Contador de abejas fácil: 10 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:41

2019 Easy Bee Counter V.1

¡¡Para preguntas o problemas !! ¡Publícalos en el sitio de github aquí!

Esta versión del contador de abejas es fácil de soldar y ensamblar (todo con orificio pasante). Se ha probado y funciona * con el código de muestra proporcionado.

El diseño probado actual es fácil de programar y accesible para programadores principiantes. La placa de circuito impreso acepta múltiples plataformas Arduino fabricadas por Adafruit, incluida su línea de microcontroladores tipo Adafruit Feather y microcontroladores Adafruit ItsyBitsy. Las plumas de Adafruit incluyen wifi y funciones de radio de largo alcance (esp8266 *, esp32 y LoRA). Todos los modelos ItsyBitsy 3V (M0, M4 y 32u4) deberían funcionar bien.

* A la pluma esp8266 le falta A5. Si usa este uController, debe puentear a otro pin disponible.

Paso 1: Análisis de datos: ¿Por qué contar abejas?

Posibles Usos

• la tasa de expansión o disminución de los vuelos de abejas podría indicar la salud de la colmena
• la expansión o disminución de los vuelos de orientación a lo largo de los días podría ser una señal de salud de la reina
• el cambio de tiempo entre los picos de abejas que salen y regresan podría indicar el número de recolectores y la distancia a la fuente de polen / néctar.

• comparación entre dos o mover colmenas para probar manipulaciones; tal como,

  • agregar / quitar alzas de miel
  • alimentación interna con jarabe de azúcar
  • tratamientos de ácaros del ácido oxálico
• Introducción a la electrónica, soldadura y programación de microcontroladores.
• educación de abejas melíferas o instalación tipo museo

Salud de la colmena

Parece posible equiparar los datos de vuelo de las abejas y los vuelos de orientación con la salud general de la colmena o la salud de la reina. Los vuelos de orientación son un comportamiento de abejas de 'mediana edad' de unos 20 días de edad. Antes de alimentarse, las abejas de esta edad abandonarán la colmena como grupo alrededor del mediodía, lo que dará como resultado un pico de datos de ~ 45 minutos fácil de ver.

Si hay una caída en los vuelos de orientación, podría indicar una reducción en la puesta de huevos ~ 42 días antes (22 días desde la eclosión + 20 días hasta el forraje).

Distancia de forrajeo

Es fácil ver en los datos cambios pequeños pero distintos entre las abejas FUERA y las abejas DENTRO. Esto indica tanto un volumen de abejas que se van y regresan juntas como una distancia aproximada o tiempo hasta el lugar de alimentación.

Paso 2: mejoras en el diseño anterior

• Todos los componentes de orificio pasante para soldar fácilmente
• Controladores uControllers de doble huella, enchufes, listos para usar => Feather e ItsyBitsy
• Programa en Arduino, Lua y microPython: un total de 24 puertas, 48 sensores, 6 registros de cambio
• ~ 14.75 "de largo que extiende toda la abertura de una colmena langstroth para una fácil colocación
• usar 2 PCB para crear un sándwich es una solución rápida y económica. Las placas de circuito impreso deben pedirse en negro (consulte las instrucciones) para que el emisor de LED de infrarrojos se absorba en el material.
• usando encabezados de 6 pines para crear los estilos de giro o puertas
• LED IR controlados por mosfet de N-Ch, de modo que los LED se pueden controlar encendidos durante períodos cortos durante la detección (~ 75us). Permite una potencia reducida a menos de 1ma (más uController).

Paso 3: Operación general

Sensores de infrarrojos (IR)

Las abejas son forzadas a pasar por 24 puertas donde los sensores ópticos (48 sensores) determinan si la abeja está presente y determinan la dirección del movimiento de la abeja. Cada sensor óptico tiene un LED de infrarrojos y un sensor de infrarrojos. Si no hay abejas, la luz IR se absorbe en la superficie negra. Si hay una abeja, la luz IR se refleja en la abeja y activa el sensor.

Los 48 LED se dividen en dos conjuntos de 24 con cada conjunto controlado por un mosfet N-ch. El voltaje directo normal de cada LED IR es de 1,2 V y aproximadamente 20 mA, como se muestra en la hoja de datos. Dos LED están conectados en serie con una resistencia de 22 ohmios. Hay puentes en la placa que permiten que los LED pasen por alto las resistencias limitadoras de corriente. ¡No suelde el puente hasta que esté completamente probado! Consulte las instrucciones de montaje.

Registros de desplazamiento

Hay 6 registros de desplazamiento. Aquí hay una excelente descripción de cómo conectar y programar registros de turnos. Los pines SPI del microcontrolador leen los registros de desplazamiento. Los seis registros de turno se leen al mismo tiempo. Los sensores normalmente están bajos y muestran 3.3V o ALTO cuando se activa un transistor y hay una abeja presente.

Energía El diseño de PCB conecta el pin de alimentación USB del microcontrolador al regulador de 3.3V para que un cable USB conectado al microcontrolador pueda alimentar todo el proyecto.

Paso 4: Instrucciones de montaje

Esta versión del contador de abejas tiene todos los componentes del orificio pasante. Es fácil de soldar y ensamblar. Esta es la segunda versión de la placa (V1) completada en marzo de 2020. Si obtuvo la placa de la versión 0 (enero / febrero de 2020), solo tiene que corregir algunos de mis errores anteriores, incluida la adición de un cable de puente que se muestra aquí.

1) Instale sensores IR - QRE1113 o ITR8307

2) instale la cantidad de registros de desplazamiento (6), resistencias LED SIP 22R y resistencias pulldown de 100k.

- Registros de cambio, cantidad (6) 74HC165 - Resistencias de 22 ohmios, en bus, cantidad (4) Empaquetadas SIP, en bus - Resistencias de 100 k ohmios en bus, cantidad (6) SIP-9, 8 resistencias, 9 pines

3) instale la cantidad de mosfets de energía (2), - Mosfet de canal N FQP30N06

4) instale pequeños condensadores

5) colocar / soldar el regulador de potencia de 3.3V

- Regulador de 3.3V, (entrada, tierra, salida - IGO, pinout), cantidad (1)

6) instale un condensador grande

- 560uF, condensador de 6,3 V

7) instale terminales de tornillo verde, cantidad (3)

- terminales de tornillo Dos clavijas, 0.1 , cantidad (3)

8) instalar encabezados para microprocesador

9) instale la cantidad (4) resistencias de 10K (la imagen es incorrecta … solo muestra 2 resistencias) - resistencias pullup i2c - resistencias pulldown para mosfets de potencia

Paso 5: Prueba inicial

PRUEBE los sensores Antes de continuar, pruebe todos sus LED / sensores. Es mucho más fácil probarlos ahora antes de seguir adelante. Ejecute el código de muestra Blink_IR_Leds.ino

Los LED de infrarrojos son invisibles para el ojo humano, pero muchos teléfonos y cámaras le permiten ver los LED de infrarrojos. Ver imagen. (Desafortunadamente, la mayoría de los iphones tienen filtros de infrarrojos, así que pruebe con otro teléfono hasta que vea los leds de infrarrojos). Este paso es muy importante, así que asegúrese de poder ver todos los LED.

¿Los LED se ven bien? ¿Si no parpadea ningún LED? Verifique que tenga 3.3V en el encabezado del pin de 3.3V. Si uno o dos LED están apagados, reajuste los pines y / o reemplace los LED hasta que el 100% de los LED parpadeen juntos. LEDs buenos, geniales, luego prueba los registros de desplazamiento con el código de muestra test_shift_registers.ino

Utilice una hoja de papel blanca para activar los sensores. Si algunos sensores no funcionan, revise sus pines, caliente y refluya la soldadura en los pines según sea necesario.

Paso 6: Montaje final

Termine el montaje una vez que se hayan probado todos los sensores. Instale los encabezados que conectan la PCB superior a la inferior. !

Bien, una vez que todo esté probado, puede soldar estos puentes…. Soldar los 24 puentes aumenta el rango de alcance de los sensores IR al aumentar el voltaje directo y la corriente en el LED. Esto está bien si mantenemos los LED encendidos a menos de 100us. Esto se describe en la hoja de datos.

Se proporcionan dos scripts, test_shift_registers.ino y bee_counting.ino satisfacen este requisito al encender los LED solo durante 75us. Esto se muestra en la línea 68 (registro de desplazamiento) y la línea 158 (conteo de abejas). Después del tiempo de ENCENDIDO, hay un retraso de ~ 15-20ms antes de volver a ENCENDERlos, lo que preserva la vida útil del LED.

Suelde los 24 puentes.

Paso 7: Configuración de pines del microcontrolador de doble huella

La placa de circuito impreso acepta dos microcontroladores estilo Adafruit. Los microcontroladores tipo Adafruit Feather y los microcontroladores Adafruit ItsyBitsy. Las plumas de Adafruit incluyen wifi y funciones de radio de largo alcance (* esp8266, esp32 y LoRA). Todos los modelos ItsyBitsy 3V (M0, M4 y 32u4) deberían funcionar bien.

Desafortunadamente, los registros de desplazamiento que estamos usando (¡el chip de registro de desplazamiento más popular!) No son dispositivos SPI completos y no compartirán el SPI con otros dispositivos. ¡Son como los peores dispositivos SPI! … por lo tanto, algunas placas como Adalogger o LoRa simplemente no funcionará fuera de la caja. Todavía puede hacerlo cortando algunos trazos y parcheando las líneas SPI para liberar líneas SPI y haciendo bitbanging el SPI en los registros de desplazamiento, pero eso es un poco difícil de explicar en un instructivo.

Hardware SPI

El código de ejemplo está escrito para Feather ESP32 y itsybitsy M0 / M4, pero debería funcionar bien con otros. Los pines SPI de hardware se utilizan para ambos: MISO y SCK.

El pin A5 tanto en el ESP32 como en itsyBitsy es el registro de cambios LOAD * El pin A5 no existe en el ESP8266. Si usa esta placa, debe puentear a otro pin (digamos que el pin RX está libre)

Power Mosfets

Dos pines están conectados a los mosfets de energía que controlan los LED de infrarrojos

• Alfileres de plumas

  • Pin 15 para puertas 0-11
  • Pin 33 para puertas 12-23

• Pines de ItsyBitsy

  • Pin 10 para puertas 0-11
  • Pin 11 para puertas 12-23

Pines adicionales

Hay terminales de tornillo (verde) para conectar sensores adicionales a los pines i2C (SDA y SCL). También hay un pin analógico A4 conectado a uno de los terminales de tornillo.

Paso 8: Código Arduino

Hay tres scripts arduino adjuntos.

• Blink_IR_leds.ino: se utiliza para inspeccionar visualmente el funcionamiento de los LED
• test_shift_registers.ino - utilizado para probar sensores funcionalmente
• bee_counting.ino - ¡usado para contar abejas!

Advertencia

Soldar los 24 puentes aumenta el rango de alcance de los sensores de infrarrojos al aumentar el voltaje directo y la corriente en el LED. Esto está bien si mantenemos los LED encendidos a menos de 100us.

Los dos scripts anteriores, test_shift_registers.ino y bee_counting.ino satisfacen este requisito al encender los LED solo durante 75us. Esto se muestra en la línea 68 (registro de desplazamiento) y la línea 158 (conteo de abejas).

Calibración del contador de abejas

He capturado algunos datos asombrosos a lo largo de los años. Es posible calibrar el contador de abejas para lograr la repetibilidad requerida. Hay diferentes formas de calibrar el contador de abejas según el efecto deseado. Un método es medir la velocidad del movimiento de las abejas y solo contar los movimientos conocidos y descartar todos los disparadores falsos. Este método no detecta muchas abejas, pero puede dar valores consistentes. Una abeja tarda entre 180 y 350 ms en atravesar la región del sensor.

El código de ejemplo bee_counting.ino mide la velocidad de las abejas a través del sensor y cuenta las abejas que se mueven más rápido que 650ms y exige que el tiempo entre terminar un sensor y terminar el segundo sensor sea menor a 150ms.

Algunos de los obstáculos para calibrar incluyen:

• aunque las abejas no agregan propóleos a los sensores, pasarán varios días llenando los huecos con propóleo en la instalación inicial
• la barba en las noches de verano y las abejas guardianas en general reflexionando sobre ellos dan falsos disparadores
• la luz solar directa en un ángulo bajo activará sensores falsos (esto se puede mitigar con bastante facilidad)

Paso 9: Lista de materiales

Microcontrolador

El código fue probado con la pluma esp32 Huzzah y itsyBitsy M0 pero funcionará con todas estas placas.

• pluma Huzzah de mouser
• pluma esp8266 de mouser
• pluma LoRa 900mhz de mouser
• ItsyBitsy M0 de mouser
• ItsyBitsy M4 de mouser

Placa de circuito impreso de JLCPCB ~ $ 16-25 con envío.

Solicite los PCB negros. Consulte las instrucciones de pedido de PCB.

Partes y Piezas

Aquí está la lista de precios resumida de mouser. Consulte precios alternativos a continuación para obtener opciones más económicas específicamente para los sensores de reflectancia.

QRE1113 Cantidad de sensores reflectantes (48)

Conectores hembra de 6 clavijas de 7 mm de alto, espaciado de 0,1 , cantidad (~ 36)

Resistencias de 22 ohmios, busadas, cantidad (4) empaquetadas con SIP, 9 resistencias, 10 pines

Resistencias de 100 k ohmios en bus, cantidad (6) SIP-9, 8 resistencias, 9 pines

Registros de cambio, cantidad (6) 74HC165

Regulador de 3.3V, (entrada, tierra, salida - IGO, pinout), cantidad (1)

terminales de tornillo Dos clavijas, 0.1 , cantidad (3)

Condensador de cerámica de 0,1 uF, orificio pasante, cantidad (6)

Condensador de cerámica de 1 uF, orificio pasante, cantidad (1)

560uF, 6,3 V condensador de baja esr, 3,5 mm de espacio entre cables, 8 mm de diámetro

Mosfet de canal N FQP30N06, cantidad (2)

Resistencias de 10k, cantidad (4), genérico 1/4 vatio

conectores macho de 6 pines, ~ cantidad (32) o … cantidad de 12 pines (17) y sepárelos según sea necesario

Precios alternativos del distribuidor chino LCSC

Alguien señaló algunos precios alternativos que realmente pueden reducir el costo.

• Sensores de reflectancia ITR8307 ~ $ 0.13 / cada uno @ cantidad (48) (igual que QRE1113)
• Cabezales hembra de 6 pines de 8,5 mm de altura. ~ $ 0.05 / cada uno @ cantidad (36+)
• Resistencia SIP 8 de 22 ohmios, 9 pines, encajará. $ 0.44 por cantidad (4)
• Resistencias SIP de 100k 8 resistencias, 9 pines, encajará. $ 0.44 por cantidad (6)

Paso 10: Pedido de la placa de circuito impreso

Hay muchos fabricantes de PCB diferentes para elegir. Estas instrucciones muestran JLCPCB. Necesita un fabricante que pueda fabricar PCB negros. Los LED / sensores de infrarrojos deben apuntar a una superficie negra para evitar disparos falsos, por lo que la PCB inferior debe ser negra. La cantidad mínima de JLCPCB es de (5) tablas y necesitará 2 tablas para emparejar juntas para completar un contador de abejas.

1. Descargue el repositorio completo … presione el botón verde grande que dice "clonar o descargar" github … navegue hasta el archivo "gerbers.zip" debajo de la carpeta PCB.

2. Vaya a JLCPCB.com, cree una cuenta y haga clic en el botón PEDIR AHORA.

3. Haga clic en "Agregar su archivo Gerber" y cargue los archivos comprimidos.

4. Seleccione 'Negro' como color de PCB. También para "Eliminar número de pedido", seleccione SÍ

El costo es de aproximadamente $ 8 por un pedido mínimo de (5) PCB más el envío de $ 9-16, según el método.

Segundo premio en el PCB Design Challenge