Balance connectée : Présentation générale version 1

Bonjour, voici le premier projet exposé sur ce site !

Je me lance dans l’apiculture depuis cette année. Je ne vais pas bouder les produits de la ruche, en particulier le miel dont je suis friand mais ma motivation principale est l’observation. A cette fin, j’ai installé mes premières ruches à proximité de ma maison afin de pouvoir les observer à loisir.

Quel est le rapport avec Arduino ? Réponse ; une balance électronique connectée!

Les systèmes de balance connectées pour ruches existent déjà chez les professionnels. Pour un amateur c’est également possible mais le prix de l’équipement est dissuasif. Après avoir longuement fureté sur internet, je pense pouvoir réaliser un prototype  personnalisé à mon besoin et à moindre frais.

Une balance connectée, à quoi ça sert ?

Cette balance connectée me permettra, je l’espère, de donner une dimension quantifiable à mes observations visuelles. Un rapprochement des informations de la balance avec celles de ma petite station météo connectée devrait permettre de suivre la vie de la colonie en fonction de la météo.

Pour information, les informations collectées par ma station météo sont visibles sur : https://www.wunderground.com/personal-weather-station/dashboard?ID=IFRANCHE14

Mon projet s’articule en deux parties :

  1. une plate forme de mesure associée à un dispositif de transmission des informations placés sous la ruche au fond de mon jardin
  2. un système informatique de réception et de traitement des données situé dans ma maison

Le système doit assurer les fonctions suivantes :

  1. prendre une mesure de poids périodique
  2. transmettre cette information vers mon système domotique
  3. mettre en forme les données pour les afficher sous forme de tableau et de courbe
  4. diffuser l’information sur ce site
  5. surveiller toute variation de poids anormale comme un essaimage en cours ou un désordre sur la ruche et déclencher une alarme par notification push, e-mail ou SMS.

Suite à mes premiers tests et mes premières recherches des composants adéquats, mon dispositif devrait s’articuler comme suit.

1 Mesure du poids

Les jauges de contraintes sont le moyen idéal pour cette mesure. On en trouve sous forme de module prêts à utiliser sur les boutiques de commerce en ligne comme eBay pour environ 7€. Celles-ci ont une capacité totale de 200kg soit 50kg par module. Je n’utilise que 2 modules par balance ce qui me permettra d’en réaliser 2.

lot de 4 cellules jauge de caontraintes
lot de 4 cellules jauge de contraintes 50kg à sortie 3 fils il faut 2 cellules pour câble un pont complet
Jauges_75kg
lot de 4 cellules jauge de contraintes 75kg à sortie 4 fils formant un pont complet (full bridge)

Ce type de composant délivrant une tension de quelques millivolts seulement, il est nécessaire d’amplifier le signal recueilli et le convertir en information digitale pour le rendre exploitable par système numérique.

Mon choix s’est porté sur le composant HX711 qui a été conçu spécifiquement pour cet usage. Il intègre un étage amplificateur et un convertisseur analogique- numérique 24 bits et comme avantage supplémentaire d’être compensé en température et de délivrer ses information sur une interface série numérique, donc directement exploitable pour un traitement informatique. On le trouve très facilement sur les plates-formes de vente en ligne pour à prix très modique au vu de ses performances.

hx711 bricolage Module microcontrôleur annonce de pesage - vert armée
Mini module de connexion avec circuit HX711 et ces composants additionnels et barrettes de connexion à souder.
HX711
Autre version du module HX711 sur un circuit légèrement plus grand
Schema_module_HX711
schéma interne du circuit HX711

Je ne vais pas m’étendre sur la technologie et le principe de mise en œuvre, Internet vous donnera toutes ces informations. La boutique Sparkfun est une mine d’information dans le domaine des tutoriels électroniques.

2 Traitement des informations

Pour ce prototype, j’utilise un module ATmega328P Pro Mini pour le traitement des données. Il existe 2 variantes ; une version 5V 16Mhz et une version 3.3V 8Mhz.

ATmega328P Pro Mini 328 mini-ATmega328 5V / 16MHz pour Arduino
Module Arduino Pro mini avec circuit Atmega 328P et ses composants périphériques et barrettes de connexion à souder.

 

3 Exploitation des données collectées

Il y a d’immenses possibilités dans ce domaine : stockage local sur carte SD, transmission vers un système informatique, connexion à un réseau local via Wifi ou réseau filaire,  transmission par réseau téléphonique GSM, envoi périodique de tableau de bord, etc.

Tout dépend de la situation géographique du rucher et des possibilités. Dans mon cas, je transmet les données à ma box domotique qui intègre nativement toutes les fonctions de stockage et de présentation des données.

Pour ce faire, il y a deux possibilité : transmission filaire ou transmission radio. La  transmission filaire, la plus simple et la plus fiable, nécessite des travaux de petit terrassement. La transmission radio est plus complexe à mettre en œuvre mais ne nécessite pas de travaux. C’est celle que j’utilise dans cette première version.

Une multitude de modules prêts à l’emploi existent. Ils se distinguent par leur fréquence radio : 433 MHz, 868 MHz et 2.4 GHz essentiellement.

nRF24L01 2.4ghz module émetteur-récepteur sans fil pour (pour Arduino) - noir
NRF24L01

Mon choix se porte sur le module NRF24L01 2.4Ghz pour les raisons suivantes :

  • transmission bis-directionnelle avec fonction émetteur et récepteur dans un module unique.
  • fonction intégrées puissantes avec contrôle de transmission.
  • protocole de transmission très souple permettant de transmettre des informations de toute nature.
  • très faible puissance permettant une alimentation sur batterie.
  • coût très réduit.

Il a pour principal inconvénient sa portée limitée et très perturbée par les obstacles physiques : murs et dalles des bâtiments ou végétation dense.

Un système répéteur ou l’utilisation d’un module amplifié permet de contourner en partie ce problème.

4 Principe de fonctionnement

Le module Arduino déclenche une mesure de poids périodique environ toutes les 5 à 10 minutes et la transmet par radio vers mon système domotique.

En cas de variation de poids supérieur à 0.01kg (10 grammes), la transmission se fait immédiatement.

9 réflexions sur « Balance connectée : Présentation générale version 1 »

  1. Salut,
    Très intéressant ton site, ça fait un an que je construit la même chose avec une émission via Sigfox.
    Comme c’est assez gourmand, j’ai rajouté un panneau solaire sur ma petite batterie. J’utilise aussi un « sleep profond » qui est paramétrable en durée.
    Je suis intéressé surtout par ta partie NRF24L01 2.4Ghz .
    Quelle est sa portée en terrain nu ?
    Tu as fait des répéteurs ?
    Encore merci et bravo.

    1. Salut Bernard,
      Merci de ton commentaire sympathique. Au sujet d NRF24L01, la portée est relativement faible. Je ne l’ai jamais testé sur terrain complètement dégagé, mais c’est un peu plus faible que le wifi. Ça traverse les murs en perpendiculaire mais très mal en oblique. Il en est de même pour le module amplifié.
      Pour l’instant, je suis en cours de test de la fonction répéteur. J’ai constaté que le module NRF24 standard accroche mon module répéteur amplifié à une trentaine de mètres au fond du jardin plus facilement que ma gateway située dans la maison. Le répéteur est séparé par un mur de brique de 45cm en regard direct alors que la gateway est située en oblique au dessus d’une dalle en béton de 15cm d’épaisseur.
      Tout ceci serait à confirmer avec des modules neufs, les miens ont peut-être étés un peu mal menés et leur performance diminuées.
      Je suis également très intéressé par la solution Sigfox mais je n’en pas encore besoin, je n’ai pas de rucher éloigné.

      1. Yep !
        tu sais que nous sommes voisins : j’habite Chenebier !
        J’ai essayé de te téléphoner mais je ne suis pas tombé sur toi et on m’a éconduit .. J’aimerai beaucoup te rencontrer, Je suis en cheville avec l’IUT de Mulhouse qui a développé l’année dernière ne ruche connectée sur la base de SigFox et qui va relancer son projet sur LoRa. Je viens de réaliser la FFT du chant de la reine vierge et projette d’écouter une ruche pour prévenir l’apiculteur de l’essaimage sur la base d’une étude de 2012 par des lyonnais.
        Si tu le souhaites, envoies moi un mail.

      2. Yep !
        tu sais que nous sommes voisins !
        J’ai essayé de te téléphoner mais je ne suis pas tombé sur toi et on m’a éconduit .. J’aimerais beaucoup te rencontrer, Je suis en cheville avec l’IUT de Mulhouse qui a développé l’année dernière ne ruche connectée sur la base de SigFox et qui va relancer son projet sur LoRa. Je viens de réaliser la FFT du chant de la reine vierge et projette d’écouter une ruche pour prévenir l’apiculteur de l’essaimage sur la base d’une étude de 2012 par des lyonnais.
        Si tu le souhaites, contactes moi par mail.

      3. Salut,
        je ne sais pas si mon commentaire t’arrive car systématiquement j’ai un retour sur une page 404… Je pense que nous avons plein d’expérience à partager, et j’en serai ravi. j’habite à Chenebier.

  2. Bonjour,
    je fais aussi quelques expériences autour d’Arduino, ruches Warré pour suivre à distance mon unique ruche et quelques autres posées façon « hotel à insectes ».

    J’ai trouvé ton blog en visitant le forum ruchewarre.net, j’attends la validation de mon inscription pour partager mes travaux 🙂

    Dans mes essais « fonctionnels » se trouve un genre de timelapse de l’entrée de la ruche:
    http://jodaille.org/snapshots/preview.php avec quelques capteurs comme toi (lien meteo) ou directemenent: http://emoncms.jodaille.org/dashboard/view/?id=5

    Je sêche encore sur la transmission radio au delà des 10m, objectif 230m … 🙂
    Quelques progrès sur l’autonomie grâce au blog de jeelabs.org mais pas encore tout à fait ça.

    J’ai quelques bouts de code sur: https://github.com/Jodaille/LyceeDesAndaines (je débute en c++)

    Je serais ravi d’échanger avec toi, bonne journée !

    1. Bonjour John,
      Merci de ton message sympathique. J’ai également vu ton message sur le forum et déjà visité ton blog également très intéressant.
      C’est avec plaisir que nous pouvons échanger sur ce sujet. Je pense que tu as vu le travail de notre ami Barbichou, il fait un travail remarquable sur ce même sujet et n’est pas avare de conseils. J’ai suis chez lui une petite formation warré, belle renconte.
      À bientôt ici ou sur le forum warré. Si tu veux communiquer directement, je t’envoie une copie de ce message par mail, tu auras ainsi mon adresse personnelle.

  3. Bonjour,

    Un ami et moi-même nous intéressons fortement à votre projet dans le cadre d’un projet universitaire, et votre mesure du poids nous intrigue. Quels moyens avez-vous utilisés afin de mesurer correctement le poids avec seulement 2 capteurs ? Pourriez-vous nous dire comment vous les avez placés sous la ruche, et si vous avez utilisé un support quelconque (équilibre / Répartition égale de la masse).
    Merci d’avoir partagé votre beau travail et merci d’avance pour votre réponse.
    Cordialement.

    1. La ruche est en appuis sur l’extrémité du compas côté implantation cellule. Il suffit de faire un étalonnage de cellules et la compensation est faite.
      La seule contrainte est que la ruche soit toujours bien positionnée sur la balance et bien verticale, tout décalage provoquant une erreur de mesure.
      J’ai donc placé la ruche sur un support bien horizontal et doté le plateau de la balance d’une butée mécanique.
      J’espère que cette réponse vous éclaire.

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