Penghitung Lebah Mudah: 10 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:54

Penghitung Lebah Mudah 2019 V.1

Untuk Pertanyaan atau Masalah!! Silakan posting di situs github di sini!

Versi penghitung lebah ini mudah disolder dan dirakit (semua lubang). Ini telah diuji dan berfungsi* dengan kode contoh yang disediakan.

Desain yang diuji saat ini mudah diprogram dan dapat didekati oleh programmer pemula. Papan sirkuit tercetak menerima beberapa platform Arduino yang dibuat oleh Adafruit termasuk lini mikrokontroler jenis Adafruit Feather dan mikrokontroler Adafruit ItsyBitsy. Bulu Adafruit termasuk wifi dan fitur radio jarak jauh (esp8266*, esp32, dan LoRA). Semua model ItsyBitsy 3V (M0, M4, dan 32u4) akan berfungsi dengan baik.

*Bulu esp8266 hilang A5. Jika Anda menggunakan uController ini, Anda harus melakukan jumper ke pin lain yang tersedia.

Langkah 1: Analisis Data - Mengapa Menghitung Lebah?

Kemungkinan Penggunaan

• tingkat ekspansi atau penurunan penerbangan lebah mungkin menunjukkan kesehatan sarang
• perluasan atau penurunan penerbangan orientasi selama berhari-hari mungkin menandakan kesehatan ratu
• pergeseran waktu antara puncak lebah yang pergi dan kembali mungkin menunjukkan jumlah pencari makan dan jarak ke sumber serbuk sari/nektar.

• perbandingan antara dua atau memindahkan sarang untuk menguji manipulasi; seperti,

  • menambahkan/menghapus madu super
  • pemberian sirup gula internal
  • perawatan tungau asam oksalat
• pengantar elektronik, penyolderan, dan pemrograman mikrokontroler
• pendidikan lebah madu atau instalasi tipe museum

Kesehatan sarang

Menyamakan data penerbangan lebah dan penerbangan orientasi ke seluruh kesehatan sarang atau kesehatan ratu tampaknya mungkin. Orientasi penerbangan adalah perilaku lebah 'pertengahan umur' sekitar 20 hari. Sebelum mencari makan, lebah pada usia ini akan meninggalkan sarang sebagai kelompok sekitar tengah hari sehingga data puncak yang mudah dilihat ~45 menit.

Jika ada penurunan dalam penerbangan orientasi, ini mungkin menunjukkan penurunan bertelur ~42 hari sebelumnya (22 hari menetas + 20 hari sampai hijauan).

Jarak mencari makan

Sangat mudah untuk melihat dalam data pergeseran kecil tapi berbeda antara lebah KELUAR dan lebah IN. Ini menunjukkan volume lebah yang pergi dan kembali bersama-sama serta jarak atau waktu kasar ke lokasi mencari makan.

Langkah 2: Perbaikan pada Desain Sebelumnya

• Semua komponen lubang untuk penyolderan yang mudah
• Jejak ganda, soket, siap pakai uControllers => Feather dan ItsyBitsy
• Program di Arduino, Lua, dan microPython - Sebanyak 24 gerbang, 48 sensor, 6 register geser
• ~14,75" panjang meregangkan seluruh pembukaan sarang langstroth untuk penempatan yang mudah
• menggunakan 2 PCB untuk membuat sandwich adalah solusi cepat yang murah. PCB harus dipesan hitam (lihat instruksi) sehingga emitor LED IR diserap ke dalam material.
• menggunakan 6 pin header untuk membuat gaya belok atau gerbang
• N-Ch MOSFET mengendalikan LED IR sedemikian rupa sehingga LED dapat dikontrol ON untuk waktu yang singkat selama penginderaan (~75us). Memungkinkan pengurangan daya hingga kurang dari 1mA (ditambah uController).

Langkah 3: Operasi Umum

Sensor Inframerah (IR)

Lebah madu dipaksa melalui 24 gerbang di mana sensor optik (48 sensor) menentukan apakah lebah itu ada dan menentukan arah pergerakan lebah. Setiap sensor optik memiliki LED IR dan sensor IR. Jika tidak ada lebah, cahaya IR diserap ke permukaan hitam. Jika ada lebah, cahaya IR memantul dari lebah dan memicu sensor.

48 LED dibagi menjadi dua set 24 dengan masing-masing set dikendalikan oleh MOSFET N-ch. Tegangan maju normal setiap LED IR adalah 1.2V dan sekitar 20ma seperti yang ditunjukkan pada lembar data. Dua LED dihubungkan secara seri dengan resistor 22ohm. Ada jumper di papan yang memungkinkan LED melewati resistor pembatas arus. Jangan menyolder jumper sampai benar-benar diuji! Lihat petunjuk perakitan.

Shift-in register

Ada 6 shift-in register. Berikut adalah deskripsi yang bagus tentang cara menghubungkan dan memprogram register geser. Pin SPI mikrokontroler membaca register geser. Semua enam register geser dibaca pada waktu yang sama. Sensor biasanya ditarik rendah dan menunjukkan 3.3V atau TINGGI ketika transistor dipicu dan lebah hadir.

DayaDesain PCB menghubungkan pin daya USB dari pengontrol mikro ke regulator 3.3V sehingga kabel USB yang terhubung ke pengontrol mikro dapat memberi daya pada seluruh proyek.

Langkah 4: Instruksi Perakitan

Versi penghitung lebah ini semuanya melalui komponen lubang. Sangat mudah untuk menyolder dan merakit. Ini adalah papan versi ke-2 (V1) selesai Maret 2020. Jika Anda mendapatkan papan Versi 0 (Jan/Feb 2020), Anda hanya perlu memperbaiki beberapa kesalahan saya sebelumnya termasuk menambahkan kabel jumper yang ditunjukkan di sini.

1) Pasang sensor IR - QRE1113 atau ITR8307

2) pasang register geser qty(6), resistor LED SIP 22R dan resistor pulldown 100k.

- Register geser, qty(6) 74HC165- resistor 22ohm, bussed, qty(4) SIP Dikemas, bussed - resistor 100k ohm bussed, qty(6) SIP-9, 8 resistor, 9 pin

3) pasang power mosfet qty(2), - N-Channel MOSFET FQP30N06

4) pasang kapasitor kecil

5) tempat / solder pengatur daya 3.3V

- Regulator 3.3V, (input, ground, output - IGO, pinout), qty(1)

6) pasang Kapasitor besar

- Kapasitor 560uF, 6.3V

7) pasang terminal sekrup hijau, qty(3)

- terminal sekrup Dua pin, 0,1 , qty(3)

8) instal header untuk mikroprosesor

9) pasang qty(4) Resistor 10K (gambar salah.. hanya menunjukkan 2 resistor) - resistor pullup i2c - resistor pulldown untuk MOSFET daya

Langkah 5: Pengujian Awal

UJI sensor Sebelum Anda melangkah lebih jauh, uji semua LED/sensor Anda! Jauh lebih mudah untuk menguji ini sekarang sebelum melangkah lebih jauh. Jalankan kode sampel Blink_IR_Leds.ino

LED IR tidak terlihat oleh mata manusia, tetapi banyak ponsel dan kamera memungkinkan Anda melihat LED IR. Lihat gambar. (sayangnya kebanyakan iPhone memiliki filter IR jadi coba telepon lain sampai Anda melihat LED IR). Langkah ini sangat penting jadi pastikan Anda dapat melihat semua LED.

LED terlihat bagus? Jika tidak ada LED yang berkedip? Periksa untuk memastikan Anda memiliki 3.3V pada pin header 3.3V. Jika satu atau dua LED padam, pasang kembali pin Anda dan/atau ganti LED hingga Anda mendapatkan 100% LED yang berkedip bersamaan. LED bagus, bagus, selanjutnya uji register geser dengan kode sampel test_shift_registers.ino

Gunakan selembar kertas putih untuk memicu sensor. Jika beberapa sensor tidak berfungsi, periksa pin Anda, panaskan dan pasang kembali solder pada pin sesuai kebutuhan.

Langkah 6: Majelis Akhir

Selesaikan perakitan setelah semua sensor diuji. Pasang header yang menghubungkan PCB atas ke PCB bawah. !

Ok, setelah semuanya diuji, Anda bisa menyolder jumper ini…. Menyolder 24 jumper meningkatkan jangkauan lemparan sensor IR dengan meningkatkan tegangan dan arus maju di LED. Ini bagus untuk dilakukan jika kita menjaga waktu LED ON kurang dari 100us. Ini dijelaskan dalam lembar data.

Dua skrip yang disediakan, test_shift_registers.ino dan bee_counting.ino memenuhi persyaratan ini dengan hanya menyalakan LED selama 75us. Ini ditunjukkan pada baris 68 (register geser) dan baris 158 (penghitungan lebah). Setelah waktu AKTIF ada penundaan ~ 15-20 ms sebelum menyalakannya lagi yang mempertahankan masa pakai LED.

Solder semua 24 jumper.

Langkah 7: Pinouts Pengendali Mikro Jejak Ganda

Papan sirkuit tercetak menerima dua pengontrol mikro gaya Adafruit. Mikrokontroler tipe Adafruit Feather dan mikrokontroler Adafruit ItsyBitsy. Bulu Adafruit termasuk wifi dan fitur radio jarak jauh (*esp8266, esp32, dan LoRA). Semua model ItsyBitsy 3V (M0, M4, dan 32u4) akan berfungsi dengan baik.

Sayangnya register geser yang kami gunakan (chip register geser paling populer!) bukan perangkat SPI lengkap dan tidak akan berbagi SPI dengan perangkat lain.. Mereka seperti perangkat SPI terburuk!… oleh karena itu beberapa papan seperti Adalogger atau LoRa hanya tidak akan bekerja di luar kotak. Anda masih dapat melakukannya dengan memotong beberapa jejak dan menambal garis SPI untuk membebaskan garis SPI dan bitbanging SPI ke register geser tapi itu agak sulit untuk dijelaskan dalam instruksi.

SPI perangkat keras

Kode contoh ditulis untuk Feather ESP32 dan itsybitsy M0/M4 tetapi harus bekerja dengan baik dengan yang lain. Pin SPI perangkat keras digunakan untuk keduanya: MISO & SCK.

Pin A5 pada ESP32 dan itsyBitsy adalah Shift Register LOAD*Pin A5 tidak ada pada ESP8266. Jika Anda menggunakan papan ini, Anda perlu melakukan jumper ke pin lain (katakanlah pin RX gratis)

MOSFET Daya

Dua pin terhubung ke MOSFET daya yang menggerakkan LED IR

• Pin bulu

  • Pin 15 untuk gerbang 0-11
  • Pin 33 untuk gerbang 12-23

• Pin ItsyBitsy

  • Pin 10 untuk gerbang 0-11
  • Pin 11 untuk gerbang 12-23

Pin ekstra

Ada Terminal Sekrup (hijau) untuk menghubungkan sensor tambahan ke pin i2C (SDA dan SCL) Ada juga pin analog A4 yang terhubung ke salah satu terminal sekrup.

Langkah 8: Kode Arduino

Ada tiga skrip arduino yang dilampirkan.

• Blink_IR_leds.ino - digunakan untuk memeriksa LED secara visual bekerja
• test_shift_registers.ino - digunakan untuk menguji sensor secara fungsional
• bee_counting.ino - digunakan untuk menghitung lebah!

Peringatan

Menyolder 24 jumper meningkatkan jangkauan lemparan sensor IR dengan meningkatkan tegangan dan arus maju di LED. Ini bagus jika kita menjaga waktu LED ON kurang dari 100us.

Dua skrip di atas, test_shift_registers.ino dan bee_counting.ino memenuhi persyaratan ini dengan hanya menyalakan LED selama 75us. Ini ditunjukkan pada baris 68 (register geser) dan baris 158 (penghitungan lebah).

Mengkalibrasi Penghitung Lebah

Saya telah menangkap beberapa data yang luar biasa selama bertahun-tahun. Dimungkinkan untuk mengkalibrasi penghitung lebah untuk mencapai pengulangan yang diperlukan. Ada berbagai cara untuk mengkalibrasi penghitung lebah tergantung pada efek yang diinginkan. Salah satu metodenya adalah mengukur kecepatan gerakan lebah dan hanya menghitung gerakan yang diketahui dan membuang semua pemicu palsu. Metode ini melewatkan banyak lebah tetapi dapat memberikan nilai yang konsisten. Dibutuhkan lebah sekitar 180-350ms untuk melintasi wilayah sensor.

Contoh kode bee_counting.ino mengukur kecepatan lebah melalui sensor dan menghitung lebah bergerak lebih cepat dari 650 ms dan menuntut waktu antara menyelesaikan satu sensor dan menyelesaikan sensor kedua kurang dari 150 ms.

Beberapa kendala untuk mengkalibrasi antara lain:

• meskipun lebah tidak menambahkan propolis ke sensor, mereka akan menghabiskan beberapa hari untuk mengisi rongga dengan propolis pada instalasi awal
• janggut di malam musim panas dan lebah penjaga umum yang memikirkan tentang memberikan pemicu palsu
• sinar matahari langsung pada sudut rendah akan memicu sensor palsu (ini dapat dikurangi dengan cukup mudah)

Langkah 9: Daftar Bahan

Pengontrol Mikro

Kode diuji dengan bulu esp32 Huzzah dan itsyBitsy M0 tetapi akan bekerja dengan semua papan ini.

• bulu Huzzah dari mouser
• bulu esp8266 dari mouser
• bulu LoRa 900mhz dari mouser
• ItsyBitsy M0 dari mouser
• ItsyBitsy M4 dari mouser

Papan Sirkuit Cetak dari JLCPCB ~$16-25 dengan pengiriman.

Pesan PCB Hitam. Lihat petunjuk pemesanan PCB.

Bagian dan Potongan

Berikut adalah ringkasan daftar harga dari mouser. Lihat harga alternatif di bawah untuk opsi yang lebih murah khususnya untuk sensor reflektansi.

Sensor Reflektif QRE1113 qty(48)

6 pin header perempuan tinggi 7mm, jarak 0,1 , qty (~ 36)

Resistor 22ohm, bussed, qty(4) SIP Dikemas, 9 resistor, 10 pin

100k ohm resistor bussed, qty(6) SIP-9, 8 resistor, 9 pin

Register geser, qty(6) 74HC165

Regulator 3.3V, (input, ground, output - IGO, pinout), qty(1)

terminal sekrup Dua pin, 0,1 , qty(3)

Kapasitor Keramik 0,1 uF, melalui lubang, qty(6)

1 uF Kapasitor Keramik, melalui lubang, qty(1)

560uF, 6.3V Capacitor low esr, jarak lead 3.5mm, diameter 8mm

N-Channel MOSFET FQP30N06, qty(2)

Resistor 10k, qty(4), umum 1/4 watt

header jantan 6 pin, ~qty(32) atau… 12pin qty(17) dan pecah sesuai kebutuhan

Harga alternatif dari distributor Cina LCSC

Seseorang menunjukkan beberapa harga alternatif yang benar-benar dapat menurunkan biaya.

• Sensor Reflektansi ITR8307 ~$0,13/setiap @ qty(48) (sama seperti QRE1113)
• 6 pin header perempuan tinggi 8.5mm. ~$0,05/setiap @ qty(36+)
• 22 ohm SIP 8 resistor, 9 pin, itu akan cocok. $0,44 untuk qty(4)
• 100k SIP Resistor 8 resistor, 9pin, itu akan cocok. $0,44 untuk qty(6)

Langkah 10: Pemesanan Papan Sirkuit Cetak

Ada banyak produsen PCB yang berbeda untuk dipilih. Instruksi ini menunjukkan JLCPCB. Anda membutuhkan produsen yang dapat membuat PCB hitam. LED/sensor IR harus mengarah ke permukaan hitam untuk mencegah pemicu palsu, sehingga PCB bagian bawah harus berwarna hitam. JLCPCB minimum adalah qty(5) papan dan Anda memerlukan 2 papan untuk diapit bersama untuk menyelesaikan satu penghitung lebah.

1. Download seluruh repo… tekan tombol hijau besar bertuliskan "clone or download" github… arahkan ke file "gerbers.zip" di bawah folder PCB.

2. Masuk ke JLCPCB.com, buat akun dan klik tombol ORDER NOW.

3. Klik "Tambahkan File Gerber Anda" dan unggah file zip

4. Pilih 'Hitam' sebagai warna PCB. Juga untuk "Hapus Nomor Pesanan", pilih YA

Biayanya sekitar $8 untuk pesanan minimum qty(5) PCB ditambah $9-16 pengiriman tergantung metode.

Hadiah Kedua dalam Tantangan Desain PCB