آسان شمارنده زنبور عسل: 10 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:53

2019 Easy Bee Counter V.1

برای سوالات یا مسائل !! لطفاً آنها را در سایت github اینجا قرار دهید!

لحیم و مونتاژ این نسخه از زنبور عسل به راحتی انجام می شود (همه از طریق سوراخ). تست شده است و با کد نمونه ارائه شده کار می کند*.

طراحی آزمایش شده فعلی آسان است و برای برنامه نویسان مبتدی قابل دسترسی است. برد مدار چاپی چندین سیستم عامل آردوینو را که توسط Adafruit ساخته شده است می پذیرد ، از جمله خط آنها میکروکنترلرهای نوع Adafruit Feather و میکروکنترلرهای Adafruit ItsyBitsy. پرهای Adafruit شامل وای فای و ویژگی های رادیویی برد بلند (esp8266*، esp32 و LoRA) هستند. همه مدلهای ItsyBitsy 3V (M0 ، M4 و 32u4) باید خوب کار کنند.

*پر پر esp8266 فاقد A5 است. اگر از این uController استفاده می کنید ، باید روی پین موجود دیگری جهش کنید.

مرحله 1: تجزیه و تحلیل داده ها - چرا زنبورها را شمارش می کنیم؟

موارد استفاده احتمالی

• میزان گسترش یا کاهش پروازهای زنبور عسل ممکن است نشان دهنده سلامت کندو باشد
• گسترش یا کاهش پروازهای جهت دار در طول روز ممکن است نشان دهنده سلامت ملکه باشد
• تغییر زمان بین قله های زنبورها در حال ترک و بازگشت ممکن است تعداد علوفه و فاصله تا منبع گرده/شهد را نشان دهد.

• مقایسه بین دو یا حرکت کندوها برای آزمایش دستکاری ؛ مانند،

  • افزودن/حذف شکر عسل
  • تغذیه شربت قند داخلی
  • درمان کنه اگزالیک اسید
• مقدمه ای بر الکترونیک ، لحیم کاری و برنامه نویسی میکروکنترلر
• آموزش زنبور عسل یا نصب نوع موزه

سلامت کندو

به نظر می رسد برابری داده های پرواز زنبور عسل و جهت گیری پروازها با سلامت کل کندو یا سلامت ملکه امکان پذیر است. پروازهای جهت گیری رفتار زنبورهای "میانسال" در حدود 20 روزگی است. قبل از تغذیه زنبورهای این سن ، کندو را به صورت گروهی در اواسط روز ترک می کنند و در نتیجه به راحتی می توان 45 دقیقه پوند را در داده ها مشاهده کرد.

در صورت کاهش پروازهای جهت گیری ، ممکن است کاهش تخمگذاری 42 روز قبل (22 روز تخمگذاری + 20 روز تا علوفه) کاهش یابد.

فاصله تغذیه

به راحتی می توان در داده ها تغییرات کوچک اما متمایزی را بین زنبورهای OUT و زنبورهای IN مشاهده کرد. این نشان دهنده حجم زنبورهایی است که در حال ترک و بازگشت با هم هستند و همچنین فاصله یا زمان ناهموار تا محل تغذیه.

مرحله 2: بهبود در طراحی قبلی

• تمام اجزای سوراخ برای لحیم کاری آسان
• رد پای دوگانه ، سوکت ، خارج از قفسه uControllers => پر و ItsyBitsy
• برنامه در Arduino ، Lua و microPython - در مجموع 24 دروازه ، 48 سنسور ، 6 رجیستر شیفت
• 14.75 اینچ طول طولانی برای باز کردن کل کندوی لانگستروت برای قرار دادن آسان
• استفاده از 2 PCB برای ایجاد ساندویچ یک راه حل سریع ارزان است. PCB ها باید مشکی سفارش داده شوند (به دستورالعملها مراجعه کنید) تا ساطع کننده LED IR جذب مواد شود.
• با استفاده از سرصفحه های 6 پین برای ایجاد سبک های چرخشی یا دروازه ها
• N-Ch mosfet LED های IR را کنترل می کند به طوری که LED ها را می توان برای مدت کوتاهی در حین تشخیص (us 75us) کنترل کرد. اجازه می دهد تا قدرت را به کمتر از 1ma (به علاوه uController) کاهش دهید.

مرحله 3: عملیات عمومی

سنسورهای مادون قرمز (IR)

زنبورهای عسل از 24 دروازه مجبور می شوند که در آن سنسورهای نوری (48 سنسور) حضور زنبور عسل را تعیین می کنند و جهت حرکت زنبور را تعیین می کند. هر سنسور نوری دارای یک LED IR و یک سنسور IR است. اگر زنبور عسل وجود نداشته باشد ، نور IR به سطح سیاه جذب می شود. اگر زنبور عسل وجود داشته باشد ، نور IR از زنبور منعکس می شود و حسگر را فعال می کند.

48 LED به دو مجموعه 24 تایی تقسیم می شوند که هر مجموعه توسط N-ch mosfet کنترل می شود. ولتاژ رو به جلو معمولی هر LED IR 1.2V و حدود 20ma است که در برگه نشان داده شده است. دو LED به صورت سری با مقاومت 22 اهم متصل شده اند. جهش هایی روی برد وجود دارد که به LED ها اجازه می دهد مقاومت های محدود کننده فعلی را دور بزنند. تا زمان آزمایش کامل ، جامپر را لحیم نکنید! به دستورالعمل مونتاژ مراجعه کنید.

تغییر در ثبت

6 رجیستر شیفت وجود دارد. در اینجا یک توضیح عالی برای نحوه اتصال و برنامه نویسی شیفت رجیسترها آمده است. پین های SPI میکروکنترلر شیفت رجیسترها را می خوانند. هر شش رجیستر شیفت همزمان خوانده می شوند. سنسورها معمولاً پایین کشیده می شوند و وقتی ترانزیستور فعال می شود و زنبور عسل وجود دارد 3.3 ولت یا HIGH را نشان می دهند.

طراحی PCB پین برق USB را از میکرو کنترلر به تنظیم کننده 3.3V متصل می کند تا یک کابل USB متصل به میکرو کنترلر بتواند کل پروژه را تغذیه کند.

مرحله 4: دستورالعمل های مونتاژ

این نسخه از شمارنده زنبور عسل از طریق اجزای سوراخ است. لحیم و مونتاژ آن آسان است. این دومین نسخه از برد (V1) است که در مارس 2020 تکمیل شد. اگر شما نسخه 0 را دریافت کردید (ژانویه/فوریه 2020) فقط باید برخی از اشتباهات قبلی من را از جمله افزودن یک سیم جامپر نشان داده شده در اینجا برطرف کنید.

1) سنسورهای IR را نصب کنید - QRE1113 یا ITR8307

2) رجیسترهای شیفت تعداد (6) ، مقاومت های LED SIP 22R و مقاومت های کشویی 100k را نصب کنید.

- رجیسترهای Shift ، تعداد (6) 74HC165- مقاومت 22 اهم ، اتوبوس ، تعداد (4) SIP بسته بندی شده ، اتوبوس- مقاومت 100k اهم باس ، تعداد (6) SIP-9 ، 8 مقاومت ، 9 پین

3) تعداد نیرو mosfets (2) ، - N -Channel Mosfet FQP30N06 را نصب کنید

4) خازن های کوچک نصب کنید

5) تنظیم کننده قدرت 3.3V محل/لحیم

- تنظیم کننده 3.3V ، (ورودی ، زمین ، خروجی - IGO ، pinout) ، تعداد (1)

6) خازن بزرگ را نصب کنید

- 560uF ، 6.3V خازن

7) پایانه های پیچ سبز ، تعداد (3) را نصب کنید

- پایانه های پیچ دو پین ، 0.1 اینچ ، تعداد (3)

8) هدرهایی را برای ریزپردازنده نصب کنید

9) تعداد (4) مقاومت 10K را نصب کنید (تصویر اشتباه است. فقط 2 مقاومت را نشان می دهد)

مرحله 5: آزمایش اولیه

TEN سنسورها قبل از اینکه راه دورتری را طی کنید ، تمام LED ها/حسگرهای خود را آزمایش کنید! آزمایش این موارد در حال حاضر قبل از ادامه کار بسیار ساده تر است. کد نمونه Blink_IR_Leds.ino را اجرا کنید

LED های IR برای چشم انسان نامرئی هستند ، اما بسیاری از تلفن ها و دوربین ها به شما امکان می دهند LED های IR را ببینید. تصویر را ببینید. (متأسفانه اکثر آیفون ها دارای فیلترهای IR هستند بنابراین تا زمانی که LED های IR را مشاهده نمی کنید ، تلفن دیگری را امتحان کنید). این مرحله بسیار مهم است ، بنابراین مطمئن شوید که می توانید تمام LED ها را ببینید.

LED ها خوب به نظر می رسند؟ اگر هیچ چراغی چشمک نمی زند؟ بررسی کنید تا مطمئن شوید که 3.3V روی هدر پین 3.3V دارید. اگر یک یا دو LED خاموش است ، پین های خود را دوباره بچرخانید و/یا LED ها را تعویض کنید تا زمانی که 100 LED LED ها با هم چشمک می زنند. چراغهای LED خوب ، عالی ، تست بعدی را با کد نمونه test_shift_registers.ino انجام دهید

برای فعال کردن سنسورها از یک کاغذ سفید استفاده کنید. اگر برخی از سنسورها کار نمی کنند ، پین های خود را بررسی کنید ، در صورت لزوم روی پین ها را گرم کنید و دوباره لحیم کنید.

مرحله 6: مونتاژ نهایی

پس از آزمایش همه سنسورها ، مونتاژ را به پایان برسانید. هدرهایی را که PCB بالا را به PCB پایین متصل می کنند نصب کنید. !

خوب ، وقتی همه چیز آزمایش شد ، می توانید این جامپرها را لحیم کنید…. لحیم کاری 24 پرش با افزایش ولتاژ و جریان جلو در LED ، دامنه پرتاب سنسورهای IR را افزایش می دهد. اگر LED ها را روی 100 درجه روشن نگه داریم ، این کار خوب است. این در برگه داده توضیح داده شده است.

دو اسکریپت ارائه شده ، هر دو test_shift_registers.ino و bee_counting.ino تنها با روشن کردن LED ها برای 75us این نیاز را برآورده می کنند. این در خط 68 (شیفت رجیستر) و خط 158 (شمارش زنبور عسل) نشان داده شده است. پس از زمان روشن شدن ، قبل از روشن کردن مجدد آنها 15-20 میلیون پوند تأخیر وجود دارد که عمر LED را حفظ می کند.

تمام 24 پرش کننده را لحیم کنید.

مرحله 7: دو پینک Micro Controller Pinouts

برد مدار چاپی دو سبک میدو کنترلر Adafruit را می پذیرد. میکروکنترلرهای نوع Adafruit Feather و میکروکنترلرهای Adafruit ItsyBitsy. پرهای Adafruit شامل وای فای و ویژگی های رادیویی برد بلند (*esp8266 ، esp32 و LoRA) هستند. همه مدلهای ItsyBitsy 3V (M0 ، M4 و 32u4) باید خوب کار کنند.

متأسفانه شیفت رجیسترهایی که ما از آنها استفاده می کنیم (محبوب ترین تراشه ثبت نام شیفت!) دستگاه های SPI کامل نیستند و SPI را با دستگاه های دیگر به اشتراک نمی گذارند. آنها مانند بدترین دستگاه های SPI هستند … بنابراین برخی از بردها مانند Adalogger یا LoRa فقط خارج از جعبه کار نمی کند شما هنوز هم می توانید این کار را با بریدن برخی آثار و وصله خطوط SPI به خطوط SPI رایگان و bitbanging SPI به شیفت رجیسترها انجام دهید ، اما توضیح آن در یک دستورالعمل کمی سخت است.

سخت افزار SPI

کد مثال برای Feather ESP32 و itsybitsy M0/M4 نوشته شده است اما باید با دیگران خوب کار کند. پین های سخت افزاری SPI برای هر دو مورد استفاده می شود: MISO & SCK.

پین A5 هم در ESP32 و هم در itsyBitsy Shift Register LOAD است*پین A5 در ESP8266 وجود ندارد. اگر از این برد استفاده می کنید ، باید روی پین دیگری جهش کنید (بگویید پین RX رایگان است)

Mosfets قدرت

دو پین به mosfets برق وصل می شوند که LED های IR را هدایت می کنند

• سنجاق های پر

  • پین 15 برای دروازه های 0-11
  • پین 33 برای دروازه های 12-23

• پین های ItsyBitsy

  • پین 10 برای دروازه های 0-11
  • پین 11 برای دروازه های 12-23

پین های اضافی

برای اتصال سنسورهای اضافی به پین های i2C (SDA و SCL) پایانه های پیچ (سبز) وجود دارد. همچنین یک پین آنالوگ A4 به یکی از پایانه های پیچ متصل شده است.

مرحله 8: کد آردوینو

سه اسکریپت آردوینو ضمیمه شده است.

• Blink_IR_leds.ino - برای بازرسی بصری LED های مورد استفاده استفاده می شود
• test_shift_registers.ino - برای آزمایش عملکرد حسگرها استفاده می شود
• bee_counting.ino - برای شمارش زنبورها استفاده می شود!

هشدار

لحیم کاری 24 پرش با افزایش ولتاژ و جریان رو به جلو در LED ، دامنه پرتاب سنسورهای IR را افزایش می دهد. اگر LED ها را روی 100 درجه روشن کنیم ، خوب است.

دو اسکریپت در بالا ، هر دو test_shift_registers.ino و bee_counting.ino تنها با روشن کردن LED ها برای 75us این نیاز را برآورده می کنند. این در خط 68 (شیفت رجیستر) و خط 158 (شمارش زنبور عسل) نشان داده شده است.

کالیبراسیون شمارنده زنبور عسل

من طی این سالها اطلاعات شگفت انگیزی را به دست آورده ام. ممکن است برای رسیدن به تکرارپذیری مورد نیاز ، شمارش زنبور را کالیبره کنید. بسته به اثر مورد نظر ، روشهای متفاوتی برای کالیبراسیون شمارنده زنبور وجود دارد. یکی از روشها اندازه گیری سرعت حرکت زنبورها و فقط شمارش حرکات شناخته شده و بیرون راندن همه عوامل محرک است. این روش بسیاری از زنبورها را از دست می دهد اما می تواند ارزشهای ثابت را ارائه دهد. یک زنبور عسل حدود 180-350 میلی ثانیه طول می کشد تا از منطقه حسگر عبور کند.

کد مثال bee_counting.ino سرعت زنبورها را از طریق سنسور اندازه گیری می کند و زنبورها را با سرعت بیش از 650 میلی متر شمارش می کند و زمان بین پایان یک سنسور و پایان سنسور دوم کمتر از 150 میلی ثانیه را می طلبد.

برخی از موانع کالیبراسیون عبارتند از:

• اگرچه زنبورها بره موم را به سنسورها اضافه نمی کنند ، اما در نصب اولیه چندین روز را صرف پر کردن حفره ها با بره موم می کنند
• ریش زدن در عصرهای تابستان و زنبورهای محافظ عمومی که در مورد عوامل محرک کاذب صحبت می کنند
• نور مستقیم خورشید در زاویه کم باعث ایجاد حسگرهای کاذب می شود (این را می توان به راحتی کاهش داد)

مرحله نهم: صورتجلسه مواد

میکروکنترلر

این کد با پر esp32 Huzzah و itsyBitsy M0 آزمایش شد ، اما با همه این تخته ها کار می کند.

• پر Huzzah از mouser
• پر esp8266 از موس
• پر LoRa 900 مگاهرتز از موس
• ItsyBitsy M0 از موس
• ItsyBitsy M4 از موس

برد مدار چاپی از JLCPCB 16-25 دلار پوند با ارسال.

PCB های مشکی را سفارش دهید. دستورالعمل سفارش PCB را ببینید.

قطعات و قطعات

در اینجا لیست قیمت خلاصه از موس است. برای اطلاع از گزینه های ارزان تر مخصوص سنسورهای انعکاس ، قیمت جایگزین زیر را مشاهده کنید.

QRE1113 سنسورهای بازتابنده تعداد (48)

هدرهای زنانه 6 پین 7 میلی متر ارتفاع ، 0.1 اینچ فاصله ، تعداد (36 پوند)

مقاومت 22 اهم ، اتوبوس ، تعداد (4) SIP بسته بندی شده ، 9 مقاومت ، 10 پین

مقاومت 100 کیلو اهم باس ، تعداد (6) SIP-9 ، 8 مقاومت ، 9 پین

Shift registers ، تعداد (6) 74HC165

تنظیم کننده 3.3V ، (ورودی ، زمین ، خروجی - IGO ، pinout) ، تعداد (1)

پایانه های پیچ دو پین ، 0.1 اینچ ، تعداد (3)

0.1 uF سرامیک خازن ، از طریق سوراخ ، تعداد (6)

1 خازن سرامیکی uF ، از طریق سوراخ ، تعداد (1)

560uF ، 6.3V خازن کم esr ، فاصله 3.5 میلی متری سرب ، قطر 8 میلی متر

N-Channel Mosfet FQP30N06 ، تعداد (2)

10k مقاومت ، تعداد (4) ، عمومی 1/4 وات

سرصفحه های مردانه 6 پین ، ~ تعداد (32) یا… 12 پین تعداد (17) و در صورت نیاز جدا شوید

قیمت گذاری جایگزین از توزیع کننده چینی LCSC

شخصی به قیمت های جایگزین اشاره کرد که می تواند هزینه را واقعا کاهش دهد.

• سنسورهای بازتاب ITR8307 0. 0.13 دلار/هر عدد @ (48) (همان QRE1113)
• هدرهای زنانه 6 پین 8.5 میلی متر ارتفاع. ~ 0.05 دلار/هر عدد @ تعداد (36+)
• 22 اهم SIP 8 مقاومت ، 9 پین ، مناسب خواهد بود. 0.44 دلار برای تعداد (4)
• 100k SIP Resistors 8 مقاومت ، 9 پین ، مناسب خواهد بود. 0.44 دلار برای تعداد (6)

مرحله 10: سفارش برد مدار چاپی

بسیاری از تولید کنندگان مختلف PCB برای انتخاب وجود دارد. این دستورالعمل ها JLCPCB را نشان می دهد. شما به تولید کننده ای نیاز دارید که بتواند PCB های مشکی بسازد. چراغهای IR/سنسورها برای جلوگیری از محرک های کاذب باید به یک سطح سیاه اشاره کنند ، بنابراین PCB پایین باید سیاه باشد. حداقل JLCPCB تعداد (5) تخته است و برای تکمیل یک پیشخوان زنبور عسل به 2 تخته برای ساندویچ نیاز دارید.

1. بارگیری کل repo … روی دکمه سبز بزرگ که می گوید "کلون یا بارگیری" github … ضربه بزنید … به فایل "gerbers.zip" در زیر پوشه PCB بروید.

2. به JLCPCB.com بروید ، یک حساب ایجاد کنید و روی دکمه ORDER NOW کلیک کنید.

3. روی "Add Your Gerber File" کلیک کرده و فایل های فشرده شده را بارگذاری کنید

4. "سیاه" را به عنوان رنگ PCB انتخاب کنید. همچنین برای "حذف شماره سفارش" ، YES را انتخاب کنید

هزینه حدود 8 دلار برای حداقل سفارش تعداد (5) PCB به همراه حمل و نقل 9-16 دلار بسته به روش.

جایزه دوم در چالش طراحی PCB