Устройство для регулирования микроклимата в улье
Изобретение относится к области пчеловодства и может применяться на индивидуальных и коллективных пасеках. Устройство содержит датчики температуры и влажности воздуха, преобразователи сигналов датчиков в частоту, микрофон, микроЭВМ, коммутирующие устройства для приведения в действие элементов системы кондиционирования и систему кондиционирования улья. МикроЭВМ выполняет функции контроля и регулирования микроклимата в улье. Система кондиционирования включает электропривод вентилятора, нагревательный элемент и парообразователь. С помощью микрофона осуществляется акустическая проверка активности пчел-вентилировщиц. Изобретение обеспечивает контроль и регулирование внутриульевого микроклимата с учетом оптимального для пчел сочетания определенных значений температуры и влажности. 3 ил.
Изобретение относится к области пчеловодства и может найти применение на индивидуальных и коллективных пасеках.
Известные устройства для регулирования температурного режима улья [1, 2] и влажности [3] не позволяют полностью контролировать микроклимат в улье.
Известно устройство для регулирования температуры в улье [4], содержащее систему регулирования влажности, состоящую из источника питания, коммутирующего устройства, накопителя энергии, регулятора напряжения, электропривода вентилятора, кондиционера и датчика влажности. Датчик влажности находится в улье с двойными стенками, устройство также включает систему регулирования температуры, состоящую из нагревательного элемента и датчика температуры, находящегося в улье и терморегулятора. Терморегулятор получает питание от источника питания или накопителя энергии через коммутирующее устройство. Система регулирования температуры имеет датчик температуры, находящийся в улье, и терморегулятор, находящийся в кондиционере.
Недостатком этого устройства является невозможность адаптивной установки микроклимата в улье с учетом силы пчелиной семьи. По существу в прототипе осуществляется кондиционирование установленных значений температуры и влажности, что не оптимизирует микроклимат.
Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является контроль и регулирование внутриульевого микроклимата с учетом оптимального для пчел сочетания определенных значений температуры и влажности внутри улья.
Поставленная задача решается введением микроЭВМ для контроля и регулирования микроклимата в улье, заключающегося в выборе оптимальных значений температуры и влажности воздуха внутри улья, источника питания, управляемого температурой для установки необходимой мощности нагревателя, управляемого парообразователя, позволяющего принудительно повышать абсолютную и относительную влажность воздуха. Кроме указанных элементов устройство содержит датчик влажности с преобразователем “влажность - частота”, датчик температуры с преобразователем “температура - частота”, нагревательный элемент, коммутирующее устройство для управления нагревательным элементом, электропривод вентилятора, коммутирующее устройство для управления электроприводом вентилятора, парообразователь, коммутирующее устройство для управления парообразователем, пульт изменения режима работы (зима/лето), клеммы источника питания, стабилизатор, датчик внешней температуры для источника питания, управляемого температурой, микрофон, полосовой фильтр и усилитель-ограничитель.
Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 приведена структурная схема устройства для регулирования микроклимата в улье, на фиг.2-3 приведен алгоритм работы.
Схема устройства для регулирования микроклимата в улье содержит: датчик влажности - 1; преобразователь “влажность - частота” - 2; датчик температуры - 3; преобразователь “температура - частота” - 4; пульт изменения режима работы - 5; микроЭВМ - 6; коммутационное устройство для управления электроприводом вентилятора - 7; коммутационное устройство для управления нагревателем - 8; коммутационное устройство для управления парообразователем - 9; стабилизатор - 10; систему кондиционирования улья - 11, включающую в себя: электропривод вентилятора - 12, нагревательный элемент - 13, парообразователь - 14, датчик внешней температуры для управляемого источника питания - 15, управляемый источник питания - 16, клеммы питания - 17, микрофон - 18, полосовой фильтр - 20 и усилитель-ограничитель - 19.
Работает устройство для регулирования микроклимата улья согласно алгоритму, приведенному на фиг.2, следующим образом. Изначально питание на клеммах 17 отсутствует, при этом электропривод вентилятора 12, нагревательный элемент 13 и парообразователь 14 отключены. При включении устройства происходит первоначальная установка оптимальных параметров температуры и влажности (Туопт=32° С, Vуопт=80%), а также обнуление счетчика (К=0). Далее осуществляется инициализация режима работы. Инициализация режима работы заключается в проверке выбранного на пульте изменения режима работы 5 одного из двух возможных режимов: зима или лето. После этого в зависимости от выбранного режима работы устройство может работать либо по летнему режиму, либо по зимнему.
Если выбран зимний режим работы, микроЭВМ снимает данные с датчика температуры 3 и датчика влажности 1 воздуха внутри улья. Данные в виде частот поступают на входы 1 и 2 микроЭВМ. Далее программой они преобразовываются в значения температуры и влажности воздуха, а затем по ним определяются значения температуры корки клуба Тк, алгоритм фиг.2-3, абсолютное влагосодержание воздуха внутри улья Li, абсолютное влагосодержание отработанного воздуха Lo, а также расход корма пчелами Gi.
После этого по определенным выше параметрам производится расчет оптимального коэффициента массопереноса Аопт при данной влажности воздуха Vy. Исходя из оптимального коэффициента массопереноса Аопт определяются оптимальные значения Vyопт и Туопт. Затем рассчитывается текущий коэффициент массопереноса Ai (при данных Тк и Ту) по формуле:
Определенный здесь коэффициент сравнивается с оптимальным значением Аопт. Если Аi>Аопт, то текущие параметры считаются оптимальными, и все измерения повторяются. В случае Аi<Аопт происходит проверка оптимальности текущих параметров температуры и влажности (Тy и Vy). Если Тy≤Ту опт посредством коммутационного устройства для управления нагревателем 8 включается нагревательный элемент 13, а если нет - отключается. Далее проходит проверка на оптимальность влажности в улье Vy. Если Vy=Vу опт происходит отключение парообразователя 14 посредством коммутационного устройства для управления парообразователем 9 и электропривода вентилятора 12 посредством коммутационного устройства для управления электроприводом вентилятора 7, а затем все измерения повторяются. В случае Vy≠Vyопт проводится другая проверка: Vy>Vy опт. Если Vy>Vy опт, происходит отключение парообразователя 14 посредством коммутационного устройства для управления парообразователем 9 и включение электропривода вентилятора 12 посредством коммутационного устройства для управления электроприводом вентилятора 7, а если нет, следовательно. Vy<Vy опт, и в этом случае парообразователь 14 включается, а электропривод вентилятора 12 отключается. После этого все измерения повторяются.
Если выбран летний режим работы, происходит проверка на превышение счетчиком заданного значения. Если К<Кзад, где Кзад - величина задержки, то значение счетчика инкрементируется (К=К+1), а затем микроЭВМ снимает данные с датчика температуры 3 и датчика влажности 1 воздуха внутри улья. Данные в виде частот поступают на входы 1 и 2 микроЭВМ. Далее программой они преобразовываются в значения температуры и влажности воздуха. Затем, согласно алгоритму, происходит проверка текущих параметров Туi, и Vyi на соответствие их оптимальным Туопт и Vyопт. В случае их расхождения программа работает точно так же, как и в зимнем случае. Затем все измерения повторяются вновь. Так происходит, пока значение счетчика не сравняется с заданной величиной задержки Кзад. Когда К≥ Кзад, выполняется акустическая проверка активности пчел-вентилировщиц. При этом сначала отключается электропривод вентилятора 12 (чтобы он не вносил искажений в общий шумовой фон пчел-вентилировщиц), а затем происходит съем частотного сигнала с усилителя-ограничителя 19, который получает сигнал от микрофона 18, прошедший через полосовой фильтр 20 с полосой пропускания от 80 до 155 Гц [6].
С повышением активности пчел-вентилировщиц частотный пик вместе с ростом его интенсивности смещается на высокочастотную часть спектра, т.е. с частоты 80 Гц до частоты 155 Гц. Так, если температура в нижней части гнезда у стенки, противоположной летковому отверстию, составляла от 33,1 до 40,4° С частота звуков пчел-вентилировщиц составила 110-120 Гц, а при температурах 41 и 42° С, частота звуков составила 135-145 и 145-155 Гц. Далее производится анализ частот импульсов в диапазоне от 80 до 155 Гц. Усилитель ограничитель 19 позволяет формировать прямоугольные импульсы, которые поступают на третий измерительный вход микроЭВМ. Если частота импульсов fс усилителя ограничителя 19 превысит fкр1=155 Гц (f>fкр1=155 Гц), проводится снижение стабилизируемого уровня температуры Ту опт на 1° С и снижение стабилизируемого уровня влажности Vy опт на 10%. После этого производится сброс значения счетчика (К=0), а затем, согласно алгоритму фиг.2, происходит проверка текущих параметров Tyi и Vyi; на соответствие их оптимальным Ту опт и Vy опт. В случае их расхождения программа работает так же, как в зимнем случае. Потом все измерения повторяются вновь. Если же значение частоты f меньше критической величины (f<fкр1=155 Гц), то сначала происходит проверка оптимального значения влажности на превышение минимального оптимального значения (Vy опт<50%). При Vу опт<50% стабилизируемый уровень влажности повышается до 50% (т.е. Vy опт=50%). Затем снова проводится анализ частоты f. Если (f<fкр2=80 Гц), то производится повышение стабилизируемого уровня температуры Ту опт на 1° С, если нет - то в установках ничего не меняется. Далее программа действует так же, как и в случае, рассмотренном выше.
Управляемый источник питания 16 и его датчик 15 работают автономно от основной системы и служат для создания и поддержания нужной мощности Ропт на входе нагревательного элемента 13. При высоких температурах наружного воздуха (Тнар~15° С) мощность нагревательного элемента поддерживается на уровне порядка 12 Вт, а при низких (Тнар~-20° С) - на уровне порядка 80 Вт.
Таким образом, устройство для регулирования микроклимата в улье позволяет поддерживать параметры микроклимата на оптимальном уровне, что обеспечивает адаптивную настройку микроклимата с учетом силы пчелиной семьи.
Источники информации
1. Патент №2000693. Устройство для регулирования температурного режима улья. // Рыбочкин А.Ф., Новосельцев И.Л. Опубл. 15.10.93. Бюл. №37-38.
2. Патент №2168199. Устройство для регулирования температурного режима в улье. // Рыбочкин А.Ф., Захаров И. С. Опубл. 27.05.2001. Бюл. №15.
3. Регулятор влажности с переключаемым выходом. // Каталог On-Line http://www.conrad.ru/ceonlme.html.
4. Патент №2134507. Устройство для регулирования микроклимата в улье. // Зимитрович B.C., Прудников А.В., Прохорова А.Н. Опубл. 08.08.99. (прототип).
5. Тепло- и массоперенос в жизни пчел. // Трифонов А.Д. Москва: Истра, 1997.
6. Е.Е.Еськов. Акустическая сигнализация насекомых.
Устройство для регулирования микроклимата в улье, содержащее датчик влажности воздуха, преобразователь “влажность - частота”, датчик температуры воздуха, преобразователь “температура - частота”, нагревательный элемент, коммутирующее устройство для управления нагревательным элементом, электропривод вентилятора, коммутирующее устройство для управления электроприводом вентилятора, парообразователь, коммутирующее устройство для управления парообразователем, пульт изменения режима работы, клеммы источника питания, стабилизирующее устройство, источник питания, управляемый температурой, датчик внешней температуры для источника питания, управляемого температурой, микрофон, полосовой фильтр, усилитель - ограничитель, при этом два выхода датчика влажности соединены со входами преобразователя “влажность - частота”, два выхода датчика температуры соединены со входами преобразователя “температура - частота”, первый вход нагревательного элемента соединен с первым выходом коммутирующего устройства для управления нагревательным элементом, а второй - с первым выходом источника питания, управляемого температурой, первый вход источника питания, управляемого температурой, соединен с первой клеммой источника питания, с которой также соединены первый вход стабилизирующего устройства, второй вход электропривода вентилятора и второй вход парообразователя, первый вход электропривода вентилятора соединен с первым выходом коммутирующего устройства для управления электроприводом, а первый вход парообразователя соединен с первым выходом коммутирующего устройства для управления парообразователем, вторые входы коммутирующего устройства для управления нагревательным элементом, коммутирующего устройства для управления электроприводом, коммутирующего устройства для управления парообразователем, а также вторые выходы стабилизатора и источника питания, управляемого температурой, соединены со второй клеммой источника питания, отличающееся тем, что введена микроЭВМ, первый вход которой соединен с выходом преобразователя “влажность - частота”, второй вход соединен с выходом преобразователя “температура - частота”, третий вход соединен с выходом усилителя - ограничителя, четвертый вход соединен с выходом пульта изменения режима работы, первый выход соединен со входом коммутирующего устройства для управления нагревательным элементом, второй выход соединен со входом коммутирующего устройства для управления электроприводом вентилятора, третий выход соединен со входом коммутирующего устройства для управления парообразователем, первый выход стабилизатора соединен с шинами питания микроЭВМ и преобразователей “температура - частота” и “влажность - частота”, вход усилителя - ограничителя соединен с выходом полосового фильтра, первый и второй входы которого соединены в свою очередь с выходами микрофона.
