Easy Bie Counter: 10 қадам (суреттермен)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-30 10:23

2019 Easy Bee Counter V.1

Сұрақтар мен мәселелер бойынша !! Оларды github сайтына осында орналастырыңыз!

Ара есептегішінің бұл нұсқасы дәнекерлеуге және жинауға оңай (барлығы тесік арқылы). Ол тестіленді және берілген кодпен жұмыс істейді*.

Қазіргі тексерілген дизайнды бағдарламалау оңай және жаңадан бастаушы бағдарламашыларға қол жетімді. Баспа платасы Adafruit шығарған көптеген Arduino платформаларын қабылдайды, оның ішінде Adafruit Feather типті микроконтроллерлер мен Adafruit ItsyBitsy микроконтроллерлері. Adafruit қауырсындары Wi -Fi мен ұзақ радиоларды қамтиды (esp8266*, esp32 және LoRA). ItsyBitsy 3V барлық модельдері (M0, M4 және 32u4) жақсы жұмыс істеуі керек.

*Esp8266 қауырсынында A5 жоқ. Егер сіз бұл uController -ді қолдансаңыз, басқа қол жетімді түйреуішке өтуіңіз керек.

1 -қадам: Деректерді талдау - неге араларды санау керек?

Мүмкін болатын қолданыстар

• ара ұшуларының кеңеюі немесе төмендеуі қараның денсаулығын көрсетуі мүмкін
• бағдарлы рейстердің бірнеше күн ішінде кеңеюі немесе төмендеуі патшайымның денсаулығын көрсетуі мүмкін
• кететін және қайтатын аралардың шыңдары арасындағы уақыт ауысымы жемшөпшілердің санын және тозаң/нектар көзіне дейінгі қашықтықты көрсетуі мүмкін.

• манипуляцияларды тексеру үшін екі немесе қозғалатын ульяны салыстыру; сияқты,

  • балдан жасалған суптарды қосу/алып тастау
  • қант шәрбатының ішкі қоректенуі
  • оксал қышқылы кенелерін емдеу
• электроникаға, дәнекерлеуге және микроконтроллерлік бағдарламалауға кіріспе
• бал арасы немесе мұражай түріндегі қондырғы

Ұрпақ денсаулығы

Ара ұшу деректері мен бағдарлы ұшуларды ұяның денсаулығына немесе патшайымның денсаулығына теңестіру мүмкін сияқты. Бағдарлы ұшулар - шамамен 20 күндік «орта жастағы» аралардың әрекеті. Бұл жастағы аралар жем жинамас бұрын, күннің ортасында топтан шығып кетеді, нәтижесінде деректердің шыңы ~ 45 мин.

Егер бағдарлы ұшулардың төмендеуі байқалса, бұл жұмыртқаның 42 күн бұрын (22 күндік люктік + жемшөпке дейін 20 күн) төмендеуін көрсетуі мүмкін.

Азық -түлік арақашықтығы

Деректерден аралар арасындағы және кіші айырмашылықтарды көруге болады. Бұл кетіп бара жатқан және қайтып келе жатқан аралардың көлемін, сондай -ақ қоректенетін жерге дейінгі қашықтықты немесе уақытты көрсетеді.

2 -қадам: алдыңғы дизайнды жақсарту

• Оңай дәнекерлеуге арналған барлық тесік компоненттері
• Қос ізді, розеткалы, дайын емес uControllers => Қауырсын мен ItsyBitsy
• Arduino, Lua және microPython бағдарламалары - барлығы 24 қақпа, 48 сенсор, 6 ауысымдық регистр
• ~ 14.75 дюймдік люстра ұясының барлық ашылуын ұзын созу оңай орналастыру үшін
• сэндвич жасау үшін 2 ПХД қолдану - арзан жылдам шешім. ПХД қара реңкте болуы керек (нұсқауларды қараңыз), сондықтан жарықдиодты жарықдиодты сәуле шығарғыш материалға сіңеді.
• бұрылыс стилін немесе қақпаны жасау үшін 6 істікшелі тақырыптарды қолданыңыз
• N-Ch mosfet инфрақызыл светодиодты басқарады, сондықтан жарық диодты қысқа уақыт бойы қосулы болады (~ 75us). Қуаттың 1 мА -дан аз болуына мүмкіндік береді (плюс uController).

3 -қадам: Жалпы операция

Инфрақызыл сенсорлар

Бал араларын 24 қақпа арқылы мәжбүрлейді, онда оптикалық сенсорлар (48 датчиктер) араның бар -жоғын анықтайды және ара қозғалысының бағытын анықтайды. Әрбір оптикалық сенсорларда ИК -жарық диоды мен ИК сенсоры болады. Егер аралар болмаса, ИК сәулесі қара бетке сіңеді. Егер аралар бар болса, IR шамы араны шағылыстырады және сенсорды іске қосады.

48 светодиоды 24 жиынтығының екі жиынтығына бөлінеді, олардың әрқайсысы N-ch мосфетпен басқарылады. Әрбір ИК жарықдиодты қалыпты ілгерілеу кернеуі паспортта көрсетілгендей 1,2В және шамамен 20мА құрайды. Екі светодиод 22 Ом резистормен тізбектей қосылған. Тақтада светодиодтардың ток шектеу резисторларын айналып өтуіне мүмкіндік беретін секіргіштер бар. Өткізгішті толық сынамайынша дәнекерлемеңіз! Құрастыру нұсқауларын қараңыз.

Ауысу регистрлері

6 ауысымдық регистр бар. Мұнда ауысымдық регистрлерді қосу мен бағдарламалаудың тамаша сипаттамасы берілген. Микроконтроллердің SPI түйреуіштері ауысым регистрлерін оқиды. Барлық алты ауысымдық регистрлер бір уақытта оқылады. Сенсорлар әдетте төмен тартылады және транзистор іске қосылғанда және аралар болған кезде 3.3В немесе жоғары көрсетеді.

Қуат ПХД дизайны USB контроллерін микроконтроллерден 3.3В реттегішке қосады, осылайша микроконтроллерге қосылған USB кабелі бүкіл жобаны қуаттай алады.

4 -қадам: құрастыру бойынша нұсқаулық

Ара есептегішінің бұл нұсқасы тесік компоненттері арқылы жасалған. Дәнекерлеу және жинау оңай. Бұл 2020 жылдың наурызында аяқталған тақтаның (V1) 2 -ші нұсқасы. Егер сізде 0 нұсқасы бар тақта болса (2020 ж. Қаңтар/ақпан), сіз менің алдыңғы қателіктерімді, соның ішінде осында көрсетілген қосқыш сымды қосуды түзетуіңіз керек.

1) IR сенсорларын орнатыңыз - QRE1113 немесе ITR8307

2) qty (6) ауысымдық регистрлерді, SIP 22R жарықдиодты резисторларды және 100к тартылатын резисторларды орнатыңыз.

- Ауысым регистрлері, qty (6) 74HC165- 22 Ом резисторлары, шиналы, qty (4) SIP Пакеттік, шиналы- 100к Ом резисторлары, саны (6) SIP-9, 8 резистор, 9 түйреуіш

3) qty (2), - N -Channel Mosfet FQP30N06 қуатты мосфеттерді орнатыңыз

4) шағын конденсаторларды орнату

5) орын/дәнекерлеу 3.3В қуат реттегіші

- 3.3В реттегіш, (кіріс, жер, шығыс - IGO, түйісу), qty (1)

6) үлкен конденсаторды орнатыңыз

- 560uF, 6.3V конденсатор

7) жасыл бұрандалы терминалдарды орнатыңыз, саны (3)

- бұрандалы терминалдар Екі түйреуіш, 0,1 дюйм, саны (3)

8) микропроцессорға арналған тақырыптарды орнатады

9) qty (4) 10K резисторларын орнатыңыз (сурет дұрыс емес.. тек 2 резисторды көрсетеді) - i2c тартылатын резисторлар - электрлік мосфеттерге арналған тартылатын резисторлар

5 -қадам: Алғашқы тестілеу

ТЕСТ сенсорлары Алысқа бармас бұрын, барлық жарықдиодты/датчиктерді тексеріңіз! Оларды әрі қарай жүрместен бұрын тестілеу әлдеқайда оңай. Blink_IR_Leds.ino үлгі кодын іске қосыңыз

IR светодиоды адам көзіне көрінбейді, бірақ көптеген телефондар мен камералар ИК жарықдиодты шамдарды көруге мүмкіндік береді. Суретті қараңыз. (өкінішке орай, көптеген iPhone телефондарында инфрақызыл фильтрлер бар, сондықтан IR шамдарын көрмейінше басқа телефонды қолданып көріңіз). Бұл қадам өте маңызды, сондықтан барлық светодиодтарды көре алатындығыңызға көз жеткізіңіз.

Жарық диодтары жақсы көрінеді ме? Егер жарық диодтары жыпылықтамаса? 3.3V түйреуішінде 3.3V бар екеніне көз жеткізіңіз. Егер бір немесе екі светодиод өшіп қалса, түйреуіштерді қайта салыңыз және/немесе 100% жарық диодтары бірге жыпылықтағанша жарық диодты ауыстырыңыз. Жарық диодты шамдар жақсы, келесі, test_shift_registers.ino үлгі кодымен ауысым регистрлерін тексеріңіз

Сенсорларды іске қосу үшін ақ қағазды пайдаланыңыз. Егер кейбір сенсорлар жұмыс істемесе, түйреуіштеріңізді тексеріңіз, қажет болса, түйреуіштерді қыздырыңыз және қайта құйыңыз.

6 -қадам: Қорытынды жиналыс

Барлық датчиктер тексерілгеннен кейін құрастыруды аяқтаңыз. Үстіңгі ПХД -ны төменгі ПХД -мен байланыстыратын тақырыптарды орнатыңыз. !

Жақсы, бәрі тексерілгеннен кейін, сіз бұл секіргіштерді дәнекерлей аласыз … 24 секіргішті дәнекерлеу светодиодтағы кернеу мен токты ұлғайту арқылы ИҚ сенсорларының лақтыру диапазонын арттырады. Егер біз светодиодты 100us -тан аз уақытқа қоссақ, бұл жақсы. Бұл деректер парағында сипатталған.

Test_shift_registers.ino да, bee_counting.ino да ұсынылған екі сценарий бұл светодиоды 75us -қа қосу арқылы қанағаттандырады. Бұл 68 -жолда (ауысым регистрі) және 158 -жолда (bee_counting) көрсетілген. ҚОСУ уақытынан кейін оларды қосқанға дейін ~ 15-20 м кідіріс болады, бұл жарық диодтың қызмет ету мерзімін сақтайды.

24 секіргіштің барлығын дәнекерлеңіз.

7 -қадам: микроэлемент контроллерінің қос ізі

Баспа платасы микро контроллерлердің екі Adafruit стилін қабылдайды. Adafruit Feather типті микроконтроллерлер мен Adafruit ItsyBitsy микроконтроллерлері. Adafruit қауырсындары Wi -Fi мен ұзақ радиолардың мүмкіндіктерін қамтиды (*esp8266, esp32 және LoRA). ItsyBitsy 3V барлық модельдері (M0, M4 және 32u4) жақсы жұмыс істеуі керек.

Өкінішке орай, біз қолданатын ауысымдық регистрлер (ең танымал ауысым регистрінің чипі) SPI -дің толық қондырғылары емес және SPI -ді басқа құрылғылармен бөліспейді. Олар SPI -дің ең нашар құрылғыларына ұқсайды!… Сондықтан Adalogger немесе LoRa сияқты кейбір тақталар. тек қораптан жұмыс істемейді. Сіз мұны кейбір іздерді қысқарту және SPI желілерін бос SPI желілеріне түзету және SPI ауысым регистрлеріне битбинг жасау арқылы жасай аласыз, бірақ бұл нұсқаулықта түсіндіру қиын.

Аппараттық SPI

Мысал коды Feather ESP32 және itsybitsy M0/M4 үшін жазылған, бірақ басқалармен жақсы жұмыс істеуі керек. Аппараттық SPI түйреуіштері екеуінде де қолданылады: MISO & SCK.

A5 түйрегіші ESP32 мен itsyBitsy -де Shift Register LOAD*A5 пині ESP8266 -де жоқ. Егер сіз бұл тақтаны қолдансаңыз, сізге басқа түйреуішке секіру керек (RX штыры тегін деп айтыңыз)

Қуат қондырғылары

IR светодиодтарын басқаратын қуаттандырғыштарға екі түйреуіш қосылған

• Қауырсын түйреуіштері

  • 0-11 қақпалар үшін 15 түйреуіш
  • 12-23 қақпалар үшін 33-штырь

• ItsyBitsy түйреуіштері

  • 0-11 қақпалар үшін 10 түйреуіш
  • 12-23 қақпалар үшін 11-штырь

Қосымша түйреуіштер

I2C түйреуіштеріне (SDA және SCL) қосымша датчиктерді қосу үшін бұрандалы терминалдар (жасыл) бар. Сонымен қатар, бұрандалы терминалдардың біріне қосылған А4 аналогты түйреуіш бар.

8 -қадам: Arduino коды

Қосылған үш ардуино сценарийі бар.

• Blink_IR_leds.ino - жұмыс істейтін жарық диодтарын визуалды тексеру үшін қолданылады
• test_shift_registers.ino - датчиктерді функционалды түрде тексеру үшін қолданылады
• bee_counting.ino - араларды санау үшін қолданылады!

Ескерту

24 секіргішті дәнекерлеу светодиодтағы кернеу мен токты ұлғайту арқылы ИҚ сенсорларының лақтыру диапазонын арттырады. Егер біз светодиодты 100us -тан аз уақытқа қоссақ, бұл жақсы.

Жоғарыдағы екі сценарий, test_shift_registers.ino да, bee_counting.ino да бұл талапты қанағаттандырады, тек жарықдиодты 75us -қа қосу. Бұл 68 -жолда (ауысым регистрі) және 158 -жолда (bee_counting) көрсетілген.

Ара есептегішін калибрлеу

Мен бірнеше жылдар бойы таңғажайып деректерді жинадым. Қажетті қайталануға қол жеткізу үшін ара есептегішін калибрлеуге болады. Қажетті әсерге байланысты ара есептегішін калибрлеудің әр түрлі әдістері бар. Бір әдіс - ара қозғалысының жылдамдығын өлшеу және тек белгілі қозғалыстарды санау және барлық жалған триггерлерді лақтыру. Бұл әдіс көптеген араларды жіберіп алмайды, бірақ сәйкес мәндерді бере алады. Сенсорлық аймақты айналып өту үшін шамамен 180-350 м ара қажет.

Bee_counting.ino мысалы коды сенсор арқылы аралардың жылдамдығын өлшейді және араларды 650 мс жылдамдықпен қозғайды деп есептейді және бір датчикті аяқтау мен 2 -ші сенсорды аяқтау арасындағы уақытты 150 мс -тен аз уақытты талап етеді.

Калибрлеудегі кейбір кедергілерге мыналар жатады:

• аралар сенсорларға прополис қоспаса да, олар бастапқы қондыруда бірнеше күн бос жерлерді прополиспен толтырады
• жазда кешке сақал қою және жалпы күзетші аралар жалған триггерлер береді
• тікелей күн сәулесі төмен бұрышта жалған сенсорларды қосады (мұны оңай жеңілдетуге болады)

9 -қадам: материалдар туралы есеп

Микроконтроллер

Бұл код esp32 Huzzah және itsyBitsy M0 қауырсынымен сыналды, бірақ бұл тақталардың барлығымен жұмыс істейді.

• тышқаннан жасалған қауырсын Хузза
• тышқаннан жасалған esp8266 қауырсыны
• қауырсынды LoRa 900 мГц
• ItsyBitsy M0 тінтуірден
• ItsyBitsy M4 тінтуірден

JLCPCB баспа схемасы ~ 16-25 АҚШ доллары.

Қара түсті ПХД тапсырыс беріңіз. ПХД тапсырыс беру нұсқауларын қараңыз.

Бөлшектер мен бөліктер

Міне, Mouser -дің жиынтық бағасы. Рефлексиялық сенсорларға арналған арзан опцияларды білу үшін төмендегі балама бағаны қараңыз.

QRE1113 шағылысатын сенсорлар саны (48)

Биіктігі 7 мм, 6 дюймдік әйел тақырыптары, 0,1 дюйм аралығы, сан (~ 36)

22 Ом резисторлары, шиналы, саны (4) SIP пакеті, 9 резистор, 10 түйреуіш

100к Ом резисторлары, саны (6) SIP-9, 8 резистор, 9 түйреуіш

Ауысым регистрлері, саны (6) 74HC165

3.3В реттегіш, (кіріс, жер, шығыс - IGO, түйісу), qty (1)

бұрандалы терминалдар Екі түйреуіш, 0,1 дюйм, саны (3)

0.1 uF керамикалық конденсатор, тесік арқылы, саны (6)

1 uF керамикалық конденсатор, тесік арқылы, саны (1)

560uF, 6.3V төмен конденсатор, қорғасын аралығы 3,5 мм, диаметрі 8 мм

N-Channel Mosfet FQP30N06, саны (2)

10к резисторлар, саны (4), жалпы 1/4 ватт

ерлер тақырыптары 6 түйреуіш, ~ qty (32) немесе… 12 түйреуіш (17) және қажет болған жағдайда бөліңіз

LCSC қытайлық дистрибьюторының балама бағасы

Біреу бағаны төмендетуге болатын балама бағаны көрсетті.

• ITR8307 шағылысу сенсорлары ~ 0,13 доллар/әр @ qty (48) (QRE1113 сияқты)
• Биіктігі 8,5 мм болатын 6 істікшелі әйел басы. ~ $ 0,05/әрқайсысы @ qty (36+)
• 22 Ом SIP 8 резисторы, 9 түйреуіш, ол сәйкес болады. $ 0,44 (4)
• 100k SIP резисторлары 8 резистор, 9 істікшелі болады. $ 0,44 (6)

10 -қадам: Электрондық тақтаға баспаға тапсырыс беру

ПХД өндірушілерінің арасында таңдау бар. Бұл нұсқаулар JLCPCB көрсетеді. Сізге қара ПХД жасай алатын өндіруші қажет. IR светодиодтары/сенсорлары жалған триггерлердің алдын алу үшін қара бетке бағытталуы керек, сондықтан ПХД астыңғы жағы қара болуы керек. Ең аз JLCPCB - бұл 5 (5) тақтай және сізге бір ара есептегішті аяқтау үшін сэндвич үшін 2 тақта қажет.

1. Бүкіл репо жүктеңіз … github «клондау немесе жүктеу» деген үлкен жасыл түймені басыңыз … ПХД қалтасының астындағы «gerbers.zip» файлына өтіңіз.

2. JLCPCB.com сайтына кіріңіз, тіркелгі жасаңыз және ТІРДІ ҚАЗІР ТҰРУ түймесін басыңыз.

3. «Gerber файлын қосу» түймесін басып, қысылған файлдарды жүктеңіз

4. ПХД түсі ретінде 'Қара' таңдаңыз. Сондай -ақ, «Тапсырыс нөмірін жою» үшін ИӘ таңдаңыз

Минималды мөлшердегі (5) ПХД тапсырысы үшін шамамен $ 8, ал әдіске байланысты 9-16 доллар жөнелту.

PCB Design Challenge екінші сыйлығы