Bienenforschung mit Temperatur- und Feuchtemessung mit SHT-31-DIS-F

Python auf Einplatinencomputer wie Raspberry Pi, Banana Pi / Python für Micro-Controller
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beedoc
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Donnerstag 29. April 2021, 21:27

Hallo Forum,


ich bin ganz neu hier, habe mich gerade angemeldet, denn ich benötige Hilfe für die richtige Programmierung meines RPi Zero-W mit Python3 für die Bienenforschung.


Mein Forschungsprojekt soll dazu dienen, den Varroabefall der Bienenvölker auf natürlichem Wege zu reduzieren. Es gibt einen kleinen Bücherskorpion, der in den Beuten mit den Bienen vergesellschaftet leben kann und die Bienen von den Varroamilben befreit! Also ganz ohne Chemie! Dafür benötigt der winzige Skorpion aber eine niedrige Feuchte in der Beute, ansonsten würde er auswandern.

Ich habe nun einen Prototyp einer abgewandelten, isolierten Beute gebaut, so dass im Inneren definitv eine geringere Feuchte sein sollte, die Tierchen sich also wohlfühlen müssten. Außerdem möchte ich den Klimaunterschied zu den normalen Beuten darstellen.

Um das zu überprüfen und zu verifizieren, habe ich einen RPi mit WLAN und Solarversorung installiert. Als Sensoren für Feuchte und Temperatur sind SHT-31-DIS-F-Sensoren verbaut worden. Die hängen in der neuen und in einer danebenstehenden, traditionellen Deutschnormal-Beute, in 4 verschiedenen Höhen in der Wabengasse mitten drin.

Es gilt nun die Daten der 8 Sensoren in einer Datei auszulesen, dazu muss der I²C-Bus entsprechend konfiguriert werden. Die Daten sollen auf SD-Karte gespeichert und per WLAN auf meinen PC zu übertragen werden. Dort soll dann mit Influx und Grafana alles grafisch dargestellt werden. Meine nicht mehr ganz frischen Programmierkenntnisse stammen aus den 70er Jahren des letzten Jahrtausends...wo ich Informatik im Studium dabei hatte. Deshalb meine Frage:

Gibt es hier jemanden, der sich für dieses Projekt einsetzen und mir dabei helfen möchte und könnte?

Würde mich sehr freuen, wenn wir in dieser so wichtigen Forschung auf natürlichem Wege weiter kommen könnten.


Beste Grüße sendet

beedoc (aus Neumünster)
__deets__
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Donnerstag 29. April 2021, 22:20

Schoenes Projekt!

Ich kann dir schon sagen, dass du mit dieser Konfiguration so unmittelbar nicht zum Ziel kommst, weil der Sensor nur zwei I2C-Adressen durch Nutzung der ADDR-Leitung haben kann. Damit brauchst du also zwingen zwei I2C-Busse pro Beute, und vier insgesamt. Der PI hat aber nur zwei, ggf. 3 beim Zero. Dem kann man mit einem Bus-Multiplexer wie https://www.adafruit.com/product/2717 abhelfen

Aber ich wuerde in Frage stellen, dass der PI hier wirklich die geeignete Loesung ist. Der ist relativ stromhungrig, und durch sein komplexes OS und die SD-Karte ziemlich fragil. Ein ESP32 oder eine seiner Geschwister ist eine deutlich preiswertere, sparsamere, und robustere Loesung. Und das sage ich als jemand, der den PI gerne, und sogar beruflich, einsetzt. Der ESP kann auch problemlos auf eine SD-Karte schreiben, und ist selbst WLAN-Modul, fuer Auslieferung der Daten an deinen PC.

Ein weiteres Problem sehe ich in der Verwendung von I2C-Sensoren in einem Bienenstock, dessen Groesse die Verkabelung mindestens mal an die Grenze, wenn nicht ueber die der moeglichen Leitungslaengen, von normalerweise etwa 30cm, bringt. Dem kann man abhelfen, indem man Treiberbausteine verwendet, aber die denke ich mal hast du nicht verbaut. Ich habe die schon erfolgreich in einem Projekt am Schauspielhaus Bochum eingesetzt, und kann dir dafuer die Platinen-Gerber-Files zur Verfuegung stellen. Platinen selbst habe ich leider nicht mehr da, bzw. nur noch welche, die mit BMP280-Sensoren bestueckt sind. Die kann man umarbeiten, aber es sind immer noch weniger als 8 - da kann man auch gleich einen Satz der Dinge bei jcb fuer $30 bestellen, und das war's. Die lassen sich auch mit dem Pi + Bus-Multiplexer betreiben, wenn du darauf bestehst.

Die gute Nachricht ist, das nichts davon teuer oder kompliziert ist, und wenn du schon eine Stromversorgung hast, die einen PI gluecklich macht, dann macht die auch einen ESP32 gluecklich.

Ich finde das Projekt interessant, gerade auch im Zusammenhang mit Klimawandel und den Herausforderungen, die das an unsere Landwirtschaft stellt. Darum helfe ich dir da gerne, aber wenn ich schon in die Tasten hauen, undo/oder den Loetkolben anwerfen soll, dann wuerde ich da auch gerne die Wahl der Waffen haben. Und ich habe natuerlich nur so viel Zeit & Energie (auch und gerade in diesen Zeiten), wenn du also harte Deadlines in naher Zukunft hast, sind die wichtig zu wissen.

Rein inhaltlich stellt sich mir die Frage: wie kann dein Design geringere Feuchtigkeit erreichen? Ist das eine reine Frage passiver Ventilation, oder waere dafuer nicht auch ein aktiver Luefter von Interesse?
beedoc
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Freitag 30. April 2021, 15:57

Hallo _deets_ ,
vielen Dank für deine rasche Antwort und so positive Antwort! Hat mich sehr gefreut.
Gerne würde ich zu deinen Vorschlägen, Anregungen und Fragen Stellung nehmen.
Mit diesem Link kommst du in den Ordner Python meiner Dropbox, wo einige Fotos bereitstehen
https://www.dropbox.com/sh/5fwljfv6xncb ... BnNTa?dl=0
Der Schaltplan zeigt , wie ich mir die Verkabelung vorstelle.
Die Sensorenträger sind aus dünnem Plexi und halten jeweils 4 x SHT-31-DIS-F. Diese Sensoren sind sehr genau und unempfindlich gegen alles von außen, da foliert. Außerdem sind sie sehr klein. Es ist völlig problemlos möglich, diese Träger zwischen zwei senkrecht hängenden Rähmchen zu positionieren.
Der Einwand mit der Länge des Datenkabels ist berechtigt, da wollte ich probieren, ob es ausreichen wird, die Geschwindigkeit weit herunter zu fahren, da ich ja höchstens im Minutentakt Daten abfragen und speichern wollte. Wenn das nicht reichen sollte, müßten zusätzlich Treiber her.
Die Stromversorgung und -speicherung geschieht mittels Solarpanel und Akku. Ganz oben auf dem Masten wird das Vogelhaus geschraubt. im dreieckigen Dachraum wird der RPi und eine Ü-Kamera untergebracht. Letztere ist mit 160° Fischeye und IR und soll mittels PIR den Eingang zu unserem Grundstück überwachen. Die Wiese mit den Bienen grenzt nämlich direkt daran an.
Nun zu deiner Frage des Designs und den baulichen Veränderungen meinerseits:
Die würfelförmigen Beuten haben den Nachteil, dass sich in den Ecken Kältebrücken bilden und damit Schimmel. Deshalb wären zylindrische Innenräume mit Halbkugeln an den Enden natürlich optimal. Da wir uns aber im genormten Bereichen bewegen, will ich versuchen, das Klima in der Beute mit relativ einfachen Mitteln positiv zu verändern. Und zwar so, dass es passend für die Ansiedlung der Bücherskorpione ist. Die brauchen RF<50% im Mittel.
Die Honigrähmchen hängen senkrecht in den Kisten. Die zwei Endrahmen zu den Seitenwänden habe ich mit Reed ausgebaut, siehe Randrahmen. Der Boden besteht aus einem geschlossenen Isolierkasten, dem Keller. Der enthält Reed und Hobelspäne. Die einzige Luftzufuhr geht nur noch durch die Anflugöffnung, ist damit also sehr reduziert. In den normalen Beuten ist der Boden unten offen mit Gitter! Der Austausch nach draußen geschieht über einen speziellen zweiteiligen Deckel, der ebenfalls isoliernd ist. Ringsherum ist ein 5 mm breiter Ringspalt, so dass die feuchte Innenluft durch das Isomaterial nach außen entweichen kann.
Energetisch ist das Ganze positiv für das Volk, da sie nicht mehr soviel Energie für die Wärmeerzeugung auf 35-37°C brauchen. Durch die Isolierungen tritt weniger Feuchte auf. Der Abtransport ist passiv von unten nach oben. Ein Lüfter würde leider gerade wieder den Effekt bewirken, den man bei den normalen Beuten hatte, nämlich Durchzug und damit vermehrten Transport kalter Luft durch den Innenraum.
Letzte Woche habe ich übrigens einen kleinen Skorpion mit bloßem Auge in der Klimabeute gesehen! Seit einem Jahr leben sie nun da drin. Denn die Skorpione nisten mit Vorliebe in den verwendeten Materialien.

Da es mein privates Forschungsprojekt ist, gibt es keine Deadline.

Standort zeigt ein Foto der Location vom letzten Sommer. Im Hintergrund ist mein "Wildbienenhotel" zu sehen, vorne die Honigbienen in den grünen Beuten.

Mein Vorhaben sollte durch die Erläuterungen und den Bildern jetzt klarer umrissen worden sein und ich freue mich auf den weiteren Austausch.

Beste Grüße sendet
Heiko
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Freitag 30. April 2021, 17:25

Hallo Heiko,

was schon mal gleich auffaellt: du darfst nicht deine Sensoren mit 5V versorgen. Die muessen die gleichen Pegel nutzen wie der PI, sonst geht der letztere ueber den Jordan. Ist mir auch schon passiert mit einer Roboter-Motor-Platine, bei der ich leichtsinnigerweise ohne Pegelwandler unterwegs war. Die brauchen also 3V3, was sie auch koennen.

Das der PI so viele I2C Busse hat, waere mir auch unbekannt. Ich weiss, dass er zwei Hardware hat, und man einen per Software hinzukonfigurieren kann. Das Problem loest sich wie gesagt durch den Einsatz eines solchen Portexpanders. Dann hat man 8.

Ob dein Geschwindigkeitstrick greift, muss du ausprobieren. Ich wuerde das lieber nicht machen, weil nichts aergerlicher ist als ein System, das zu 99% Prozent funktioniert. Bis zu dem Moment, wo es das nicht mehr tut. Und da kann es auch schon vorkommen, das gar nichts mehr geht, weil der I2C-Bus dann haengt.

Wann und wie genau soll denn die WLAN-Uebertragung verfolgen? Wer triggert das an? Und wenn du InfluxDB und Grafana nutzen willst, hast du damit schon Erfahrurg, wie du genau die Daten da reinkriegen willst?
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Samstag 1. Mai 2021, 16:38

Hier meine Adapter-Platinen:

Bild
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Groesse ist etwa 4cm * 1.5cm. Man braucht pro Sensor und pro Bus-Ende einen, also 3 pro Strang in deinem Fall. Die enthalten auch einen 5->3V3 LDO um aus einer 5V Spannung fuer das lange Bussegment auch bei groesserer Leitungslaenge eine robuste 3V3 Spannung lokal zu erzeugen.
__deets__
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Sonntag 16. Mai 2021, 13:14

Ich diskutiere das Projekt mit dem TE aus Bequemlichkeit in Emails, aber den Code findet man hier: https://github.com/deets/beehive-monitor
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sparrow
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Sonntag 16. Mai 2021, 17:24

Ich wäre übrigens an den Ergebissen interessiert - also sowohl technisch als auch, was das Projekt an sich betrifft.
Selbst habe ich jahrelang geimkert und musste das dann aus Zeitgründen aufgeben. Aber immerhin habe ich zwischenzeitlich 9 Völker erfoglreich geführt.

Daher schlagen da auch bei der Projektbeschreibung zwei Herzen in mener Brust. Zum einen die Hoffnung, dass das gehen könnte - zum anderen die Angst um den Bien, denn die Lösung (und der Versuch) sind nicht neu.
beedoc
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Sonntag 16. Mai 2021, 19:58

Hallo sparrow,

ich freue mich für dein Interesse an meinem Projekt. Ergebnisse werden natürlich erst dann vorliegen, wenn genügend Daten gespeichert und ausgewertet worden sind. Das Ganze sollte in diesem Sommer erstmal starten. Melde dich einfach bei Gelegenheit wieder bei mir, damit wir uns darüber austauschen können.
Mir ist bekannt, dass es da durchaus ähnliche Ansätze (und auch ganz andere!) für die Bekämpfung der Varroa-Milbe gibt. Das verfolge ich auch. Trotzdem möchte ich für die zwei verschieden ausgestattete Beuten diese Werte selber aufnehmen und interpretieren. Das Ziel wäre dann, die Architektur weiter zu optimieren, dass Bienen und Skorpione in guter Koexistenz leben können.
Natürlich haben wir in den letzten Jahren auch andere Methoden zur Varroa-Bekämpfung ausprobiert. Ganz gut abgeschnitten hat dabei die Behandlung der Völker mit Api-Life-Var und Bienenwohl in Kombination. Wir hatten in den drei Wintern keine Völkerverluste (obwohl in der nahen Umgebung rund 50% eingingen) und der Varroabefall hielt sich im grün-gelben Bereich, war also soweit akzeptabel. Durch die ätherischen Öle reagierten die Völker sehr ausgeglichen und sanftmütig.

Schau'n wir mal!

Beste grüße sendet
beedoc
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