Lihtne mesilaste loendur: 10 sammu (piltidega)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:46

2019. aasta lihtne mesilaste loendur V.1

Küsimuste või probleemide korral !! Palun postitage need githubi saidile siin!

Seda mesilase loenduri versiooni on lihtne joota ja kokku panna (kõik läbi aukude). See on testitud ja töötab* koos näidiskoodiga.

Praegust testitud disaini on lihtne programmeerida ja see on algajatele programmeerijatele ligipääsetav. Trükkplaat aktsepteerib mitut Adafruit'i Arduino platvormi, sealhulgas nende Adafruit Feather tüüpi mikrokontrollereid ja Adafruit ItsyBitsy mikrokontrollereid. Adafruit suled sisaldavad WiFi -ühendust ja kaugraadio funktsioone (esp8266*, esp32 ja LoRA). Kõik ItsyBitsy 3V mudelid (M0, M4 ja 32u4) peaksid töötama hästi.

*Sulest esp8266 puudub A5. Kui kasutate seda uControllerit, peate üle minema teisele saadaolevale tihvtile.

1. samm: andmete analüüs - miks loendada mesilasi?

Võimalikud kasutusalad

• mesilaste lendude laienemine või vähenemine võib viidata tarude tervisele
• orienteerumislendude laienemine või vähenemine päevade jooksul võib anda märku kuninganna tervisest
• ajaline nihe lahkuvate ja tagasipöörduvate mesilaste tippude vahel võib näidata söötjate arvu ja kaugust õietolmu/nektari allikast.

• kahe või teisaldatud tarude võrdlus, et testida manipulatsioone; nagu näiteks,

  • meeainete lisamine/eemaldamine
  • sisemine suhkrusiirupi söötmine
  • oksaalhappe lesta ravi
• elektroonika, jootmise ja mikrokontrolleri programmeerimise tutvustus
• mesilase haridus või muuseumitüüpi installatsioon

Taru tervis

Mesilaste lennuandmete ja orienteerumislendude võrdsustamine kõigi tarude või mesilasema tervisega tundub võimalik. Orienteerumislennud on umbes 20 päeva vanuste keskealiste mesilaste käitumine. Enne söötmist lahkuvad selles vanuses mesilased tarust rühmana umbes keskpäeval, mille tulemuseks on andmete hõlpsasti näha ~ 45 min.

Kui orienteerumislennud vähenevad, võib see viidata munade vähenemisele ~ 42 päeva enne (22 päeva koorumist + 20 päeva söödaks).

Toidukaugus

Andmetest on lihtne näha väikeseid, kuid selgeid nihkeid mesilaste OUT ja mesilaste vahel. See näitab nii lahkuvate ja koos naasvate mesilaste mahtu kui ka umbkaudset vahemaad või aega toitumiskohta.

2. etapp: eelmise disaini täiustused

• Kõik läbi aukude komponendid lihtsaks jootmiseks
• Kahekordne jalajälg, pistikupesaga, riiulilt uControllers => Feather and ItsyBitsy
• Programm Arduino, Lua ja microPythonis - kokku 24 väravat, 48 andurit, 6 vahetuste registrit
• ~ 14,75 "pikk, venitades kogu langstrothi taru ava hõlpsaks paigutamiseks
• kahe PCB kasutamine võileiva loomiseks on odav kiire lahendus. PCB -d tuleb tellida mustana (vt juhiseid), et IR -LED -kiirgur imenduks materjali.
• pööramisstiilide või väravate loomiseks 6 tihvtiga päised
• N-Ch mosfet-juhitavad IR-LED-id, nii et LED-e saab tundlikkuse ajal lühikese aja jooksul sisse lülitada (~ 75us). Võimaldab vähendada võimsust alla 1 ma (pluss uController).

3. samm: üldine toimimine

Infrapuna (IR) andurid

Mesilased sunnitakse läbi 24 värava, kus optilised andurid (48 andurit) määravad, kas mesilane on kohal, ja määravad mesilaste liikumissuuna. Igal optilisel anduril on IR -LED ja IR -andur. Kui mesilast ei ole, imendub infrapunavalgus musta pinna sisse. Kui mesilane on kohal, peegeldub infrapunavalgus mesilase küljest ja käivitab anduri.

48 LED-i on jagatud kaheks 24-liikmeliseks komplektiks, kusjuures iga komplekti juhib N-ch mosfet. Iga IR -valgusdioodi tavaline edasipinge on 1,2 V ja umbes 20 mA, nagu on näidatud andmelehel. Kaks LED -i on järjestikku ühendatud 22 oomi takistiga. Plaadil on džemprid, mis võimaldavad valgusdioodidel voolu piiravatest takistitest mööda minna. Ärge jootke hüppajat enne täielikku testimist! Vaadake monteerimisjuhiseid.

Nihkeregistrid

On 6 vahetuste registrit. Siin on suurepärane kirjeldus vahetusregistrite ühendamise ja programmeerimise kohta. Mikrokontrolleri SPI tihvtid loevad nihkeregistreid. Kõik kuus vahetuste registrit loetakse korraga. Andurid on tavaliselt madalal tõmmatud ja näitavad 3,3 V või KÕRGET, kui transistor käivitub ja mesilane on kohal.

PCB disain ühendab mikrokontrolleri USB toitepistiku 3,3 V regulaatoriga, nii et mikrokontrolleriga ühendatud USB-kaabel saab kogu projekti toita.

Samm: monteerimisjuhised

See mesilase loenduri versioon on läbi aukude komponentide. Seda on lihtne joota ja kokku panna. See on plaadi teine versioon (V1), mis valmis märtsis 2020. Kui teil on versioon 0 (jaanuar/veebruar 2020), peate lihtsalt parandama mõned minu varasemad vead, sealhulgas lisama siin kuvatava hüppaja.

1) Paigaldage infrapunaandurid - QRE1113 või ITR8307

2) paigaldage vahetusregistrid (6), LED -takistid SIP 22R ja 100k väljatõmmatavad takistid.

- Käiguvahetusregistrid, tk (6) 74HC165- 22 oomi takistid, busside, tk

3) paigaldage toiteplokkide kogus (2), - N -kanaliga Mosfet FQP30N06

4) paigaldage väikesed kondensaatorid

5) koht/jootmine 3.3V võimsuse regulaator

- 3.3V regulaator, (sisend, maandus, väljund - IGO, pinout), kogus (1)

6) paigaldage suur kondensaator

- 560uF, 6,3 V kondensaator

7) paigaldage rohelised kruviklemmid, kogus (3)

- kruviklemmid Kaks tihvti, 0,1 , kogus (3)

8) paigaldada mikroprotsessori päised

9) paigaldage kogus (4) 10K takistid (pilt on vale.. näitab ainult 2 takistit)

Samm: esialgne testimine

KATSESANDURID Enne kaugemale minekut kontrollige kõiki oma LED -e/andureid! Enne kaugemale minekut on neid nüüd palju lihtsam testida. Käivitage näidiskood Blink_IR_Leds.ino

IR -valgusdioodid on inimsilmale nähtamatud, kuid paljud telefonid ja kaamerad võimaldavad teil IR -valgusdioode näha. Vaata pilti. (kahjuks on enamikul iPhone'idel IR -filtrid, nii et proovige mõnda teist telefoni, kuni näete IR -indikaatoreid). See samm on väga oluline, nii et veenduge, et näete kõiki LED -e.

LEDid näevad head välja? Kui ükski LED ei vilgu? Kontrollige, kas 3.3V pin -päises on 3.3V. Kui üks või kaks LED -i ei põle, laadige tihvte uuesti ja/või vahetage LED -id, kuni 100% LED -id hakkavad vilkuma. Valgusdioodid on head, suurepärased, proovige järgmine kord vahetuste registreid proovikoodiga test_shift_registers.ino

Andurite käivitamiseks kasutage valget paberitükki. Kui mõned andurid ei tööta, kontrollige oma tihvte, kuumutage ja vajadusel jootke tihvtid uuesti.

6. etapp: lõplik kokkupanek

Lõpetage kokkupanek, kui kõik andurid on testitud. Paigaldage päised, mis ühendavad ülemise trükkplaadi alumise trükkplaadiga. !

Ok, kui kõik on testitud, saate need džemprid jootma … 24 džemprite jootmine suurendab IR -andurite viskeulatust, suurendades LED -i edasipinget ja voolu. See on hea, kui hoiame LED -id sisse lülitatud ajal vähem kui 100us. Seda kirjeldatakse andmelehel.

Pakutud kaks skripti, nii test_shift_registers.ino kui bee_counting.ino, vastavad sellele nõudele, lülitades LED -id sisse ainult 75 -le. Seda näidatakse real 68 (vahetuste register) ja real 158 (bee_counting). Pärast sisselülitamisaega on ~ 15-20 ms viivitus enne nende uuesti sisselülitamist, mis säilitab LED-i eluea.

Jootke kõik 24 hüppajat.

Samm 7: Dual Footprint Micro Controller Pinouts

Trükkplaat aktsepteerib kahte Adafruit-tüüpi mikrokontrollerit. Adafruit Feather tüüpi mikrokontrollerid ja Adafruit ItsyBitsy mikrokontrollerid. Adafruit suled sisaldavad WiFi -ühendust ja kaugraadio funktsioone (*esp8266, esp32 ja LoRA). Kõik ItsyBitsy 3V mudelid (M0, M4 ja 32u4) peaksid töötama hästi.

Kahjuks ei ole meie kasutatavad vahetusregistrid (kõige populaarsem vahetuste registri kiip!) Täielikud SPI -seadmed ja ei jaga SPI -d teiste seadmetega. Nad on nagu halvimad SPI -seadmed!… Seetõttu on mõned tahvlid nagu Adalogger või LoRa lihtsalt ei tööta karbist välja. Saate seda siiski teha, lõigates mõned jäljed ja parandades SPI read SPI -ridade vabastamiseks ja SPI -d nihutades vahetuste registritesse, kuid seda on juhendamisel natuke raske seletada.

Riistvara SPI

Näidiskood on kirjutatud Feather ESP32 ja itsybitsy M0/M4 jaoks, kuid peaks teistega hästi toimima. Riistvara SPI tihvte kasutatakse mõlema jaoks: MISO ja SCK.

Tihvt A5 nii ESP32 kui ka selle yBitsy puhul on nihkeregistri laadimine*Nuppu A5 pole ESP8266 -l olemas. Kui kasutate seda tahvlit, peate hüpata teisele tihvtile (nt RX -pin on tasuta)

Power Mosfets

IR -valgusdioode juhtivate toiteallikatega on ühendatud kaks tihvti

• Sulgede tihvtid

  • Tihvt 15 väravate 0-11 jaoks
  • Tihvt 33 väravate 12-23 jaoks

• ItsyBitsy tihvtid

  • Tihvt 10 väravate 0-11 jaoks
  • Tihvt 11 väravate 12-23 jaoks

Lisatihvtid

Täiendavate andurite ühendamiseks i2C tihvtidega (SDA ja SCL) on kruviklemmid (rohelised). Ühe kruviklemmiga on ühendatud ka analoogtapp A4.

Samm: Arduino kood

Lisatud on kolm arduino skripti.

• Blink_IR_leds.ino - kasutatakse LED -ide töötamise visuaalseks kontrollimiseks
• test_shift_registers.ino - kasutatakse andurite funktsionaalseks testimiseks
• bee_counting.ino - kasutatakse mesilaste loendamiseks!

Hoiatus

24 džemprite jootmine suurendab IR -andurite viskeulatust, suurendades LED -i edasipinget ja voolu. See on hea, kui hoiame valgusdioodide sisselülitamise aja vähem kui 100us.

Kaks ülaltoodud skripti, nii test_shift_registers.ino kui bee_counting.ino vastavad sellele nõudele, lülitades LED -id sisse ainult 75 -le. Seda näidatakse real 68 (vahetuste register) ja real 158 (bee_counting).

Mesilaste loenduri kalibreerimine

Olen aastate jooksul kogunud hämmastavaid andmeid. Vajaliku korratavuse saavutamiseks on võimalik mesilase loendurit kalibreerida. Olenevalt soovitud efektist on mesilase loenduri kalibreerimiseks erinevaid viise. Üks meetod on mesilaste liikumiskiiruse mõõtmine ja ainult teadaolevate liigutuste loendamine ja kõigi valede päästikute välja viskamine. See meetod jätab paljud mesilased vahele, kuid võib anda järjepidevaid väärtusi. Sensori piirkonna läbimiseks kulub mesilastel umbes 180–350 ms.

Näidiskood bee_counting.ino mõõdab mesilaste kiirust anduri kaudu ja loeb mesilasi, kes liiguvad kiiremini kui 650 ms, ning nõuab aega ühe anduri viimistlemise ja teise anduri lõpetamise vahel vähem kui 150 ms.

Mõned takistused kalibreerimiseks on järgmised:

• kuigi mesilased ei lisa anduritele taruvaiku, kulutavad nad esmakordsel paigaldamisel mitu päeva tühimikud taruvaiguga
• habemeajamine suveõhtutel ja üldised valvemesilased möllamas annavad valesid vallandajaid
• otsene päikesevalgus väikese nurga all vallandab andurid (seda saab üsna lihtsalt leevendada)

9. samm: materjalide arve

Mikrokontroller

Koodi testiti sulgedega esp32 Huzzah ja itsyBitsy M0, kuid see töötab kõigi nende tahvlitega.

• sulg Huzzah hiirest
• sulg esp8266 hiirelt
• sulg LoRa 900mhz hiirest
• ItsyBitsy M0 hiirelt
• ItsyBitsy M4 hiirelt

JLCPCB trükkplaat ~ 16-25 dollarit koos saatmisega.

Telli trükkplaadid mustad. Vaadake trükkplaatide tellimisjuhiseid.

Osad ja tükid

Siin on Mouseri hinnakiri. Vaadake allpool alternatiivseid hindu, et leida peegeldusandurite jaoks odavamaid võimalusi.

QRE1113 peegeldavad andurid (48)

6 kontaktiga naissoost päised 7 mm kõrgused, 0,1 vahekaugus, tk (~ 36)

22 oomi takistid, bussidega, kogus (4) SIP pakendis, 9 takistit, 10 kontakti

100 kΩ takistid bussidega, kogus (6) SIP-9, 8 takistit, 9 kontakti

Vahetuste registrid, tk (6) 74HC165

3.3V regulaator, (sisend, maandus, väljund - IGO, pinout), tk (1)

kruviklemmid Kaks tihvti, 0,1 , kogus (3)

0,1 uF keraamiline kondensaator, läbiv auk, tk (6)

1 uF keraamiline kondensaator, läbiv auk, tk (1)

560uF, 6,3 V kondensaator madal esr, vahekaugus juhtmetega 3,5 mm, läbimõõt 8 mm

N-kanaliga Mosfet FQP30N06, tk (2)

10k takistid, kogus (4), üldine 1/4 vatti

meessoost päised 6 tihvti, ~ tk (32) või… 12 nööpnõelaga (17) ja lõhkuda vastavalt vajadusele

Alternatiivne hinnakujundus Hiina turustajalt LCSC

Keegi juhtis tähelepanu mõnele alternatiivsele hinnakujundusele, mis võib tõesti kulusid vähendada.

• ITR8307 peegeldusandurid ~ $ 0,13/iga @ tk (48) (sama mis QRE1113)
• 6 kontaktiga naissoost päised 8,5 mm kõrgused. ~ 0,05 dollarit/tk (36+)
• 22 oomi SIP 8 takisti, 9 kontakti, see sobib. 0,44 dollarit koguse eest (4)
• 100k SIP takistid 8 takisti, 9pin, see sobib. 0,44 dollarit koguse eest (6)

10. samm: trükkplaadi tellimine

Valikus on palju erinevaid trükkplaatide tootjaid. Need juhised näitavad JLCPCB -d. Teil on vaja tootjat, kes suudab valmistada mustad trükkplaadid. IR -valgusdioodid/andurid peavad valede käivituste vältimiseks osutama mustale pinnale, nii et alumine trükkplaat peab olema must. Minimaalne JLCPCB on tk (5) lauda ja ühe mesilase loenduri tegemiseks vajate 2 lauda.

1. Laadige kogu repo alla … vajutage suurt rohelist nuppu, mis ütleb "kloonige või laadige alla" github … navigeerige kausta PCB kausta "gerbers.zip".

2. Minge saidile JLCPCB.com, looge konto ja klõpsake nuppu TELLI KOHE.

3. Klõpsake "Lisa oma Gerberi fail" ja laadige üles pakitud failid

4. Valige trükkplaadi värviks „Must”. Valige ka "Eemalda tellimuse number" jaoks JAH

Maksumus on umbes 8 dollarit minimaalse (5) PCB tellimuse eest, millele lisandub saatmisviis 9-16 dollarit sõltuvalt meetodist.

PCB disaini väljakutse teine auhind