Máy đếm ong dễ dàng: 10 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:31

2019 Easy Bee Counter V.1

Đối với các câu hỏi hoặc vấn đề !! Hãy đăng chúng trên trang github tại đây!

Phiên bản này của máy đếm ong rất dễ hàn và lắp ráp (tất cả đều qua lỗ). Nó đã được thử nghiệm và hoạt động * với mã mẫu được cung cấp.

Thiết kế đã được thử nghiệm hiện tại rất dễ lập trình và dễ tiếp cận với các lập trình viên mới bắt đầu. Bảng mạch in chấp nhận nhiều nền tảng Arduino do Adafruit sản xuất bao gồm dòng bộ điều khiển vi mô loại Adafruit Feather và bộ điều khiển vi mô Adafruit ItsyBitsy. Các lông vũ của Adafruit bao gồm wifi và các tính năng radio tầm xa (esp8266 *, esp32 và LoRA). Tất cả các mẫu ItsyBitsy 3V (M0, M4 và 32u4) sẽ hoạt động tốt.

* Esp8266 lông vũ bị thiếu A5. Nếu bạn sử dụng uController này, bạn phải nhảy sang một chân có sẵn khác.

Bước 1: Phân tích dữ liệu - Tại sao lại đếm ong?

Sử dụng có thể

• tốc độ mở rộng hoặc suy giảm của các chuyến bay của ong có thể cho thấy sức khỏe của tổ ong
• sự mở rộng hoặc suy giảm của các chuyến bay định hướng trong nhiều ngày có thể báo hiệu sức khỏe của nữ hoàng
• sự dịch chuyển thời gian giữa các đỉnh ong rời đi và quay trở lại có thể cho biết số lượng người kiếm ăn và khoảng cách đến nguồn phấn hoa / mật hoa.

• so sánh giữa hai hoặc di chuyển tổ ong để kiểm tra các thao tác; nhu la,

  • thêm / bớt siêu mật ong
  • cho ăn xi-rô đường nội bộ
  • phương pháp điều trị mạt axit oxalic
• giới thiệu về điện tử, hàn và lập trình vi điều khiển
• giáo dục ong mật hoặc cài đặt kiểu bảo tàng

Sức khỏe nuôi dưỡng

Việc cân bằng dữ liệu chuyến bay của ong và các chuyến bay định hướng với tất cả sức khỏe của tổ ong hoặc sức khỏe của ong chúa dường như có thể thực hiện được. Chuyến bay định hướng là hành vi của những con ong 'trung niên' khoảng 20 ngày tuổi. Trước khi đi kiếm ăn, ong ở độ tuổi này sẽ rời tổ thành đàn vào khoảng giữa ngày, dẫn đến dữ liệu có thể dễ dàng nhìn thấy đỉnh ~ 45 phút.

Nếu có sự sụt giảm trong các chuyến bay định hướng, điều đó có thể cho thấy sự giảm đẻ trứng ~ 42 ngày trước đó (22 ngày nở + 20 ngày cho đến khi cho ăn).

Khoảng cách kiếm ăn

Dễ dàng nhận thấy trong dữ liệu có sự thay đổi nhỏ nhưng rõ ràng giữa ong RA và ong VÀO. Điều này cho biết cả lượng ong rời đi và quay trở lại cùng nhau cũng như khoảng cách hoặc thời gian khó khăn đến địa điểm kiếm ăn.

Bước 2: Cải tiến thiết kế trước đó

• Tất cả các thành phần xuyên lỗ để hàn dễ dàng
• Dấu chân kép, có ổ cắm, uControllers ngoài kệ => Feather và ItsyBitsy
• Chương trình trong Arduino, Lua và microPython - Tổng cộng 24 cổng, 48 cảm biến, 6 thanh ghi dịch chuyển
• ~ 14,75 "kéo dài toàn bộ phần mở của tổ ong langstroth để dễ dàng đặt
• sử dụng 2 PCB để tạo bánh sandwich là một giải pháp nhanh chóng không tốn kém. PCB phải được đặt hàng màu đen (xem hướng dẫn) để bộ phát IR LED được hấp thụ vào vật liệu.
• sử dụng 6 đầu ghim để tạo kiểu rẽ hoặc cổng
• Đèn LED hồng ngoại điều khiển N-Ch mosfet để đèn LED có thể được điều khiển BẬT trong thời gian ngắn trong khi cảm biến (~ 75us). Cho phép giảm công suất xuống dưới 1ma (cộng với uController).

Bước 3: Hoạt động chung

Cảm biến hồng ngoại (IR)

Ong mật bị buộc qua 24 cửa nơi các cảm biến quang học (48 cảm biến) xác định xem ong có hiện diện hay không và xác định hướng di chuyển của ong. Mỗi cảm biến quang học có một đèn LED hồng ngoại và một cảm biến hồng ngoại. Nếu không có ong, ánh sáng IR sẽ được hấp thụ vào bề mặt màu đen. Nếu có ong, ánh sáng IR sẽ phản xạ khỏi ong và kích hoạt cảm biến.

48 đèn LED được chia thành hai bộ 24 với mỗi bộ được điều khiển bởi một N-ch mosfet. Điện áp chuyển tiếp bình thường của mỗi đèn LED hồng ngoại là 1,2V và khoảng 20ma như được hiển thị trên bảng dữ liệu. Hai đèn LED mắc nối tiếp với một điện trở 22ohm. Có các jumper trên bảng cho phép các đèn LED bỏ qua các điện trở hạn chế hiện tại. Không hàn jumper cho đến khi được kiểm tra hoàn toàn! Tham khảo hướng dẫn lắp ráp.

Đăng ký Shift-in

Có 6 thanh ghi dịch chuyển. Đây là một mô tả tuyệt vời về cách kết nối và lập trình thanh ghi dịch chuyển. Các chân SPI của bộ điều khiển vi mô đọc các thanh ghi dịch chuyển. Tất cả sáu thanh ghi dịch chuyển được đọc cùng một lúc. Các cảm biến thường được kéo xuống thấp và hiển thị 3,3V hoặc CAO khi một bóng bán dẫn được kích hoạt và có một con ong.

Nguồn: Thiết kế PCB kết nối chân cắm nguồn USB từ bộ điều khiển vi mô với bộ điều chỉnh 3.3V để cáp USB được kết nối với bộ điều khiển vi mô có thể cấp nguồn cho toàn bộ dự án.

Bước 4: Hướng dẫn lắp ráp

Phiên bản này của máy đếm ong là tất cả các thành phần thông qua lỗ. Rất dễ hàn và lắp ráp. Đây là phiên bản thứ 2 của bảng (V1) được hoàn thành vào tháng 3 năm 2020. Nếu bạn có bảng Phiên bản 0 (tháng 1 / tháng 2 năm 2020), bạn chỉ cần sửa một số lỗi trước đây của tôi bao gồm thêm dây nhảy được hiển thị ở đây.

1) Cài đặt cảm biến IR - QRE1113 hoặc ITR8307

2) cài đặt thanh ghi dịch chuyển qty (6), điện trở LED SIP 22R và điện trở kéo xuống 100k.

- Thanh ghi dịch chuyển, điện trở qty (6) 74HC165- 22ohm, bussed, qty (4) SIP Packaged, bussed - Điện trở 100k ohm bussed, qty (6) SIP-9, 8 điện trở, 9 chân

3) cài đặt MOSFET nguồn qty (2), - N-Channel Mosfet FQP30N06

4) cài đặt tụ điện nhỏ

5) bộ điều chỉnh nguồn 3.3V vị trí / hàn

- Bộ điều chỉnh 3.3V, (đầu vào, nối đất, đầu ra - IGO, sơ đồ chân), qty (1)

6) cài đặt tụ điện lớn

- Tụ điện 560uF, 6.3V

7) cài đặt thiết bị đầu cuối vít màu xanh lá cây, qty (3)

- đầu nối vít Hai pin, 0,1 , qty (3)

8) cài đặt tiêu đề cho bộ vi xử lý

9) lắp điện trở qty (4) 10K (hình bị sai.. chỉ hiển thị 2 điện trở) - điện trở pullup i2c - điện trở kéo xuống cho mosfet công suất

Bước 5: Thử nghiệm ban đầu

KIỂM TRA cảm biến Trước khi bạn đi xa hơn, hãy kiểm tra tất cả các đèn LED / cảm biến của bạn! Bây giờ dễ dàng hơn nhiều để kiểm tra những điều này trước khi đi xa hơn. Chạy mã mẫu Blink_IR_Leds.ino

Đèn LED hồng ngoại không thể nhìn thấy bằng mắt người nhưng nhiều điện thoại và máy ảnh cho phép bạn nhìn thấy đèn LED hồng ngoại. Xem hình. (Rất tiếc là hầu hết các điện thoại đều có bộ lọc IR, vì vậy hãy thử điện thoại khác cho đến khi bạn thấy đèn LED IR). Bước này rất quan trọng vì vậy hãy đảm bảo rằng bạn có thể nhìn thấy tất cả các đèn LED.

Đèn LED có tốt không? Nếu không có đèn LED nào nhấp nháy? Kiểm tra để đảm bảo bạn có 3.3V trên đầu cắm chân 3.3V. Nếu một hoặc hai đèn LED bị mất, hãy chỉnh lại các chân cắm của bạn và / hoặc thay thế các đèn LED cho đến khi bạn nhận được 100% đèn LED nhấp nháy cùng nhau. Đèn LED tốt, tuyệt vời, tiếp theo hãy kiểm tra các thanh ghi ca với mã mẫu test_shift_registers.ino

Sử dụng một mảnh giấy trắng để kích hoạt các cảm biến. Nếu một số cảm biến không hoạt động, hãy kiểm tra các chân của bạn, làm nóng và hàn lại chất hàn trên các chân nếu cần.

Bước 6: Lắp ráp cuối cùng

Hoàn thành lắp ráp sau khi tất cả các cảm biến được kiểm tra. Cài đặt các tiêu đề kết nối PCB trên cùng với PCB dưới cùng. !

Được rồi, sau khi mọi thứ đã được kiểm tra, bạn có thể hàn các jumper này…. Việc hàn 24 jumper làm tăng phạm vi ném của cảm biến IR bằng cách tăng điện áp và dòng điện chuyển tiếp trong đèn LED. Điều này là tốt để thực hiện nếu chúng ta giữ thời gian BẬT của đèn LED ở mức dưới 100us. Điều này được mô tả trong bảng dữ liệu.

Hai tập lệnh được cung cấp, cả test_shift_registers.ino và bee_counting.ino đều đáp ứng yêu cầu này bằng cách chỉ BẬT đèn LED trong 75us. Điều này được hiển thị trên dòng 68 (thanh ghi shift) và dòng 158 (bee_counting). Sau thời gian BẬT, có độ trễ ~ 15-20ms trước khi BẬT chúng trở lại để bảo toàn tuổi thọ của đèn LED.

Hàn tất cả 24 của jumper.

Bước 7: Sơ đồ chân bộ điều khiển vi mô kép

Bảng mạch in chấp nhận hai kiểu Adafruit của bộ điều khiển vi mô. Bộ điều khiển vi mô loại Adafruit Feather và bộ điều khiển vi mô Adafruit ItsyBitsy. Các lông vũ của Adafruit bao gồm các tính năng wifi và radio tầm xa (* esp8266, esp32 và LoRA). Tất cả các mẫu ItsyBitsy 3V (M0, M4 và 32u4) sẽ hoạt động tốt.

Thật không may, các thanh ghi dịch chuyển mà chúng tôi đang sử dụng (chip thanh ghi dịch chuyển phổ biến nhất!) Không phải là thiết bị SPI đầy đủ và sẽ không chia sẻ SPI với các thiết bị khác.. Chúng giống như những thiết bị SPI tồi tệ nhất!… Do đó một số bảng như Adalogger hoặc LoRa chỉ sẽ không làm việc ra khỏi hộp. Bạn vẫn có thể làm điều đó bằng cách cắt một số dấu vết và vá các dòng SPI để giải phóng các dòng SPI và bitbanging SPI vào các thanh ghi shift nhưng điều đó hơi khó giải thích trong một hướng dẫn.

SPI phần cứng

Mã ví dụ được viết cho Feather ESP32 và M0 / M4 của nó nhưng sẽ hoạt động tốt với những người khác. Các chân SPI phần cứng được sử dụng cho cả hai: MISO & SCK.

Pin A5 trên cả ESP32 và itsyBitsy là Shift Register LOAD * Pin A5 không tồn tại trên ESP8266. Nếu bạn sử dụng bảng này, bạn cần phải nhảy sang chân khác (giả sử chân RX miễn phí)

Mosfet điện

Hai chân được kết nối với các mosfet nguồn điều khiển đèn LED IR

• Chân lông

  • Chốt 15 cho các cửa 0-11
  • Chân 33 cho cổng 12-23

• Chân ItsyBitsy

  • Chốt 10 cho các cửa 0-11
  • Chân 11 cho cổng 12-23

Ghim phụ

Có các đầu cuối vít (màu xanh lá cây) để kết nối các cảm biến bổ sung với các chân i2C (SDA và SCL) Ngoài ra còn có một chân tương tự A4 được kết nối với một trong các đầu cuối vít.

Bước 8: Mã Arduino

Có ba tập lệnh arduino được đính kèm.

• Blink_IR_leds.ino - được sử dụng để kiểm tra trực quan các đèn LED hoạt động
• test_shift_registers.ino - được sử dụng để kiểm tra chức năng các cảm biến
• bee_counting.ino - dùng để đếm số lượng ong!

Cảnh báo

Việc hàn 24 jumper làm tăng phạm vi ném của cảm biến IR bằng cách tăng điện áp và dòng điện chuyển tiếp trong đèn LED. Điều này là tốt nếu chúng ta giữ thời gian BẬT của đèn LED ở mức dưới 100us.

Hai tập lệnh ở trên, cả test_shift_registers.ino và bee_counting.ino đều đáp ứng yêu cầu này bằng cách chỉ BẬT đèn LED trong 75us. Điều này được hiển thị trên dòng 68 (thanh ghi shift) và dòng 158 (bee_counting).

Hiệu chỉnh máy đếm ong

Tôi đã thu thập được một số dữ liệu tuyệt vời trong nhiều năm. Có thể hiệu chỉnh máy đếm ong để đạt được độ lặp lại cần thiết. Có nhiều cách khác nhau để hiệu chỉnh máy đếm ong tùy thuộc vào hiệu quả mong muốn. Một phương pháp là đo tốc độ di chuyển của ong và chỉ đếm các chuyển động đã biết và loại bỏ tất cả các yếu tố kích hoạt sai. Phương pháp này bỏ sót rất nhiều ong nhưng có thể cho các giá trị nhất quán. Một con ong mất khoảng 180-350ms để đi qua vùng cảm biến.

Mã ví dụ bee_counting.ino đo tốc độ của những con ong thông qua cảm biến và đếm những con ong di chuyển nhanh hơn 650ms và yêu cầu thời gian từ khi hoàn thành một cảm biến đến khi kết thúc cảm biến thứ hai nhỏ hơn 150ms.

Một số trở ngại để hiệu chỉnh bao gồm:

• mặc dù ong không thêm keo ong vào cảm biến, chúng sẽ dành vài ngày để lấp đầy khoảng trống bằng keo ong khi cài đặt ban đầu
• canh gác vào buổi tối mùa hè và những con ong bảo vệ nói chung nghiền ngẫm về việc đưa ra các tác nhân kích hoạt sai
• ánh sáng mặt trời trực tiếp ở góc thấp sẽ kích hoạt sai cảm biến (điều này có thể được giảm thiểu khá dễ dàng)

Bước 9: Hóa đơn nguyên vật liệu

Bộ điều khiển vi mô

Mã đã được thử nghiệm với Huzzah esp32 lông và itsyBitsy M0 nhưng sẽ hoạt động với tất cả các bảng này.

• lông Huzzah từ mouser
• lông esp8266 từ mouser
• lông LoRa 900mhz từ mouser
• ItsyBitsy M0 từ mouser
• ItsyBitsy M4 từ mouser

Bảng mạch in từ JLCPCB ~ $ 16-25 với phí vận chuyển.

Đặt hàng PCB màu đen. Xem hướng dẫn đặt hàng PCB.

Các bộ phận và mảnh

Đây là danh sách giá tóm tắt từ mouser. Xem giá thay thế bên dưới để biết các tùy chọn rẻ hơn dành riêng cho cảm biến phản xạ.

QRE1113 Cảm biến phản xạ qty (48)

6 đầu tiêu đề nữ cao 7mm, khoảng cách 0,1 , qty (~ 36)

Điện trở 22ohm, bussed, qty (4) SIP Đóng gói, 9 điện trở, 10 chân

Điện trở 100k ohm được đấu nối, qty (6) SIP-9, 8 điện trở, 9 chân

Thanh ghi dịch chuyển, qty (6) 74HC165

Bộ điều chỉnh 3.3V, (đầu vào, nối đất, đầu ra - IGO, sơ đồ chân), qty (1)

thiết bị đầu cuối vít Hai pin, 0,1 , qty (3)

Tụ gốm 0,1 uF, xuyên qua lỗ, qty (6)

Tụ gốm 1 uF, qua lỗ, qty (1)

560uF, 6.3V Tụ điện thấp, khoảng cách dẫn 3,5mm, đường kính 8mm

N-Channel Mosfet FQP30N06, qty (2)

Điện trở 10k, qty (4), 1/4 watt chung

tiêu đề đực 6 pin, ~ qty (32) hoặc… 12pin qty (17) và ngắt ra khi cần

Giá thay thế từ nhà phân phối Trung Quốc LCSC

Ai đó đã chỉ ra một số cách định giá thay thế có thể thực sự làm giảm chi phí.

• Cảm biến phản xạ ITR8307 ~ $ 0,13 / mỗi @ qty (48) (giống như QRE1113)
• Đầu cái 6 pin cao 8,5mm. ~ $ 0,05 / mỗi @ qty (36+)
• Điện trở 22 ohm SIP 8, 9 chân, nó sẽ phù hợp. $ 0,44 cho qty (4)
• 100k SIP Điện trở 8 điện trở, 9pin, nó sẽ phù hợp. $ 0,44 cho qty (6)

Bước 10: Đặt hàng bảng mạch in

Có rất nhiều nhà sản xuất PCB khác nhau để bạn lựa chọn. Các hướng dẫn này hiển thị JLCPCB. Bạn cần một nhà sản xuất có thể tạo ra PCB màu đen. Các đèn LED / cảm biến IR cần hướng đến bề mặt màu đen để ngăn chặn kích hoạt sai, vì vậy PCB phía dưới phải có màu đen. JLCPCB tối thiểu là qty (5) bảng và bạn sẽ cần 2 bảng để ghép lại với nhau để hoàn thành một máy đếm ong.

1. Tải xuống toàn bộ repo… nhấn vào nút lớn màu xanh lá cây có nội dung "sao chép hoặc tải xuống" github … điều hướng đến tệp "gerbers.zip" trong thư mục PCB.

2. Truy cập JLCPCB.com, tạo tài khoản và nhấp vào nút ĐẶT HÀNG NGAY.

3. Nhấp vào "Thêm tệp Gerber của bạn" và tải lên các tệp nén

4. Chọn 'Đen' làm màu PCB. Ngoài ra đối với "Xóa số đơn đặt hàng", hãy chọn CÓ

Chi phí là khoảng $ 8 cho một đơn đặt hàng tối thiểu qty (5) PCB cộng với $ 9-16 vận chuyển tùy theo phương thức.

Giải nhì trong Thử thách thiết kế PCB