描述

介紹

據(jù)綠色和平組織稱(chēng)，歐洲的蜜蜂數(shù)量在短短 20 年內(nèi)下降了 25%。這種下降轉(zhuǎn)化為冬季死亡率的增加，在法國(guó)的某些地區(qū)可能達(dá)到甚至超過(guò) 30%。大量使用殺蟲(chóng)劑和嚴(yán)重破壞蜂房區(qū)也對(duì)該物種構(gòu)成威脅。殖民地的崩潰是殘酷的，既涉及業(yè)余養(yǎng)蜂人，也涉及專(zhuān)業(yè)養(yǎng)蜂人。這是一個(gè)令人擔(dān)憂(yōu)的問(wèn)題，因?yàn)榄h(huán)境和經(jīng)濟(jì)問(wèn)題很重要。人類(lèi)將直接受到蜜蜂消失的影響。我們非常依賴(lài)蜜蜂獲取食物，為野生動(dòng)物授粉。

作為我們?cè)谒靼罾砉W(xué)院培訓(xùn)的一部分，我們被委托一個(gè)項(xiàng)目來(lái)建立一個(gè)連接的蜂巢，以幫助養(yǎng)蜂人監(jiān)控蜂巢的狀態(tài)及其環(huán)境，這要?dú)w功于安裝在蜂巢上的傳感器實(shí)時(shí)提供的信息。

我們的系統(tǒng)必須能夠通過(guò)多個(gè)傳感器和云服務(wù)器向養(yǎng)蜂人發(fā)送某些特征數(shù)據(jù)，例如蜂巢的內(nèi)部和外部溫度、內(nèi)部和外部濕度以及重量。我們創(chuàng)建的原型是自主的，并且可以通過(guò)太陽(yáng)能電池板和與之連接的電池進(jìn)行充電。

本文介紹了我們?cè)谒靼罾砉W(xué)院 EI-2I 培訓(xùn)的第四年進(jìn)行的一個(gè)項(xiàng)目中建立的連接蜂巢的整體功能過(guò)程。

特征

為了使發(fā)送給農(nóng)民的信息與蜜蜂環(huán)境一致，我們需要收集：

? 蜂箱重量（放大器 HX711）

? 內(nèi)部和外部蜂巢溫度（DHT 22 濕度傳感器和 DS18B20 溫度傳感器）

? 蜂巢的內(nèi)部和外部濕度（DHT22 傳感器）

開(kāi)發(fā)人員的先決條件

? 微控制器編程知識(shí)（Arduino）

? 知道如何閱讀數(shù)據(jù)表并提取相關(guān)數(shù)據(jù)

? 了解如何使用 Sigfox（接收和發(fā)送數(shù)據(jù)）、Ubidots（查看數(shù)據(jù)）、Altium（創(chuàng)建 PCB）等軟件

它是如何工作的 ？

蜂巢的主要思想如下，我們發(fā)現(xiàn)淡粉色是傳感器的主要?jiǎng)幼鳎G色是使用的材料，白色是養(yǎng)蜂人要分析的動(dòng)作和數(shù)據(jù)：

?

我們可以有一個(gè)更詳細(xì)的圖表來(lái)解釋系統(tǒng)：

?

在這里，我們有一個(gè)示意圖，顯示了組件之間的連接

使用什么傳感器？

在這個(gè)項(xiàng)目中，我們使用了兩個(gè) DHT22 傳感器、三個(gè) DS18B20 傳感器、一個(gè)由應(yīng)變片組成的 HX711 放大器。在對(duì)各種傳感器進(jìn)行比較之后，我們的團(tuán)隊(duì)保留了這些組件的準(zhǔn)確性和測(cè)量范圍。它們忠實(shí)于巴黎地區(qū)的氣候條件和蜂巢內(nèi)的條件。

DS18B20 傳感器將放置在蜂巢中，以測(cè)量蜂巢內(nèi)不同位置的內(nèi)部溫度。我們還將在蜂巢內(nèi)放置一個(gè) DHT22 傳感器來(lái)觀察蜂巢內(nèi)部的濕度，第二個(gè) DHT22 傳感器將用于測(cè)量外部溫度和濕度。所有這些措施使我們能夠監(jiān)測(cè)蜂巢內(nèi)外的蜜蜂環(huán)境狀況。重量也會(huì)被提高，以更好地了解蜂巢和蜜蜂的情況。

然后，傳感器收集的所有這些信息將由 SigFox 天線以 12 分鐘的間隔傳輸。Ubidots 上的儀表板將使我們能夠監(jiān)控環(huán)境的演變。

模型的實(shí)現(xiàn)

該系統(tǒng)將安裝在 Arduino MKRFOX 1200 板上，然后將其放置在機(jī)箱中。我們還考慮了一個(gè)電力系統(tǒng)，可以讓我們的案例自主運(yùn)行。LIPO 電池將連接到 Arduino 板和太陽(yáng)能電池板。還將監(jiān)控電池充電的百分比。為了減少板子與 SigFox 每次發(fā)送信息之間的等待期間的消耗，我們將 Arduino 板置于睡眠模式。這將減少其能源消耗。此外，我們還將在每次測(cè)量之間將 HX711 放大器置于睡眠模式。為此，在每次測(cè)量后，我們將重量傳感器的觀察置于睡眠模式，并在每次測(cè)量前將其喚醒。時(shí)間測(cè)量將通過(guò) Arduino 板的睡眠時(shí)間來(lái)完成。

一旦我們的 LabDec 測(cè)試成功，我們就開(kāi)始創(chuàng)建 PCB（印刷電路板）。
模擬

電子地圖的制作

首先，我們使用了 Altium 軟件，這是一種用于電子系統(tǒng)的集成計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件鏈。首先，我們對(duì)圖表進(jìn)行建模，如下圖所示。

為了導(dǎo)入 MKRFOX 板，我們?yōu)閭鞲衅靼惭b了 Loader V2.2 庫(kù)和 110990030 庫(kù)。我們將組件與標(biāo)簽鏈接起來(lái)，以使圖表易于閱讀。

如下圖所示，我們已將原理圖導(dǎo)出到 PCB。以下是我們執(zhí)行的步驟：

- 定義板的輪廓，以便打印機(jī)針對(duì)特定區(qū)域

- 定義組件的寬度（最小寬度：16 毫米，最大寬度：39 毫米）

- 選擇用于布線和焊接的層（這里我們選擇了底層）

- 定義地平面

- 布線板（電線不得相互交叉）

與 Sigfox 和 Ubidots Prototype 實(shí)現(xiàn)的連接

Sigfox 網(wǎng)絡(luò)通過(guò)節(jié)能的低流量網(wǎng)絡(luò)專(zhuān)門(mén)研究機(jī)器對(duì)機(jī)器，這促進(jìn)了我們蜂巢的自主性。它通過(guò)允許通過(guò) LPWAN 網(wǎng)關(guān)進(jìn)行互連，為物聯(lián)網(wǎng)做出了貢獻(xiàn)。

要設(shè)置 Sigfox 模塊：

? 您必須在 Sigfox 后端注冊(cè)您的設(shè)備。您將找到與 Sigfox 兼容的開(kāi)發(fā)套件列表，選擇您的套件繼續(xù)。

? 接下來(lái)，您需要為您要激活設(shè)備的國(guó)家/地區(qū)選擇 Sigfox 運(yùn)營(yíng)商。找到您的國(guó)家并選擇運(yùn)營(yíng)商以繼續(xù)。

? 一旦您的設(shè)備保存在 Sigfox 后端，您應(yīng)該會(huì)在設(shè)備部分看到它，如下圖所示：

這項(xiàng)技術(shù)允許我們每天在最多 12 個(gè)字節(jié)上發(fā)送 140 條消息，因此我們根據(jù)這些條件調(diào)整了我們的代碼，因此我們每 12 分鐘發(fā)送一次傳感器數(shù)據(jù)，超過(guò) 12 個(gè)字節(jié)。可以在 Sigfox 后端訪問(wèn)此數(shù)據(jù)。

要與 Ubidots 的 IoT 數(shù)據(jù)分析和可視化平臺(tái)進(jìn)行交互，您只需配置回調(diào)，允許我們將數(shù)據(jù)從 Sigfox 傳輸?shù)?Ubidots。

· ? 要配置對(duì) Ubidots API 的 callbakc，請(qǐng)使用

· 類(lèi)型：數(shù)據(jù)-上行

· 頻道：UTL ? 自定義負(fù)載配置：value0::uint:8 value1::uint:8 value2::uint:8 value3::uint:8 value4::uint:8 ? URL 模式：https://industrial.api .ubidots.com/api/v1.6/devices/{device}/

· 使用HTTP方法：POST

·發(fā)送SNI：勾選

· 標(biāo)頭：x-auth-token BBFF-SSwnDYhu1rEvidVo5vDVpgpMvam4Ky

· 內(nèi)容類(lèi)型：application/json ? 正文：{ "Temperature" : {"value":"{customData#value0}"}, "Humidity" : {"value":"{customData#value1}"}, "TempIntern" : {"value":"{customData#value2}"}, "Anemo": {"value":"{customData#value3}"}, "Poids" : {"value":"{customData#value4}"} }

一旦您的設(shè)備準(zhǔn)備就緒，請(qǐng)轉(zhuǎn)到您的 Ubidots 帳戶(hù)以查看使用變量創(chuàng)建的新設(shè)備。在 Ubidots 賬戶(hù)中，在設(shè)備菜單中創(chuàng)建一個(gè)新貨幣。之后，您可以通過(guò)單擊查看不同的變量。關(guān)于溫度，因?yàn)槲覀儗⑺艘?10：

為了獲得度數(shù)，我們將第一個(gè)溫度變量除以 10：

然后我們以更美觀的方式創(chuàng)建我們的儀表板，以便養(yǎng)蜂人可以輕松讀取蜂巢的數(shù)據(jù)并實(shí)時(shí)解釋它。為了向我們通過(guò) Ubidots 的農(nóng)民發(fā)送通知，我們點(diǎn)擊數(shù)據(jù)，然后點(diǎn)擊事件：

然后，單擊創(chuàng)建事件：

我們?cè)O(shè)置我們的電子郵件。

案例的實(shí)現(xiàn)

最初，電纜通過(guò)用塑料護(hù)套覆蓋來(lái)扭曲和密封。然后我們的團(tuán)隊(duì)將所有組件焊接到板上。檢查組件的正確操作后。我們?cè)诤凶由香@孔以通過(guò)電纜，此外，我們添加了一種織物來(lái)保護(hù)內(nèi)部濕度傳感器免受蜂蜜和蜂蠟的影響。

一旦盒子被密封好，我們就開(kāi)始將盒子安裝在蜂巢上。我們還設(shè)置了一個(gè)按鈕來(lái)打開(kāi)和關(guān)閉機(jī)箱，一個(gè) LED 告訴我們點(diǎn)火并在閃爍時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)。

結(jié)論

該項(xiàng)目使我們的團(tuán)隊(duì)能夠從頭到尾致力于生產(chǎn)適銷(xiāo)對(duì)路的產(chǎn)品。我們編寫(xiě)了 Arduino 代碼，構(gòu)建了 PCB 板，焊接了組件，準(zhǔn)備了傳感器和外殼。這使我們能夠提高我們的技術(shù)技能和獨(dú)創(chuàng)性，以開(kāi)展這個(gè)項(xiàng)目。我們獲得了很多經(jīng)驗(yàn)，提高了我們的管理技能和編程技能。