Улей со встроенными весами и датчиками.

Интересный проект, для мониторинга здоровья пчелосемьи. После сборки и развертывания, он позволит вам отслеживать различные показатели, связанные с вашими пчелами, через приложение Beep (beep.nl) и любые другие средства мониторинга, которые вы захотите использовать, например Grafana или Giraffe.

ТЕКУЩЕЕ СОСТОЯНИЕ

В целом, мы завершили разработку нашего устройства и будем продолжать исправлять ошибки, а также, при необходимости, внедрять обоснованные улучшения или предложения от сообщества.  Мы установили полнофункциональный модуль PrusaHive на одном из ульев в штаб-квартире Prusa Research в Праге. Он измеряет температуру снаружи, температуру внутри улья, давление воздуха, влажность и вес самого улья — все эти показатели можно просматривать с интервалом в 15 минут на этой общедоступной панели Grafana! 

Мы завершили разработку нашей собственной прошивки, которая позволяет пользователям легко подключать свои устройства к API beep.nl. Вместо простого термометра мы добавили датчик температуры, влажности и давления BME280 для мониторинга условий снаружи улья. Пользователи также могут изготовить наш корпус и подставку для солнечной панели, полностью пригодные для 3D-печати, а также по желанию заказать нашу специальную печатную плату, чтобы упростить процесс пайки.

Мы также рады сообщить, что PrusaHive был успешно собран и запущен в эксплуатацию различными пользователями!

Мы хотим сделать PrusaHive максимально открытым проектом с открытым исходным кодом и полностью поддерживать его сообщество. Если у вас есть какие-либо вопросы или пожелания, не стесняйтесь обращаться к нам!

Материалы

Вот список всех компонентов, необходимых для сборки устройства (за исключением напечатанного на 3D-принтере корпуса и стойки для солнечной панели):

• Датчик веса YZC-1B (на странице товара выберите вариант на 200 кг)
• Плата разработки TTGO T8 v1.7
• Солнечная панель
• Внешний датчик температуры DS18B20 Датчик BME280
• Внешняя антенна и кабель
• Усилитель сигнала датчика веса HX711
• Резистор 4,7 кОм (на странице товара выберите номинал 4,7 кОм)
• Аккумулятор 18650 Контакты и держатель для аккумулятора 18650
• Кабельные вводы PG7 (на странице товара выберите размер PG7)

Платформа разработки

После ряда экспериментов мы решили остановиться на ещё одном «мутанте» на базе ESP32 — LilyGo TTGO T8 v1.7. Мы выбрали именно эту модель из-за её компактных размеров, встроенного интерфейса для аккумулятора и удобного разъёма для внешней антенны. Как и другие модели на базе ESP32, её легко программировать с помощью популярной среды Arduino, а вычислительной мощности и объёма памяти в ней более чем достаточно для наших задач.

Датчик веса

Выбранный тензодатчик YZC-1B рассчитан на нагрузку до 200 кг, чего более чем достаточно для нужд пчеловодства. Кроме того, он практически не подвержен влиянию колебаний температуры. Мы также выбрали его из-за широкой доступности и приемлемой цены, но при желании этот тензодатчик можно без проблем заменить на один из популярных датчиков Boshe (H30A или H40A).

Для преобразования изменений сопротивления тензодатчика мы используем популярный АЦП HX711 с очень хорошо разработанной библиотекой от Богдана Некулы.

В качестве основы для нашей физической конструкции мы используем прототип весов Beutenkarl из проекта Hiveeyes:
https://hiveeyes.org/docs/system/history.html#scale-frame-beutenkarl

Мы создали модель рамы в масштабе 1:1 в Fusion360, а прототип рамы был сварен из нержавеющей стали толщиной 2 мм нашими коллегами из Prusa Research. После сварки рамы необходимо вручную просверлить отверстия для крепления тензодатчика.

Измерение температуры

Для измерения температуры внутри улья мы выбрали популярный и недорогой датчик DS18B20 в защитном корпусе. Такая конструкция позволяет датчику исправно работать непосредственно внутри улья, в окружении пчел, поскольку защитный корпус отличается высокой прочностью и водонепроницаемостью.

Для регистрации внешних условий мы выбрали датчик Bosch BME280, который одновременно измеряет температуру, влажность и атмосферное давление. Модули с этим датчиком широко доступны и стоят недорого, однако они не имеют защиты от влаги, поэтому мы разработали простой корпус для печати на 3D-принтере (файлы для печати можно найти в соответствующем разделе). Если вы решите использовать наш корпус, рекомендуем размещать его в месте, защищенном от прямого попадания осадков, для дополнительной надежности.

В качестве альтернативы можно приобрести датчик BME280 в защитном корпусе, аналогичном тому, что используется для DS18B20, но мы отказались от этого варианта ради экономии, так как он стоит примерно в пять раз дороже, чем обычный модуль.

Автономная работа

Поскольку наша макетная плата TTGO имеет возможность сразу заряжать аккумулятор, мы выбрали обычный литий-ионный аккумулятор 18650, который обеспечивает достаточное количество энергии в компактном корпусе. Он широко используется и его очень легко получить.

Мы заряжаем эти аккумуляторы с помощью солнечной панели на 6 В. В ходе испытаний заряд аккумулятора практически всегда оставался полным, так что одной панели более чем достаточно.

Мы также создали регулируемую подставку для солнечной панели, которую можно распечатать на 3D-принтере и которую можно установить на улей.

Мы рекомендуем печатать детали из пластика PETG с низким заполнением (около 5%). Если установить слишком высокое значение заполнения, детали могут треснуть при сборке. Для некоторых видов филамента (например, нашего Prusament PETG) может потребоваться увеличить температуру печати на 5–10 градусов по сравнению с обычной.

Для сборки настоятельно рекомендуется использовать молоток или аналогичный инструмент, так как детали с посадочными гнездами нужно будет аккуратно насадить на шаровые элементы. При правильной сборке детали надежно удерживают панель и выдерживают значительные нагрузки. Если требуется повышенная жесткость конструкции, предусмотрены специальные пазы для установки болта и гайки M3, обеспечивающих максимальную надежность крепления. В корпусе также предусмотрен кабель-канал, идущий от панели до самого низа, и четыре отверстия для винтов M5 для монтажа.

Мы печатали детали в вертикальном положении без поддержек, однако при использовании материалов, отличных от Prusament PETG, при сборке могут возникнуть трещины. В таком случае рекомендуется печатать детали «на боку», используя поддержки, касающиеся только печатной платформы. STL-файлы всех деталей доступны в разделе «Файлы».

Корпус

Наш специалист по 3D-моделированию Томаш Хайдучик разработал специальный корпус с отверстиями под кабельные вводы PG7, обеспечивающими полную герметичность конструкции.

Мы распечатали модель на наших собственных принтерах Prusa MK3S, используя филамент PETG. Вы можете скачать набор STL-файлов на вкладке «Файлы» или внести собственные изменения в файлы форматов .STEP и .f3d.

Электроника

Мы собрали прототип на стандартной макетной плате размером 5x7 см; вы можете поступить так же, используя принципиальную схему и любую подходящую макетную плату (перфорированную или беспаечную), однако мы рекомендуем этот способ только опытным энтузиастам и мастерам, хорошо разбирающимся в электронике.

В рамках финального обновления проекта мы также разработали простую двухстороннюю печатную плату. Вы можете заказать ее у любого производителя, воспользовавшись Gerber-файлами из раздела с документацией. Для сборки потребуются лишь гнездовые разъемы (pin headers) и паяльный набор; этот процесс значительно проще, чем ручная разводка соединений перемычками на макетной плате. На плате размещены те же компоненты — модуль HX711 и отладочная плата ESP32, — поскольку самостоятельная пайка полностью интегрированного решения была бы слишком сложной задачей для новичков. Инструкцию по пайке этой платы также можно найти в разделе с файлами.