Easy Bee Counter - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:15

2019 Easy Bee Counter V.1

Voor vragen of problemen!! Plaats ze hier op de github-site!

Deze versie van de bijenteller is eenvoudig te solderen en te monteren (allemaal doorgaand gat). Het is getest en werkt* met meegeleverde voorbeeldcode.

Het huidige geteste ontwerp is eenvoudig te programmeren en benaderbaar voor beginnende programmeurs. De printplaat accepteert meerdere Arduino-platforms gemaakt door Adafruit, inclusief hun lijn van Adafruit Feather-type microcontrollers en Adafruit ItsyBitsy-microcontrollers. De Adafruit-veren hebben wifi- en langeafstandsradiofuncties (esp8266*, esp32 en LoRA). Alle ItsyBitsy 3V-modellen (M0, M4 en 32u4) zouden goed moeten werken.

*De veer esp8266 mist A5. Als u deze uController gebruikt, moet u naar een andere beschikbare pin springen.

Stap 1: Data-analyse - Waarom bijen tellen?

Mogelijke toepassingen:

• de snelheid van expansie of afname van bijenvluchten kan wijzen op de gezondheid van de bijenkorf
• de uitbreiding of afname van oriëntatievluchten in de loop van dagen kan wijzen op de gezondheid van de koningin
• de tijdsverschuiving tussen pieken van vertrekkende en terugkerende bijen kan wijzen op het aantal verzamelaars en de afstand tot de pollen-/nectarbron.

• vergelijking tussen twee of verplaats netelroos om te testen op manipulaties; zoals,

  • honing supers toevoegen/verwijderen
  • interne suikersiroop voeding
  • behandelingen met oxaalzuurmijt
• inleiding tot elektronica, solderen en programmeren van microcontrollers
• honingbij onderwijs of museum type installatie

Bijenkorf gezondheid

Het gelijkstellen van bijenvluchtgegevens en oriëntatievluchten met de algehele gezondheid van de korf of koningin lijkt mogelijk. Oriëntatievluchten is een gedrag van bijen van middelbare leeftijd van ongeveer 20 dagen oud. Voordat bijen van deze leeftijd foerageren, verlaten ze de korf als groep rond het middaguur, wat resulteert in een gemakkelijk te zien piek van ~45 minuten in de gegevens.

Als er een daling is in oriëntatievluchten, kan dit wijzen op een afname van het leggen van eieren ~42 dagen ervoor (22 dagen uitkomen + 20 dagen tot het voer).

Foerageerafstand

Het is gemakkelijk om in de gegevens kleine maar duidelijke verschuivingen te zien tussen bijen UIT en bijen IN. Dit geeft zowel een hoeveelheid bijen die samen vertrekken en terugkeren als een ruwe afstand of tijd naar de foerageerplaats aan.

Stap 2: Verbeteringen op vorig ontwerp

• Alle doorlopende componenten voor eenvoudig solderen
• Dubbele voetafdruk, socketed, kant-en-klaar uControllers => Feather en ItsyBitsy
• Programma in Arduino, Lua en microPython - In totaal 24 poorten, 48 sensoren, 6 schuifregisters
• ~ 14,75 "lang strekt zich uit over de hele opening van een langstroth-korf voor eenvoudige plaatsing
• 2 PCB's gebruiken om een sandwich te maken is een goedkope snelle oplossing. De printjes moeten zwart besteld worden (zie instructies) zodat de IR LED emitter in het materiaal wordt geabsorbeerd.
• 6-pins headers gebruiken om de draaistijlen of poorten te maken
• N-Ch mosfet bestuurde IR-LED's, zodat LED's gedurende korte perioden AAN kunnen worden gehouden tijdens het waarnemen (~75us). Zorgt voor verminderd vermogen tot minder dan 1ma (plus uController).

Stap 3: Algemene bediening

Infrarood (IR) sensoren

Honingbijen worden door 24 poorten gedwongen waar optische sensoren (48 sensoren) bepalen of de bij aanwezig is en de richting van de bijenbeweging bepalen. Elke optische sensor heeft een IR-LED en een IR-sensor. Als er geen bij aanwezig is, wordt het IR-licht geabsorbeerd in het zwarte oppervlak. Als er een bij aanwezig is, reflecteert het IR-licht van de bij en activeert de sensor.

De 48 LED's zijn verdeeld in twee sets van 24 waarbij elke set wordt bestuurd door een N-ch mosfet. De normale voorwaartse spanning van elke IR-led is 1,2 V en ongeveer 20 ma, zoals aangegeven op het gegevensblad. Twee LED's zijn in serie geschakeld met een weerstand van 22 ohm. Er zijn jumpers op het bord waarmee de LED's de stroombeperkende weerstanden kunnen omzeilen. Soldeer de jumper niet totdat deze volledig is getest! Raadpleeg de montage-instructies.

Inschakelregisters

Er zijn 6 inschuifregisters. Hier is een goede beschrijving voor het aansluiten en programmeren van schuifregisters. De SPI-pinnen van de microcontroller lezen de schuifregisters. Alle zes schuifregisters worden tegelijkertijd uitgelezen. De sensoren worden normaal gesproken laag getrokken en tonen 3,3 V of HOOG wanneer een transistor wordt geactiveerd en een bij aanwezig is.

Voeding Het PCB-ontwerp verbindt de USB-voedingspin van de microcontroller met de 3.3V-regelaar, zodat een USB-kabel die op de microcontroller is aangesloten, het hele project van stroom kan voorzien.

Stap 4: Montage-instructies

Deze versie van de bijenteller is alle componenten met doorlopende gaten. Het is gemakkelijk te solderen en te monteren. Dit is de 2e versie van het bord (V1), voltooid in maart 2020. Als je het bord met versie 0 (jan/feb 2020) hebt, hoef je alleen maar enkele van mijn eerdere fouten op te lossen, waaronder het toevoegen van een hier getoonde jumperdraad.

1) Installeer IR-sensoren - QRE1113 of ITR8307

2) installeer schuifregisters aantal (6), SIP 22R LED-weerstanden en 100k pulldown-weerstanden.

- Schakelregisters, aantal (6) 74HC165- 22 ohm weerstanden, bussed, aantal (4) SIP verpakt, bussed - 100 k ohm weerstanden bussed, aantal (6) SIP-9, 8 weerstanden, 9 pinnen

3) installeer power mosfets aantal (2), - N-kanaal Mosfet FQP30N06

4) installeer kleine condensatoren

5) plaats/soldeer 3.3V vermogensregelaar

- 3.3V-regelaar, (ingang, aarde, uitgang - IGO, pinout), aantal (1)

6) installeer grote condensator:

- 560uF, 6.3V condensator

7) installeer groene schroefklemmen, aantal (3)

- schroefklemmen Tweepolig, 0,1 , aantal (3)

8) installeer headers voor microprocessor

9) installeer aantal (4) 10K-weerstanden (afbeelding is verkeerd … toont slechts 2 weerstanden) - i2c pullup-weerstanden - pulldown-weerstanden voor power-mosfets

Stap 5: Eerste testen

TEST sensoren Voordat u verder gaat, test u al uw LED's/sensoren! Het is nu veel gemakkelijker om deze te testen voordat u verder gaat. Voer de voorbeeldcode uit Blink_IR_Leds.ino

De IR-LED's zijn onzichtbaar voor het menselijk oog, maar bij veel telefoons en camera's kunt u de IR-LED's zien. Zie foto. (helaas hebben de meeste iphones IR-filters, dus probeer een andere telefoon totdat je IR-leds ziet). Deze stap is erg belangrijk, dus zorg ervoor dat u alle LED's kunt zien.

LED's zien er goed uit? Als er geen LED's knipperen? Controleer of u 3,3V op de 3,3V-pinheader hebt. Als een of twee LED's uit zijn, plaatst u uw pinnen opnieuw en/of vervangt u de LED's totdat u 100% LED's samen ziet knipperen. LED's goed, geweldig, test vervolgens de schuifregisters met de voorbeeldcode test_shift_registers.ino

Gebruik een wit stuk papier om de sensoren te activeren. Als sommige sensoren niet werken, controleer dan uw pinnen, verwarm en soldeer indien nodig opnieuw op de pinnen.

Stap 6: Eindmontage

Voltooi de montage zodra alle sensoren zijn getest. Installeer de headers die de bovenste PCB verbinden met de onderste PCB. !

Ok, als alles is uitgetest, kun je deze jumpers solderen…. Het solderen van de 24 jumpers vergroot het worpbereik van de IR-sensoren door de voorwaartse spanning en stroom in de LED te vergroten. Dit is prima te doen als we de LED's AAN-tijd op minder dan 100us houden. Dit staat beschreven in de datasheet.

Twee meegeleverde scripts, zowel test_shift_registers.ino als bee_counting.ino voldoen aan deze eis door de LED's slechts 75us AAN te zetten. Dit wordt getoond op regel 68 (schuifregister) en regel 158 (bee_counting). Na de AAN-tijd is er een vertraging van ~15-20ms voordat ze weer worden ingeschakeld, waardoor de levensduur van de LED wordt behouden.

Soldeer alle 24 van de jumpers.

Stap 7: Dual Footprint Micro Controller Pinouts

De printplaat accepteert twee Adafruit-microcontrollers. De microcontrollers van het type Adafruit Feather en de microcontrollers van Adafruit ItsyBitsy. De Adafruit-veren hebben wifi- en langeafstandsradiofuncties (*esp8266, esp32 en LoRA). Alle ItsyBitsy 3V-modellen (M0, M4 en 32u4) zouden goed moeten werken.

Helaas zijn de schuifregisters die we gebruiken (de meest populaire schuifregisterchip!) geen volledige SPI-apparaten en zullen ze de SPI niet delen met andere apparaten.. Ze zijn als de slechtste SPI-apparaten!… daarom sommige boards zoals de Adalogger of LoRa werkt gewoon niet out of the box. Je kunt het nog steeds doen door wat sporen te knippen en de SPI-lijnen te patchen om SPI-lijnen vrij te maken en de SPI naar de schuifregisters te bitbangen, maar dat is een beetje moeilijk uit te leggen in een instructable.

Hardware-SPI

De voorbeeldcode is geschreven voor de Feather ESP32 en itsybitsy M0/M4, maar zou prima moeten werken met andere. De hardware SPI pinnen worden gebruikt voor zowel: MISO & SCK.

Pin A5 op zowel de ESP32 als itsyBitsy is de Shift Register LOAD*Pin A5 bestaat niet op de ESP8266. Als je dit bord gebruikt, moet je naar een andere pin springen (zeg dat de RX-pin gratis is)

Power Mosfets

Twee pinnen zijn verbonden met de power-mosfets die de IR-LED's aandrijven

• Veren pinnen

  • Pin 15 voor poorten 0-11
  • Pin 33 voor poorten 12-23

• ItsyBitsy-spelden

  • Pin 10 voor poorten 0-11
  • Pin 11 voor poorten 12-23

Extra pinnen

Er zijn schroefklemmen (groen) om extra sensoren aan te sluiten op de i2C-pinnen (SDA en SCL) Er is ook een analoge pin A4 aangesloten op een van de schroefklemmen.

Stap 8: Arduino-code

Er zijn drie arduino-scripts bijgevoegd.

• Blink_IR_leds.ino - gebruikt om de werkende LED's visueel te inspecteren
• test_shift_registers.ino - gebruikt om sensoren functioneel te testen
• bee_counting.ino - gebruikt om bijen te tellen!

Waarschuwing

Het solderen van de 24 jumpers vergroot het worpbereik van de IR-sensoren door de voorwaartse spanning en stroom in de LED te vergroten. Dit is prima als we de LED's AAN-tijd op minder dan 100us houden.

Twee scripts hierboven, zowel test_shift_registers.ino als bee_counting.ino voldoen aan deze eis door de LED's slechts 75us AAN te zetten. Dit wordt getoond op regel 68 (schuifregister) en regel 158 (bee_counting).

De bijenteller kalibreren

Ik heb in de loop der jaren verbazingwekkende gegevens verzameld. Het is mogelijk om de bijenteller te kalibreren om de vereiste herhaalbaarheid te bereiken. Afhankelijk van het gewenste effect zijn er verschillende manieren om de bijenteller te kalibreren. Een methode is om de snelheid van de bijenbeweging te meten en alleen bekende bewegingen te tellen en alle valse triggers weg te gooien. Deze methode mist veel bijen, maar kan consistente waarden geven. Een bij heeft ongeveer 180-350ms nodig om het sensorgebied te doorkruisen.

De voorbeeldcode bee_counting.ino meet de snelheid van de bijen door de sensor en telt bijen die sneller dan 650 ms bewegen en vereist dat de tijd tussen het beëindigen van een sensor en het beëindigen van de 2e sensor minder dan 150 ms is.

Enkele van de obstakels om voor te kalibreren zijn:

• hoewel bijen geen propolis aan sensoren toevoegen, zullen ze bij de eerste installatie enkele dagen besteden aan het vullen van holtes met propolis
• baarden in de zomeravonden en gardebijen die piekeren over valse triggers
• direct zonlicht onder een lage hoek zal valse triggersensoren veroorzaken (dit kan vrij eenvoudig worden verzacht)

Stap 9: Stuklijst

Microcontroller

De code is getest met de veer esp32 Huzzah en itsyBitsy M0, maar werkt met al deze boards.

• veer Huzzah van mouser
• veer esp8266 van mouser
• veer LoRa 900mhz van mouser
• ItsyBitsy M0 van mouser
• ItsyBitsy M4 van mouser

Printplaat van JLCPCB ~ $ 16-25 met verzending.

Bestel de PCB's Zwart. Zie PCB-bestelinstructies.

Onderdelen en stukken

Hier is een beknopte prijslijst van mouser. Zie alternatieve prijzen hieronder voor goedkopere opties specifiek voor de reflectiesensoren.

QRE1113 reflecterende sensoren aantal(48)

6-pins vrouwelijke headers 7 mm hoog, 0,1 tussenruimte, aantal (~ 36)

22ohm weerstanden, bussed, aantal (4) SIP verpakt, 9 weerstanden, 10 pins

100k ohm weerstanden met bus, aantal (6) SIP-9, 8 weerstanden, 9 pinnen

Schakelregisters, aantal (6) 74HC165

3.3V-regelaar, (ingang, aarde, uitgang - IGO, pinout), aantal (1)

schroefklemmen Tweepolig, 0,1 , aantal (3)

0,1 uF keramische condensator, doorgaand gat, aantal (6)

1 uF keramische condensator, doorgaand gat, aantal(1)

560uF, 6.3V condensator lage esr, 3,5 mm kabelafstand, 8 mm diameter

N-kanaal Mosfet FQP30N06, aantal (2)

10k Weerstanden, aantal (4), generiek 1/4 watt

mannelijke headers 6-pins, ~ aantal (32) of … 12-pins aantal (17) en uit elkaar halen als dat nodig is

Alternatieve prijzen van Chinese distributeur LCSC

Iemand wees op een aantal alternatieve prijzen die de kosten echt kunnen verlagen.

• ITR8307 Reflectiesensoren ~ $ 0,13/elk @ aantal (48) (hetzelfde als QRE1113)
• 6-pins vrouwelijke headers 8,5 mm hoog. ~ $ 0,05/elk @ aantal (36+)
• 22 ohm SIP 8-weerstand, 9-pins, het past. $ 0,44 voor aantal (4)
• 100k SIP-weerstanden 8-weerstanden, 9-pins, het past. $ 0,44 voor aantal (6)

Stap 10: Bestellen van printplaten

Er zijn veel verschillende PCB-fabrikanten om uit te kiezen. Deze instructies tonen JLCPCB. Je hebt een fabrikant nodig die zwarte PCB's kan maken. De IR-LED's/sensoren moeten naar een zwart oppervlak wijzen om valse triggers te voorkomen, dus de onderste printplaat moet zwart zijn. Minimum JLCPCB is aantal (5) planken en je hebt 2 planken nodig om samen te sandwichen om één bijenteller te voltooien.

1. Download de volledige repo… druk op de grote groene knop met de tekst "clone or download" github… navigeer naar het bestand "gerbers.zip" onder de map PCB.

2. Ga naar JLCPCB.com, maak een account aan en klik op de knop BESTEL NU.

3. Klik op "Voeg uw Gerber-bestand toe" en upload de gezipte bestanden

4. Selecteer 'Zwart' als printkleur. Selecteer ook voor "Verwijder Ordernummer", JA

De kosten bedragen ongeveer $ 8 voor een minimale bestelling van (5) PCB's plus $ 9-16 verzendkosten, afhankelijk van de methode.

Tweede prijs in de PCB Design Challenge