Contador fácil de abelhas: 10 etapas (com fotos)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:35

2019 Easy Bee Counter V.1

Para perguntas ou problemas !! Por favor, poste-os no site do github aqui!

Esta versão do contador de abelhas é fácil de soldar e montar (todo orifício). Ele foi testado e funciona * com o código de amostra fornecido.

O projeto testado atualmente é fácil de programar e acessível para programadores iniciantes. A placa de circuito impresso aceita várias plataformas Arduino feitas pela Adafruit, incluindo sua linha de microcontroladores do tipo Adafruit Feather e microcontroladores Adafruit ItsyBitsy. As penas Adafruit incluem recursos de wi-fi e rádio de longo alcance (esp8266 *, esp32 e LoRA). Todos os modelos ItsyBitsy 3V (M0, M4 e 32u4) devem funcionar bem.

* A pena esp8266 está faltando A5. Se você usar este uController, você terá que fazer o jumper para outro pino disponível.

Etapa 1: Análise de dados - Por que contar abelhas?

Possíveis Usos

• a taxa de expansão ou declínio dos voos das abelhas pode indicar saúde da colmeia
• a expansão ou declínio dos voos de orientação ao longo dos dias pode sinalizar a saúde da rainha
• a mudança de tempo entre os picos de saída e retorno das abelhas pode indicar o número de forrageadoras e a distância da fonte de pólen / néctar.

• comparação entre duas ou mover colmeias para testar as manipulações; tal como,

  • adicionando / removendo supers de mel
  • alimentação interna de xarope de açúcar
  • tratamentos para ácaros de ácido oxálico
• introdução à eletrônica, soldagem e programação de microcontroladores
• educação de abelhas melíferas ou instalação tipo museu

Saúde da colmeia

Parece possível comparar os dados de voo das abelhas e voos de orientação com a saúde da colmeia ou da rainha. Os voos de orientação são um comportamento de abelhas de 'meia-idade' com cerca de 20 dias de idade. Antes de forragear, as abelhas dessa idade deixarão a colmeia como um grupo por volta do meio-dia, resultando em um pico de dados de aproximadamente 45 minutos de fácil visualização.

Se houver uma queda nos voos de orientação, pode indicar uma redução na postura de ovos ~ 42 dias antes (22 dias de eclosão + 20 dias até a forragem).

Distância de forrageamento

É fácil ver nos dados pequenos, mas distintos deslocamentos entre as abelhas FORA e as abelhas DENTRO. Isso indica o volume de abelhas que estão saindo e retornando juntas, bem como uma distância ou tempo aproximado para o local de forrageamento.

Etapa 2: melhorias no design anterior

• Todos os componentes do orifício para facilitar a soldagem
• Pegada dupla, soquete, uControllers prontos para uso => Feather e ItsyBitsy
• Programa em Arduino, Lua e microPython - um total de 24 portas, 48 sensores, 6 registradores de deslocamento
• ~ 14,75 "de comprimento, estendendo-se por toda a abertura de uma colmeia de langstroth para fácil colocação
• usar 2 PCBs para criar um sanduíche é uma solução rápida e barata. As placas de circuito impresso devem ser pedidas em preto (consulte as instruções) para que o emissor de LED IV seja absorvido pelo material.
• usando cabeçalhos de 6 pinos para criar os estilos de virada ou portas
• LEDs IV controlados por N-Ch mosfet, de forma que os LEDs possam ser LIGADOS por curtos períodos durante a detecção (~ 75us). Permite redução de potência para menos de 1ma (mais uController).

Etapa 3: Operação geral

Sensores infravermelhos (IR)

As abelhas são forçadas a passar por 24 portões onde sensores ópticos (48 sensores) determinam se a abelha está presente e determinam a direção do movimento da abelha. Cada sensor óptico possui um LED IR e um sensor IR. Se nenhuma abelha estiver presente, a luz IV é absorvida pela superfície preta. Se uma abelha estiver presente, a luz infravermelha reflete na abelha e aciona o sensor.

Os 48 LEDs são divididos em dois conjuntos de 24, com cada conjunto controlado por um N-ch mosfet. A tensão direta normal de cada LED IV é de 1,2 V e cerca de 20 ma, conforme mostrado na folha de dados. Dois LEDs são conectados em série com um resistor de 22 ohms. Existem jumpers na placa que permitem que os LEDs contornem os resistores limitadores de corrente. Não solde o jumper até que seja totalmente testado! Consulte as instruções de montagem.

Registros de mudança

Existem 6 registros shift-in. Aqui está uma ótima descrição de como conectar e programar registradores de deslocamento. Os pinos SPI do microcontrolador lêem os registradores de deslocamento. Todos os seis registradores de deslocamento são lidos ao mesmo tempo. Os sensores são normalmente puxados para baixo e mostram 3,3 V ou ALTO quando um transistor é acionado e uma abelha está presente.

Alimentação O design de PCB conecta o pino de alimentação USB do microcontrolador ao regulador de 3,3 V para que um cabo USB conectado ao microcontrolador possa alimentar todo o projeto.

Etapa 4: Instruções de montagem

Esta versão do contador de abelhas é composta por todos os componentes do orifício. É fácil de soldar e montar. Esta é a segunda versão da placa (V1) concluída em março de 2020. Se você adquiriu a placa da versão 0 (janeiro / fevereiro de 2020), você apenas precisa corrigir alguns dos meus erros anteriores, incluindo adicionar um fio de jumper mostrado aqui.

1) Instale os sensores IR - QRE1113 ou ITR8307

2) instale os registradores de deslocamento qty (6), resistores LED SIP 22R e resistores suspensos de 100k.

- Registradores de deslocamento, qty (6) 74HC165- resistores de 22 ohm, barrado, qty (4) SIP empacotado, barrado - resistores de 100k ohm barrados, qty (6) SIP-9, 8 resistores, 9 pinos

3) instalar mosfets de energia qty (2), - N-Channel Mosfet FQP30N06

4) instalar pequenos capacitores

5) colocar / soldar regulador de energia de 3,3 V

- Regulador de 3,3 V, (entrada, terra, saída - IGO, pinagem), quantidade (1)

6) instalar um grande capacitor

- 560uF, Capacitor de 6,3 V

7) instalar terminais de parafuso verdes, qty (3)

- terminais de parafuso Dois pinos, 0,1 , quantidade (3)

8) instalar cabeçalhos para microprocessador

9) instale resistores de 10K qty (4) (a imagem está errada.. mostra apenas 2 resistores) - resistores pullup i2c - resistores suspensos para mosfets de energia

Etapa 5: teste inicial

TESTE os sensores Antes de prosseguir, teste todos os seus LEDs / sensores! É muito mais fácil testá-los agora antes de prosseguir. Execute o código de amostra Blink_IR_Leds.ino

Os LEDs IR são invisíveis ao olho humano, mas muitos telefones e câmeras permitem que você veja os LEDs IR. Ver foto. (infelizmente, a maioria dos iphones tem filtros IR, então tente outro telefone até ver leds IR). Esta etapa é muito importante, portanto, certifique-se de ver todos os LEDs.

Os LEDs estão bem? Se nenhum LED estiver piscando? Verifique se você tem 3,3 V no conector do pino de 3,3 V. Se um ou dois LEDs estiverem apagados, reflua seus pinos e / ou substitua os LEDs até obter 100% dos LEDs piscando juntos. LEDs bom, ótimo, próximo teste os registradores de deslocamento com o código de amostra test_shift_registers.ino

Use um pedaço de papel branco para acionar os sensores. Se alguns sensores não estiverem funcionando, verifique seus pinos, aqueça e reflua a solda nos pinos conforme necessário.

Etapa 6: Montagem final

Conclua a montagem assim que todos os sensores forem testados. Instale os conectores que conectam o PCB superior ao PCB inferior. !

Ok, depois que tudo for testado, você pode soldar esses jumpers…. Soldar os 24 jumpers aumenta o alcance dos sensores IR, aumentando a tensão direta e a corrente no LED. Isso é bom se mantivermos o tempo dos LEDs LIGADOS a menos de 100us. Isso é descrito na folha de dados.

Dois scripts fornecidos, test_shift_registers.ino e bee_counting.ino, atendem a esse requisito ligando apenas os LEDs por 75us. Isso é mostrado na linha 68 (shift register) e na linha 158 (bee_counting). Após o tempo ON, há um atraso de ~ 15-20ms antes de ligá-los novamente, o que preserva a vida útil do LED.

Solde todos os 24 jumpers.

Etapa 7: Pinagem do Micro Controlador Dual Footprint

A placa de circuito impresso aceita dois micro-controladores do estilo Adafruit. Os microcontroladores do tipo Adafruit Feather e os microcontroladores Adafruit ItsyBitsy. As penas Adafruit incluem wi-fi e recursos de rádio de longo alcance (* esp8266, esp32 e LoRA). Todos os modelos ItsyBitsy 3V (M0, M4 e 32u4) devem funcionar bem.

Infelizmente, os registradores de deslocamento que estamos usando (o chip de registro de deslocamento mais popular!) Não são dispositivos SPI completos e não compartilharão o SPI com outros dispositivos. Eles são como os piores dispositivos SPI! … portanto, algumas placas como o Adalogger ou LoRa apenas não vai funcionar fora da caixa. Você ainda pode fazer isso cortando alguns traços e corrigindo as linhas SPI para linhas SPI livres e bitbanging o SPI para os registradores de deslocamento, mas isso é um pouco difícil de explicar em um instrutível.

Hardware SPI

O código de exemplo foi escrito para o Feather ESP32 e itsybitsy M0 / M4, mas deve funcionar bem com outros. Os pinos SPI de hardware são usados para: MISO e SCK.

O pino A5 no ESP32 e no itsyBitsy é o Shift Register LOAD * O pino A5 não existe no ESP8266. Se você usar esta placa, você precisa fazer o jumper para outro pino (digamos que o pino RX está livre)

Power Mosfets

Dois pinos são conectados aos mosfets de energia que conduzem os LEDs IR

• Alfinetes de pena
  • Pino 15 para portas 0-11
  • Pino 33 para portas 12-23

• Pinos ItsyBitsy

  • Pino 10 para portas 0-11
  • Pino 11 para portas 12-23

Alfinetes extras

Existem terminais de parafuso (verdes) para conectar sensores adicionais aos pinos i2C (SDA e SCL). Há também um pino analógico A4 conectado a um dos terminais de parafuso.

Etapa 8: Código Arduino

Existem três scripts Arduino anexados.

• Blink_IR_leds.ino - usado para inspecionar visualmente os LEDs funcionando
• test_shift_registers.ino - usado para testar funcionalmente os sensores
• bee_counting.ino - costumava contar abelhas!

Aviso

Soldar os 24 jumpers aumenta o alcance dos sensores IR, aumentando a tensão direta e a corrente no LED. Isso é bom se mantivermos o tempo dos LEDs LIGADOS para menos de 100us.

Dois scripts acima, ambos test_shift_registers.ino e bee_counting.ino, atendem a esse requisito ligando apenas os LEDs por 75us. Isso é mostrado na linha 68 (shift register) e na linha 158 (bee_counting).

Calibrando o Bee Counter

Eu capturei alguns dados incríveis ao longo dos anos. É possível calibrar o contador de abelhas para atingir a repetibilidade necessária. Existem diferentes maneiras de calibrar o contador de abelhas, dependendo do efeito desejado. Um método é medir a velocidade do movimento das abelhas e apenas contar os movimentos conhecidos e lançar fora todos os gatilhos falsos. Este método perde muitas abelhas, mas pode fornecer valores consistentes. Uma abelha leva cerca de 180-350ms para atravessar a região do sensor.

O código de exemplo bee_counting.ino mede a velocidade das abelhas através do sensor e conta as abelhas se movendo a mais de 650ms e exige que o tempo entre o final de um sensor e o segundo sensor seja menor que 150ms.

Alguns dos obstáculos para calibrar incluem:

• embora as abelhas não adicionem própolis aos sensores, elas passarão vários dias preenchendo os vazios com própolis na instalação inicial
• barbas nas noites de verão e abelhas da guarda em geral pensando em dar gatilhos falsos
• luz solar direta em um ângulo baixo irá desencadear sensores falsos (isso pode ser mitigado facilmente)

Etapa 9: Lista de materiais

Microcontrolador

O código foi testado com a pena esp32 Huzzah e itsyBitsy M0, mas funcionará com todas essas placas.

• pena Huzzah do mouser
• pena esp8266 do mouser
• pena LoRa 900mhz do mouse
• ItsyBitsy M0 do mouser
• ItsyBitsy M4 do mouser

Placa de circuito impresso de JLCPCB ~ $ 16-25 com frete.

Peça os PCBs pretos. Consulte as instruções de pedido de PCB.

Partes e peças

Aqui está a lista de preços resumida da mouser. Consulte os preços alternativos abaixo para opções mais baratas especificamente para os sensores de refletância.

QRE1113 Sensores reflexivos qtd. (48)

Cabeçalhos fêmeas de 6 pinos com 7 mm de altura, espaçamento de 0,1 , quantidade (~ 36)

Resistores de 22 ohms, barramento, qty (4) SIP empacotado, 9 resistores, 10 pinos

100k ohm resistores barrados, qty (6) SIP-9, 8 resistores, 9 pinos

Registradores de deslocamento, qty (6) 74HC165

Regulador de 3,3 V, (entrada, aterramento, saída - IGO, pinagem), quantidade (1)

terminais de parafuso Dois pinos, 0,1 , quantidade (3)

Capacitor de cerâmica de 0,1 uF, através do orifício, quantidade (6)

1 uF Capacitor de cerâmica, através do orifício, quantidade (1)

560uF, 6,3 V ESR de capacitor baixo, espaçamento de chumbo de 3,5 mm, 8 mm de diâmetro

Mosfet N-Channel FQP30N06, qtd. (2)

Resistores de 10k, qty (4), 1/4 watt genérico

cabeçalhos machos 6 pinos, ~ qtd. (32) ou … 12 pinos qtd. (17) e separar conforme necessário

Preço alternativo do distribuidor chinês LCSC

Alguém apontou alguns preços alternativos que podem realmente reduzir o custo.

• Sensores de refletância ITR8307 ~ $ 0,13 / cada @ qty (48) (igual a QRE1113)
• Conectores fêmea de 6 pinos com 8,5 mm de altura. ~ $ 0,05 / cada @ qty (36+)
• 22 ohm SIP 8 resistor, 9 pinos, vai caber. $ 0,44 para qty (4)
• 100k SIP Resistors 8 resistor, 9 pinos, ele vai caber. $ 0,44 para qty (6)

Etapa 10: Pedido de placa de circuito impresso

Existem muitos fabricantes de PCB diferentes para escolher. Essas instruções mostram JLCPCB. Você precisa de um fabricante que possa fazer PCBs pretos. Os LEDs / sensores de IV precisam apontar para uma superfície preta para evitar disparos falsos, portanto, o PCB inferior deve ser preto. O JLCPCB mínimo é de qty (5) placas e você precisará de 2 placas para sanduíche para completar um contador de abelhas.

1. Baixe todo o repo … aperte o grande botão verde que diz "clone ou baixe" github … navegue até o arquivo "gerbers.zip" na pasta PCB.

2. Vá para JLCPCB.com, crie uma conta e clique no botão PEDIR AGORA.

3. Clique em "Adicionar seu arquivo Gerber" e carregue os arquivos compactados

4. Selecione 'Preto' como a cor do PCB. Também para "Remover número do pedido", selecione SIM

O custo é de cerca de US $ 8 para um pedido mínimo de qty (5) PCBs mais US $ 9-16 para remessa, dependendo do método.

Segundo Prêmio no Desafio de Design PCB