektanssensorerna.

QRE1113 Reflekterande sensorer antal (48)

6 -stifts honahuvuden 7 mm höga, 0,1 tum mellanrum, antal (~ 36)

22ohm motstånd, bussade, antal (4) SIP -förpackade, 9 motstånd, 10 stift

100k ohm motstånd bussade, antal (6) SIP-9, 8 motstånd, 9 stift

Skiftregister, antal (6) 74HC165

3.3V Regulator, (input, ground, output - IGO, pinout), qty (1)

skruvplintar Två stift, 0,1 , antal (3)

0,1 uF keramisk kondensator, genomgående hål, antal (6)

1 uF keramisk kondensator, genomgående hål, antal (1)

560uF, 6.3V kondensator låg esr, 3,5 mm blyavstånd, 8 mm diameter

N-kanal Mosfet FQP30N06, antal (2)

10k motstånd, antal (4), generiska 1/4 watt

hanhuvud 6 stift, ~ antal (32) eller … 12 stift antal (17) och bryt isär efter behov

Alternativ prissättning från den kinesiska distributören LCSC

Någon påpekade några alternativa priser som verkligen kan sänka kostnaden.

• ITR8307 Reflektanssensorer ~ $ 0,13/st @ kvantitet (48) (samma som QRE1113)
• 6 -stifts hona, 8,5 mm höga. ~ $ 0,05/st @ kvantitet (36+)
• 22 ohm SIP 8 motstånd, 9 stift, det passar. $ 0,44 för antal (4)
• 100k SIP -resistorer 8 motstånd, 9pin, det passar. $ 0,44 för antal (6)

Steg 10: Beställning av kretskort

Det finns många olika kretskortstillverkare att välja mellan. Dessa instruktioner visar JLCPCB. Du behöver en tillverkare som kan göra svarta kretskort. IR -lysdioderna/sensorerna måste peka på en svart yta för att förhindra falska utlösare, så det nedre kretskortet måste vara svart. Minsta JLCPCB är antal (5) brädor och du behöver 2 brädor för att smörja ihop för att slutföra en bi -räknare.

1. Ladda ner hela repo … tryck på den stora gröna knappen som säger "klona eller ladda ner" github … navigera till "gerbers.zip" -filen under PCB -mappen.

2. Gå till JLCPCB.com, skapa ett konto och klicka på knappen BESTÄLL NU.

3. Klicka på "Lägg till din Gerber -fil" och ladda upp de zip -filer

4. Välj "Svart" som PCB -färg. Välj även YES för "Ta bort ordernummer"

Kostnaden är cirka $ 8 för en minsta beställning av antal (5) PCB plus $ 9-16 frakt beroende på metod.

Andra pris i PCB Design Challenge