Ne, nejedná se o komerční nabídku, jedná se o náklady na systémové komponenty, které si můžete po přečtení článku sestavit.
Trochu pozadí:
Před časem jsem se rozhodl pořídit si včely a ty se objevily ... na celou sezónu, ale zimování neopustily.
A to i přesto, že se zdálo, že dělá všechno správně - podzimní doplňková jídla, zahřívání před chladem.
Úl byl klasický dřevěný systém "Dadan" na 10 rámků ze 40mm desky.
Ale v té zimě kvůli teplotním výkyvům ztratili i zkušení včelaři mnohem víc než obvykle.
Tak vznikla myšlenka systému sledování zdraví včelstev.
Po publikování několika článků o Habrovi a diskuzi na fóru včelařů jsem se rozhodl přejít od jednoduchého ke složitému.
Hmotnost je jediným nezpochybnitelným parametrem, ale zpravidla stávající systémy sledují pouze jeden „referenční“ úl.
Pokud se s tím něco pokazí (například odchod roje, nemoc včel), pak se ukazatele stávají irelevantními.
Proto bylo rozhodnuto sledovat změnu hmotnosti tří úlů najednou jedním mikrokontrolérem a poté přidat další „dobroty“.
Díky tomu jsme získali autonomní systém s provozní dobou asi měsíc na jedno nabití baterie 18650 a zasíláním statistik jednou denně.
Návrh jsem se snažil co nejvíce zjednodušit, aby se dal zopakovat i bez schémat, z jedné fotografie.
Logika činnosti je následující: při prvním spuštění/resetu se hodnoty čidel instalovaných pod úly uloží do EEPROM.
Dále se systém každý den po západu slunce „probudí“, přečte naměřené hodnoty a odešle SMS se změnou hmotnosti za den a od okamžiku, kdy byl zapnut.
Kromě toho se přenáší hodnota napětí baterie a při jejím poklesu na 3.5 V se zobrazí varování o nutnosti nabíjení, protože pod 3.4 V se komunikační modul nezapne a údaje o hmotnosti již „plovoucí“. pryč".
„Pamatuješ si, jak to všechno začalo. Všechno bylo poprvé a znovu.
Ano, byla to taková sada "železa", která původně, sice do finální verze přežila jen tenzometry a dráty, ale nejdřív.
Ve skutečnosti kabelový záliv není potřeba, jen se ukázalo, že má stejnou cenu jako 30m rovně.
Pokud se nebojíte demontáže 3 smd-LED a půl sta bodů klasického (výstupního) pájení, pak do toho!
Potřebujeme tedy následující sadu zařízení / materiálů:
- Arduino Pro Mini 3V
Pozor si dejte na čip lineárního převodníku - měl by být přesně 3.3V - na čipu označení KB 33 / LB 33 / DE A10 - něco se mnou podělali Číňané a celá várka
desky v obchodě se ukázaly být s 5voltovými regulátory a quartz na 16MHz. - USB-Ttl na čipu CH340 - je možné i 5 voltů, ale pak během firmwaru mikrokontroléru bude nutné Arduino odpojit od GSM modulu, aby nedošlo k jeho spálení.
Desky založené na čipu PL2303 nefungují pod Windows 10. - GSM komunikační modul Goouu Tech IOT GA-6-B nebo AI-THINKER A-6 Mini.
Proč jste se tam zastavil? Neoway M590 - konstruktor, který vyžaduje samostatné tanečky s tamburínami, GSM SIM800L - se nelíbila nestandardní 2.8V logická úroveň, která vyžaduje koordinaci i s třívoltovým arduinem.
Navíc řešení od AiThinker má minimální spotřebu (při odesílání SMS jsem neviděl proud nad 100mA). - Anténa GSM GPRS 3DBI (na fotografii výše - obdélníkový šátek s "ocáskem", v 9 hodin)
- Startovací balíček pro operátora s dobrým pokrytím v místě vašeho včelína.
Ano, balíček je nutné nejprve aktivovat v běžném telefonu, na vstupu VYPNOUT ŽÁDOST O PIN a dobít účet.
Nyní existuje mnoho možností s názvy jako „Sensor“, „IoT“ – mají o něco nižší měsíční poplatek. - drátěný dupont 20cm samice-samice — 3 ks. (pro připojení Arduina k USB-TTL)
- 3 ks. HX711 - ADC pro váhy
- 6 snímačů zatížení pro hmotnost do 50 kg
- 15 metrů 4vodičového telefonního kabelu - pro připojení váhových modulů s ARDUINO.
- Fotorezistor GL5528 (přesně to důležité, s tmavým odporem 1MΩ a světelným odporem 10-20kΩ) a dvěma konvenčními 20k odpory
- Kus oboustranné "tlusté" pásky 18x18mm - pro připevnění arduina ke komunikačnímu modulu.
- Držák baterie 18650 a vlastně i samotná baterie ~ 2600mAh.
- Trocha vosku nebo parafínu (aroma lampa svíčka-tableta) - pro ochranu proti vlhkosti HX711
- Kus dřevěného trámu 25x50x300mm pro základnu tenzometrů.
- Tucet samořezných šroubů s lisovací podložkou 4,2x19 mm pro připevnění senzorů k základně.
Baterii lze vzít z demontáže notebooků - mnohonásobně levnější než nový a kapacita se ukáže být mnohem větší než u čínského UltraFire - dostal jsem 1500 proti 450 (to je za ohnivých 6800 😉
Kromě toho budete potřebovat nekřivé ruce, páječku EPSN-25, kalafunu a pájku POS-60.
Před 5 lety jsem použil sovětskou páječku s měděným bodcem (pájecí stanice mi nefungovaly - vzal jsem to na zkušební jízdu a dokončil jsem obvod pomocí EPSN).
Ale po jeho neúspěchu a několika čínských monstrózních falešných (d) stromech se ten druhý jmenoval Sparta - věc stejně drsná jako jméno, přestala
na výrobku s termostatem.
Tak pojďme!
Pro začátek odpájíme dvě LED z GSM modulu (místo, kde byly zakroužkovány v oranžovém oválu)
SIM kartu s kontaktními ploškami vložíme k plošnému spoji, zkosený roh na fotografii je označen šipkou.
Poté provedeme podobný postup s LED na desce Arduino (ovál vlevo od čtvercového čipu),
Hřeben zapájíme do čtyř kontaktů (1),
Vezmeme dva 20k odpory, zkroutíme vodiče na jedné straně, zapájíme závit do otvoru kontaktu A5, zbývající vodiče v RAW a GND arduina (2),
Nožičky fotorezistoru zkrátíme na 10mm a připájeme na piny GND a D2 desky (3).
Nyní je čas na modrou elektrickou pásku oboustranné pásky - nalepíme ji na držák SIM karty komunikačního modulu a nahoře - arduino - červené (stříbrné) tlačítko směřuje k nám a je nad SIM kartou.
Napájení: plus z kondenzátoru komunikačního modulu (4) připájeme na RAW arduino pin.
Faktem je, že samotný komunikační modul vyžaduje pro své napájení 3.4-4.2 V a jeho PWR kontakt je připojen k redukčnímu převodníku, takže pro práci z li-ion musí být přiváděno napětí obcházející tuto část obvodu.
V arduinu naopak dodáváme energii přes lineární měnič - při nízkém odběru proudu je pokles napětí 0.1V.
Ale přivedením stabilizovaného napětí na moduly HX711 se zbavíme nutnosti je upravovat na nižší napětí (a zároveň od zvyšujícího se šumu v důsledku této operace).
Poté připájeme propojky (5) mezi kontakty PWR-A1, URX-D4 a UTX-D5, zem GND-G (6) a nakonec napájení z držáku baterie 18650 (7), připojíme anténu (8 ).
Nyní vezmeme převodník USB-TTL a připojíme kontakty RXD-TXD a TXD-RXD, GND-GND pomocí vodičů Dupont k ARDUINO (hřeben 1):
Výše uvedená fotografie ukazuje první verzi (ze tří) systému, který byl použit pro ladění.
A nyní na chvíli odbočíme od páječky a přejdeme k softwarové části.
Popíšu sekvenci akcí pro Windows:
Nejprve si musíte stáhnout a nainstalovat/rozbalit program - aktuální verze je 1.8.9, ale já používám 1.6.4
Pro jednoduchost rozbalíme archiv do složky C: arduino-"číslo_vaše_verze", uvnitř budeme mít /dist, ovladače, příklady, hardware, java, lib, knihovny, reference, složky nástrojů a také spustitelný soubor arduina (mezi ostatními).
Nyní potřebujeme knihovnu pro práci s ADC - zelené tlačítko "klonovat nebo stáhnout" - stáhnout ZIP.
Obsah (složka HX711-master) je umístěn v adresáři knihoven C: arduino-"your_version_number"
A samozřejmě řidič pro ze stejného githubu - z rozbaleného archivu se instalace jednoduše spustí souborem SETUP.
Dobře, spusťte a nakonfigurujte program C: arduino-"číslo vaší_verze" arduino
Jdeme na položku "Nástroje" - vybereme desku "Arduino Pro nebo Pro Mini", procesor Atmega 328 3.3V 8 MHz, port - jiné číslo než systémové COM1 (objeví se po instalaci ovladače CH340 s USB-TTL adaptér připojen)
Ok, zkopírujte následující skicu (program) a vložte jej do okna Arduino IDE
char phone_no[]="+123456789012"; // Your phone number that receive SMS with counry code
#include <avr/sleep.h> // ARDUINO sleep mode library
#include <SoftwareSerial.h> // Sofrware serial library
#include "HX711.h" // HX711 lib. https://github.com/bogde/HX711
#include <EEPROM.h> // EEPROM lib.
HX711 scale0(10, 14);
HX711 scale1(11, 14);
HX711 scale2(12, 14);
#define SENSORCNT 3
HX711 *scale[SENSORCNT];
SoftwareSerial mySerial(5, 4); // Set I/O-port TXD, RXD of GSM-shield
byte pin2sleep=15; // Set powerON/OFF pin
float delta00; // delta weight from start
float delta10;
float delta20;
float delta01; // delta weight from yesterday
float delta11;
float delta21;
float raw00; //raw data from sensors on first start
float raw10;
float raw20;
float raw01; //raw data from sensors on yesterday
float raw11;
float raw21;
float raw02; //actual raw data from sensors
float raw12;
float raw22;
word calibrate0=20880; //calibration factor for each sensor
word calibrate1=20880;
word calibrate2=20880;
word daynum=0; //numbers of day after start
int notsunset=0;
boolean setZero=false;
float readVcc() { // Read battery voltage function
long result1000;
float rvcc;
result1000 = analogRead(A5);
rvcc=result1000;
rvcc=6.6*rvcc/1023;
return rvcc;
}
void setup() { // Setup part run once, at start
pinMode(13, OUTPUT); // Led pin init
pinMode(2, INPUT_PULLUP); // Set pullup voltage
Serial.begin(9600);
mySerial.begin(115200); // Open Software Serial port to work with GSM-shield
pinMode(pin2sleep, OUTPUT);// Itit ON/OFF pin for GSM
digitalWrite(pin2sleep, LOW); // Turn ON modem
delay(16000); // Wait for its boot
scale[0] = &scale0; //init scale
scale[1] = &scale1;
scale[2] = &scale2;
scale0.set_scale();
scale1.set_scale();
scale2.set_scale();
delay(200);
setZero=digitalRead(2);
if (EEPROM.read(500)==EEPROM.read(501) || setZero) // first boot/reset with hiding photoresistor
//if (setZero)
{
raw00=scale0.get_units(16); //read data from scales
raw10=scale1.get_units(16);
raw20=scale2.get_units(16);
EEPROM.put(500, raw00); //write data to eeprom
EEPROM.put(504, raw10);
EEPROM.put(508, raw20);
for (int i = 0; i <= 24; i++) { //blinking LED13 on reset/first boot
digitalWrite(13, HIGH);
delay(500);
digitalWrite(13, LOW);
delay(500);
}
}
else {
EEPROM.get(500, raw00); // read data from eeprom after battery change
EEPROM.get(504, raw10);
EEPROM.get(508, raw20);
digitalWrite(13, HIGH); // turn on LED 13 on 12sec.
delay(12000);
digitalWrite(13, LOW);
}
delay(200); // Test SMS at initial boot
//
mySerial.println("AT+CMGF=1"); // Send SMS part
delay(2000);
mySerial.print("AT+CMGS="");
mySerial.print(phone_no);
mySerial.write(0x22);
mySerial.write(0x0D); // hex equivalent of Carraige return
mySerial.write(0x0A); // hex equivalent of newline
delay(2000);
mySerial.println("INITIAL BOOT OK");
mySerial.print("V Bat= ");
mySerial.println(readVcc());
if (readVcc()<3.5) {mySerial.print("!!! CHARGE BATTERY !!!");}
delay(500);
mySerial.println (char(26));//the ASCII code of the ctrl+z is 26
delay(3000);
//
raw02=raw00;
raw12=raw10;
raw22=raw20;
//scale0.power_down(); //power down all scales
//scale1.power_down();
//scale2.power_down();
}
void loop() {
attachInterrupt(0, NULL , RISING); // Interrupt on high lewel
set_sleep_mode(SLEEP_MODE_PWR_DOWN); //Set ARDUINO sleep mode
digitalWrite(pin2sleep, HIGH); // Turn OFF GSM-shield
delay(2200);
digitalWrite(pin2sleep, LOW); // Turn OFF GSM-shield
delay(2200);
digitalWrite(pin2sleep, HIGH);
digitalWrite(13, LOW);
scale0.power_down(); //power down all scales
scale1.power_down();
scale2.power_down();
delay(90000);
sleep_mode(); // Go to sleep
detachInterrupt(digitalPinToInterrupt(0)); // turn off external interrupt
notsunset=0;
for (int i=0; i <= 250; i++){
if ( !digitalRead(2) ){ notsunset++; } //is a really sunset now? you shure?
delay(360);
}
if ( notsunset==0 )
{
digitalWrite(13, HIGH);
digitalWrite(pin2sleep, LOW); // Turn-ON GSM-shield
scale0.power_up(); //power up all scales
scale1.power_up();
scale2.power_up();
raw01=raw02;
raw11=raw12;
raw21=raw22;
raw02=scale0.get_units(16); //read data from scales
raw12=scale1.get_units(16);
raw22=scale2.get_units(16);
daynum++;
delta00=(raw02-raw00)/calibrate0; // calculate weight changes
delta01=(raw02-raw01)/calibrate0;
delta10=(raw12-raw10)/calibrate1;
delta11=(raw12-raw11)/calibrate1;
delta20=(raw22-raw20)/calibrate2;
delta21=(raw22-raw21)/calibrate2;
delay(16000);
mySerial.println("AT+CMGF=1"); // Send SMS part
delay(2000);
mySerial.print("AT+CMGS="");
mySerial.print(phone_no);
mySerial.write(0x22);
mySerial.write(0x0D); // hex equivalent of Carraige return
mySerial.write(0x0A); // hex equivalent of newline
delay(2000);
mySerial.print("Turn ");
mySerial.println(daynum);
mySerial.print("Hive1 ");
mySerial.print(delta01);
mySerial.print(" ");
mySerial.println(delta00);
mySerial.print("Hive2 ");
mySerial.print(delta11);
mySerial.print(" ");
mySerial.println(delta10);
mySerial.print("Hive3 ");
mySerial.print(delta21);
mySerial.print(" ");
mySerial.println(delta20);
mySerial.print("V Bat= ");
mySerial.println(readVcc());
if (readVcc()<3.5) {mySerial.print("!!! CHARGE BATTERY !!!");}
delay(500);
mySerial.println (char(26));//the ASCII code of the ctrl+z is 26
delay(3000);
}
}
V prvním řádku v uvozovkách char phone_no[]="+123456789012"; - místo 123456789012 uvedeme naše telefonní číslo s předvolbou země, na kterou bude SMS odeslána.
Nyní stiskneme zaškrtávací tlačítko (nad číslem jedna na snímku obrazovky výše) - pokud je níže (pod třemi na obrazovce) „Kompilace je dokončena“ - pak můžeme mikrokontrolér flashnout.
Takže, USB-TTL je připojeno k ARDUINO a počítači, do držáku vložíme nabitou baterii (obvykle na novém arduinu začne LED blikat s frekvencí jednou za sekundu).
Nyní firmware - trénujeme stisknutí červeného (stříbrného) tlačítka mikrokontroléru - to bude muset být provedeno přísně v určitém okamžiku !!!
Jíst? Klikněte na tlačítko "Nahrát" (nad dvěma na snímku obrazovky) a pozorně se podívejte na řádek ve spodní části rozhraní (pod třemi na obrazovce).
Jakmile je nápis „compilation“ nahrazen „loading“ – stiskněte červené tlačítko (reset) – pokud je vše v pořádku – kontrolky na USB-TTL adaptéru vesele blikají a ve spodní části rozhraní nápis „Loaded "
Nyní, zatímco čekáme na příchod testovací SMS na telefon, vám řeknu, jak program funguje:
Na fotografii - druhá verze ladicího stojanu.
Při prvním zapnutí systém zkontroluje bajty číslo 500 a 501 EEPROM, pokud jsou stejné, pak se kalibrační data nezapisují a algoritmus pokračuje do sekce nastavení.
Totéž se stane, pokud je fotorezistor po zapnutí zastíněn (víčkem pera) - je aktivován režim resetování.
Siloměry by již měly být instalovány pod úly, protože jednoduše zafixujeme počáteční úroveň nuly a poté změříme změnu hmotnosti (teď to budou jen nuly, protože jsme ještě nic nepřipojili).
Současně bude na Arduinu blikat vestavěná LED pinu 13.
Pokud nedojde k resetu, LED se rozsvítí na 12 sekund.
Poté je odeslána testovací SMS se zprávou „INITIAL BOOT OK“ a napětím baterie.
Komunikační modul se vypne a po 3 minutách deska Arduino uvede desky HX711 ADC do režimu spánku a sama usne.
Takové zpoždění se dělá proto, aby nebyly zachyceny svozy z funkčního GSM modulu (po vypnutí nějakou dobu „fonuje“).
Dále máme na druhém pinu přerušení fotosenzoru (pozitivní pullup je povolen s funkcí pullup).
Zároveň po dalších 3 minutách provozu je zkontrolován stav fotorezistoru - pro vyloučení opakovaných / falešných poplachů.
Výmluvně, bez jakýchkoli úprav, systém funguje 10 minut po astronomickém západu slunce za oblačného počasí a 20 minut později za jasného počasí.
Ano, aby se systém neresetoval při každém zapnutí, musí být připojen alespoň první modul HX711 (piny DT-D10, SCK-A0)
Poté se odečítají snímače zatížení, z předchozí operace se vypočítá změna hmotnosti (první číslo v řádku za Úlem) a od prvního zařazení se zkontroluje napětí baterie a tato informace se odešle ve tvaru SMS:
Mimochodem, přišla vám SMS? Gratulujeme! Jsme uprostřed cesty! Baterii lze z držáku ještě vyjmout, počítač dále potřebovat nebudeme.
Mimochodem, řídící centrum mise se ukázalo být tak skladné, že se vejde do sklenice od majonézy, v mém případě se perfektně vešla průsvitná krabička o velikosti 30x60x100mm (od vizitek).
Ano, uspávací systém má spotřebu ~2.3mA - 90% kvůli komunikačnímu modulu - nevypne se úplně, ale přejde do pohotovostního režimu.
Pokračujeme k výrobě senzorů, pro začátek se dotkněme rozložení senzorů:
Toto je plán úlu - pohled shora.
Klasicky jsou v rozích instalovány 4 senzory (1,2,3,4)
Budeme měřit jinak. Nebo spíše ještě třetím způsobem. Protože kluci z BroodMinder to dělají jinak:
V tomto provedení jsou snímače instalovány na pozicích 1 a 2, body 3,4 a XNUMX spočívají na nosníku.
Senzory pak představují pouze polovinu hmotnosti.
Ano, tato metoda je méně přesná, ale stále je těžké si představit, že včely postavily všechny rámky s „jazyky“ plástů podél jedné stěny úlu.
Navrhuji tedy obecně zredukovat čidla na bod 5 - pak není potřeba systém stínit a při použití světelných úlů si vystačíte s jedním čidlem vůbec.
Obecně byly na HX711 testovány dva typy modulů, dva typy snímačů a dvě možnosti jejich zapojení - s plným Wheatstoneovým můstkem (2 snímače) a s polovičním, kdy je druhá část doplněna o 1k rezistory s tolerance 0.1 %.
Poslední zmíněný způsob je ale nežádoucí a nedoporučují jej ani výrobci snímačů, proto popíšu pouze první.
Na jeden úl tedy nainstalujeme dva siloměry a jeden modul HX711, schéma zapojení je následující:
Od desky ADC k arduinu vede 5 metrů 4žilového telefonního kabelu - .
Obecně na senzorech necháme „ocasy“ po 8 cm, vyčistíme kroucenou dvojlinku a vše rozpájíme jako na fotografii výše.
Před zahájením tesařské práce dejte vosk/parafín do vhodné nádoby, aby se rozpustil ve vodní lázni.
Nyní vezmeme naše dřevo a rozdělíme ho na tři segmenty po 100 mm
Dále označíme podélnou drážku 25 mm širokou, 7-8 mm hlubokou, pomocí pilky a dláta odstraníme přebytek - měl by vyjít profil ve tvaru U.
Zahřál se vosk? - tam ponoříme naše desky ADC - to je ochrání před vlhkostí / mlhou:
Vše položíme na dřevěný podklad (je nutné ošetřit antiseptikem z rozkladu):
A nakonec senzory upevníme samořeznými šrouby:
Byla tu ještě jedna možnost s modrou elektrickou páskou, ale tu z lidskosti neuvádím 😉
Ze strany Arduina proveďte následující:
Čistíme si telefonní kabely, kroutíme barevné dráty k sobě, hrajeme si triky.
Poté připájejte kontakty desky jako na fotografii:
To je vše, nyní pro závěrečnou kontrolu vložíme senzory do sektorů kruhu, nahoře - kus překližky, resetujeme ovladač (na fotodiodu nasadíme baterii s krytem pera).
Zároveň by měla blikat LED na arduinu a měla by přijít testovací SMS.
Poté sejmeme uzávěr z fotobuňky a jdeme nabrat vodu do 1.5litrové plastové láhve.
Láhev položíme na překližku a pokud již uběhlo několik minut od zapnutí, nasadíme uzávěr zpět na fotoodpor (simulujeme západ slunce).
Po třech minutách se LED na arduinu rozsvítí a měli byste obdržet SMS s hodnotami hmotnosti asi 1 kg ve všech polohách.
Gratulujeme! systém byl úspěšně sestaven!
Pokud nyní přinutíme systém znovu pracovat, pak se v prvním sloupci váhy získají nuly.
Ano, v reálných podmínkách je žádoucí orientovat fotorezistor svisle nahoru.
Nyní dám krátký návod k použití:
- Nainstalujte siloměry pod zadní stěny úlů (pod přední nahraďte trám / desku o tloušťce ~ 30 mm)
- Zastíňte fotorezistor a vložte baterii - LED by měla blikat a přijde testovací SMS s textem "INITIAL BOOT OK"
- Centrální jednotku umístěte do maximální vzdálenosti od úlů a tak, aby drátky nepřekážely při práci se včelami.
Každý večer po západu slunce přijde SMS se změnou hmotnosti za den a od spuštění.
Když napětí baterie dosáhne 3.5V, SMS skončí řádkem “!!! NABÍJTE BATERII!!!"
Provozní doba z jedné baterie s kapacitou 2600mAh je zhruba měsíc.
V případě výměny baterie se denní změny hmotnosti úlů neukládají do paměti.
Co bude dál?
- Zjistěte, jak to vše zařídit v projektu pro github
- Mít 3 včelstva v úlech systému Palivoda (nebo rohatá v lidech)
- Přidejte "buchty" - měření vlhkosti, teploty a hlavně - rozbor bzučení včel.
To je zatím vše, srdečně váš, elektrický včelař Andrey
Zdroj: www.habr.com