عداد النحل السهل: 10 خطوات (بالصور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:37

2019 Easy Bee Counter V.1.1 تحديث

للأسئلة أو القضايا !! الرجاء نشرهم على موقع جيثب هنا!

هذا الإصدار من عداد النحل سهل اللحام والتجميع (كل ذلك من خلال ثقب). تم اختباره ويعمل * مع توفير عينة التعليمات البرمجية.

التصميم الذي تم اختباره حاليًا سهل البرمجة ويمكن الوصول إليه للمبرمجين المبتدئين. تقبل لوحة الدوائر المطبوعة العديد من منصات Arduino التي تصنعها Adafruit بما في ذلك خطها من وحدات التحكم الدقيقة من نوع Adafruit Feather ووحدات التحكم الصغيرة Adafruit ItsyBitsy. يشمل ريش Adafruit ميزات wifi وراديو بعيد المدى (esp8266 * و esp32 و LoRA). يجب أن تعمل جميع طرازات ItsyBitsy 3V (M0 و M4 و 32u4) بشكل جيد.

* الريشة esp8266 مفقودة A5. إذا كنت تستخدم uController هذا ، فيجب عليك الانتقال إلى دبوس آخر متاح.

الخطوة 1: تحليل البيانات - لماذا عد النحل؟

الاستخدامات الممكنة

• معدل التوسع أو الانخفاض في رحلات النحل قد يشير إلى صحة الخلية
• قد يشير التوسع أو الانخفاض في رحلات التوجيه على مدار أيام إلى صحة الملكة
• قد يشير التحول الزمني بين قمم النحل المغادرة والعودة إلى عدد العلف والمسافة إلى مصدر حبوب اللقاح / الرحيق.

• المقارنة بين خليتين أو تحريك خلايا النحل لاختبار التلاعب ؛ مثل،

  • إضافة / إزالة سوبير العسل
  • تغذية شراب السكر الداخلية
  • علاجات سوس حمض الأكساليك
• مقدمة للإلكترونيات ولحام وبرمجة وحدات التحكم الدقيقة
• تربية نحل العسل أو تركيب نوع متحف

صحة الخلية

يبدو أن معادلة بيانات رحلة النحل ورحلات التوجيه لجميع صحة الخلية أو صحة الملكة أمر ممكن. رحلات التوجيه هي سلوك نحل "متوسط العمر" يبلغ من العمر حوالي 20 يومًا. قبل البحث عن العلف ، سيترك النحل في هذا العمر الخلية كمجموعة في منتصف النهار تقريبًا مما يؤدي إلى سهولة رؤية ذروة 45 دقيقة تقريبًا في البيانات.

إذا كان هناك انخفاض في رحلات التوجيه ، فقد يشير ذلك إلى انخفاض في وضع البيض قبل 42 يومًا تقريبًا (22 يومًا يفقس + 20 يومًا حتى العلف).

مسافة البحث عن الطعام

من السهل أن ترى في البيانات تحولات صغيرة ولكنها مميزة بين النحل خارج وداخل النحل. يشير هذا إلى حجم النحل الذي يغادر ويعود معًا بالإضافة إلى المسافة أو الوقت التقريبي إلى موقع البحث عن الطعام.

الخطوة الثانية: تحسينات على التصميم السابق

• جميع المكونات من خلال الفتحة لسهولة اللحام
• بصمة مزدوجة ، مقبس ، جاهز للاستخدام uControllers => Feather و ItsyBitsy
• برنامج في Arduino و Lua و microPython - ما مجموعه 24 بوابة و 48 مستشعرًا و 6 سجلات تحول
• بطول 14.75 بوصة تقريبًا ، يتم تمديد الفتحة الكاملة لخلية لانجستروث لسهولة وضعها
• يعد استخدام 2 ثنائي الفينيل متعدد الكلور لإنشاء شطيرة حلاً سريعًا غير مكلف. يجب طلب مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور باللون الأسود (انظر التعليمات) حتى يتم امتصاص باعث IR LED في المادة.
• باستخدام 6 رؤوس دبابيس لإنشاء أنماط الدوران أو البوابات
• يتم التحكم في مصابيح LED بالأشعة تحت الحمراء التي يتم التحكم فيها بواسطة mosfet من N-Ch بحيث يمكن التحكم في مصابيح LED لفترات قصيرة أثناء الاستشعار (~ 75us). يسمح بتخفيض الطاقة إلى أقل من 1ma (بالإضافة إلى uController).

الخطوة 3: التشغيل العام

مستشعرات الأشعة تحت الحمراء (IR)

يتم إجبار نحل العسل على المرور عبر 24 بوابة حيث تحدد المستشعرات الضوئية (48 مستشعرًا) ما إذا كانت النحلة موجودة وتحدد اتجاه حركة النحل. تحتوي كل مستشعرات بصرية على IR LED ومستشعر IR. في حالة عدم وجود نحلة ، يتم امتصاص ضوء الأشعة تحت الحمراء في السطح الأسود. في حالة وجود نحلة ، ينعكس ضوء الأشعة تحت الحمراء عن النحلة ويطلق جهاز الاستشعار.

تنقسم المصابيح الـ 48 إلى مجموعتين من 24 مع كل مجموعة يتم التحكم فيها بواسطة N-ch mosfet. الجهد الأمامي العادي لكل مصباح IR هو 1.2 فولت وحوالي 20 مللي أمبير كما هو موضح في ورقة البيانات. يتم توصيل مصباحي LED في سلسلة بمقاوم 22 أوم. توجد وصلات عبور على اللوحة تسمح لمصابيح LED بتجاوز مقاومات الحد الحالية. لا تقم بلحام العبور حتى يتم اختباره بالكامل! الرجوع إلى تعليمات التجميع.

سجلات التحول

يوجد 6 سجلات وردية. فيما يلي وصف رائع لكيفية الاتصال وسجلات التحول البرنامجي. تقرأ دبابيس SPI لوحدة التحكم الجزئية سجلات الإزاحة. تتم قراءة جميع سجلات الورديات الستة في نفس الوقت. عادة ما يتم سحب المستشعرات إلى مستوى منخفض وتظهر 3.3 فولت أو مرتفع عند تشغيل الترانزستور ووجود نحلة.

يعمل تصميم PCB على توصيل دبوس طاقة USB من وحدة التحكم الدقيقة إلى المنظم 3.3 فولت بحيث يمكن لكابل USB المتصل بوحدة التحكم الدقيقة تشغيل المشروع بأكمله.

الخطوة 4: تعليمات التجميع

هذا الإصدار من عداد النحل من خلال مكونات الثقب. من السهل اللحام والتجميع. هذه هي النسخة الثانية من اللوحة (V1) التي اكتملت في مارس 2020. إذا حصلت على لوحة الإصدار 0 (يناير / فبراير 2020) ، فما عليك سوى إصلاح بعض أخطائي السابقة بما في ذلك إضافة سلك العبور الموضح هنا.

1) قم بتثبيت مستشعرات الأشعة تحت الحمراء - QRE1113 أو ITR8307

2) قم بتثبيت سجلات التحول الكمية (6) ومقاومات SIP 22R LED والمقاومات المنسدلة 100k.

- مسجلات التحول ، الكمية (6) 74HC165- مقاومات 22 أوم ، بحافلات ، الكمية (4) SIP معبأة ، بحافلات - 100 كيلو أوم مقاومات بالحافلات ، الكمية (6) SIP-9 ، 8 مقاومات ، 9 دبابيس

3) تثبيت mosfets السلطة الكمية (2) ، - N- قناة Mosfet FQP30N06

4) تركيب المكثفات الصغيرة

5) مكان / منظم طاقة 3.3 فولت لحام

- منظم 3.3 فولت ، (الإدخال ، الأرض ، الإخراج - IGO ، pinout) ، الكمية (1)

6) تثبيت مكثف كبير

- 560 فائق التوهج ، 6.3 فولت مكثف

7) تثبيت أطراف المسمار الأخضر ، الكمية (3)

- أطراف برغي اثنان دبوس ، 0.1 ، الكمية (3)

8) تثبيت رؤوس المعالجات الدقيقة

9) قم بتثبيت الكمية (4) مقاومات 10K (الصورة خاطئة.. تظهر فقط مقاومين) - مقاومات i2c pullup - مقاومات منبثقة لموسيطات الطاقة

الخطوة 5: الاختبار الأولي

اختبار مجسات قبل أن تذهب أبعد من ذلك ، اختبر كل ما تبذلونه من المصابيح / أجهزة الاستشعار! من الأسهل بكثير اختبارها الآن قبل المضي قدمًا. قم بتشغيل نموذج التعليمات البرمجية Blink_IR_Leds.ino

إن مصابيح LED للأشعة تحت الحمراء غير مرئية للعين البشرية ولكن العديد من الهواتف والكاميرات تسمح لك برؤية مصابيح LED بالأشعة تحت الحمراء. انظر الصورة. (لسوء الحظ ، تحتوي معظم أجهزة iPhone على مرشحات الأشعة تحت الحمراء ، لذا جرب هاتفًا آخر حتى ترى مصابيح الأشعة تحت الحمراء). هذه الخطوة مهمة جدًا لذا تأكد من أنه يمكنك رؤية جميع مصابيح LED.

تبدو المصابيح جيدة؟ إذا لم تكن هناك مصابيح LED تومض؟ تحقق للتأكد من أن لديك 3.3 فولت على رأس الدبوس 3.3 فولت. إذا كان واحد أو اثنين من مصابيح LED خارجًا ، فقم بإعادة تدفق دبابيسك و / أو استبدل مصابيح LED حتى تحصل على وميض 100٪ من مصابيح LED معًا. مصابيح LED جيدة ، ورائعة ، ثم اختبر سجلات التحول باستخدام نموذج الكود test_shift_registers.ino

استخدم قطعة ورق بيضاء لتشغيل المستشعرات. إذا كانت بعض المستشعرات لا تعمل ، فتحقق من دبابيسك ، وقم بتسخينها وإعادة تدفق اللحام على المسامير حسب الحاجة.

الخطوة 6: التجميع النهائي

قم بإنهاء التجميع بمجرد اختبار جميع أجهزة الاستشعار. قم بتثبيت الرؤوس التي تربط PCB العلوي بلوحة PCB السفلية. !

حسنًا ، بمجرد اختبار كل شيء ، يمكنك لحام هذه القافزات…. يؤدي لحام وصلات العبور الـ 24 إلى زيادة مدى رمي مستشعرات الأشعة تحت الحمراء عن طريق زيادة الجهد الأمامي والتيار في الصمام. هذا جيد إذا أبقينا مصابيح LED قيد التشغيل لأقل من 100 دولار. هذا موصوف في ورقة البيانات.

تم توفير نصين ، كلاهما test_shift_registers.ino و bee_counting.ino يلبيان هذا المطلب فقط عن طريق تشغيل مصابيح LED لـ 75us. يظهر هذا في السطر 68 (سجل التحول) والسطر 158 (bee_counting). بعد وقت التشغيل ، هناك تأخير من 15 إلى 20 مللي ثانية تقريبًا قبل تشغيلها مرة أخرى مما يحافظ على عمر LED.

جندى كل لاعبا الـ 24.

الخطوة 7: Pinouts Dual Footprint Micro Controller Pinouts

تقبل لوحة الدوائر المطبوعة نوعين من وحدات التحكم الدقيقة من Adafruit. وحدات التحكم الدقيقة من نوع Adafruit Feather وأجهزة التحكم الدقيقة Adafruit ItsyBitsy. يشمل ريش Adafruit ميزات wifi وراديو بعيد المدى (* esp8266 و esp32 و LoRA). يجب أن تعمل جميع طرازات ItsyBitsy 3V (M0 و M4 و 32u4) بشكل جيد.

لسوء الحظ ، فإن سجلات التحويل التي نستخدمها (أكثر شرائح تسجيل الإزاحة شيوعًا!) ليست أجهزة SPI كاملة ولن تشارك SPI مع الأجهزة الأخرى.. إنها مثل أسوأ أجهزة SPI! … لذلك بعض اللوحات مثل Adalogger أو LoRa فقط لن يعمل من خارج منطقة الجزاء. لا يزال بإمكانك القيام بذلك عن طريق قطع بعض الآثار وتصحيح خطوط SPI لتحرير خطوط SPI وربط مؤشر SPI بسجلات التحول ، لكن من الصعب بعض الشيء شرح ذلك في تعليمات.

جهاز SPI

رمز المثال مكتوب لـ Feather ESP32 و itsybitsy M0 / M4 ولكن يجب أن يعمل بشكل جيد مع الآخرين. يتم استخدام دبابيس SPI للأجهزة لكل من: MISO & SCK.

Pin A5 على كل من ESP32 و itsyBitsy هو Shift Register LOAD * Pin A5 غير موجود على ESP8266. إذا كنت تستخدم هذه اللوحة ، فأنت بحاجة إلى الانتقال إلى دبوس آخر (لنقل أن دبوس RX مجاني)

Mosfets السلطة

يتم توصيل اثنين من المسامير بمصادر الطاقة التي تقود مصابيح LED للأشعة تحت الحمراء

• دبابيس الريش

  • دبوس 15 للبوابات 0-11
  • دبوس 33 للبوابات 12-23

• دبابيس ItsyBitsy

  • دبوس 10 للبوابات 0-11
  • دبوس 11 للبوابات 12-23

دبابيس اضافية

توجد أطراف لولبية (خضراء) لتوصيل مستشعرات إضافية بمسامير i2C (SDA و SCL) وهناك أيضًا دبوس تناظري A4 متصل بأحد أطراف التوصيل اللولبية.

الخطوة 8: كود اردوينو

هناك ثلاثة نصوص اردوينو مرفقة.

• Blink_IR_leds.ino - تُستخدم لفحص عمل LED بصريًا
• test_shift_registers.ino - تُستخدم لاختبار المستشعرات وظيفيًا
• bee_counting.ino - يستخدم لعد النحل!

تحذير

يؤدي لحام وصلات العبور الـ 24 إلى زيادة مدى رمي مستشعرات الأشعة تحت الحمراء عن طريق زيادة الجهد الأمامي والتيار في مؤشر LED. هذا جيد إذا احتفظنا بمصابيح LED قيد التشغيل بأقل من 100 دولار.

يوجد نصان أعلاه ، كلاهما test_shift_registers.ino و bee_counting.ino يفيان بهذا المطلب فقط من خلال تشغيل مصابيح LED لـ 75us. يظهر هذا في السطر 68 (سجل التحول) والسطر 158 (bee_counting).

معايرة عداد النحل

لقد التقطت بعض البيانات المذهلة على مر السنين. من الممكن معايرة عداد النحل لتحقيق التكرار المطلوب. هناك طرق مختلفة لمعايرة عداد النحل اعتمادًا على التأثير المطلوب. تتمثل إحدى الطرق في قياس سرعة حركة النحل وإحصاء الحركات المعروفة فقط والتخلص من جميع المحفزات الكاذبة. تفتقد هذه الطريقة للكثير من النحل ولكن يمكن أن تعطي قيمًا متسقة. يستغرق النحلة حوالي 180-350 مللي ثانية لاجتياز منطقة المستشعر.

يقيس رمز المثال bee_counting.ino سرعة النحل من خلال المستشعر ويقيس عدد النحل الذي يتحرك أسرع من 650 مللي ثانية ويتطلب الوقت بين الانتهاء من مستشعر واحد والانتهاء من المستشعر الثاني أقل من 150 مللي ثانية.

تتضمن بعض العوائق التي يجب معايرتها ما يلي:

• على الرغم من أن النحل لا يضيف دنجًا إلى المستشعرات ، إلا أنه سيقضي عدة أيام في ملء الفراغات بالبروبوليس عند التثبيت الأولي
• اللحية في أمسيات الصيف ونحل الحراسة العامة يفكر في إعطاء محفزات كاذبة
• ضوء الشمس المباشر بزاوية منخفضة سيؤدي إلى تشغيل مستشعرات بشكل خاطئ (يمكن تخفيف ذلك بسهولة)

الخطوة 9: فاتورة المواد

مايكرو تحكم

تم اختبار الكود باستخدام الريشة esp32 Huzzah و itsyBitsy M0 ولكنها ستعمل مع كل هذه اللوحات.

• حوزة ريشة من الفأر
• ريشة esp8266 من موسر
• ريشة LoRa 900 ميجا هرتز من الفأرة
• ItsyBitsy M0 من الماوس
• ItsyBitsy M4 من الماوس

لوحة الدوائر المطبوعة من JLCPCB ~ 16-25 دولارًا أمريكيًا مع الشحن.

اطلب ثنائي الفينيل متعدد الكلور الأسود. انظر تعليمات طلب PCB.

قطع غيار و قطع

هنا ملخص قائمة التسعير من الماوس. انظر الأسعار البديلة أدناه للحصول على خيارات أرخص خاصة لأجهزة استشعار الانعكاس.

QRE1113 مجسات عاكسة الكمية (48)

6 رؤوس أنثوية بارتفاع 7 مم ، تباعد 0.1 بوصة ، الكمية (~ 36)

مقاومات 22 أوم ، بحافلات ، الكمية (4) SIP مغلفة ، 9 مقاومات ، 10 دبابيس

مقاومات 100 كيلو أوم بحافلات ، الكمية (6) SIP-9 ، 8 مقاومات ، 9 دبابيس

سجلات التحول ، الكمية (6) 74HC165

3.3V Regulator (الإدخال ، الأرضي ، الإخراج - IGO ، pinout) ، الكمية (1)

المحطات اللولبية اثنين من دبوس ، 0.1 ، الكمية (3)

0.1 مكثف سيراميك فائق التوهج ، من خلال الفتحة ، الكمية (6)

1 مكثف سيراميك فائق التوهج ، من خلال الفتحة ، الكمية (1)

560 فائق التوهج ، 6.3 فولت مكثف منخفض esr ، تباعد 3.5 مم بين الرصاص ، قطر 8 مم

N- قناة Mosfet FQP30N06 ، الكمية (2)

10 كيلو مقاومات عدد (4) عام 1/4 واط

رؤوس الذكور 6 دبوس ، ~ الكمية (32) أو … 12 سنًا الكمية (17) وتفكك حسب الحاجة

التسعير البديل من الموزع الصيني LCSC

أشار أحدهم إلى بعض الأسعار البديلة التي يمكن أن تخفض التكلفة حقًا.

• أجهزة استشعار الانعكاس ITR8307 ~ 0.13 دولار / لكل كمية (48) (مثل QRE1113)
• 6 رؤوس أنثوية بارتفاع 8.5 ملم. ~ 0.05 USD / لكل الكمية (36+)
• 22 أوم SIP 8 المقاوم ، 9 دبوس ، سوف يصلح. 0.44 دولار للكمية (4)
• مقاومات SIP 100k 8 المقاوم ، 9pin ، سوف تناسبها. 0.44 دولار للكمية (6)

الخطوة 10: طلب لوحة الدوائر المطبوعة

هناك الكثير من مصنعي ثنائي الفينيل متعدد الكلور للاختيار من بينها. تظهر هذه التعليمات JLCPCB. أنت بحاجة إلى شركة تصنيع يمكنها صنع مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور سوداء. يجب أن تشير مصابيح LED / أجهزة الاستشعار بالأشعة تحت الحمراء إلى سطح أسود لمنع المشغلات الكاذبة ، لذلك يجب أن يكون ثنائي الفينيل متعدد الكلور السفلي أسود. الحد الأدنى من JLCPCB هو (5) ألواح كمية وستحتاج إلى لوحين لتقطيعهما معًا لإكمال عداد نحل واحد.

1. قم بتنزيل الريبو بالكامل … اضغط على الزر الأخضر الكبير الذي يقول "استنساخ أو تنزيل" github … انتقل إلى ملف "gerbers.zip" ضمن مجلد PCB.

2. اذهب إلى JLCPCB.com ، وأنشئ حسابًا وانقر على زر الطلب الآن.

3. انقر فوق "إضافة ملف جربر" وقم بتحميل الملفات المضغوطة

4. حدد "أسود" كلون ثنائي الفينيل متعدد الكلور. أيضًا بالنسبة إلى "إزالة رقم الطلب" ، حدد "نعم"

تبلغ التكلفة حوالي 8 دولارات للطلب الأدنى للكمية (5) ثنائي الفينيل متعدد الكلور بالإضافة إلى 9-16 دولارًا للشحن اعتمادًا على الطريقة.

الجائزة الثانية في تحدي تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور