描述

介紹

據綠色和平組織稱，歐洲的蜜蜂數量在短短 20 年內下降了 25%。這種下降轉化為冬季死亡率的增加，在法國的某些地區可能達到甚至超過 30%。大量使用殺蟲劑和嚴重破壞蜂房區也對該物種構成威脅。殖民地的崩潰是殘酷的，既涉及業余養蜂人，也涉及專業養蜂人。這是一個令人擔憂的問題，因為環境和經濟問題很重要。人類將直接受到蜜蜂消失的影響。我們非常依賴蜜蜂獲取食物，為野生動物授粉。

作為我們在索邦理工學院培訓的一部分，我們被委托一個項目來建立一個連接的蜂巢，以幫助養蜂人監控蜂巢的狀態及其環境，這要歸功于安裝在蜂巢上的傳感器實時提供的信息。

我們的系統必須能夠通過多個傳感器和云服務器向養蜂人發送某些特征數據，例如蜂巢的內部和外部溫度、內部和外部濕度以及重量。我們創建的原型是自主的，并且可以通過太陽能電池板和與之連接的電池進行充電。

本文介紹了我們在索邦理工學院 EI-2I 培訓的第四年進行的一個項目中建立的連接蜂巢的整體功能過程。

特征

為了使發送給農民的信息與蜜蜂環境一致，我們需要收集：

? 蜂箱重量（放大器 HX711）

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

? 蜂巢的內部和外部濕度（DHT22 傳感器）

開發人員的先決條件

? 微控制器編程知識（Arduino）

? 知道如何閱讀數據表并提取相關數據

? 了解如何使用 Sigfox（接收和發送數據）、Ubidots（查看數據）、Altium（創建 PCB）等軟件

它是如何工作的 ？

蜂巢的主要思想如下，我們發現淡粉色是傳感器的主要動作，綠色是使用的材料，白色是養蜂人要分析的動作和數據：

?

我們可以有一個更詳細的圖表來解釋系統：

?

在這里，我們有一個示意圖，顯示了組件之間的連接

使用什么傳感器？

在這個項目中，我們使用了兩個 DHT22 傳感器、三個 DS18B20 傳感器、一個由應變片組成的 HX711 放大器。在對各種傳感器進行比較之后，我們的團隊保留了這些組件的準確性和測量范圍。它們忠實于巴黎地區的氣候條件和蜂巢內的條件。

DS18B20 傳感器將放置在蜂巢中，以測量蜂巢內不同位置的內部溫度。我們還將在蜂巢內放置一個 DHT22 傳感器來觀察蜂巢內部的濕度，第二個 DHT22 傳感器將用于測量外部溫度和濕度。所有這些措施使我們能夠監測蜂巢內外的蜜蜂環境狀況。重量也會被提高，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控環境的演變。

模型的實現

該系統將安裝在 Arduino MKRFOX 1200 板上，然后將其放置在機箱中。我們還考慮了一個電力系統，可以讓我們的案例自主運行。LIPO 電池將連接到 Arduino 板和太陽能電池板。還將監控電池充電的百分比。為了減少板子與 SigFox 每次發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，我們還將在每次測量之間將 HX711 放大器置于睡眠模式。為此，在每次測量后，我們將重量傳感器的觀察置于睡眠模式，并在每次測量前將其喚醒。時間測量將通過 Arduino 板的睡眠時間來完成。

一旦我們的 LabDec 測試成功，我們就開始創建 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的集成計算機輔助設計軟件鏈。首先，我們對圖表進行建模，如下圖所示。

為了導入 MKRFOX 板，我們為傳感器安裝了 Loader V2.2 庫和 110990030 庫。我們將組件與標簽鏈接起來，以使圖表易于閱讀。

如下圖所示，我們已將原理圖導出到 PCB。以下是我們執行的步驟：

- 定義板的輪廓，以便打印機針對特定區域

- 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 實現的連接

Sigfox 網絡通過節能的低流量網絡專門研究機器對機器，這促進了我們蜂巢的自主性。它通過允許通過 LPWAN 網關進行互連，為物聯網做出了貢獻。

要設置 Sigfox 模塊：

? 您必須在 Sigfox 后端注冊您的設備。您將找到與 Sigfox 兼容的開發套件列表，選擇您的套件繼續。

? 接下來，您需要為您要激活設備的國家/地區選擇 Sigfox 運營商。找到您的國家并選擇運營商以繼續。

? 一旦您的設備保存在 Sigfox 后端，您應該會在設備部分看到它，如下圖所示：

這項技術允許我們每天在最多 12 個字節上發送 140 條消息，因此我們根據這些條件調整了我們的代碼，因此我們每 12 分鐘發送一次傳感器數據，超過 12 個字節。可以在 Sigfox 后端訪問此數據。

要與 Ubidots 的 IoT 數據分析和可視化平臺進行交互，您只需配置回調，允許我們將數據從 Sigfox 傳輸到 Ubidots。

· ? 要配置對 Ubidots API 的 callbakc，請使用

· 類型：數據-上行

· 頻道：UTL ? 自定義負載配置：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

·發送SNI：勾選

· 標頭：x-auth-token BBFF-SSwnDYhu1rEvidVo5vDVpgpMvam4Ky

· 內容類型：application/json ? 正文：{ "Temperature" : {"value":"{customData#value0}"}, "Humidity" : {"value":"{customData#value1}"}, "TempIntern" : {"value":"{customData#value2}"}, "Anemo": {"value":"{customData#value3}"}, "Poids" : {"value":"{customData#value4}"} }

一旦您的設備準備就緒，請轉到您的 Ubidots 帳戶以查看使用變量創建的新設備。在 Ubidots 賬戶中，在設備菜單中創建一個新貨幣。之后，您可以通過單擊查看不同的變量。關于溫度，因為我們將它乘以 10：

為了獲得度數，我們將第一個溫度變量除以 10：

然后我們以更美觀的方式創建我們的儀表板，以便養蜂人可以輕松讀取蜂巢的數據并實時解釋它。為了向我們通過 Ubidots 的農民發送通知，我們點擊數據，然后點擊事件：

然后，單擊創建事件：

我們設置我們的電子郵件。

案例的實現

最初，電纜通過用塑料護套覆蓋來扭曲和密封。然后我們的團隊將所有組件焊接到板上。檢查組件的正確操作后。我們在盒子上鉆孔以通過電纜，此外，我們添加了一種織物來保護內部濕度傳感器免受蜂蜜和蜂蠟的影響。

一旦盒子被密封好，我們就開始將盒子安裝在蜂巢上。我們還設置了一個按鈕來打開和關閉機箱，一個 LED 告訴我們點火并在閃爍時發送數據。

結論

該項目使我們的團隊能夠從頭到尾致力于生產適銷對路的產品。我們編寫了 Arduino 代碼，構建了 PCB 板，焊接了組件，準備了傳感器和外殼。這使我們能夠提高我們的技術技能和獨創性，以開展這個項目。我們獲得了很多經驗，提高了我們的管理技能和編程技能。