pondělí 22. června 2015

Včelařská váha. Díl 4. - První zklamání :)

Lenost...

Jak jsem slíbil v minulém díle, tak přináším výsledky prvního měření. Bohužel, všechny výsledky jsou silně ovlivněny dvěma faktory:
1) Líný a nespolehlivý včelař
2) Líné a nespolehlivé včelstvo.

Celá váha byla v neděli za jásotu davů uvedena do provozu a i přes proškolení obsluhy a přítomnému solárnímu panelu došlo v pondělí večer k vybití baterie. Takže nic. Další data jsou posbírána z období po zásahu technické podpory (dobití baterie) t.j. od čtvrtka do neděle večer. 
Jediné, co se dá z grafu vyčíst je, že včely pracují přes den s přestávkami každé zhruba dvě hodiny :)


Vždy přes den jsou zřetelné výrazné fluktuace ve váze úlu. Svou roli také možná hrálo proměnlivé počasí, ale o tom možná někdy příště. Nicméně dělat závěry z takto malého vzorku dat se opravdu nedá. Vypadá to, jako by včely zásoby spíše zmenšovali. A i to je klidně možné, neboť se jedná o nejméně výkonné včelstvo. Obsluha úlu již přislíbila výměnu matky za výkonější model :)

A teplota....

Co je zajímavější a snad i potvrditelné, je závislost snímačů na teplotě. Ta se zdá býti negativní, t.j. čím nižšší teplota, tím vyšší (naměřená) hmotnost. Z dlouhodobějšího pozorování zkusíme odvodit nějaký účinný koeficient.
Vše je +- vidět na následujícím grafu:
 - modrá - pravá osa: teplota
 - oranžová je zátěž 14Kg, nicméně tarována jako nula. Vzhledem k absenic dat za skoro celý týden netuším, jestli se k -700g dostal postupně (driftem) nebo nějakým vnějším zásahem. Příště to vynuluji znova.

Nicméně i tak je vidět, že fluktuace se zatím vejde do 5% odchylky. Po stanovení vlivu teplot by se dala snad snížit na nějakou rozumnou hodnotu. Budu také muset zjistit, zda se fluktuace nezvětší s vyšší zátěži.



úterý 16. června 2015

Včelařská váha. Díl 3. - Mechanika

Mechanické provedení a instalace

Tuhle část vynechají lidé, kteří jsou citliví na licování spojů, kvalitu materiálů a design :)
Je to jen prototyp. 

Mechanické provedení je jednoduché. V podstatě šlo jen o to, umístit snímače do rohů úlu a zamezit jejich posunutí. Problém je, že celý snímač musí stát jen na přesně dané obdélníkové základně po okrajích snímače. Střed musí mít prostor několik milimetrů pro deformaci, takže je nelze jen tak položit na nějaký materiál.
Jako podložka posloužila plastová deska s rozměry podstavy úlu. V rozích jsou umístěny snímače podložené jakousi plastovou podložkou z Bauhausu s dostatečným otvorem uprostřed. Nahoru pak přišla ještě jedna plastová deska a bylo hotovo.



Celá váha se zasunula za zvýšeného bzukotu pod úl. Pak už jen proběhlo připojení elektroniky, solárního panelu a kontrolní váhy. Posledně jmenované ani nebudu ukazovat :) ... Kontrolní zátěž tvoří kbelík se 14Kg mokrého písku. Samozřejmě zavřený, by se voda neodpařovala a neovlivňovala tak měření.



O víkendu stáhnu data a už se těším na první hodnoty. :)


pátek 12. června 2015

Včelařská váha. Díl 2. - Hardware

Dneskaněco málo k použitému hardware.

Tenzometrické snímače

Základem jsou tenzometrické snímače nakoupené v Číně. Hledejte na ebay.com výraz "Scale Weight Sensor 50kg".

Senzory se zapojují do tzv. Wheatsonova můstku. Nejlepších výsledků lze dosáhnout zapojení č do plného můstku. Lze také najít zapojení s jedním (čtvrtmůstek) nebo dvěmi snímačí (půlmůstek). Zbytek obvodu je pak třeba doplnit přesnými rezistory.
Zapojenní čtyř snímačů do plného můstku je na obrázku níže. Tím také zvýšíte maximální únostnost váhy na 200kg. (U mých snímačů nebyl bílý, ale modrtý drát)

Zesilovač signálu a AD převodník

Jelikož změny napětí dosažené na můstku zatížením snímačů dosahují jednotek mV je třeba signál zesílit a pak převést do digitální podoby. Na to existuje několik specializovaných IO. Já použil HX711 (Avia Semiconductor- datasheet). Ten se opět na ebayi prodává již zapájený na desce s několika potřebnými součástkami za pár kaček.
Zapojení je jednoduché. Vývody E (excitation - buzení) připojíte na E piny modulu. Vývody S na A nebo na B. Lepší je A kanál, neboť ten defaultně používá nejvyšší citlivost. B kanál zvládne jen měření na nejmenší citlivost.
Propojení s procesorem obstarávají dva digitální piny: DT (Data Out) a SCK (Synchronous clock). Z toho je jasné, že komunikace je sériová a velmi jednoduchá - lze vyčíst z datasheetu. Případně můžete sáhnout po již připravené knihovně.
Zbývá už jen připojit Vcc na +5V a GND na zem.




středa 10. června 2015

Včelařská digitální váha. Díl 1.

Vzhledem k cenám včelařských vah a nedostatkům ostatních kloudných řešení jsem začal pracovat na vlastním řešení.

Výchozí požadavky:
  • Minimální cena
  • Co nejméně mechaniky vzhledem k náročnosti zpracování
Požadované funkce (podle priorit):
  • Vážení při přesnosti alespoň  +-0,5kg
  • Průběžné vážení se záznamem získaných hodnot
  • Dálkový odečet (BT, GSM, WiFi?) 
  • Detekce vyrojení
Problémy k řešení:
  • Využití levných snímačů z ebay: drift při trvalém zatížení, kompenzace teplotních vlivů
  • Ostrovní napájení (solar?)
  • Zjistit, jak vypadá rojení.


Zvolené řešení:

Celá váha je postavena na nejlevnějších tenzometrickych snímačích, které jsem sehnal. Snímače se vloží pod úl do rohů. Signál ze snímačů je zesilován AD převodníkem HX711 a zpracováván mikropočítačem Arduino Nano. Výsledná data seukládájí na SD kartu případně historie za posledních 24 hodin je zobrazitelná na čtyřmístném displayi. Informaci o čase obstarává modul reálného času Maxim DS3231, který je teplotně kompenzován a lze z něj získat údaj o aktuální teplotě.
Prototyp obsluhuje dvě vážící jednotky. Jenda bude vážit skutečný úl a druhá (kalibrační) konstantní zátěž. Kalibrační jednotka by mi měla dát odpověď na otázku jaké problémy mohu očekávat od nejlevnějších dostupný tenzometrických snímačů:

  • Přesnost: Nedělám si iluze, ale zatím to vypadá dobře. Změřené hodnoty se pohybují v rozmezí 300g. Zatím při zátěži 5kg. Uvidím, co s nimi udělá 50kg.
  • Drift: snímače nejsou stavěny na trvalou zátěž. Postupně se deformují a tím vzniká pomalý posun naměřené hodnoty.
  • Teplotní závislost: Snímače jsou kovové, takže změna teploty automaticky vyvolů změnu v materiálu, která se musí projevit v naměřené hodnotě.

Software:
S celým programováním je kříž. Nejsem žádný C++ guru, takže narážím neustále na docela zvláštní chování mého software. Nicméně kód jsem nějak dobastlil a zdá se že to fachá dobře. Takže prozatím to umí:

  • Kalibraci váhy, nastavení tara
  • Vážení každou minutu, plus každých deset minut uložení na SD kartu.
  • Procházení historie za posledních 24 hodin (po hodinách)
  • Uspávání celého zařízení (to bude potřebovat doladit, páč spotřeba je pořád cca 30mA)
  • Dočasné odstavení pro případ manipulace s úlem.

Stav:
Prototyp je hotov. A co víc, funguje! :) O víkendu příjde (snad) instalace v reálném prostředí. Momentálně probíhá test výdrže na baterii. Našel jsem starou a poněkud odvařenou powerbanku (4000mAh). Při průměrné spotřebě 40mA by mohla váha vydržet 100 hodin. Posléze se uvidí, zda můj starý a opět opelichaný, solární panel dokáže přes den baterii dostatečně dobít.

Problémy k řešení:

  • Z neznámého důvodu se po probuzení procesoru smažou veškerá data z instancí tříd. Nemůžu tedy využít OOP a musím zůstat u klasického procedurálního programování. Zatím žádný problém, ale štve mě to :(
  • Čtečka SD karet se občas zakousne - zkusit vymyslet automatický restart


Kolik to zatím stálo?

Materiál.

Pomalu všechen materiál jsem nakoupil na ebay:

  • 1x Řídící počítač Arduino Nano = 150Kč
  • 1x Modul reálného času RTC DS3231  = 39Kč
  • 2x Zasilovač signálu ze senzorů HX711 = 62Kč
  • 8x Tenzometrický snímač 50Kg = 318Kč
  • 1x Modul čtečky SD karet = 25Kč
  • 1x Klávesnice 4 tlačítka = 60Kč


Další kravinky jako displaye, konektory, krabička jsou z Čech, t.j. nepoměrně dražšší. cca 500kč

Dohromady jsme na ceně okolo 1100Kč. Nicméně váha dokáže vážit dva úly. Při použití výkonějšího procesoru Atmel ATmega1280 a mírné úpravě software bude možné přípojít až 20 dalších vah. Každá znich pak předtavuje 4 tenzometrické snímače a jeden zesilovač HX711 plus nějaké ty kabely a konektory (t.j. cca 200Kč).