Ne, ovo nije komercijalna ponuda, ovo je cijena komponenti sustava koje možete sastaviti nakon čitanja članka.
Malo pozadine:
Prije nekog vremena odlučio sam nabaviti pčele i one su se pojavile... cijelu sezonu, ali nisu napustile zimsku kolibu.
I to unatoč činjenici da se činilo da sve radi ispravno - jesensko komplementarno hranjenje, izolacija prije hladnog vremena.
Košnica je bila klasičnog drvenog sistema “Dadan” sa 10 okvira od dasaka 40 mm.
Ali te su zime, zbog temperaturnih oscilacija, čak i iskusni pčelari gubili puno više nego inače.
Tako je nastala ideja o sustavu za praćenje stanja košnice.
Nakon nekoliko objavljenih članaka na Habru i komuniciranja na pčelarskom forumu, odlučio sam ići od jednostavnog prema složenom.
Težina je jedini neprikosnoveni parametar, ali u pravilu postojeći sustavi prate samo jednu “referentnu” košnicu.
Ako s njim nešto nije u redu (na primjer, odlazak roja, bolest pčela), tada pokazatelji postaju nevažni.
Stoga je odlučeno pratiti promjenu težine tri košnice odjednom pomoću jednog mikrokontrolera, a kasnije dodati druge "dobrote".
Rezultat je bio autonomni sustav s vremenom rada od oko mjesec dana s jednim punjenjem baterije 18650 i slanjem statistike jednom dnevno.
Pokušao sam što više pojednostaviti dizajn kako bi se mogao ponoviti i bez dijagrama, samo s fotografija.
Logika rada je sljedeća: tijekom prvog pokretanja/resetiranja očitanja senzora ugrađenih ispod košnica pohranjuju se u EEPROM.
Zatim se svaki dan, nakon zalaska sunca, sustav "budi", očitava očitanja i šalje SMS s promjenom težine za taj dan i od trenutka kada je uključen.
Osim toga, prenosi se vrijednost napona baterije, a kada padne na 3.5 V, izdaje se upozorenje o potrebi punjenja, jer se ispod 3.4 V komunikacijski modul ne uključuje, a očitanja težine već "odlebde".
“Sjećate li se kako je sve počelo. Sve je bilo prvi put i opet.”
Da, ovo je točno onaj hardver koji je bio izvorni, iako su samo mjerači naprezanja i žice preživjeli do konačne verzije, ali prvo na redu.
Zapravo, ne treba vam zavojnica kabela, samo se pokazalo da je ista cijena kao ravni od 30 metara.
Ako se ne bojite demontaže 3 SMD LED diode i pola stotine točaka konvencionalnog (izlaznog) lemljenja, onda krenite!
Dakle, trebat će nam sljedeći set opreme/materijala:
- Arduino Pro Mini 3V
Trebali biste obratiti pozornost na mikro krug linearnog pretvarača - trebao bi biti točno 3.3 V - na oznaci čipa KB 33/LB 33/DE A10 - moj Kinez je nešto pogriješio i cijela serija
Ispostavilo se da ploče u trgovini imaju regulatore od 5 volti i kristale od 16 MHz. - USB-Ttl na CH340 čipu - možete čak koristiti i 5-voltni, ali tada će tijekom treptanja mikrokontrolera Arduino morati biti odspojen od GSM modula kako ne bi spalio potonji.
Ploče temeljene na PL2303 čipu ne rade pod Windows 10. - GSM komunikacijski modul Goouu Tech IOT GA-6-B ili AI-THINKER A-6 Mini.
Zašto ste tu stali? Neoway M590 - dizajner koji zahtijeva odvojene plesove s tamburama, GSM SIM800L - nije volio nestandardnu razinu logike od 2.8 V, koja zahtijeva koordinaciju čak i s Arduinom od tri volta.
Osim toga, rješenje iz AiThinkera ima minimalnu potrošnju energije (nisam vidio struju veću od 100mA pri slanju SMS-a). - GSM GPRS 3DBI antena (na slici iznad - pravokutni šal s "repom", na 9 sati)
- Početni paket operatera s dobrom pokrivenošću na lokaciji vašeg pčelinjaka.
Da, paket je potrebno prvo aktivirati na običnom telefonu, ISKLJUČITI ZAHTJEV ZA PIN PRILIKOM unosa i nadoplatiti račun.
Sada postoji mnogo opcija s imenima u stilu "Senzor", "IoT" - imaju nešto nižu pretplatu. - dupont žica 20cm žensko-žensko - 3 kom. (za spajanje Arduina na USB-TTL)
- 3 kom. HX711 - ADC za vage
- 6 mjernih ćelija za težine do 50 kg
- 15 metara 4-žilnog telefonskog kabela - za spajanje težinskih modula na ARDUINO.
- Fotootpornik GL5528 (ovaj je važan, s tamnim otporom od 1 MΩ i svjetlosnim otporom od 10-20 kΩ) i dva obična otpornika od 20 kΩ
- Komad dvostrane "debele" trake 18x18 mm - za pričvršćivanje Arduina na komunikacijski modul.
- Držač baterije 18650 i zapravo sama baterija su ~2600mAh.
- Malo voska ili parafina (svijeća-tableta aroma lampa) - za zaštitu od vlage HX711
- Komad drvene grede 25x50x300 mm za bazu mjerača naprezanja.
- Desetak samoreznih vijaka s podloškom 4,2x19 mm za pričvršćivanje senzora na bazu.
Baterija se može uzeti iz rastavljanja prijenosnih računala - nekoliko puta je jeftinija od nove, a kapacitet će biti puno veći od kineskog UltraFirea - dobio sam 1500 naspram 450 (ovo je 6800 za vatru 😉
Osim toga, trebat će vam mirne ruke, lemilo EPSN-25, kolofonij i lem POS-60.
Još prije 5 godina koristio sam sovjetsko lemilo s bakrenim vrhom (stanice za lemljenje mi nisu radile - uzeo sam ga na probnu vožnju i završio krug s EPSN-om).
Ali nakon njezina neuspjeha i nekoliko kineskih monstruoznih krivotvorina, potonji je nazvan Sparta - stvar koja je tako teška kao i njezino ime, prestala je
na proizvodu s termostatom.
Pa, idemo!
Za početak odlemimo dvije LED diode iz GSM modula (mjesto gdje su se nalazile zaokruženo je narančastim ovalom)
Umetnemo SIM karticu s kontaktnim jastučićima na tiskanu ploču, zakošeni kut na fotografiji označen je strelicom.
Zatim provodimo sličan postupak s LED-om na Arduino ploči (ovalno lijevo od četvrtastog čipa),
Zalemiti češalj na četiri kontakta (1),
Uzimamo dva otpornika od 20k, uvijamo izvode s jedne strane, lemimo uvojak u rupu pina A5, preostali izvodi su u RAW i GND arduina (2),
Noge fotootpornika skratimo na 10 mm i zalemimo ga na GND i D2 pinove pločice (3).
Sada je vrijeme za plavu električnu traku dvostrane trake - lijepimo je na držač SIM kartice komunikacijskog modula, a na vrhu - Arduino - crveni (srebrni) gumb okrenut je prema nama i nalazi se iznad SIM kartice.
Lemimo napajanje: plus od kondenzatora komunikacijskog modula (4) na RAW arduino pin.
Činjenica je da sam komunikacijski modul zahtijeva 3.4-4.2V za svoje napajanje, a njegov PWR kontakt je spojen na step-down pretvarač, tako da radi iz li-iona, napon se mora dovoditi zaobilazeći ovaj dio kruga.
U Arduinu, naprotiv, napajamo preko linearnog pretvarača - pri maloj potrošnji struje, pad napona je 0.1 V.
Ali dovodom stabiliziranog napona na module HX711, rješavamo se potrebe da ih modificiramo na niži napon (a istodobno i povećanja buke kao rezultat ove operacije).
Zatim lemimo kratkospojnike (5) između pinova PWR-A1, URX-D4 i UTX-D5, uzemljenje GND-G (6) i na kraju napajanje iz držača baterije 18650 (7), spajamo antenu (8).
Sada uzimamo USB-TTL pretvarač i povezujemo RXD-TXD i TXD-RXD, GND-GND kontakte sa Dupont žicama na ARDUINO (češalj 1):
Gornja fotografija prikazuje prvu verziju (od tri) sustava koja je korištena za otklanjanje pogrešaka.
Ali sada ćemo se malo odmoriti od lemilice i prijeći na softverski dio.
Opisat ću slijed radnji za Windows:
Prvo morate preuzeti i instalirati/raspakirati program — trenutna verzija je 1.8.9, ali ja koristim 1.6.4
Radi jednostavnosti, raspakiramo arhivu u mapu C: arduino - “vaš_broj_verzije”, unutra ćemo imati mape /dist, driveri, examples, hardware, java, lib, libraries, reference, tools, kao i arduino izvršnu datoteku (između ostalih).
Sada nam treba knjižnica za rad s ADC-om — zeleni gumb „klon ili preuzimanje” — preuzimanje ZIP-a.
Sadržaj (mapa HX711-master) smješten je u direktorij C:arduino-“vaš_broj_verzije”biblioteke
I naravno vozač za s istog githuba - iz neraspakirane arhive instalacija se jednostavno pokreće s SETUP datotekom.
Ok, pokrenimo i konfigurirajmo program C:arduino-“vaš_broj_verzije”arduino
Idite na stavku "Alati" - odaberite ploču "Arduino Pro ili Pro Mini", procesor Atmega 328 3.3V 8 MHz, port - broj koji nije sistemski COM1 (pojavljuje se nakon instaliranja upravljačkog programa CH340 s USB-TTL adapterom povezan)
U redu, kopirajte sljedeću skicu (program) i zalijepite je u Arduino IDE prozor
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);
}
}
U prvom redu, pod navodnicima, char phone_no[]=”+123456789012″; — umjesto 123456789012, stavite svoj broj telefona s pozivnim brojem zemlje na koju će biti poslan SMS.
Sada pritisnemo gumb za potvrdu (iznad broja jedan na gornjoj snimci zaslona) - ako je na dnu (ispod broja tri na ekranu) "Kompilacija je dovršena" - tada možemo bljeskati mikrokontroler.
Dakle, USB-TTL spojite na ARDUINO i računalo, stavite napunjenu bateriju u držač (obično LED na novom Arduinu počne treperiti jednom u sekundi).
Sada za firmware - treniramo pritisnuti crvenu (srebrnu) tipku mikrokontrolera - to će se morati učiniti striktno u određenom trenutku!!!
Jesti? Pritisnite gumb "Učitaj" (iznad dva na snimci zaslona) i pažljivo pogledajte liniju na dnu sučelja (ispod tri na snimci zaslona).
Čim se natpis "kompilacija" promijeni u "preuzimanje", pritisnite crvenu tipku (reset) - ako je sve u redu, žaruljice na USB-TTL adapteru će radosno treptati, a na dnu sučelja natpis "Učitano ”
Sada, dok čekamo testni SMS da stigne na telefon, reći ću vam kako program radi:
Fotografija prikazuje drugu verziju postolja za otklanjanje pogrešaka.
Kada se prvi put uključi, sustav provjerava bajtove broj 500 i 501 EEPROM-a; ako su jednaki, podaci o kalibraciji se ne bilježe, a algoritam nastavlja na odjeljak za postavljanje.
Ista stvar se događa ako je, kada je uključen, fotootpornik zasjenjen (kapom olovke) - aktivira se način resetiranja.
Mjerne ćelije bi već trebale biti postavljene ispod košnica, jer jednostavno popravimo početnu nultu razinu i onda mjerimo promjenu težine (sad će nule tek doći, jer još nismo ništa spojili).
U isto vrijeme, ugrađeni LED na pinu 13 počet će treperiti na Arduinu.
Ako ne dođe do resetiranja, LED svijetli 12 sekundi.
Nakon toga se šalje probni SMS s porukom "INITIAL BOOT OK" i naponom baterije.
Komunikacijski modul se isključuje, a nakon 3 minute Arduino ploča stavlja HX711 ADC ploče u stanje mirovanja i sama zaspi.
Ovo kašnjenje je napravljeno kako se ne bi pojavile smetnje od GSM modula koji radi (nakon isključivanja, neko vrijeme "treba").
Zatim imamo prekid foto senzora na drugom pinu (funkcija plus je omogućena).
U tom slučaju, nakon okidanja, stanje fotootpornika se provjerava još 3 minute - kako bi se eliminiralo ponovljeno/lažno okidanje.
Ono što je tipično je da se bez ikakve prilagodbe sustav aktivira 10 minuta nakon astronomskog zalaska sunca po oblačnom vremenu i 20 po vedrom vremenu.
Da, kako se sustav ne bi resetirao svaki put kada se uključi, barem prvi modul HX711 (pinovi DT-D10, SCK-A0) mora biti spojen
Zatim se očitaju mjerači naprezanja, izračunava se promjena težine od prethodne operacije (prvi broj u retku nakon Hive) i od prve aktivacije provjerava se napon baterije i ova informacija se šalje kao SMS:
Usput, jeste li primili SMS? Čestitamo! Na pola smo puta! Bateriju za sada možemo izvaditi iz držača, računalo nam više neće trebati.
Usput, kontrolni centar misije pokazao se toliko kompaktnim da može stati u staklenku majoneze; u mom slučaju, prozirna kutija dimenzija 30x60x100 mm (od posjetnica) savršeno je pristajala.
Da, spavajući sustav troši ~2.3mA - 90% zbog komunikacijskog modula - ne gasi se skroz, nego ide u stanje mirovanja.
Počnimo s izradom senzora; prvo se dotaknimo rasporeda senzora:
Ovo je plan košnice - pogled odozgo.
Klasično se postavljaju 4 senzora u kutovima (1,2,3,4)
Mjerit ćemo drugačije. Ili bolje rečeno, čak na treći način. Jer dečki iz BroodMindera to rade drugačije:
U ovom dizajnu, senzori su instalirani na položajima 1 i 2, točke 3,4 i XNUMX leže na gredi.
Tada senzori imaju samo pola težine.
Da, ova metoda ima manju točnost, ali je ipak teško zamisliti da bi pčele sve okvire s „jezicima“ saća izgradile uz jednu stijenku košnice.
Dakle, predlažem da se senzori skupe do točke 5 - tada nema potrebe za oklopom sustava, a kod lakih košnica potpuno je potrebno zadovoljiti se jednim senzorom.
Općenito, testirali smo dvije vrste modula na HX711, dvije vrste senzora i dvije opcije za njihovo povezivanje - s punim Wheatstoneovim mostom (2 senzora) i s polovicom, kada je drugi dio dopunjen 1k otpornicima s tolerancija od 0.1%.
No potonja metoda je nepoželjna i ne preporučuju je čak ni proizvođači senzora, stoga ću opisati samo prvu.
Dakle, za jednu košnicu ćemo instalirati dva mjerača naprezanja i jedan HX711 modul, dijagram ožičenja je sljedeći:
Postoji 5 metara 4-žilnog telefonskog kabela od ADC ploče do Arduina - .
Općenito, ostavljamo "repove" od 8 cm na senzorima, skinemo upleteni par i lemimo sve kao na gornjoj fotografiji.
Prije nego počnete sa stolarskim dijelom, stavite vosak/parafin u odgovarajuću posudu da se otopi u vodenoj kupelji.
Sada uzmemo naše drvo i podijelimo ga na tri dijela od po 100 mm
Zatim označavamo uzdužni utor širine 25 mm, dubine 7-8 mm, uklanjamo višak pilom za metal i dlijetom - trebao bi se pojaviti profil u obliku slova U.
Je li vosak zagrijan? — tamo uronimo naše ADC ploče — to će ih zaštititi od vlage/magle:
Sve to postavljamo na drvenu podlogu (mora se tretirati antiseptikom kako bi se spriječilo truljenje):
I na kraju, pričvrstimo senzore samoreznim vijcima:
Postojala je i opcija sa plavom selotejpom, ali je iz razloga humanosti ne iznosim 😉
Sa strane Arduina radimo sljedeće:
Ogolimo naše telefonske kabele, uvrnemo obojene žice i pokositrimo ih.
Nakon toga zalemite kontakte ploče kao na fotografiji:
To je to, sada za konačnu provjeru, stavili smo senzore u sektore kruga, komad šperploče na vrh, resetirali kontroler (stavili smo bateriju s poklopcem olovke na fotodiodu).
U isto vrijeme, LED na Arduinu bi trebao treptati i trebao bi stići testni SMS.
Zatim uklonite čep s fotoćelije i napunite vodu u plastičnu bocu od 1.5 litara.
Stavimo bocu na šperploču i ako je već prošlo nekoliko minuta od paljenja, vratimo čep na fotootpornik (simulirajući zalazak sunca).
Nakon tri minute, LED na Arduinu će zasvijetliti, a vi biste trebali dobiti SMS s vrijednostima težine od oko 1 kg na svim pozicijama.
Čestitamo! Sustav je uspješno montiran!
Ako sada prisilimo sustav da ponovno radi, tada će prvi stupac težine imati nule.
Da, u stvarnim uvjetima preporučljivo je okrenuti fotootpornik okomito prema gore.
Sada ću dati kratak korisnički priručnik:
- Ugradite mjerače naprezanja ispod stražnjih stijenki košnica (ispod prednjih postavite gredu/dasku debljine ~30 mm)
- Zasjenite fotootpornik i stavite bateriju - LED bi trebao treptati i trebali biste primiti testni SMS s tekstom "INITIAL BOOT OK"
- Centralnu jedinicu postavite na što veću udaljenost od košnica i tako da žice ne smetaju u radu s pčelama.
Svake večeri, nakon zalaska sunca, primit ćete SMS s promjenama težine za taj dan i od trenutka lansiranja.
Kada napon baterije dosegne 3.5 V, SMS će završiti linijom “!!! NAPUNI BATERIJU!!!"
Vrijeme rada na jednoj bateriji od 2600mAh je oko mjesec dana.
Ako se baterija zamijeni, dnevne promjene težine košnica se ne pamte.
Što je sljedeće?
- Smislite kako sve to staviti u projekt za github
- Pokrenite 3 pčelinje obitelji u košnicama sustava Palivoda (ili rogatih u narodu)
- Dodajte „pecive“ - mjerenje vlažnosti, temperature i što je najvažnije - analiziranje zujanja pčela.
To je sve za sada, s poštovanjem, električni pčelar Andrey
Izvor: www.habr.com