Não, esta não é uma oferta comercial, é o custo dos componentes do sistema que você pode montar após a leitura do artigo.
Um pouco de história:
Há algum tempo resolvi pegar abelhas, e elas apareceram... durante toda a temporada, mas não saíram da cabana de inverno.
E isso apesar de ele parecer estar fazendo tudo certo - alimentação complementar de outono, isolamento antes do frio.
A colmeia era um clássico sistema “Dadan” de madeira com 10 molduras feitas de tábuas de 40 mm.
Mas naquele inverno, devido às oscilações de temperatura, até mesmo os apicultores experientes perderam muito mais do que o normal.
Foi assim que surgiu a ideia de um sistema de monitoramento do estado da colmeia.
Depois de publicar vários artigos no Habr e comunicar no fórum de apicultores, decidi passar do simples ao complexo.
O peso é o único parâmetro indiscutível, mas como regra, os sistemas existentes monitoram apenas uma colmeia “de referência”.
Se algo der errado com isso (por exemplo, a saída de um enxame, doença das abelhas), os indicadores se tornarão irrelevantes.
Portanto, decidiu-se monitorar a variação do peso de três colmeias ao mesmo tempo usando um microcontrolador, e posteriormente adicionar outras “guloseimas”.
O resultado foi um sistema autônomo com tempo de operação de cerca de um mês com uma carga da bateria 18650 e envio de estatísticas uma vez por dia.
Procurei simplificar ao máximo o desenho para que pudesse ser repetido mesmo sem diagramas, apenas a partir de fotografias.
A lógica de funcionamento é a seguinte: durante o primeiro arranque/reset, as leituras dos sensores instalados sob as colmeias são armazenadas na EEPROM.
Depois, todos os dias, após o pôr do sol, o sistema “acorda”, lê as leituras e envia um SMS com a variação do peso do dia e a partir do momento em que foi ligado.
Além disso, o valor da tensão da bateria é transmitido e, quando cai para 3.5V, é emitido um aviso sobre a necessidade de carga, pois abaixo de 3.4V o módulo de comunicação não liga e as leituras de peso já “flutuam”.
“Você se lembra de como tudo começou? Tudo foi pela primeira vez e novamente.”
Sim, este é exatamente o conjunto de hardware original, embora apenas extensômetros e fios tenham sobrevivido até a versão final, mas primeiro as coisas mais importantes.
Na verdade, você não precisa de uma bobina de cabo, ela acabou custando o mesmo preço de uma bobina reta de 30m.
Se você não tem medo de desmontar 3 LEDs SMD e meia centena de pontos de solda convencional (de saída), então vá!
Assim, precisaremos do seguinte conjunto de equipamentos/materiais:
- Arduino Pro Mini 3V
Você deve prestar atenção ao microcircuito conversor linear - deve ser exatamente 3.3V - na marcação do chip KB 33/LB 33/DE A10 - meu chinês errou algo, e o lote inteiro
As placas da loja tinham reguladores de 5 volts e cristais de 16 MHz. - USB-Ttl em um chip CH340 - você pode até usar um de 5 volts, mas durante o flash do microcontrolador, o Arduino precisará ser desconectado do módulo GSM para não queimar este.
Placas baseadas no chip PL2303 não funcionam no Windows 10. - Módulo de comunicação GSM Goouu Tech IOT GA-6-B ou AI-THINKER A-6 Mini.
Por que você parou aí? Neoway M590 - um designer que exige danças separadas com pandeiros, GSM SIM800L - não gostou do nível de lógica não padrão de 2.8V, que requer coordenação mesmo com um Arduino de três volts.
Além disso, a solução da AiThinker tem consumo mínimo de energia (não vi corrente superior a 100mA no envio de SMS). - Antena GSM GPRS 3DBI (na foto acima - lenço retangular com “cauda”, às 9 horas)
- Pacote inicial de uma operadora com boa cobertura no local do seu apiário.
Sim, o pacote deve primeiro ser ativado em um telefone normal, DESATIVAR O PEDIDO DE PIN na entrada e recarregar sua conta.
Agora existem muitas opções com nomes no estilo “Sensor”, “IoT” - eles têm uma taxa de assinatura um pouco menor. - fio dupont 20cm fêmea-fêmea - 3 unid. (para conectar o Arduino ao USB-TTL)
- 3 pecas. HX711 - ADC para balanças
- 6 células de carga para pesos até 50kg
- 15 metros de cabo telefônico de 4 núcleos - para conectar módulos de peso ao ARDUINO.
- Fotorresistor GL5528 (este é o importante, com resistência escura de 1 MΩ e resistência clara de 10-20 kΩ) e dois resistores comuns de 20 kΩ
- Um pedaço de fita dupla-face “grossa” 18x18mm - para fixar o Arduino ao módulo de comunicação.
- O suporte da bateria 18650 e, de fato, a própria bateria têm ~2600mAh.
- Um pouco de cera ou parafina (lâmpada de aroma de vela) - para proteção contra umidade HX711
- Um pedaço de viga de madeira 25x50x300mm para a base dos extensômetros.
- Uma dúzia de parafusos auto-roscantes com arruela de pressão 4,2x19 mm para fixação dos sensores na base.
A bateria pode ser retirada da desmontagem de laptops - é várias vezes mais barata que uma nova, e a capacidade será muito maior que a do UltraFire chinês - consegui 1500 contra 450 (isso é 6800 para o fogo 😉
Além disso, você precisará de mãos firmes, ferro de solda EPSN-25, resina e solda POS-60.
Há 5 anos, usei um ferro de soldar soviético com ponta de cobre (as estações de solda não funcionaram para mim - fiz um test drive e terminei o circuito com um EPSN).
Mas depois de seu fracasso e de várias falsificações monstruosas chinesas, esta última foi chamada de Esparta - uma coisa tão severa quanto seu nome, parou
em um produto com termostato.
Então vamos!
Para começar, dessoldamos dois LEDs do módulo GSM (o local onde eles estavam está circulado em um oval laranja)
Inserimos o cartão SIM com os contact pads na placa de circuito impresso, o canto chanfrado da foto está indicado por uma seta.
Em seguida, realizamos um procedimento semelhante com o LED da placa Arduino (oval à esquerda do chip quadrado),
Solde o pente em quatro contatos (1),
Pegamos dois resistores de 20k, torcemos os fios de um lado, soldamos a torção no orifício do pino A5, os fios restantes estão em RAW e GND do arduino (2),
Encurtamos as pernas do fotorresistor para 10mm e soldamos nos pinos GND e D2 da placa (3).
Agora é a hora da fita isolante azul de fita dupla-face - colamos no suporte do cartão SIM do módulo de comunicação, e em cima - o Arduino - o botão vermelho (prata) fica voltado para nós e está localizado acima do cartão SIM.
Soldamos a fonte de alimentação: mais do capacitor do módulo de comunicação (4) ao pino RAW do arduino.
O fato é que o próprio módulo de comunicação necessita de 3.4-4.2V para sua alimentação, e seu contato PWR está conectado a um conversor abaixador, portanto, para operar a partir de íons de lítio, a tensão deve ser fornecida contornando esta parte do circuito.
No Arduino, ao contrário, fornecemos energia através de um conversor linear - com baixo consumo de corrente, a queda de tensão é de 0.1V.
Mas ao fornecer uma tensão estabilizada aos módulos HX711, eliminamos a necessidade de modificá-los para uma tensão mais baixa (e ao mesmo tempo do aumento do ruído como resultado desta operação).
Em seguida soldamos os jumpers (5) entre os pinos PWR-A1, URX-D4 e UTX-D5, aterramos o GND-G (6) e por fim alimentamos o suporte da bateria 18650 (7), conectamos a antena (8).
Agora pegamos um conversor USB-TTL e conectamos os contatos RXD-TXD e TXD-RXD, GND-GND com fios Dupont ao ARDUINO (pente 1):
A foto acima mostra a primeira versão (de três) do sistema, que foi utilizada para depuração.
Mas agora vamos dar uma pausa no ferro de soldar e passar para a parte do software.
Descreverei a sequência de ações para Windows:
Primeiro, você precisa baixar e instalar/descompactar o programa — a versão atual é 1.8.9, mas eu uso 1.6.4
Para simplificar, descompactamos o arquivo na pasta C: arduino - “your_version_number”, dentro teremos as pastas /dist, drivers, exemplos, hardware, java, lib, bibliotecas, referência, ferramentas, bem como o arquivo executável do arduino (entre outros).
Agora precisamos de uma biblioteca para trabalhar com o ADC — botão verde “clonar ou baixar” — baixar ZIP.
O conteúdo (pasta HX711-master) é colocado no diretório C:arduino-“your_version_number”libraries
E, claro, o motorista para do mesmo github - a partir do arquivo descompactado, a instalação é simplesmente iniciada com o arquivo SETUP.
Ok, vamos iniciar e configurar o programa C:arduino-“your_version_number”arduino
Vá para o item “Ferramentas” - selecione a placa “Arduino Pro ou Pro Mini”, processador Atmega 328 3.3V 8 MHz, porta - um número diferente do sistema COM1 (aparece após a instalação do driver CH340 com um adaptador USB-TTL conectado)
Ok, copie o seguinte esboço (programa) e cole-o na janela do 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);
}
}
Na primeira linha, entre aspas, char phone_no[]=”+123456789012″; — em vez de 123456789012, coloque o seu número de telefone com o indicativo do país para onde será enviado o SMS.
Agora pressionamos o botão de verificação (acima do número um na imagem acima) - se na parte inferior (abaixo do número três na tela) “Compilação concluída” - então podemos atualizar o microcontrolador.
Assim, o USB-TTL está conectado ao ARDUINO e ao computador, coloque a bateria carregada no suporte (normalmente o LED do novo Arduino começa a piscar uma vez por segundo).
Agora para o firmware - estamos treinando para apertar o botão vermelho (prata) do microcontrolador - isso precisará ser feito estritamente em um determinado momento!!!
Comer? Clique no botão “Carregar” (acima dos dois na captura de tela) e observe atentamente a linha na parte inferior da interface (abaixo dos três na captura de tela).
Assim que a inscrição “compilação” mudar para “download”, pressione o botão vermelho (reset) - se tudo estiver bem, as luzes do adaptador USB-TTL piscarão alegremente, e na parte inferior da interface a inscrição “Carregado ”
Agora, enquanto aguardamos a chegada do SMS de teste no telefone, vou contar como funciona o programa:
A foto mostra a segunda versão do suporte de depuração.
Ao ser ligado pela primeira vez, o sistema verifica os bytes número 500 e 501 da EEPROM; se forem iguais, os dados de calibração não são registrados e o algoritmo segue para a seção de configuração.
O mesmo acontece se, ao ser ligado, o fotorresistor estiver sombreado (pela tampa da caneta) - o modo reset é ativado.
As células de carga já devem estar instaladas embaixo das colmeias, pois simplesmente fixamos o nível zero inicial e depois medimos a variação do peso (agora só virão os zeros, pois ainda não conectamos nada).
Ao mesmo tempo, o LED embutido do pino 13 começará a piscar no Arduino.
Se não ocorrer uma reinicialização, o LED acende por 12 segundos.
Após isso, é enviado um SMS de teste com a mensagem “INITIAL BOOT OK” e a tensão da bateria.
O módulo de comunicação é desligado e após 3 minutos a placa Arduino coloca as placas HX711 ADC em modo de hibernação e adormece sozinha.
Este atraso foi feito para não captar interferência de um módulo GSM em funcionamento (depois de desligado, ele “fica” por algum tempo).
A seguir, temos uma interrupção do sensor fotográfico no segundo pino (a função plus está habilitada).
Neste caso, após o disparo, o estado do fotorresistor é verificado por mais 3 minutos - para eliminar disparos repetidos/falso.
O que é típico é que sem qualquer ajuste o sistema é ativado 10 minutos após o pôr do sol astronômico em tempo nublado e 20 minutos em tempo claro.
Sim, para que o sistema não reinicie toda vez que for ligado, pelo menos o primeiro módulo HX711 (pinos DT-D10, SCK-A0) deve estar conectado
Em seguida são feitas as leituras dos extensômetros, é calculada a variação de peso da operação anterior (o primeiro número da linha após o Hive) e a partir da primeira ativação é verificada a tensão da bateria e esta informação é enviada como SMS:
A propósito, você recebeu o SMS? Parabéns! Estamos na metade do caminho! A bateria pode ser retirada do suporte por enquanto, não precisaremos mais do computador.
Aliás, o centro de controle da missão acabou sendo tão compacto que pode ser colocado em um pote de maionese, no meu caso cabe perfeitamente uma caixa translúcida medindo 30x60x100mm (de cartões de visita).
Sim, o sistema sleep consome ~2.3mA - 90% devido ao módulo de comunicação - não desliga completamente, mas entra em modo standby.
Vamos começar a fazer sensores; primeiro, vamos abordar o layout dos sensores:
Esta é uma planta da colmeia - vista superior.
Classicamente, 4 sensores são instalados nos cantos (1,2,3,4)
Mediremos de forma diferente. Ou melhor, mesmo na terceira via. Porque os caras do BroodMinder fazem isso de forma diferente:
Neste projeto, os sensores são instalados nas posições 1 e 2, os pontos 3,4 e XNUMX ficam apoiados no feixe.
Então os sensores representam apenas metade do peso.
Sim, esse método tem menos precisão, mas ainda é difícil imaginar que as abelhas construíssem todas as molduras com “línguas” de favos de mel ao longo de uma parede da colmeia.
Então, proponho que os sensores sejam reunidos no ponto 5 - então não há necessidade de blindar o sistema, e ao usar colmeias leves é totalmente necessário se contentar com um sensor.
Em geral, testamos dois tipos de módulos no HX711, dois tipos de sensores e duas opções de conexão - com ponte de Wheatstone completa (2 sensores) e com meia, quando a segunda parte é complementada com resistores de 1k com um tolerância de 0.1%.
Mas o último método é indesejável e não recomendado nem mesmo pelos fabricantes de sensores, por isso descreverei apenas o primeiro.
Portanto, para uma colmeia instalaremos dois extensômetros e um módulo HX711, o diagrama de fiação é o seguinte:
Existem 5 metros de cabo telefônico de 4 fios da placa ADC ao Arduino - .
Em geral deixamos “caudas” de 8cm nos sensores, retiramos o par trançado e soldamos tudo como na foto acima.
Antes de iniciar a parte de carpintaria, coloque a cera/parafina em um recipiente adequado para derreter em banho-maria.
Agora pegamos nossa madeira e a dividimos em três seções de 100 mm cada
A seguir marcamos uma ranhura longitudinal de 25 mm de largura e 7 a 8 mm de profundidade, retiramos o excesso com serra e cinzel - deve surgir um perfil em forma de U.
A cera está aquecida? - mergulhamos nossas placas ADC lá - isso irá protegê-las da umidade/névoa:
Colocamos tudo sobre uma base de madeira (deve ser tratada com um anti-séptico para evitar o apodrecimento):
E por fim, fixamos os sensores com parafusos auto-roscantes:
Também havia opção com fita isolante azul, mas por questões de humanidade não estou apresentando 😉
Do lado do Arduino, fazemos o seguinte:
Descascamos nossos cabos telefônicos, torcemos os fios coloridos e os estanhamos.
Depois disso, solde os contatos da placa como na foto:
É isso, agora para a verificação final colocamos os sensores nos setores do círculo, um pedaço de compensado em cima, zeramos o controlador (colocamos uma bateria com tampa de caneta no fotodiodo).
Ao mesmo tempo, o LED do Arduino deverá piscar e um SMS de teste deverá chegar.
Em seguida, retire a tampa da fotocélula e coloque água em uma garrafa plástica de 1.5 litro.
Colocamos a garrafa sobre o compensado e se já se passaram vários minutos desde que foi ligada, colocamos a tampa novamente no fotorresistor (simulando um pôr do sol).
Após três minutos, o LED do Arduino acenderá e você deverá receber um SMS com valores de peso de cerca de 1 kg em todas as posições.
Parabéns! O sistema foi montado com sucesso!
Se agora forçarmos o sistema a funcionar novamente, a primeira coluna de peso terá zeros.
Sim, em condições reais é aconselhável orientar o fotorresistor verticalmente para cima.
Agora darei um breve manual do usuário:
- Instale medidores de tensão sob as paredes traseiras das colmeias (coloque uma viga/tábua de aproximadamente 30 mm de espessura sob as paredes frontais)
- Sombreie o fotorresistor e instale a bateria - o LED deverá piscar e você deverá receber um SMS de teste com o texto “INITIAL BOOT OK”
- Coloque a unidade central o mais longe possível das colmeias e para que os fios não interfiram no trabalho com as abelhas.
Todas as noites, após o pôr do sol, você receberá um SMS com as alterações de peso do dia e a partir do momento do lançamento.
Quando a tensão da bateria atingir 3.5V, o SMS terminará com a linha “!!! CARGA DA BATERIA!!!"
O tempo de operação com uma bateria de 2600mAh é de cerca de um mês.
Se a bateria for substituída, as alterações diárias no peso das colmeias não serão lembradas.
Qual é o próximo?
- Descubra como colocar tudo isso em um projeto para github
- Comece 3 famílias de abelhas nas colmeias do sistema Palivoda (ou com chifres nas pessoas)
- Adicione “pãezinhos” - medindo umidade, temperatura e, o mais importante - analisando o zumbido das abelhas.
Por enquanto é tudo, sinceramente, apicultor elétrico Andrey
Fonte: habr.com