Lengvas bičių skaitiklis: 10 žingsnių (su nuotraukomis)

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:45

2019 m. Lengvas bičių skaitiklis V.1

Dėl klausimų ar klausimų !! Prašome paskelbti juos „github“svetainėje čia!

Šią bičių skaitiklio versiją lengva lituoti ir surinkti (visa skylė). Jis buvo išbandytas ir veikia* su pateiktu pavyzdiniu kodu.

Dabartinį išbandytą dizainą lengva programuoti ir jis yra prieinamas pradedantiesiems programuotojams. Spausdintinė plokštė priima kelias „Adafruit“sukurtas „Arduino“platformas, įskaitant jų „Adafruit Feather“tipo mikrovaldiklius ir „Adafruit ItsyBitsy“mikrovaldiklius. „Adafruit“plunksnos apima „Wi -Fi“ir didelio nuotolio radijo funkcijas (esp8266*, esp32 ir LoRA). Visi „ItsyBitsy 3V“modeliai (M0, M4 ir 32u4) turėtų veikti gerai.

*Plunksnos esp8266 nėra A5. Jei naudojate šį „uController“, turite pereiti prie kito turimo kaiščio.

1 žingsnis: duomenų analizė - kodėl reikia skaičiuoti bites?

Galimi naudojimo būdai

• bičių skrydžių išplėtimo ar sumažėjimo greitis gali rodyti avilio sveikatą
• orientacinių skrydžių išplėtimas ar sumažėjimas per dienas gali rodyti karalienės sveikatą
• laiko poslinkis tarp išvykstančių ir grįžtančių bičių smailių gali parodyti pašarų skaičių ir atstumą iki žiedadulkių/nektaro šaltinio.

• dviejų avilių palyginimas arba manipuliacijų patikrinimas; toks kaip,

  • medaus priedų pridėjimas/pašalinimas
  • vidinis cukraus sirupo maitinimas
  • gydymas oksalo rūgšties erkėmis
• įvadas į elektroniką, litavimą ir mikrovaldiklių programavimą
• bičių edukacija ar muziejaus tipo įrengimas

Avilio sveikata

Atrodo, kad bičių skrydžio duomenis ir orientacinius skrydžius galima prilyginti visai avilio ar motinos sveikatai. Orientaciniai skrydžiai yra maždaug 20 dienų amžiaus „vidutinio amžiaus“bičių elgesys. Prieš pradėdamos maitintis šio amžiaus bitės maždaug iš dienos vidurio išeis iš avilio kaip grupė, todėl bus lengvai matoma ~ 45 min.

Jei orientaciniai skrydžiai sumažėja, tai gali reikšti kiaušinių dėjimo sumažėjimą ~ prieš 42 dienas (22 dienos išsirita + 20 dienų iki pašaro).

Maitinimo atstumas

Duomenyse nesunku pastebėti mažus, bet aiškius poslinkius tarp bičių OUT ir bičių IN. Tai rodo kartu išvykstančių ir grįžtančių bičių kiekį, taip pat apytikslį atstumą ar laiką iki lesinimo vietos.

2 žingsnis: Ankstesnio dizaino patobulinimai

• Visi skylių komponentai palengvina litavimą
• Dvigubas pėdsakas, prijungtas prie lizdo, iš lentynos uControllers => Plunksna ir ItsyBitsy
• Programa „Arduino“, „Lua“ir „microPython“- iš viso 24 vartai, 48 jutikliai, 6 pamainų registrai
• ~ 14,75 colio ilgio, ištempiant visą langstroto avilio angą, kad būtų lengviau įdėti
• dviejų PCB naudojimas sumuštiniui sukurti yra nebrangus greitas sprendimas. PCB turi būti užsakytos juodos spalvos (žr. Instrukcijas), kad infraraudonųjų spindulių šviesos diodų skleidėjas įsigertų į medžiagą.
• naudojant 6 kaiščių antraštes sukant posūkius ar vartus
• „N-Ch mosfet“valdomi IR šviesos diodai, kad šviesos diodai būtų trumpai valdomi įjungimo metu (~ 75us). Leidžia sumažinti galią iki mažiau nei 1ma (plius „uController“).

3 žingsnis: Bendra operacija

Infraraudonųjų spindulių (IR) jutikliai

Medaus bitės yra verčiamos pro 24 vartus, kur optiniai jutikliai (48 jutikliai) nustato, ar bitė yra, ir nustato bičių judėjimo kryptį. Kiekvienas optinis jutiklis turi IR šviesos diodą ir IR jutiklį. Jei bičių nėra, IR šviesa absorbuojama į juodą paviršių. Jei yra bitė, IR šviesa atsispindi nuo bičių ir suaktyvina jutiklį.

48 šviesos diodai yra suskirstyti į du 24 rinkinius, kurių kiekvieną valdo „N-ch mosfet“. Įprasta kiekvieno IR šviesos diodo priekinė įtampa yra 1,2 V ir apie 20 mA, kaip parodyta duomenų lape. Du šviesos diodai yra nuosekliai prijungti prie 22 omų rezistoriaus. Lentoje yra džemperiai, kurie leidžia šviesos diodams apeiti srovės ribojimo rezistorius. Negalima lituoti megztinio, kol jis nėra visiškai išbandytas! Žiūrėkite surinkimo instrukcijas.

Perjungimo registrai

Yra 6 perjungimo registrai. Čia yra puikus aprašymas, kaip prijungti ir programuoti pamainų registrus. Mikrovaldiklio SPI kaiščiai skaito pamainų registrus. Visi šeši pamainų registrai skaitomi vienu metu. Jutikliai paprastai yra žemi ir rodo 3,3 V arba AUKŠTĄ, kai įjungiamas tranzistorius ir yra bitė.

PCB dizainas jungia USB maitinimo kaištį iš mikrovaldiklio prie 3,3 V reguliatoriaus, kad prie mikrovaldiklio prijungtas USB kabelis galėtų maitinti visą projektą.

4 žingsnis: surinkimo instrukcijos

Ši bičių skaitiklio versija yra per skylių komponentus. Tai lengva lituoti ir surinkti. Tai yra antroji plokštės versija (V1), baigta 2020 m. Kovo mėn. Jei gavote 0 versijos lentą (2020 m. Sausio/vasario mėn.), Turite tiesiog ištaisyti kai kurias mano ankstesnes klaidas, įskaitant čia parodytos trumpo laido pridėjimą.

1) Įdiekite IR jutiklius - QRE1113 arba ITR8307

2) įdiekite pamainos registrus (6), SIP 22R LED rezistorius ir 100k ištraukiamus rezistorius.

- Perkėlimo registrai, kiekis (6) 74HC165- 22 omų rezistoriai, suspausti, kiekis (4) SIP supakuotas, suspaustas- 100 k omų rezistoriai, suspausti, kiekis (6) SIP-9, 8 rezistoriai, 9 kaiščiai

3) įdiekite „Power Mosfets“kiekį (2), - „N -Channel Mosfet FQP30N06“

4) įdiekite mažus kondensatorius

5) vieta/litavimas 3.3V galios reguliatorius

- 3.3V reguliatorius, (įvestis, įžeminimas, išėjimas - IGO, kištukas), kiekis (1)

6) įdiekite didelį kondensatorių

- 560uF, 6,3 V kondensatorius

7) sumontuokite žalius varžtus, kiekis (3)

- varžtiniai gnybtai Du kaiščiai, 0,1 , kiekis (3)

8) įdiekite mikroprocesoriaus antraštes

9) sumontuokite (4) 10K rezistorius (paveikslėlis neteisingas. Rodomi tik 2 rezistoriai) - „i2c pullup“rezistoriai - ištraukiami varikliai

5 žingsnis: pradinis bandymas

BANDYMO jutikliai Prieš eidami toliau, išbandykite visus savo šviesos diodus/jutiklius! Tai daug lengviau išbandyti dabar, prieš einant toliau. Paleiskite pavyzdinį kodą Blink_IR_Leds.ino

IR šviesos diodai yra nematomi žmogaus akims, tačiau daugelis telefonų ir fotoaparatų leidžia matyti IR šviesos diodus. Žiūrėkite paveikslėlį. (deja, dauguma „iPhone“turi IR filtrus, todėl išbandykite kitą telefoną, kol pamatysite IR lemputes). Šis žingsnis yra labai svarbus, todėl įsitikinkite, kad matote visus šviesos diodus.

Šviesos diodai atrodo gerai? Jei nė vienas šviesos diodas nemirksi? Patikrinkite, ar 3.3V kaiščio antraštėje yra 3.3V. Jei vienas ar du šviesos diodai nedega, įjunkite kaiščius ir (arba) pakeiskite, kol 100% šviesos diodai mirksi kartu. Šviesos diodai geri, puikūs, kitą kartą patikrinkite pamainų registrus naudodami pavyzdinį kodą test_shift_registers.ino

Naudokite baltą popieriaus lapą, kad suaktyvintumėte jutiklius. Jei kai kurie jutikliai neveikia, patikrinkite kaiščius, įkaitinkite ir, jei reikia, įkaitinkite ant kaiščių.

6 žingsnis: galutinis surinkimas

Užbaikite surinkimą, kai tikrinami visi jutikliai. Įdiekite antraštes, jungiančias viršutinę PCB su apatine PCB. !

Gerai, kai viskas bus išbandyta, galėsite lituoti šiuos džemperius…. Lituodami 24 džemperius, padidinate IR jutiklių metimo diapazoną, padidindami šviesos diodo priekinę įtampą ir srovę. Tai gerai, jei šviesos diodus įjungsime iki mažiau nei 100 us. Tai aprašyta duomenų lape.

Pateikti du scenarijai - tiek test_shift_registers.ino, tiek bee_counting.ino atitinka šį reikalavimą, tik įjungdami šviesos diodus 75us. Tai rodoma 68 eilutėje (pamainų registras) ir 158 eilutėje (bičių skaičiavimas). Pasibaigus įjungimo laikui, vėl įjungiami ~ 15-20 ms, todėl išsaugomas šviesos diodo tarnavimo laikas.

Lituokite visus 24 džemperius.

7 žingsnis: „Dual Footprint Micro Controller Pinouts“

Spausdintinė plokštė priima du „Adafruit“stiliaus mikrovaldiklius. „Adafruit Feather“tipo mikrovaldikliai ir „Adafruit ItsyBitsy“mikrovaldikliai. „Adafruit“plunksnos apima „Wi -Fi“ir didelio nuotolio radijo funkcijas (*esp8266, esp32 ir LoRA). Visi „ItsyBitsy 3V“modeliai (M0, M4 ir 32u4) turėtų veikti gerai.

Deja, mūsų naudojami pamainų registrai (populiariausias poslinkių registro lustas!) Nėra pilni SPI įrenginiai ir jie nebus bendrinami su kitais įrenginiais. Jie yra kaip blogiausi SPI įrenginiai!… Todėl kai kurios plokštės, tokios kaip „Adalogger“ar „LoRa“tiesiog neveiks iš dėžutės. Jūs vis tiek galite tai padaryti, nukirpdami kai kuriuos pėdsakus ir pataisydami SPI linijas, kad atlaisvintumėte SPI linijas, ir perkeliate SPI į pamainų registrus, tačiau tai yra šiek tiek sunku paaiškinti nurodant.

Aparatinės įrangos SPI

Pavyzdinis kodas yra parašytas „Feather ESP32“ir „itsybitsy M0/M4“, tačiau turėtų gerai veikti su kitais. Aparatinės SPI kaiščiai naudojami abiem: MISO ir SCK.

A5 kaištis tiek ESP32, tiek „itsyBitsy“yra „Shift Register LOAD“*ESP8266 kaiščio A5 nėra. Jei naudojate šią plokštę, turite pereiti prie kito kaiščio (tarkime, kad RX kaištis nemokamas)

„Power Mosfets“

Du maitinimo kaiščiai prijungti prie maitinimo šaltinių, valdančių IR šviesos diodus

• Plunksnų smeigtukai

  • 15 kaištis 0-11 vartams
  • 33 kaištis 12-23 vartams

• ItsyBitsy smeigtukai

  • 10 kaištis 0-11 vartams
  • 11 kaištis 12-23 vartams

Papildomi kaiščiai

Yra varžtų gnybtai (žali), skirti papildomiems jutikliams prijungti prie „i2C“kaiščių (SDA ir SCL). Taip pat yra analoginis kaištis A4, prijungtas prie vieno iš varžtų gnybtų.

8 žingsnis: „Arduino“kodas

Pridedami trys arduino scenarijai.

• Blink_IR_leds.ino - naudojamas vizualiai patikrinti veikiančius šviesos diodus
• test_shift_registers.ino - naudojamas jutikliams funkciškai išbandyti
• bee_counting.ino - naudojamas bitėms skaičiuoti!

Įspėjimas

Lituodami 24 džemperius, padidinate IR jutiklių metimo diapazoną, padidindami šviesos diodo priekinę įtampą ir srovę. Tai gerai, jei šviesos diodus įjungsime mažiau nei 100 us.

Du aukščiau esantys scenarijai, tiek test_shift_registers.ino, tiek bee_counting.ino atitinka šį reikalavimą, tik įjungdami šviesos diodus 75us. Tai rodoma 68 eilutėje (pamainų registras) ir 158 eilutėje (bičių skaičiavimas).

Bičių skaitiklio kalibravimas

Per daugelį metų užfiksavau nuostabių duomenų. Galima sukalibruoti bičių skaitiklį, kad būtų pasiektas reikiamas pakartojamumas. Priklausomai nuo norimo efekto, bičių skaitiklį galima kalibruoti įvairiais būdais. Vienas iš būdų yra išmatuoti bičių judėjimo greitį ir tik suskaičiuoti žinomus judesius bei išmesti visus klaidingus paleidiklius. Šis metodas praleidžia daug bičių, tačiau gali duoti pastovias vertes. Bitei prireikia apie 180–350 ms, kad galėtų praeiti jutiklio sritį.

Pavyzdinis kodas bee_counting.ino matuoja bičių greitį per jutiklį ir skaičiuoja bites, judančias greičiau nei 650 ms, ir reikalauja laiko nuo vieno jutiklio užbaigimo iki antrojo jutiklio pabaigos mažiau nei 150 ms.

Kai kurios kliūtys kalibruoti yra:

• Nors bitės neprideda propolio į jutiklius, jos praleis kelias dienas, užpildydamos tuštumas propoliu, kai jas pradės montuoti
• barzdojimas vasaros vakarais ir bendros sargybinės bitės, mąstančios apie tai, sukelia klaidingus trigerius
• tiesioginė saulės šviesa mažu kampu sukels klaidingus jutiklius (tai galima gana lengvai sušvelninti)

9 žingsnis: medžiagų sąrašas

Mikrovaldiklis

Kodas buvo išbandytas su plunksna esp32 Huzzah ir itsyBitsy M0, tačiau veiks su visomis šiomis plokštėmis.

• plunksna Huzzah iš pelės
• plunksna esp8266 iš pelės
• plunksna LoRa 900mhz nuo pelės
• ItsyBitsy M0 iš pelės
• ItsyBitsy M4 iš pelės

Spausdintinė plokštė iš JLCPCB ~ 16-25 USD su siuntimu.

Užsisakykite juodos spalvos PCB. Žiūrėkite PCB užsakymo instrukcijas.

Dalys ir gabalai

Čia yra „Mouser“kainų sąrašas. Žemiau rasite alternatyvias kainas, kad gautumėte pigesnių, būtent atspindžio jutiklių, variantų.

QRE1113 atspindintys jutikliai (48)

6 kontaktų antgaliai 7 mm aukščio, 0,1 colio tarpai, kiekis (~ 36)

22 omų rezistoriai, įtempti, kiekis (4) SIP supakuotas, 9 rezistoriai, 10 kaiščių

100k omų rezistoriai, suspausti, kiekis (6) SIP-9, 8 rezistoriai, 9 kaiščiai

Pamainų registrai, kiekis (6) 74HC165

3.3V reguliatorius, (įvestis, įžeminimas, išėjimas - IGO, kištukas), kiekis (1)

varžtų gnybtai Du kaiščiai, 0,1 , kiekis (3)

0,1 uF keraminis kondensatorius, per skylę, kiekis (6)

1 uF keraminis kondensatorius, per skylę, kiekis (1)

560uF, 6,3 V kondensatorius žemas esr, 3,5 mm tarpai tarp laidų, 8 mm skersmens

„N-Channel Mosfet FQP30N06“, kiekis (2)

10k rezistoriai, kiekis (4), bendras 1/4 vatų

vyriškos lyties antraštės 6 kontaktų, ~ kiekis (32) arba… 12 kontaktų kiekis (17) ir, jei reikia, suskaidomos

Alternatyvios Kinijos platintojo LCSC kainos

Kažkas nurodė alternatyvią kainodarą, kuri tikrai gali sumažinti išlaidas.

• ITR8307 atspindžio jutikliai ~ 0,13 USD/kiekvienas @ kiekis (48) (toks pat kaip QRE1113)
• 6 kontaktų 8,5 mm aukščio moteriškos antraštės. ~ 0,05 USD už kiekvieną @ vnt (36+)
• 22 omų SIP 8 rezistorius, 9 kontaktų, tiks. 0,44 USD už kiekį (4)
• 100k SIP rezistoriai 8 rezistorius, 9pin, tiks. 0,44 USD už kiekį (6)

10 veiksmas: spausdintinės plokštės užsakymas

Galima rinktis iš įvairių PCB gamintojų. Šios instrukcijos rodo JLCPCB. Jums reikia gamintojo, galinčio pagaminti juodus PCB. IR šviesos diodai/jutikliai turi būti nukreipti į juodą paviršių, kad būtų išvengta klaidingų suveikimų, todėl apatinė plokštė turi būti juoda. Minimalus JLCPCB kiekis (5) lentos, ir jums reikės 2 lentų, skirtų sumuštiniams kartu, kad užbaigtumėte vieną bičių skaitiklį.

1. Atsisiųskite visą repo … paspauskite didelį žalią mygtuką, kuriame sakoma „klonuoti arba atsisiųsti“github … eikite į failą „gerbers.zip“, esantį aplanke PCB.

2. Eikite į JLCPCB.com, sukurkite paskyrą ir spustelėkite mygtuką UŽSAKYTI DABAR.

3. Spustelėkite „Pridėti savo„ Gerber “failą“ir įkelkite ZIP failus

4. Pasirinkite „Juoda“kaip PCB spalvą. Taip pat „Pašalinti užsakymo numerį“pasirinkite TAIP

Kaina yra apie 8 USD už minimalų (5) PCB užsakymą plius 9-16 USD pristatymas, priklausomai nuo metodo.

Antrasis prizas PCB dizaino iššūkyje