No, esta no es una oferta comercial, este es el costo de los componentes del sistema que puedes ensamblar después de leer el artículo.
Un poco de historia:
Hace un tiempo decidí conseguir abejas, y aparecieron... durante toda la temporada, pero no salieron de la cabaña de invierno.
Y esto a pesar de que parecía estar haciendo todo correctamente: alimentación complementaria de otoño, aislamiento antes del frío.
La colmena era un sistema clásico de madera “Dadan” con 10 marcos hechos de tablas de 40 mm.
Pero ese invierno, debido a los cambios de temperatura, incluso los apicultores experimentados perdieron mucho más de lo habitual.
Así surgió la idea de un sistema para controlar el estado de la colmena.
Después de publicar varios artículos sobre Habr y comunicarme en el foro de apicultores, decidí pasar de lo simple a lo complejo.
El peso es el único parámetro indiscutible, pero por regla general, los sistemas existentes monitorean sólo una colmena "de referencia".
Si algo sale mal (por ejemplo, la salida de un enjambre, una enfermedad de las abejas), los indicadores se vuelven irrelevantes.
Por lo tanto, se decidió monitorear el cambio en el peso de tres colmenas a la vez usando un microcontrolador y luego agregar otras "beneficios".
El resultado fue un sistema autónomo con una duración de funcionamiento de aproximadamente un mes con una carga de la batería 18650 y que envía estadísticas una vez al día.
Intenté simplificar el diseño lo máximo posible para que pudiera repetirse incluso sin diagramas, sólo a partir de fotografías.
La lógica de funcionamiento es la siguiente: durante el primer inicio/reinicio, las lecturas de los sensores instalados debajo de las colmenas se almacenan en EEPROM.
Luego, todos los días, después del atardecer, el sistema “se despierta”, lee las lecturas y envía un SMS con el cambio de peso del día y desde el momento en que se encendió.
Además, se transmite el valor del voltaje de la batería, y cuando cae a 3.5 V, se emite una advertencia sobre la necesidad de cargar, porque por debajo de 3.4 V el módulo de comunicación no se enciende y las lecturas de peso ya “flotan”.
"¿Recuerdas cómo empezó todo? Todo fue por primera vez y otra vez”.
Sí, este es exactamente el conjunto de hardware que había originalmente, aunque solo las galgas extensométricas y los cables sobrevivieron hasta la versión final, pero lo primero es lo primero.
De hecho, no necesitas una bobina de cable, simplemente resultó que tiene el mismo precio que una recta de 30 m.
Si no tiene miedo de desmontar 3 LED SMD y medio centenar de puntos de soldadura convencional (de salida), ¡adelante!
Entonces, necesitaremos el siguiente conjunto de equipos/materiales:
- ArduinoPro Mini 3V
Debe prestar atención al microcircuito del convertidor lineal (debe ser exactamente 3.3 V) en el chip marcado KB 33/LB 33/DE A10; mis chinos se equivocaron en algo y todo el lote
Los tableros de la tienda resultaron tener reguladores de 5 voltios y cristales de 16MHz. - USB-Ttl en un chip CH340; incluso puede usar uno de 5 voltios, pero luego, mientras parpadea el microcontrolador, será necesario desconectar el Arduino del módulo GSM para no quemar este último.
Las placas basadas en el chip PL2303 no funcionan en Windows 10. - Módulo de comunicación GSM Goouu Tech IOT GA-6-B o AI-THINKER A-6 Mini.
¿Por qué te detuviste ahí? A Neoway M590, un diseñador que requiere bailes separados con panderetas, GSM SIM800L, no le gustó el nivel lógico no estándar de 2.8 V, que requiere coordinación incluso con un Arduino de tres voltios.
Además, la solución de AiThinker tiene un consumo mínimo de energía (no vi una corriente superior a 100 mA al enviar SMS). - Antena GSM GPRS 3DBI (en la foto de arriba, una bufanda rectangular con una "cola", a las 9 en punto)
- Paquete inicial de un operador con buena cobertura en la ubicación de su apiario.
Sí, primero debes activar el paquete en un teléfono normal, DESACTIVAR LA SOLICITUD DE PIN al ingresar y recargar tu cuenta.
Ahora hay muchas opciones con nombres como "Sensor", "IoT"; tienen una tarifa de suscripción ligeramente más baja. - cable dupont 20cm hembra-hembra - 3 uds. (para conectar Arduino a USB-TTL)
- 3 piezas. HX711 - ADC para básculas
- 6 células de carga para pesos de hasta 50 kg.
- 15 metros de cable telefónico de 4 hilos - para conectar módulos de pesas a ARDUINO.
- Fotorresistor GL5528 (este es el importante, con una resistencia oscura de 1 MΩ y una resistencia luminosa de 10-20 kΩ) y dos resistencias ordinarias de 20 kΩ
- Un trozo de cinta "gruesa" de doble cara de 18x18 mm para conectar el Arduino al módulo de comunicación.
- El soporte de la batería 18650 y, de hecho, la batería en sí son ~2600mAh.
- Un poco de cera o parafina (lámpara aromática con vela y pastilla) - para proteger contra la humedad HX711
- Un trozo de viga de madera de 25x50x300mm para la base de las galgas extensométricas.
- Una docena de tornillos autorroscantes con arandela de presión de 4,2x19 mm para fijar los sensores a la base.
La batería se puede sacar del desmontaje de las computadoras portátiles; es varias veces más barata que una nueva y la capacidad será mucho mayor que la del UltraFire chino; obtuve 1500 contra 450 (esto es 6800 para el Fire 😉
Además, necesitarás manos firmes, un soldador EPSN-25, colofonia y soldadura POS-60.
Incluso hace 5 años usé un soldador soviético con punta de cobre (las estaciones de soldadura no funcionaron para mí; lo probé y terminé el circuito con un EPSN).
Pero después de su fracaso y de varias falsificaciones monstruosas chinas, esta última pasó a llamarse Esparta; algo tan severo como su nombre, dejó de existir.
en un producto con termostato.
¡Entonces vamos!
Para empezar, desoldamos dos LED del módulo GSM (el lugar donde estaban ubicados está rodeado por un óvalo naranja)
Insertamos la tarjeta SIM con las almohadillas de contacto en la placa de circuito impreso, la esquina biselada en la foto está indicada por una flecha.
Luego realizamos un procedimiento similar con el LED de la placa Arduino (óvalo a la izquierda del chip cuadrado),
Suelde el peine a cuatro contactos (1),
Tomamos dos resistencias de 20k, giramos los cables de un lado, soldamos el giro en el orificio del pin A5, los cables restantes están en RAW y GND del arduino (2),
Acortamos las patas del fotorresistor a 10mm y lo soldamos a los pines GND y D2 de la placa (3).
Ahora es el momento de la cinta aislante azul de doble cara: la pegamos en el soporte de la tarjeta SIM del módulo de comunicación, y en la parte superior, en el Arduino, hay un botón rojo (plateado) frente a nosotros y ubicado encima de la tarjeta SIM.
Soldamos la fuente de alimentación: plus del condensador del módulo de comunicación (4) al pin RAW arduino.
El hecho es que el módulo de comunicación en sí requiere 3.4-4.2 V para su fuente de alimentación, y su contacto PWR está conectado a un convertidor reductor, por lo que para funcionar con Li-ion, se debe suministrar voltaje sin pasar por esta parte del circuito.
En Arduino, por el contrario, suministramos energía a través de un convertidor lineal: con un bajo consumo de corriente, la caída de tensión es de 0.1 V.
Pero al suministrar un voltaje estabilizado a los módulos HX711, nos libramos de la necesidad de modificarlos a un voltaje más bajo (y al mismo tiempo del aumento de ruido como resultado de esta operación).
A continuación soldamos los puentes (5) entre los pines PWR-A1, URX-D4 y UTX-D5, ponemos a tierra GND-G (6) y finalmente alimentamos desde el portapilas 18650 (7), conectamos la antena (8).
Ahora tomamos un convertidor USB-TTL y conectamos los contactos RXD-TXD y TXD-RXD, GND-GND con cables Dupont a ARDUINO (peine 1):
La foto de arriba muestra la primera versión (de tres) del sistema, que se utilizó para la depuración.
Pero ahora tomaremos un descanso del soldador por un tiempo y pasaremos a la parte del software.
Describiré la secuencia de acciones para Windows:
Primero, necesitas descargar e instalar/descomprimir el programa. — la versión actual es 1.8.9, pero yo uso 1.6.4
Para simplificar, descomprimimos el archivo en la carpeta C: arduino - “your_version_number”, dentro tendremos las carpetas /dist, drivers, ejemplos, hardware, java, lib, bibliotecas, referencia, herramientas, así como el archivo ejecutable de arduino. (entre otros).
Ahora necesitamos una biblioteca para trabajar con el ADC. - botón verde "clonar o descargar" - descargar ZIP.
El contenido (carpeta HX711-master) se coloca en el directorio C:arduino-bibliotecas “your_version_number”
Y por supuesto el conductor de desde el mismo github: desde el archivo descomprimido, la instalación simplemente se inicia con el archivo SETUP.
Ok, iniciemos y configuremos el programa C:arduino-“your_version_number”arduino
Vaya al elemento "Herramientas" - seleccione la placa "Arduino Pro o Pro Mini", procesador Atmega 328 3.3V 8 MHz, puerto - un número distinto al COM1 del sistema (aparece después de instalar el controlador CH340 con un adaptador USB-TTL conectado)
Ok, copie el siguiente boceto (programa) y péguelo en la ventana del IDE de Arduino
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);
}
}
En la primera línea, entre comillas, char phone_no[]=”+123456789012″; — en lugar de 123456789012, ingrese su número de teléfono con el código del país al que se enviará el SMS.
Ahora presionamos el botón de verificación (arriba del número uno en la captura de pantalla anterior); si en la parte inferior (debajo del número tres en la pantalla) "La compilación está completa", entonces podemos actualizar el microcontrolador.
Entonces, USB-TTL está conectado a ARDUINO y a la computadora, coloque la batería cargada en el soporte (generalmente el LED en el nuevo Arduino comienza a parpadear una vez por segundo).
Ahora, para el firmware, estamos entrenando para presionar el botón rojo (plateado) del microcontrolador. ¡¡¡Esto deberá hacerse estrictamente en un momento determinado!!!
¿Comer? Haga clic en el botón "Cargar" (arriba de los dos en la captura de pantalla) y observe atentamente la línea en la parte inferior de la interfaz (debajo de los tres en la captura de pantalla).
Tan pronto como la inscripción "compilación" cambie a "descarga", presione el botón rojo (restablecer); si todo está bien, las luces del adaptador USB-TTL parpadearán alegremente y en la parte inferior de la interfaz aparecerá la inscripción "Cargado "
Ahora, mientras esperamos que llegue el SMS de prueba al teléfono, os cuento cómo funciona el programa:
La foto muestra la segunda versión del soporte de depuración.
Cuando se enciende por primera vez, el sistema verifica los bytes número 500 y 501 de la EEPROM; si son iguales, entonces los datos de calibración no se registran y el algoritmo pasa a la sección de configuración.
Lo mismo sucede si, cuando se enciende, el fotorresistor está sombreado (con la tapa de un bolígrafo): se activa el modo de reinicio.
Las células de carga ya deberían estar instaladas debajo de las colmenas, ya que simplemente fijamos el nivel cero inicial y luego medimos el cambio de peso (ahora los ceros simplemente vendrán, ya que aún no hemos conectado nada).
Al mismo tiempo, el LED incorporado del pin 13 comenzará a parpadear en el Arduino.
Si no se produce un reinicio, el LED se enciende durante 12 segundos.
Después de esto, se envía un SMS de prueba con el mensaje “INITIAL BOOT OK” y el voltaje de la batería.
El módulo de comunicación se apaga y, después de 3 minutos, la placa Arduino pone las placas ADC HX711 en modo de suspensión y se queda dormida por sí sola.
Este retraso se hizo para no captar interferencias de un módulo GSM en funcionamiento (después de apagarlo, “vaporea” durante algún tiempo).
A continuación, tenemos una interrupción del fotosensor en el segundo pin (la función plus está habilitada).
En este caso, después de la activación, se comprueba el estado del fotorresistor durante otros 3 minutos para eliminar activaciones repetidas o falsas.
Lo típico es que, sin ningún ajuste, el sistema se active 10 minutos después de la puesta de sol astronómica en tiempo nublado y 20 minutos en tiempo despejado.
Sí, para que el sistema no se resetee cada vez que se enciende se debe conectar al menos el primer módulo HX711 (pins DT-D10, SCK-A0)
Luego se toman las lecturas de las galgas extensométricas, se calcula el cambio de peso respecto a la operación anterior (el primer número de la fila después de Hive) y desde la primera activación se comprueba el voltaje de la batería y se envía esta información como SMS:
Por cierto, ¿recibiste el SMS? ¡Felicidades! ¡Estamos a mitad de camino! La batería se puede sacar del soporte por ahora; ya no necesitaremos el ordenador.
Por cierto, el centro de control de la misión resultó ser tan compacto que se puede colocar en un frasco de mayonesa, en mi caso encajaba perfectamente una caja translúcida de 30x60x100 mm (de tarjetas de visita).
Sí, el sistema para dormir consume ~2.3 mA (90 % debido al módulo de comunicación); no se apaga por completo, sino que entra en modo de espera.
Comencemos a hacer sensores; primero, toquemos el diseño de los sensores:
Este es un plano de la colmena: vista superior.
Clásicamente se instalan 4 sensores en las esquinas (1,2,3,4)
Mediremos de manera diferente. O mejor dicho, incluso en la tercera vía. Porque los chicos de BroodMinder lo hacen de otra manera:
En este diseño, los sensores se instalan en las posiciones 1 y 2, los puntos 3,4 y XNUMX descansan sobre la viga.
Entonces los sensores representan sólo la mitad del peso.
Sí, este método es menos preciso, pero todavía es difícil imaginar que las abejas construyeran todos los marcos con “lenguas” de panales a lo largo de una pared de la colmena.
Por lo tanto, propongo reducir en general los sensores al punto 5; entonces no hay necesidad de proteger el sistema y, cuando se usan colmenas ligeras, es completamente necesario conformarse con un sensor.
En general, probamos dos tipos de módulos en el HX711, dos tipos de sensores y dos opciones para conectarlos: con un puente de Wheatstone completo (2 sensores) y con la mitad, cuando la segunda parte se complementa con resistencias de 1k con un tolerancia del 0.1%.
Pero este último método no es deseable y ni siquiera lo recomiendan los fabricantes de sensores, por lo que describiré sólo el primero.
Entonces, para una colmena instalaremos dos galgas extensométricas y un módulo HX711, el diagrama de cableado es el siguiente:
Hay 5 metros de cable telefónico de 4 hilos desde la placa ADC hasta el Arduino. .
En general, dejamos “colas” de 8 cm en los sensores, pelamos el par trenzado y soldamos todo como en la foto de arriba.
Antes de comenzar con la parte de carpintería, coloque la cera/parafina en un recipiente adecuado para que se derrita al baño maría.
Ahora tomamos nuestra madera y la dividimos en tres secciones de 100 mm cada una.
A continuación, marcamos una ranura longitudinal de 25 mm de ancho, 7-8 mm de profundidad, eliminamos el exceso con una sierra para metales y un cincel; debe emerger un perfil en forma de U.
¿Se calienta la cera? — sumergimos nuestras placas ADC allí, esto las protegerá de la humedad/niebla:
Lo colocamos todo sobre una base de madera (hay que tratarlo con un antiséptico para evitar que se pudra):
Y finalmente fijamos los sensores con tornillos autorroscantes:
También había una opción con cinta aislante azul, pero por razones de humanidad no la presento 😉
Desde el lado de Arduino hacemos lo siguiente:
Pelamos nuestros cables telefónicos, entrelazamos los cables de colores y los estañamos.
Después de eso, suelde los contactos a la placa como en la foto:
Todo, ahora para la verificación final colocamos los sensores en sectores del círculo, un trozo de madera contrachapada encima, reiniciamos el controlador (ponemos una batería con una tapa de bolígrafo en el fotodiodo).
Al mismo tiempo, el LED del Arduino debería parpadear y debería llegar un SMS de prueba.
A continuación, quita el tapón de la fotocélula y llena de agua una botella de plástico de 1.5 litros.
Colocamos la botella sobre el contrachapado y si ya han pasado varios minutos desde que se encendió, volvemos a tapar el fotorresistor (simulando un atardecer).
Después de tres minutos, el LED del Arduino se iluminará y deberías recibir un SMS con valores de peso de aproximadamente 1 kg en todas las posiciones.
¡Felicidades! ¡El sistema ha sido ensamblado exitosamente!
Si ahora obligamos al sistema a funcionar nuevamente, la primera columna de peso tendrá ceros.
Sí, en condiciones reales es recomendable orientar el fotorresistor verticalmente hacia arriba.
Ahora daré un breve manual de usuario:
- Instale galgas extensométricas debajo de las paredes traseras de las colmenas (coloque una viga/tabla de ~30 mm de espesor debajo de las frontales)
- Sombree el fotorresistor e instale la batería; el LED debería parpadear y debería recibir un SMS de prueba con el texto "ARRANQUE INICIAL OK"
- Colocar la unidad central a la máxima distancia de las colmenas y de forma que los cables no interfieran al trabajar con las abejas.
Todas las noches, después del atardecer, recibirás un SMS con los cambios de peso del día y del momento del lanzamiento.
Cuando el voltaje de la batería alcance los 3.5 V, el SMS terminará con la línea “!!! ¡¡¡CARGAR BATERÍA!!!"
El tiempo de funcionamiento de una batería de 2600 mAh es de aproximadamente un mes.
Si se reemplaza la batería, no se recuerdan los cambios diarios en el peso de las colmenas.
¿Qué será lo próximo?
- Descubra cómo poner todo esto en un proyecto para github
- Iniciar 3 familias de abejas en las colmenas del sistema Palivoda (o con cuernos en el pueblo)
- Agregue "bollos", que miden la humedad, la temperatura y, lo más importante, analizan el zumbido de las abejas.
Eso es todo por ahora, atentamente, apicultor eléctrico Andrey.
Fuente: habr.com