Хьюстон! У нас проблемы? От «умного» улья к роболетку и «кластеру» на ардуино


    Для начала хочется сказать, что умных ульев не существует, от слова вообще.


    Вот что к примеру может умный дом?


    Как минимум перекрыть воду в случае затопления, отключать свет и розетки, в общем есть обратная связь.


    В конструкциях "умных" ульев регистрируется множество параметров, но они ничем не управляют, то-есть по сути являются системами мониторинга.


    Да уж и пора-бы перейти от практической электроники к практическому пчеловодству (ради чего все и начиналось).


    Собственно описание того, что и как будет уже этой весной и содержит данная статья.


    Итак, вначале были пчелы.


    Один улей был у меня, десятки у деда, да и вообще они существовали миллионы лет назад, в эру динозавров.



    Сколько-же ульем нужно мне сейчас?


    Думал, что дюжину, оказалось — два!


    Два многокорпусных улья системы Паливоды ("рогатых"), с сетчатым дном.


    В процессе пчеловождения уже расширюсь роями дабы не нарушать естественный процесс жизни пчел.


    Так почему-же в поле моего зрения попал именно леток, и что там роботизировать?


    Как говорят некоторые пчеловоды — "леток — зеркало улья" по нему можно определить состояние семьи.


    Я-же с пчеловодством выходного дня не смогу постоянно его наблюдать.


    Можно поставить веб-камер(у/ы), но это нужно проводить интернет ибо не то что 3/4G не работает, голосовая связь через пень-колоду.


    А можно сделать оптический регистратор активности:



    Роботизировать-же собрался летковый заградитель (закрывать "вход" в улей).


    Простым сервоприводом в три положения — закрыто/трутнеулавливатель/открыто


    При этом все летки закрывать на ночь — да хотя-бы для защиты от проникновения восковой моли.


    Ну и дабы избежать запрополисовывания.


    Трутнеуловитель — это на будущее, для предотвращения роений.


    То-есть функцию по летку без проблем можно реализовать на существующих GSM-весах, но я хочу большего.


    А именно — анализировать звук пчел.


    Да, в этом деле многие преуспели, но кто-же поделится точными данными — все расплывчато, либо готовые системы за деньги.


    И тут мы подошли к "железному" вопросу — каким оборудованием писать звук?



    Всего-то надо 2 канала, wav (дабы избежать лишних искажений), 2кГц (пчелиная матка поет на ~1500Гц, улей звучит до 800)


    Под силу простейшему одноплатному компьютеру, но сколько он потребляет (10W)?


    И какую солнечную батарею для такой автономной системы ставить?


    А можно поставить в качестве самописца ардуинку — как раз одна 16-Мгц Atmega будет чудесно молотить по записи с двух ульев на 32-ГБ карту памяти.


    Остальные функции будет выполнять уже другой контроллер — отчего и "кластер" вынесенный в заголовок


    На мой взгляд так удобней — можно допиливать/перезаливать различные части системы независимо друг от друга.


    Хотя не спорю, изначально хотел поставить Raspberry Pi или Arduino DUE.


    Пока делаю тот вариант, который мне проще реализовать и с которым проще работать.


    А как-же вес спросите Вы?


    Он тоже будет регистрироваться в моей системе наряду с влажностью/температурой как внутри улья, так и на пасеке.


    Пока-же, как, годовой итог у меня есть самые маленькие GSM-весы:



    Просто порой крайне раздражали провода, навесной монтаж и мешали батареи.


    Поэтому я решил сделать конструкцию на один улей, на печатной плате, вынеся батарею за скобки.


    И таки получилось!


    Не спорю, на Лоре автономность была-бы значительно выше, но это уже получится другое устройство.


    И как быть, если на десятки километров кроме вышки мобильного оператора других благ цивилизации нет?


    В общем, если еще кому-то из коллег-айтишников вдруг захотелось завести пчел, то можем пройти этот путь вместе. До новых встреч на страницах Хабр-а!


    С уважением, электропчеловод Андрей.

    Комментарии 37

      +1
      А эти рассказы про пчёл, у которых сбоит навигация и которые массово дохнут от wifi и мобильной связи — зелёные сказки?
        0

        Так ведь у меня GSM-модуль включается раз в сутки, на одну минуту.
        На закате, когда пчелы уже не летают.
        Остальное время он даже не спит, а обесточен.


        А в системе что будет установлена, все решится путем физического разнесения в пространстве.
        Ни пчелы, ни пчеловоды против данного решения не возражают.

        +1
        Роботизировать-же собрался летковый заградитель (закрывать «вход» в улей).

        Простым сервоприводом в три положения — закрыто/трутнеулавливатель/открыто

        Еще можно добавить четвертое положение — односторонний гейт. Это поможет сберечь рой перед сильным ливнем. Прогноз погоды грузим из сети.
          +1

          Синоптики, они-же ошибаются и не краснеют.
          Дождь может идти полосами.
          Куда верней BMP180 — датчик атмосферного давления, простейший датчик дождя наконец.


            +1
            Синоптики, они-же ошибаются и не краснеют.

            Для локальной местности прогноз на 12 часов можно сделать очень точно.
            Но метеодатчики, конечно, резко повысят точность собственного прогноза.


            Дождь может идти полосами.

            В этом случае нужно работать с вероятностями. Если индекс неустойчивости большой — лучше заранее думать, что будет дождь.

              0

              Помимо простоты прямого считывания данных с датчиков, хочу акцентировать внимание на отсутствие интернета во многих местах расположения пасек.
              Особенно выездных, когда павильон с ульями стоит на полях.


              Вот там-то играет роль и энергопотребление самой системы, и возможность работы без связи со всемирной паутиной.


              А СМС, они пробиваются даже при совсем паршивой связи.

          +3

          Посмотрите в сторону STM32L4 серии. У меня пишет звук с частотой 48 кГц потребляя 20 мА и ещё 20-30 — карта всплесками при записи. Особо с потреблением не заморачивайся, молотит без остановки на 60 МГц.

            +1
            Всего-то надо 2 канала, wav (дабы избежать лишних искажений), 2кГц (пчелиная матка поет на ~1500Гц, улей звучит до 800)

            Теорему Котельникова отменили? на частоте сэмлов 2кГц максимум что можно увидеть без искажений — 1 кГц.

              0

              Нет, ее никто не отменял, я привел не частоту сэмплов, а именно предел звуковой частоты.
              Понятно, что это 4к.
              Хотя как раз данный момент и есть причиной многих недопониманий (зачем мне 44100Гц, если я слышу 20000 ?)
              С каждого улья будет 24кбит/с (если писать 8бит ADC)
              В общем примерно 10ГБ/30дней/1улей, не считая заголовков wave-формата.

                +1
                Всего-то надо 2 канала, wav (дабы избежать лишних искажений), 2кГц (пчелиная матка поет на ~1500Гц, улей звучит до 800)

                Понятно, что это 4к.

                ну да, очевидно же что 2кГц это 4кГц :)
                  –2

                  Об это можно было-бы говорить, будь данное обстоятельство ошибкой в коде программы.

                  0
                  1. Зачем писать на карту PCM за 30 дней, если при роении счет времени идет на часы?
                  2. Если вам по итогу нужен спектр — анализируйте спектр, а не пишите гигабайты ненужной информации, благо реализаций FFT вагон и тележка.
                    –1

                    Спору нет, в конечной реализации именно так и будет.


                    Но сейчас я четко не знаю что, куда и насколько изменится.


                    Поэтому и концепция — писать все, дать рою улететь, а потом уже отталкиваясь от реальных данных строить систему на FFT.


                    Иначе скажем так, буду ожидать события на полосе 200-230Гц, а оно произойдет на 240, плюс смежные полосы о которых не знаю.
                    Вот для того, чтобы чего-то не пропустить, хочу первое время писать все.

                      +1
                      если звук записывается для последующего анализа на этапе разработки — к чему загонять себя в рамки, а не использовать нормальные средства записи? ибо Н — надежность.
                      если все же надумаете писать — пишите сразу ключевые значения. допустим амплитуду по нескольким контрольным точкам спектра.
                        +1
                        а не использовать нормальные средства записи?

                        Полагаю, чтобы сразу выявить приборные ошибки.

                          +1
                          например то, что на третий день записи девайс перестанет писать или на тридцатый запорет записанные данные?
                            +1

                            Как вариант. Впрочем, если проверять его ежедневно — такого не случится.

                        +2
                        Пока, простите, конечной реализации даже в виде идеи и на горизонте не видно. Был тут уже один проект измерителя радиации для смарта.

                        Нужно отслеживать не точные значения частот, а динамику, и вот в отслеживании динамики и нужно мониторить и объект измерения и данные измерения, а не записать много гигабайт на карту в течение месяца, а потом выискивать, когда там тот рой улетел и сколько герц при этом было.

                        Составили образцовый паттерн в виде спектра, и дальше сравнивайте, отличается — смотрим что происходит.
                          0

                          В спорах рождается истина.
                          И я даже согласен, что не стоит анализировать потом, а достаточно просто мониторить разницу показаний между ульями.

                          Вот, только получил платы для своего "Горыныча" — мониторинга веса 3 ульев.
                          Микрофоны паяются на аналоговые входы — и вперед — при определенном проценте расхождений происходит оповещение.

                  +1
                  Зачем вам звуки пчел? Что вы с ними будете делать?
                    +2

                    Самый простой вариант — предсказание роений, при том за дни до самого события.


                    С первым роем выходит старая матка, по-тихому, с половиной пчел.
                    Тут нужен анализ частот в районе 200-300Гц.
                    Дело в том, что перед этим изрядная часть пчел висит в улье никуда не выходя — копят силы.
                    В итоге пик спектра снижается.
                    В улье остается половина пчел и маточники с еще не родившимися королевами.
                    Та что вылезла первой лазит по сотам и "голосит" на этих самых 1500Гц
                    Дальше может вылететь второй рой уже с четвертью начального количества(половиной оставшихся).


                    Если не уследть, то улей может "изроиться"


                    Не исключаю, что часть синдрома разрушения пчелиных семей (CCD, colony collapse disorder), как раз приходится на подобные случаи из-за невнимательности начинающих пчеловодов.


                    Дальше, выявление семей, зараженных варроатозом — там тоже свои частоты.


                    Зимовка — анализ состояния пчелиной семьи по отклику на удар по стенке улья — едва ли не 100 лет назад об этом говорили, били электромеханический молоточек, слушали уже сами пчеловоды.
                    Мой дед со стетоскопом ходил — тюкал по улью плоскогубцами.


                    Я зимой на даче не бываю вообще — поставить актуатор от центрального замка авто -пускай себе простукивает по команде извне, если по параметрам температуры/влажности что-то не понравилось.


                    В общем поэтому и хочу вначале "писать" все, дабы потом научиться выделять нужное.


                    Но если летом чтобы потерять пчел нужно быть полным дятлом, то вот зимой — запросто.

                      +1
                      image

                      10-минутный «звуковой портрет» пчелиной семьи. [источник]

                      Акустический контроль физиологического состояния семей разрабатывался еще в 1960х [источник]

                        0

                        Мало изобрести велосипед, надо еще чтобы на нем хотели ездить.

                        +1

                        У AlexGyver был проект графического анализатора аудио спектра
                        Там, вроде, на мощностях ардуино звуковая дорожка раскладывается на частоты. Может поможет в детектировании частот.
                        https://alexgyver.ru/fhtspectrumanalyzer/
                        Не сочтите за рекламу.

                      +1
                      Ждем систему фейсконтроля пчел на нейронных сетях
                        0

                        Ну так-то есть идея VGA-камеры на летке и распознавания варроатозного клеща на пчелах.


                        Но это не новость — приложения для смартфонов уже существуют.

                        +1

                        Как насчет решений на ESP32+Ethernet? Контроллер мощный, память расширяемая, звук можно на карту памяти писать, вернее, использовать ее как буфер, WiFi там включать ну на крайний случай

                          0

                          Я вообще посматриваю на ESP32+CAM


                          Заодно и за пчелами подглядывать можно ;-)

                            +1
                            Если еще и камеру подключать, то ESP32 может не подойти, потому что пины для Ethernet-PHY заняты камерой. Можно переназначить, но уже на своей плате. В общем, пины быстро кончатся, думаю стоит посмотреть в сторону STM32F4/STM32L4 и малин. Либо пользовать WiFi, но пчелам будет от него шумно, думаю.
                          +1
                          А как планируете защищать те же датчики внутри улья от пчел? Могут же залепить. Если для температуры это не важно. То с влажностью могут быть нюансы. Ну и не знаю насколько пчелопродукты агрессивная среда для проводов/контактов/мест пайки.
                            0

                            На рамки обычно кладется холстик (мешковина), вот над ним и буду располагать.


                            Второе место — это под сетчатым дном, так даже тепловизор поставить можно.

                            +1
                            Интересно как пчелы воспринимают такой акт прогрессорства…
                              –1

                              Вообще-то, я планирую экранировать микроконтроллеры, но для ответа на Ваш вопрос видимо все-же придется на удалении поставить третий улей, не опутанный датчиками.

                              0
                              Для начала хочется сказать, что умных ульев не существует, от слова вообще.


                              хмм… я знаю проект с 2013 год: www.smartbhive.com (тоже украинский)

                              ну и их бенчмаркинг:

                              • Компания Arnia. Hive Monitoring
                              • Компания Switney. BeeWatch Professional
                              • Компания Apiloger. apiloger.com
                              • Компания SolutionBee. B-Ware
                              • Компания Kaptarmerleg
                              • Компания Биоргенайзер. BeeBalance

                              [источник]
                                0

                                И вот через два предложения у меня-же:


                                В конструкциях "умных" ульев регистрируется множество параметров, но они ничем не управляют, то-есть по сути являются системами мониторинга.

                                Чем управляет система, предлагаемая на www.smartbhive.com ???
                                Ничем!
                                Точно так-же, как и десятки других систем, попавших в поле моего зрения.


                                Но вот продавать "мониторинг ульев", как-то не звучит, вот "умный улей" — это громко!


                                В стиле как искусственным интеллектом в over90% случаев называют системы машинного обучения

                                +1
                                Статья интересная, но не зватает главы «введение», с описанием основных терминов и определений и описания проблем, которые помогает преодолевать данное решение.
                                  0

                                  Самый простой = самый лучший (для моих условий ;) )

                                  Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                  Самое читаемое