Автоматизированная система круглогодичного наблюдения за жизнедеятельностью пчелиных семей

 

Использование: в сельском хозяйстве, в частности в автоматизированной системе для круглогодичного наблюдения за жизнедеяельностью пчелиных семей без нарушения микроклимата пчелиного гнезда и выявления распределения расплода на рамках в любое время года. Сущность изобретения: в систему, содержащую размещенные на ульевых рамках 16 с вощинодержателями датчики температуры, выполненные в виде матриц, коммутаторы рамок 14 и датчики температуры 13, счетчик рамок 15, блоки питания 6, ЭВМ 1, измерительный орган, выполненный в виде преобразователя температура-частота 10, введены приемо-передатчик пасеки 2, приемо-передатчики ульевых контролеров 4, блок начальной установки 5, частотный полосовой фильтр 7, коммутатор 11 температура-эталонная температура 11, тактовый генератор 8, шинный формирователь 12 и линия связи 20, которая может быть выполнена проводной и беспроводной. 4 ил.

Изобретение относится к пчеловодству и может применяться в содержании пчелиных семей, позволяет дистанционно без нарушения микроклимата пчелиного гнезда следить за перемещением пчелиного клуба, размещением расплода на рамках в любое время года.

Известно устройство, обеспечивающее автоматизацию некоторых видов работ по уходу за пчелами, автоматизирует отдельные работы, но имеет недостаток, связанный с невозможностью дистанционно в достаточной степени объективно наблюдать состояние пчелиных семей как в процессе развития, так и зимовки.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является автоматическая система для круглогодичного наблюдения за жизнедеятельностью пчелиных семей, содержащая размещенные на ульевых рамках с вощинодержателями датчики температуры, выполненные в виде матриц, измерительный орган, коммутаторы ульев, рамок и датчиков температуры, блоки питания, ЭВМ и дешифратор, измерительный орган каждого улья выполнен в виде управляемого по частоте генератора, при этом сетки вощинодержателей соединены между собой, с первыми выводами датчиков температуры и с канальными входами коммутатора рамок, а вторые выводы датчиков температуры подключены к канальным входам коммутатора датчиков рамки, причем управляющие входы генератора, управляемого по частоте, связаны с выходами коммутаторов датчиков и рамок, общие выводы управляемых по частоте генераторов всех ульев связаны с общим проводом дешифратора, коммутатора ульев и с системным входом ЭВМ, выходы управляемых по частоте остальных 2, 3, 4.n ульев подключены ко 2, 3, 4.n входам коммутатора ульев, выход которого соединен с системным входом ЭВМ, информационная шина которой связана с адресной шиной коммутатора ульев и адресной шиной дешифратора, тактирующий выход ЭВМ соединен с тактирующими входами коммутаторов датчиков и счетными входами счетчиков датчиков, выходы которых подключены к тактирующим входам коммутаторов рамок, при этом выходы дешифратора соответственно 1, 2, 3.n связаны с управляющими входами блоков питания.

Недостатком устройства является громоздкость соединений ульевых контроллеров ульев с ЭВМ, повышенные трудозатраты в отладке системы при значительном удалении ЭВМ от ульев, при установке системы во время переездов. Устройство эффективно при павильонном содержании пчелосемей, когда ульи и ЭВМ находятся на близком расстоянии друг от друга.

Автоматизированная система для круглогодичного наблюдения за жизнедеятельностью пчелиных семей, содержащая размещенные на ульевых рамках с вощинодержателями датчики температуры, выполненные в виде матриц, коммутаторы рамок и датчиков температуры, счетчик рамок, блоки питания, ЭВМ, измерительный орган, выполненный в виде преобразователя температура-частота, введены приемопередатчик пасеки, приемопередатчики ульевых контроллеров, блок начальной установки, частотный полосовой фильтр, коммутатор температура эталонная температура, тактовый генератор, шинный формирователь, линия связи, выход-вход ЭВМ соединен с первым выходом-входом приемопередатчика пасеки, другой выход-вход приемопередатчика пасеки через линию связи соединен с первыми приемопередающими входами ульевых контроллеров, выход блока начальной установки соединен с входом начальной установки приемопередатчика ульевого контроллера, входом установки счетчика рамок, входом установки коммутатора датчиков, входом установки коммутатора температура эталонная температура, другой выход-вход приемопередатчика ульевого контроллера соединен с входом частотного полосового фильтра, выход которого соединен с управляющим входом приемопередатчика ульевого контроллера, первый управляющий выход приемопередатчика ульевого контроллера соединен с управляющим входом шинного формирователя, второй управляющий выход приемопередатчика соединен с входом переключения коммутатора температура эталонная температура, выход тактового генератора соединен с первым входом шинного формирователя, первый выход которого соединен с другим входом-выходом приемопередатчика ульевого контроллера, второй вход шинного формирователя соединен с выходом коммутатора температура эталонная температура, входом счетчика рамок и с тактовым входом коммутатора датчиков, выход счетчика рамок соединен с тактовым входом коммутатора рамок и с вторым управляющим входом приемопередатчика ульевого контроллера, входы коммутатора температура эталонная температура соединены с выходами преобразователя температура-частота, преобразователя температура эталонная температура, входы преобразователя температура-частота соединены с выходами коммутаторов датчиков, рамок, канальные входы коммутатора датчиков соединены с первыми входами датчиков рамок, вторые входы датчиков объединены на общий вощинодержатель рамки, выходы вощинодержателей рамок соединены с входами коммутаторов рамок, выходы блоков питания ульев соединены с шинами питания ульевых контроллеров.

На фиг.1 пpиведена структурная схема автоматизированной системы для круглогодичного наблюдения за жизнедеятельностью пчелиных семей с проводной линией связи; на фиг.2 структурная схема автоматизированной системы для круглогодичного наблюдения за жизнедеятельностью пчелиных семей с радиосвязью; на фиг.3 временные сигналы обмена ЭВМ ульевого контроллера (а, б), температур с датчиков (в, г); на фиг.4 приведен алгоритм работы автоматизированной системы для круглогодичного наблюдения за жизнедеятельностью пчелиных семей.

Автоматизированная система для круглогодичного наблюдения за жизнедеятельностью пчелиных семей содержит (фиг.1, 2) ЭВМ 1, приемопередатчик пасеки 2, ульевые контроллеры 3, в состав которых входят приемопередатчик 4 ульевого контроллера, блок 5 начальной установки, блок 6 питания улья, частотный полосовой фильтр 7, тактовый генератор 8, преобразователь температура эталонная температура 9, преобразователь температура-частота 10, коммутатор температура эталонная температура 11, шинный формирователь 12, коммутатор 13 датчиков, коммутатор 14 рамок, счетчик 15 рамок, рамки 16 с датчиками, шину 17 датчиков, шину 18 рамок, шину 19 питания ульевого контроллера, линию 20 связи, шину обмена ЭВМ-приемопередатчик пасеки 21.

Автоматизированная система для круглогодичного наблюдения за жизнедеятельностью пчелиных семей работает следующим образом.

Ульевые контроллеры 3 запитываются через шину 19 от блоков 6 питания ульев (фиг. 1). Включается ЭВМ 1 и в нее вводится программное обеспечение (алгоритм на фиг.4). Перед заселением пчелами улья в ЭВМ 1 проводят загрузку температур с датчиков рамок ульев, сбрасывая информацию на магнитный носитель. Это необходимо для вычисления с помощью ЭВМ 1 калибровочных значений технологического разброса параметров датчиков и коммутирующих ключей, которые затем заносятся на магнитный носитель и учитываются после заселения пчелами ульев. Оператор (пчеловод) перед работой с пасекой осуществляет загрузку в ЭВМ 1 с магнитного носителя калибровочных значений для выбранного улья, ЭВМ 1 выдает в премопередатчик 2 сигнал включения на передачу и частоту, значение которой определяет имя ульевого контроллера 3, т.е. номер улья. Диапазон частот, отведенный для имен ульевых контроллеров, находится за пределами диапазона частот, выбранного для измерения температур в интервале от (-30)^оС до (+40)^оС. Значения частот для измерения температур определяют скорость расчета программой ЭВМ 1: чем выше скорость измерения, тем выше должна быть частота диапазона измеряемых температур и меньше затраты времени на загрузку. Поскольку ульевые контроллеры 3 запитаны от автономных блоков питания улья 6, то при включении питания ульевого контроллера 3 блок начальной установки 5 вырабатывает сигнал начальной установки "НУ", который устанавливает приемопередатчик 4 в режим приема, а счетчик рамок 15, коммутатор датчиков 13 и коммутатор температура эталонная температура 11 в исходное начальное состояние. Сигналы с тактового генератора 8 заблокированы шинным формирователем 12. Расчетный режим частотного полосового фильтра 7 предварительно задан на конкретную частоту пропускания частоту имени ульевого контроллера 3. Как только в режиме приема ульевого контроллера 3 частотный полосовой фильтр 7 пропустит частоту f₁ имени, на его выходе вырабатывается сигнал, который с некоторой задержкой (фиг.3) поступает в приемопередатчик 4, переключая его в режим передачи. После выдачи частоты f₁ имени ульевого контроллера 3 ЭВМ 1 выдает сигнал в приемопередатчик 2 на переключение его в режим приема. Приемопередатчик 4 ульевого контроллера в момент переключения в режим передачи выдает сигнал на шинный формирователь 12 и разблокирует его. Коммутатор температура эталонная температура 11 по сигналу "НУ" установлен в режим пропускания частоты с преобразователя температура эталонная температура 9 на другой вход шинного формирователя 12. Частота, несущая информацию об эталонной температуре, с выхода шинного формирователя 12 поступает в приемопередатчик 4 ульевого контроллера, которая затем через приемопередающий выход поступает в линию 20 связи, а через приемопередатчик пасеки 2 на измерительный вход ЭВМ 1. Длительность выдачи частоты, несущей информацию об эталонной температуре, выбрана так, чтобы программа ЭВМ 1 провела измерения 1-2 раза. Приемопередатчик 4 ульевого контроллера выдает сигнал на коммутатор температура эталонная температура, переключая его в режим пропускания частоты, несущей информацию о температуре с датчика, с преобразователя температура-частота 10. Тактовые сигналы с шинного формирователя 12 поступают на счетный вход счетчика рамок 15 и тактовый вход коммутатора датчиков 13. Переключение датчиков рамок 16 осуществляется коммутатором рамок 14 с частотой тактового генератора 8 через шину 17. В каждый первый полупериод (фиг.3) сигнала с тактового генератора 8 осуществляется передача частоты, несущая температурную информацию подключенного датчика, с шинного формирователя 12 в приемопередатчик ульевого контроллера 4. В другие полупериоды этого сигнала осуществляется передача частоты f_о, которая не равна ни одной из частот, вошедших в диапазон измеряемых температур (-30)-(+40)^оС и в диапазон имен ульевых контроллеров 3. Программа (алгоритм на фиг.4) ЭВМ 1 проводит анализ в процессе измерения и загрузки. После проведенного первого измерения и проверки, что вычисленная температура находится в диапазоне (-30)-(+40)^оС ЭВМ 1 запоминает это измеренное значение температуры. Если после второго и последующих измерений из одной и той же пачки импульсов их значения вошли в диапазон (-30)-(+40)^оС, то новые измеренные значения температур записываются в ту же ячейку памяти, а предыдущие значения стираются. По существу эти измеренные значения с одного датчика должны совпадать или различаться незначительно. Если измеренная частота и рассчитанная по ней температура не входит в диапазон температур (-30)-(+40)^оС, а входит в интервал 180-220^оС, то значение адреса ячейки оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) увеличится на единицу (алгоритм на фиг.4). Каждое последующее новое измерение температуры в интервале 180-220^оС не приводит к увеличению адреса ячейки памяти ОЗУ ЭВМ 1. Если программа ЭВМ 1 проводит измерения температуры в диапазоне (-30)-(+40)^оС, то процесс измерения температуры начинается со второго датчика. В процессе измерения с помощью программы полученные значения температур могут и не оказаться в интервалах (-30)-(+40)^оС, (180-220)^оС, тогда программа ЭВМ 1 фиксирует отказ датчика (алгоритм фиг.4). Так последовательно с каждого датчика рамок 16 выбранного улья через шину 18 осуществляется загрузка температур в ОЗУ ЭВМ 1 и ЭВМ 1 по каждому номеру улья "знает" количество контролируемых рамок в каждом улье. В каждом контроллере пчеловод предварительно выставляет код количества контролируемых рамок. После проведенной загрузки температур всех датчиков выбранного улья ЭВМ 1 сравнивает количества датчиков и адресов ячеек ОЗУ, в которых осуществлялась загрузка температур. При их совпадении ЭВМ 1 выдает сообщение "Загрузка температур со всех датчиков проведена". Если число ячеек ОЗУ, в которые проведена загрузка температуp, меньше числа датчиков, то выдается сообщение "Датчики в обрыве, количество" (алгоритм на фиг.4). При выводе информации по директивам R, G (алгоритм на фиг.4) на экране дисплея ЭВМ 1 датчики с отказами высвечиваются знаком Х. Это означает, что температура с этого датчика не определена. После выдачи температур со всех датчиков выбранного улья ульевой контроллер самостоятельно устанавливается в режим приема.

Построение схем приемопередатчиков 2 и 4 может быть организовано для линии связи 20 по двум проводам или через радиосвязь на расстоянии 50-100 м (фиг.2). В режиме радиосвязи металлическая крышка улья является передающей и приемной антенной. Во время радиопередачи частота, несущая информацию о температуре с датчиков, модулирует несущую радиочастоту. При построении схемы ульевого контроллера 3 возникает возможность получения температурной информации с датчиков рамок 16 непосредственно на бытовой магнитофон. В этом случае диапазон измеряемых температур и диапазон имен ульевых контроллеров 3 должен находиться в звуковом диапазоне частот. К шине обмена ЭВМ 1 приемопередатчик пасеки 21 вместо ЭВМ 1 подключается бытовой магнитофон, включенный в режим записи, и управляющее устройство с генератором частот (имен ульевых контроллеров 3). С управляющего устройства выдают сигнал включения на передачу приемопередатчика 2 пасеки и частоту имени выбранного улья. Выбранный ульевой контроллер 3 включается в режим передачи. Магнитофон осуществляет запись частоты имени ульевого контроллера и частот, несущих информацию о температуре каждого датчика. В последующем достаточно воспроизвести температурную информацию ЭВМ 1 и провести наблюдение выбранной пчелосемьи.

Таким образом, предлагаемая автоматизированная система для круглогодичного наблюдения за жизнедеятельностью пчелиных семей позволяет снизить трудозатраты при перевозках пасек, уменьшить время установок системы, снизить стоимость аналогичных систем. Она применима в основном на небольших пасеках (до 30 ульев), где не требуются высокие скорости загрузки и можно установить достаточно дешевые системы, базирующиеся на бытовых компьютерах.

Формула изобретения

АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА КРУГЛОГОДИЧНОГО НАБЛЮДЕНИЯ ЗА ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТЬЮ ПЧЕЛИНЫХ СЕМЕЙ, содержащая контролер пасеки с ЭВМ и контролеры ульев, каждый из которых включает размещенные на ульевых рамках с вощинодержателями датчики температуры, выполненные в виде матриц, коммутаторов рамок и датчиков температуры, блок питания, счетчик рамок и измерительный блок, выполненный в виде преобразователя температура-частота, входы которого соединены с аналоговыми выходами коммутаторов рамок и датчиков температуры, при этом первые выходы датчиков температуры всех рамок улья объединены между собой и связаны с аналоговыми входами коммутатора датчиков, а вторые выходы датчиков температуры каждой рамки соединены с общим проводом сетки вощинодержателя соответствующей рамки и подключены к аналоговым входам коммутатора рамок, тактовый вход которого соединен с выходом счетчика рамок, при этом выход блока питания соединен с шиной питания данного контролера улья, отличающаяся тем, что контролер пасеки снабжен приемно-передающим блоком, подключенным посредством основной информационной шины к ЭВМ, а каждый контролер улья оснащен собственным приемно-передающим блоком, блоком начальной установки, частотным полосовым фильтром тактовым генератором, преобразователем температура эталонная температура, коммутатором температура эталонная температура и шинным формирователем, при этом приемно-передающие блоки ульевых контролеров посредством линии связи соединены между собой и с приемно-передающим блоком контролера пасеки, причем в каждом контролере улья выход блока начальной установки связан с объединенными между собой входом установки счетчика рамок, входом установки коммутатора датчиков, входом установки коммутатора температура эталонная температура и входом начальной установки собственного приемно-передающего блока, соединенного посредством дополнительной информационной шины с первым выходом шинного формирователя и входом частотного полосового фильтра, выход которого подключен к первому управляющему входу приемно-передающего блока данного контролера улья, а первый и второй управляющие выходы последнего связаны соответственно с управляющим входом шинного формирователя и входом переключения коммутатора температура - эталонная температура, при этом выход тактового генератора соединен с первым входом шинного формирователя, второй вход которого подключен к выходу коммутатора температура эталонная температура, а выход связан с тактовым входом коммутатора датчиков и входом счетчика рамок, причем выход последнего соединен с вторым управляющим входом приемно-передающего блока этого контролера улья, а первый и второй входы коммутатора температура эталонная температура подключены к выходам преобразователя температура частота и преобразователя температура эталонная температура.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4