Le frelon asiatique est une plaie pour les apiculteurs.

Quelques sites sur ce sujet:
- frelon asiatique
- journal des femmes
- habitat_presto
- intuite
- site auvergne


Il y a 2 ans, avec deux amis apiculteurs Pascale et Olivier, de la section Apiculture de l'ASC CNES, en contact avec Florent de la société INTUITE, nous avons expérimenté une solution (parmi d'autres) pour lutter contre ce fléau qui peut décimer une ruche. Il est possible de mettre des écrans pour éviter que les frelons entrent dans la ruche, mais nous avons plutôt réalisé une balise électronique pour localiser le nid des frelons. C'est la solution proposée par INTUITE mais nous avons utilisé une technologie numérique (pour ne pas refaire la même chose et dans un but non commercial).

Le nid peut se trouver à plusieurs kilomètres  de l'endroit où l'on observe un frelon attaquant les abeilles d'une ruche. Le gag  est qu'il y avait un nid vide de frelons dans un pin à quelques mètres de ma maison, et je ne l'avais jamais remarqué ni la présence de frelons d'ailleurs, comme quoi...



Le système réalisé comprend:
- une balise 433MHz à coller sur le frelon comprenant un accu rechargeable, un µP, un circuit HF et un quartz.
- un module chargeur pour activer/configurer  la balise et charger son accu
- un circuit récepteur avec affichage et beep  pour écouter  les tops de la balise, alimenté par une pile 9V
- une antenne yagi adaptée au 433MHz

La balise:

Le schéma final de la balise:


Le PIC10LF322 en boitier SOT23-6 permet grâce à son logiciel de configurer le fonctionnement de la balise. L'intérêt du logiciel est de pouvoir modifier facilement le comportement de la balise (activation, type de top, codage éventuel, récurrence des tops) pour tester diverses stratégies d'émission impactant la portée. A l'état éteint la balise ne consomme que les quelques microampères du pic.
Le MAX1472 génère le signal HF à 433.92MHz (multiple x32  du quartz 13.56MHz) qui est  modulé OOK par le µP pour émettre les tops périodiques.

Pour permettre la mise au point facile du logiciel du pic, le schéma a d'abord été réalisé sur une petite carte permettant l'accès aux broches de programmation, en incluant aussi une empreinte MICRF113 (similaire au MAX1472) pour le tester (c'est le MAX1472 qui a été retenu in-fine).

Noter que cette petite carte telle quelle, peut servir de balise sur d'autres bestioles plus grosses....


Les fichiers gerber de cette carte de test pour JLCPCB.
Un fil long de lambda/4 est soudé sur le pad ANT.

Elle a été réalisée chez PCBWAY par Olivier sur un pcb FLEX  comportant le fil d'antenne replié. Un accu miniature 3V est soudé sur un coté, le reste des composants est en cms 0603 sur l'autre coté.

Il serait possible de réduire le coût du flex (et la masse de la balise?) en coupant au niveau quartz et en soudant un fil fin sur un pad ce qui permettrait aussi de régler la longueur du fil. Un regret tardif est de ne pas avoir sorti les broches de programmation du pic sur l'autre face du connecteur, qu'il faut donc programmer avant de le souder.

Le montage a été fait à la main sous binoculaire (ou loupe) avec de la pâte à souder et un flux d'air chaud (et fer à pointe très fine). Après mise au point du logiciel, le PIC a été programmé avant montage sur un petit support SOT23-6 connecté sur un programmateur PicKit3. Il serait possible de reprogrammer le pic sans démontage en soudant 2 fils sur les broches 1 et 3.

Le flex est assez onéreux avec dorure des pads.

La masse d'une balise complète avec la pile/accu ne dépasse pas 0.22g.

La balise fonctionne correctement si la pile rechargeable (type 3V/1mAh dispo chez Farnell ref :3534573) est au-dessus de 2.4V environ. Au-dessous cela continue à émettre mais de façon erratique.
Pour une durée de top de 4ms modulé 50% à 1KHz émis une fois toutes les 2 secondes environ et une charge initiale à 3.15V de la pile, la balise fonctionne environ 20heures. La pile suit sa courbe de tension de décharge nominale. Par contre il faut éviter tout courant important sur la pile, ce qui la décharge très rapidement (d'où la présence de R1 de 330ohms).
Le connecteur 3 broches sur le bord du flex permet de charger la pile, de détecter l’état de fonctionnement de la balise et de lui envoyer des codes de configuration depuis le chargeur/activateur.

Le chargeur:
Le chargeur permet de charger la pile de la balise et de configurer les champs UserID0 et UserID1 du PIC pour choisir les modes de fonctionnement :
- Activation/désactivation de la balise
- Nombre de tops émis chaque 2 secondes

Il comprend :
- Une prise microUSB pour l’alimentation (qqs 10 à 20mA sont suffisants en 5V et un régulateur interne série produit le 3.3V). Pas d’interrupteur, il suffit de brancher ou débrancher. Prendre garde de ne pas laisser la balise sur un chargeur débranché car elle peut alimenter celui-ci de manière parasite et vider sa pile.
- Une prise de connexion du flex de la balise
- 2 leds indiquant que la pile est chargée à 3.15V et l’activité/inactivité de la balise, ainsi que l’envoi du type de code de configuration
- Un bouton poussoir pour activer la balise et changer sa configuration
- Le tout est géré par un PIC12F1840 ou PIC12LF1840 à 16MHz

Note : Le connecteur de la balise est un Molex 3 points (pas de 1mm) au lieu de 6 points.
La résistance R4 de 470ohms a été remplacée dans la version finale par une diode schotky à faible tension forward de 0.2V, ce qui permet de limiter la tension de la pile à 3.1V, le logiciel limitant de toute façon la charge à 3.15V environ.

Les fichiers gerber pour JLCPCB.
Logiciel:
le fichier de programmation du PIC12LF1840.
le source du logiciel.

Procédure :
- Brancher la balise : au branchement USB du chargeur (les leds clignotent 4 fois), si elle a besoin de charger, la LED2 va clignoter plus ou moins fort suivant le niveau de charge de la pile. La LED2 s’allumera fixe quand la tension balise de 3.15V est atteinte. Dans ce cas elle est isolée du chargeur, et reconnectée périodiquement pour vérifier son état et sa tension.
- La LED1 allumée indique que la balise est active en émission: on peut écouter la balise sur le récepteur (très sensible) même sans antenne ou avec une simple antenne télescopique de quelques centimètres branchée sur le connecteur SMA du récepteur.

Configuration d'une balise:
- L’appui du bouton moins de 2 secondes provoque l’envoi du code d’activation (0xAAAA).
- L’appui du bouton plus de 2 secondes fait défiler à chaque 2 seconde le mode de configuration courant, et envoie à la balise le code affiché quand on relâche le bouton. Le mode courant est indiqué par l’état des deux leds :

En laissant appuyé le switch cette table est balayée chaque 2 secondes en rebouclant au début. Le mode EXIT permet de sortir si on a appuyé trop longtemps sans vouloir configurer.
Le dernier mode courant utilisé est sauvé en mémoire non volatile, ce qui permet de configurer rapidement plusieurs balises de manière identique.




Le récepteur:

Le modèle MICRF220 a été intégré dans une première antenne « revolver », approche qui sera abandonnée car plus complexe à fabriquer. Avoir un boitier récepteur indépendant permet d'utiliser une autre antenne.

Les deux fonctionnent bien mais le MAX41470 est plus simple et plus sensible car il intègre directement un synthétiseur de fréquence permettant d’ajuster la fréquence dans les bandes 300, 450 et 800MHz avec le même quartz 16MHz uniquement en modifiant le logiciel. Son interface d’entrée est très simple avec seulement 100pF en série depuis l’entrée SMA.
Il est un peu plus complexe à programmer et à souder car seulement en boitier CMS QFN12. Il existe des modules de test chez RS où le circuit est déjà soudé

Il est géré par un PIC16F1709 20 broches DIP  (que j’avais sous la main) que l’on peut remplacer par un autre PIC 20 broches compatible car le logiciel n’utilise que ses fonctions numériques.

La base minimum est constituée du switch à led et le buzzer qui indique l’arrivée d’un top HF dont le RSSI est supérieur à un seuil réglable par le potar.

Il est alimenté par une pile 9V suivie d’un régulateur 3.3V que l’on peut remplacer par un stepdown pour optimiser la consommation (divisée par 3) et la durée de la pile.

On peut aussi envisager de l’alimenter par une prise usb comme le chargeur, dans ce cas le régulateur série fait l’affaire.

Avec un bout de fil dans la prise SMA on entend très bien la balise mais aussi les tops 433MHz modulés émis par les thermostats HF ou les clefs de voiture.

Un afficheur optionnel OLED (interface SPI) permet d’afficher la version du logiciel, le niveau RSSI du dernier top reçu et la fréquence courante, ainsi que le seuil de réglage du RSSI au-dessus duquel il y a un beep. En pratique il est peu visible en plein soleil sur le terrain, mais dans ce cas le son suffit. Si l'oled est absent, mettre à 0V la broche SPDAT optimise les  mesures du RSSI pour détecter le top.

Quand le switch est appuyé plus de 4 secondes, le potar passe en mode ajustage de fréquence, de 10MHz environ autour de la fréquence 433.92MHz. On sort de ce mode en appuyant à nouveau sur le switch.

L'afficheur est monté du même coté sur le PIC.

Les fichiers gerber pour JLCPCB.

Le fichier HEX de programmation du PIC16F1709.

Le récepteur est monté dans un boitier imprimé 3D: boitier.stl et son couvercle.stl ajouré pour l'afficheur oled 1.3". Le fichier bouchon.stl permet de passer la prise sma après montage de la carte dans le boitier. Le boitier est pratique à utiliser tenu en main, l'autre main tenant l'antenne grâce à sa crosse.

L'antenne:
Une antenne Yagi adaptée au 433MHz à 3 brins a été fabriquée spécialement (on peut aussi utiliser une antenne yagi du commerce avec plus de gain), reliée par un câble SMA au récepteur.


Les brins sont fixés par un support sur une poutre en pvc  (goulotte électrique 10x10mm) , elle-même fixée sur une crosse imprimée 3D. Il est facile de rajouter un brin pour améliorer le gain et la directivité.
crosse.stl
support_antenne.stl


Les essais:

Pendant l'été, des frelons ont été capturés (filet à papillon) et équipés d'un bout de carton de même taille lesté d'un plomb aplati  pour simuler la masse  (0.2g) de  la balise et la fixation de l'accu.
Le frelon est endormi en le mettant au congélateur pendant quelques minutes (il est très résistant).
La balise est collé à la cyano par l'accu sur le dos du frelon en mettant une petite goutte sur son dos et un peu d'activateur sur l'accu/plomb.