Meetsysteem specificaties

BEEP Bijenmeetsysteem V3

Een betaalbaar en goed meetsysteem

De belangrijke vraag die we ons bij Beep stellen is: hoe kan technologie het best worden toegepast om de gezondheid van honingbijen te ondersteunen? Dat is een zoektocht die stichting Beep dagelijks bezighoudt. Het doel is om samen met anderen een meetsysteem te ontwerpen en te bouwen dat de volgende eigenschappen heeft:

  • Metingen aan bijenvolken en kasten doen die wat zeggen over de bijengezondheid
    • Gewicht
    • Temperatuur (zowel in als buiten de kast)
    • Luchtvochtigheid
    • Geluid in de kast
  • Betaalbaar
  • Makkelijk te gebruiken
  • Robuust en duurzaam
  • Geen terugkerende kosten

PCB

BEEP PCB v3

Open source meetsysteem

Een betaalbaar en goed meetsysteem maken is geen gemakkelijke opgave, maar gelukkig we zijn niet alleen. Bijensensorsystemen zijn niet nieuw voor de markt en verschillende groepen hebben gedeelde en verbeterde open source ontwerpen. Wij maken gebruik van en delen kennis met deze groepen en delen onze ontwerpen ook. Op deze manier maken we gebruik van de gezamenlijke kracht van vele vrijwilligers die veel kennis hebben op dit gebied en zich er vaak ook professioneel in hebben verdiept.

Wil je meedoen met de crowdfunding van versie 3 van het BEEP meetsysteem, de BEEP Base, schrijf je dan hier in.

Versie 2

Hier staat de eerder ontwikkelde versie 2 van het meetsysteem on-line in detail beschreven onder deze link:

 Bekijk het open source Beep v2 meetsysteem

Beep V2 exploded

Specificaties versie 2

Aantal geproduceerd:   12
Sensoren:   Totaalgewicht bijenkast, temperatuur en geluid in de kast, omgevingstemperatuur en vochtigheid
Microprocessor:   Atmega328p
Gegevensverbinding:    LoRa 868MHz (The Things Network of KPN)
Stroombron:   2 Lithium AAA-batterijen (± 1 jaar datatransmissie)
Materiaal/Productiemethode:   CNC gefreesd betonplex en laser gesneden RVS

Ontwikkelstatus v2

Het meetsysteem V2 is in februari 2019 onder verschillende omstandigheden getest. Onder en in de kast en in een testopstelling met verschillende soorten sensoren. Tevens zijn tien van de systemen getest onder verschillende temperatuurs- en luchtvochtigheidsomstandigheden. Hieruit zijn de volgende conclusies getrokken:

  1. Het meten van temperatuur en luchtvochtigheid (zowel in als buiten de kast) gaat goed en geeft relevante informatie.
  2. Het draadloos opsturen van de data 1x per 15 minuten tot 1x per uur (afhankelijk van de verandering van de meetwaarden) gaat goed via het LoRa netwerk.
  3. Het systeem is energiezuinig genoeg om een jaar lang op twee AAA (dunne penlight) batterijen te kunnen meten èn gegevens doorsturen.
  4. Geluidsmeting werkt nog niet naar tevredenheid, aangezien er nog te weinig frequenties worden geanalyseerd en nog meer duidelijkheid moet komen over de conclusies die je hieruit kunt trekken. 
  5. We zijn ook nog niet helemaal tevreden over de lange duur precisie van de gewichtsmeting bij schommelende buitentemperaturen.
  6. Het CNC frezen van het hout neemt veel tijd in beslag: ca. 8 minuten per plankje en dus 32 minuten per meetsysteem.
  7. De assemblagetijd van één geheel meetsysteem ligt nu op 3 tot 4 uur. Om een betaalbaar meetsysteem te kunnen leveren moet het geheel in ca. 15-30 minuten geassembleerd kunnen worden, of als zelfbouwpakket worden geleverd. Hier is dus duidelijk een ontwerpslag nodig.

Focus op lastigste meting: lange duur stabiel gewicht

Omdat het meten van de grootheden als temperatuur en luchtvochtigheid goed gaat, is onze huidige focus nu vooral op de belangrijke meetwaarde: gewicht. Gewichtssensoren, ook wel 'load cells' genoemd, bestaan meestal uit een aluminium staaf waarin de vervorming veroorzaakt door een belasting wordt gemeten door een verandering in weerstand van een klein rekstrookje. Load cells zijn ontworpen om kortstondig items zoals mensen en goederen te wegen.

In het geval van de bijenkast willen we echter continu wegen. Hoewel de sensoren niet altijd zijn ingeschakeld (dit is niet nodig en zou te veel stroom kosten), drukt de belasting van de kast wel altijd op de sensoren. Tegelijkertijd beïnvloeden omgevingsfactoren als temperatuur en direct zonlicht de metingen. Vooral verschuivende temperaturen beïnvloeden de uitlezing van de loadcellen. In V1 hebben we dit in de software zo goed mogelijk gecorrigeerd en deze correctie gebruikt in de hard- en software van V2.

In de tests in een gecontroleerde omgeving kwamen we echter tot de conclusie dat deze correcties niet voldoende zijn om een betrouwbare gewichtsmeting te doen van de veranderingen in het bijenkastgewicht. Onder andere omdat de invloed van temperatuur op de metingen per sensor verschilt en per sensor kan veranderen. Er is ook een tijdverschil tussen wanneer de temperatuur de metingen beïnvloedt en deze kunnen ook per sensor verschillen. Als laatste hebben we het vermoeden dat het hout, waar de sensoren aan vast zitten, ook van invloed zou kunnen zijn op sommige onverklaarbare meeteffecten. Al met al veel onzekerheden bij elkaar opgeteld, die de metingen nu op ca. +/- 200 gram nauwkeurig maken (op een totaalgewichtbereik van 0-125kg).

Waarom zijn betrouwbare gewichtsgegevens belangrijk?

Zoals gezegd heeft de temperatuur invloed op de gewichtsmetingen. Hoeveel dit is, kan variëren. Bij het interpreteren van gewichtsgegevens kan men bijvoorbeeld het verschil in gewichtstoename of verlies per dag willen zien. Dit kan variëren van een halve tot hele kilogram, afhankelijk van de weersomstandigheden. Wanneer de werkelijke veranderingen subtiel zijn, b.v. bij het volgen van het voorraadgebruik in de winter en het vroege voorjaar, veroorzaken deze wijzigingen gemakkelijk fouten in de interpretatie. Het huidige V2 meetsysteem is op ca 200 gram nauwkeurig (op een totaal bereik van 0-125kg), maar we willen naar een nauwkeurigheid van 50 gram toe om ook kleine veranderingen goed in beeld te kunnen brengen.

Andere factoren spelen eveneens een rol: regen- en sneeuwval, vochtopname in b.v. houten bijenkast onderdelen, condens in de bijenkast of -korf. Hoe meer variaties, hoe onbetrouwbaarder en hoe meer kans op verwarring bij de gebruiker van de gegevens. Dit kan mogelijk leiden tot verkeerde beslissingen.

Klik hier om mee te doen met de crowdfunding van versie 3 van het BEEP meetsysteem.