30 美元的短信監控三個蜂箱的重量

不，這不是商業報價，這是您閱讀文章後可以組裝的系統組件的成本。

一點背景：

前段時間我決定養蜜蜂，它們確實出現了……整個季節，但沒有離開冬天。
儘管事實上他似乎做的一切都是正確的 - 秋季輔食，在寒冷之前變暖。
蜂巢是一個經典的木製系統“Dadan”，用於 10 毫米木板上的 40 個框架。
但那個冬天，由於溫度波動，即使是經驗豐富的養蜂人，損失也比平時多得多。

蜂巢健康監測系統的想法就是這樣產生的。
在 Habr 上發表了幾篇文章並在養蜂人論壇上進行了討論後，我決定從簡單到復雜。
重量是唯一無可爭辯的參數，但通常，現有系統僅監控一個“參考”蜂巢。
如果出現問題（例如，蜂群離開、蜜蜂疾病），那麼指標就變得無關緊要了。

因此，決定用一個微控制器同時監測三個蜂巢的重量變化，然後添加其他“好東西”。
結果，我們得到了一個自主系統，在一次 18650 電池充電和每天發送一次統計數據的情況下，運行時間約為一個月。
我試圖盡可能地簡化設計，這樣即使沒有圖表，也可以從一張照片中重複設計。

操作邏輯如下：在第一次啟動/重置時，安裝在蜂箱下的傳感器的讀數存儲在EEPROM中。
此外，每天日落之後，系統都會“醒來”，讀取讀數並發送短信，其中包含每天和開機時的重量變化。
另外，傳輸電池電壓值，當下降到3.5V時，發出需要充電的警告，因為低於3.4V通信模塊不開啟，重量讀數已經“浮動”離開”。

“你還記得這一切是如何開始的嗎？ 一切都是第一次又一次。

是的，原來就是這樣一套“鐵”，雖然只有應變片和電線倖存到最終版本，但首先是第一件事。
其實cable bay用不著，原來和30m straight一樣的價錢而已。

如果您不怕拆卸 3 個 smd-LED 和半百點常規（輸出）焊接，那就去吧！

所以，我們需要以下一套設備/材料：

1. Arduino 專業迷你 3V
   你應該注意線性轉換器芯片 - 它應該正好是 3.3V - 在標記 KB 33 / LB 33 / DE A10 的芯片上 - 中國人把我搞砸了，整批
   商店裡的電路板原來是 5 伏穩壓器和 16MHz 的石英。
2. CH340 芯片上的 USB-Ttl - 甚至 5 伏也是可能的，但是在微控制器的固件期間，Arduino 將需要與 GSM 模塊斷開連接，以免燒毀後者。
   基於 PL2303 芯片的開發板無法在 Windows 10 下運行。
3. GSM 通訊模塊 Goouu Tech IOT GA-6-B 或 AI-THINKER A-6 Mini。
   你為什麼停在那裡？ Neoway M590 - 需要與手鼓單獨跳舞的構造器，GSM SIM800L - 不喜歡非標準的 2.8V 邏輯電平，即使與三伏 arduino 也需要協調。
   此外，AiThinker 的解決方案具有極小的功耗（發送短信時，我沒有看到超過 100mA 的電流）。
4. 天線 GSM GPRS 3DBI（在上圖中 - 一條帶“尾巴”的矩形圍巾，位於 9 點鐘位置）
5. 操作員的入門包，在您的養蜂場位置具有良好的覆蓋範圍。
   是的，必須先在普通電話中激活套餐，在入口處禁用 PIN REQUEST，然後為帳戶充值。
   現在有很多選項，名稱如“傳感器”、“物聯網”——它們的月費略低。
6. 杜邦線 20cm 母-母 — 3 件。 （用於將 Arduino 連接到 USB-TTL）
7. 3 個HX711 - 用於秤的 ADC
8. 6 個稱重傳感器，重量可達 50 公斤
9. 15 米的 4 線電話線 - 連接配重模塊和 ARDUINO。
10. 光敏電阻GL5528（重要的就是這個，暗阻1MΩ，光阻10-20kΩ）和兩個常規20k電阻
11. 一塊雙面“厚”膠帶 18x18mm - 用於將 arduino 連接到通信模塊。
12. 18650 電池座，實際上是電池本身 ~ 2600mAh。
13. 少許蠟或石蠟（香薰蠟燭片）- 用於防潮 HX711
14. 一塊 25x50x300mm 的木樑用於應變片的底座。
15. 一打帶壓力墊圈的自攻螺釘 4,2x19 毫米，用於將傳感器連接到底座。

電池可以從拆解的筆記本電腦中取出 - 比新電池便宜很多倍，而且容量將比中國 UltraFire 的容量大得多 - 我得到 1500 對 450（這是火 6800 😉

此外，您還需要不彎曲的手、EPSN-25 烙鐵、松香和 POS-60 焊料。

5 年前，我使用了帶銅針的蘇聯烙鐵（焊台對我不起作用——我拿它試駕，並用 EPSN 完成了電路）。
但在失敗和幾棵中國巨大的假 (d) 樹之後，後者的名字叫斯巴達——一個和名字一樣刺耳的東西，停止了
在帶有恆溫器的產品上。

所以我們走吧！

首先，我們從 GSM 模塊上拆下兩個 LED（它們被圈成橙色橢圓的地方）
我們將帶有接觸墊的SIM卡插入印刷電路板，照片中的斜角以箭頭表示。

然後我們對 Arduino 板上的 LED（方形芯片左側的橢圓形）執行類似的程序，
我們將梳子焊接到四個觸點 (1) 中，
我們取兩個 20k 電阻，將導線擰到一側，將導線焊接到觸點 A5 的孔中，其餘導線在 arduino (2) 的 RAW 和 GND 中，
我們將光敏電阻的支腳縮短至 10mm，並將其焊接到電路板 (2) 的 GND 和 D3 引腳。

現在是雙面膠帶藍色電工膠帶的時候了——我們把它粘在通信模塊 SIM 卡的支架上，在上面——arduino——紅色（銀色）按鈕正對著我們，位於SIM 卡。

我們焊接 power: plus 從通信模塊 (4) 的電容器到 RAW arduino 引腳。
事實上，通信模塊本身需要 3.4-4.2V 的電源，其 PWR 觸點連接到降壓轉換器，因此要使用鋰離子電池工作，必須繞過這部分電路提供電壓。

相反，在arduino中，我們通過線性轉換器供電——在低電流消耗下，壓降為0.1V。
但是通過對 HX711 模塊施加穩定的電壓，我們就無需為降低電壓而修改它們（同時避免由於此操作而增加的噪聲）。

然後我們焊接 PWR-A5、URX-D1 和 UTX-D4 觸點之間的跳線 (5)、GND-G 接地 (6) 以及最後來自 18650 電池座 (7) 的電源，連接天線 (8 ).
現在我們使用 USB-TTL 轉換器並將 RXD-TXD 和 TXD-RXD、GND-GND 觸點與杜邦線連接到 ARDUINO（組合 1）：

上面的照片顯示了用於調試的系統的第一個版本（三個版本中的一個）。

現在我們暫時離開電烙鐵，轉到軟件部分。
我將描述 Windows 的操作順序：
首先，您需要下載並安裝/解壓程序 Arduino IDE - 當前版本是 1.8.9，但我使用的是 1.6.4

為簡單起見，我們將存檔解壓到 C: arduino-"your_version number" 文件夾中，裡面有 /dist、drivers、examples、hardware、java、lib、libraries、reference、tools 文件夾，以及 arduino 可執行文件（除其他外）。

現在我們需要一個庫來使用 ADC HX711 - 綠色按鈕“克隆或下載” - 下載 ZIP。
內容（文件夾HX711-master）放在C:arduino-"your_version_number"libraries目錄下

當然，驅動程序 USB轉TTL 來自同一個 github - 來自解壓縮的存檔，安裝僅由 SETUP 文件啟動。

好的，運行並配置程序 C:arduino-"your_version number" arduino

我們轉到“工具”項-選擇“Arduino Pro 或 Pro Mini”板，Atmega 328 3.3V 8 MHz 處理器，端口-系統 COM1 以外的數字（它在安裝帶有 USB-TTL 的 CH340 驅動程序後出現適配器連接）

好的，複製以下草圖（程序）並將其粘貼到Arduino IDE窗口中

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);

  }

}

在第一行，在引號中 char phone_no[]="+123456789012"; - 而不是 123456789012 我們將我們的電話號碼與 SMS 將發送到的國家代碼放在一起。

現在我們按下檢查按鈕（在上面的屏幕截圖中的第一個上方） - 如果低於（在屏幕上的三個下方）“編譯完成” - 然後我們可以刷新微控制器。

因此，USB-TTL 連接到 ARDUINO 和一台計算機，我們將充電電池放入支架中（通常在新的 Arduino 上，LED 開始以每秒一次的頻率閃爍）。

現在是固件 - 我們正在訓練按下微控制器的紅色（銀色）按鈕 - 這需要在特定時刻嚴格執行！！！
吃？ 單擊“上傳”按鈕（屏幕截圖中的兩個上方），並仔細查看界面底部的行（屏幕中的三個下方）。
一旦“編譯”字樣被“加載”取代 - 按下紅色按鈕（重置） - 如果一切正常 - USB-TTL 適配器上的燈愉快地閃爍，界面底部的字樣“已加載” “

現在，在我們等待測試短信到達手機時，我將告訴您該程序的工作原理：

在照片中-調試台的第二個版本。

首次開機時，系統會檢查EEPROM的字節數500和501，如果相等，則不寫入校準數據，算法繼續進行設置部分。
如果在打開時光敏電阻被遮蔽（用筆帽），也會發生同樣的事情——重置模式被激活。

稱重傳感器應該已經安裝在蜂箱下方，因為我們只是將初始水平固定為零，然後測量重量的變化（現在它只會變成零，因為我們還沒有連接任何東西）。
同時，Arduino 上 13 腳內置的 LED 會閃爍。
如果未發生重置，則 LED 亮起 12 秒。
之後，將發送一條測試短信，其中包含消息“INITIAL BOOT OK”和電池電壓。
通信模塊關閉，3 分鐘後Arduino 板將HX711 ADC 板置於休眠模式並自行休眠。
這樣的延遲是為了不捕獲正在工作的 GSM 模塊的拾音器（在將其關閉後，它會“phonites”一段時間）。

接下來，我們在第二個引腳上有一個光電傳感器中斷（通過上拉功能啟用正上拉）。
同時，再觸發 3 分鐘後，檢查光敏電阻的狀態 - 排除重複/誤報。
值得注意的是，在沒有任何調整的情況下，該系統在多雲天氣下在天文日落後 10 分鐘後工作，在晴朗天氣下工作 20 分鐘後。
是的，這樣系統就不會每次開機都復位，至少要連接第一個HX711模塊（引腳DT-D10，SCK-A0）

然後讀取稱重傳感器的讀數，根據之前的操作（Hive 之後行中的第一個數字）計算重量的變化，並從第一次包含開始，檢查電池電壓，並以以下形式發送此信息短信：

順便問一下，你收到短信了嗎？ 恭喜！ 我們在路中間！ 電池仍然可以從支架上取下，我們不再需要電腦了。

順便說一句，任務控制中心非常緊湊，可以放入蛋黃醬罐中，在我的例子中，一個 30x60x100mm 大小的半透明盒子（來自名片）非常適合。

是的，睡眠系統消耗 ~2.3mA - 90% 由於通信模塊 - 它不會完全關閉，而是進入待機模式。

我們繼續製造傳感器，首先，讓我們談談傳感器的佈局：

這是蜂巢的平面圖 - 頂視圖。

傳統上，4 個傳感器安裝在角落 (1,2,3,4)

我們將以不同的方式衡量。 或者更確切地說，甚至是第三種方式。 因為 BroodMinder 的人做的不同：

在此設計中，傳感器安裝在位置 1 和 2，點 3,4 和 XNUMX 位於橫樑上。
那麼傳感器只佔重量的一半。
是的，這種方法的準確性較低，但仍然很難想像蜜蜂會沿著蜂巢的一面牆壁用蜂巢的“舌頭”建造所有的框架。

因此，我建議通常將傳感器減少到第 5 點——這樣就不需要屏蔽系統，並且在使用光蜂巢時，您完全可以使用一個傳感器。

通常，在 HX711 上測試了兩種類型的模塊、兩種類型的傳感器和兩種連接選項 - 一個完整的惠斯通電橋（2 個傳感器）和一個半橋，當第二部分補充 1k 電阻時公差為 0.1%。
但是後一種方法是不可取的，甚至傳感器製造商也不推薦，所以我只描述第一種。

所以，在一個蜂巢上我們將安裝兩個稱重傳感器和一個HX711模塊，接線圖如下：

從 ADC 板到 arduino 有 5 米長的 4 芯電話線 - 我們記得蜜蜂不喜歡蜂巢中的 GSM 設備.

一般來說，我們在傳感器上留下每個 8 厘米的“尾巴”，清潔雙絞線並拆焊所有東西，如上圖所示。

在開始木工之前，將蠟/石蠟放入合適的容器中，使其在水浴中融化。

現在我們把木材分成三段，每段 100 毫米

接下來，我們標記一個 25 毫米寬、7-8 毫米深的縱向凹槽，使用鋼鋸和鑿子去除多餘部分 - 應該出現 U 形輪廓。

蠟加熱了嗎？ - 我們將 ADC 板浸入其中 - 這將保護它們免受濕氣/霧氣的影響：

我們把它全部放在一個木製底座上（有必要用防腐劑處理它以防腐爛）：

最後，我們用自攻螺絲固定傳感器：

藍色電工膠帶還有另一種選擇，但出於人道原因，我沒有提出它😉

在 Arduino 端，執行以下操作：

我們清理電話線，將彩色電線絞在一起，玩惡作劇。

之後，如圖所示焊接到電路板的觸點：

就是這樣，現在進行最後的檢查，我們將傳感器放在圓圈的各個部分，頂部 - 一塊膠合板，重置控制器（我們將帶筆帽的電池放在光電二極管上）。

同時，arduino 上的 LED 應該閃爍，並且應該會收到一條測試短信。

然後我們從光電管上取下蓋子，然後將水收集在一個 1.5 升的塑料瓶中。
我們將瓶子放在膠合板上，如果從打開開始已經過了幾分鐘，我們將蓋子放迴光敏電阻上（模擬日落）。

三分鐘後，arduino 上的 LED 燈會亮起，您應該會收到一條短信，重量值 \u1b\uXNUMXbo 在所有位置都約為 XNUMXkg。

恭喜！ 系統組裝成功！

如果我們現在強制系統再次工作，那麼權重的第一列中將獲得零。

是的，在實際條件下，希望將光敏電阻垂直向上放置。

現在我將給出一個簡短的使用手冊：

1. 在蜂箱的後壁下安裝稱重傳感器（用梁/板代替 ~ 30 毫米厚的前板）
2. 遮住光敏電阻並將電池放入 - LED 應該閃爍，測試短信將附帶文本“INITIAL BOOT OK”
3. 將中央塊放置在距蜂箱最遠的位置，以便在與蜜蜂一起工作時電線不會干擾。
   每天晚上，日落之後，SMS 都會隨著每天和自發布以來的重量變化而變化。
   當電池電壓達到 3.5V 時，短信將以“！！！ 給電池充電！！！”
   一塊容量為2600mAh的電池的工作時間約為一個月。
   如果更換電池，蜂箱每天的重量變化就不會被記住。

接下來是什麼？

1. 弄清楚如何在 github 的項目中安排所有這些
2. 在 Palivoda 系統的蜂箱中擁有 3 個蜂群（或在人類中有角）
3. 添加“包子”——測量濕度、溫度，最重要的是——分析蜜蜂的嗡嗡聲。

暫時就這些，您真誠的，電動養蜂人安德烈

來源： www.habr.com