Устройство для дистанционного контроля и управления процессом шмелеопыления в теплицах, система и способ дистанционного контроля и управления процессом шмелеопыления в теплицах
Группа изобретений относится к сельскому хозяйству, в частности к автоматизированным системам мониторинга и контроля состояния шмелиных семей. Устройство для дистанционного контроля и управления процессом шмелеопыления в теплицах представляет собой теплоизолированный короб с полками внутри для размещения по крайней мере на части из них или на каждой из них шмелиного улья. На лицевой стороне короба напротив мест размещения шмелиных ульев выполнены отверстия для влета/вылета шмелей, оснащенные узлом их закрытия/открытия с дистанционно управляемым сервоприводом. На боковой стенке короба размещена дверца для доступа к полкам, а в верхней части одной из стенок выполнены отверстия для выхода вентилируемого воздуха, оборудованные узлом открытия/закрытия с дистанционно управляемым сервоприводом. В нижней части короба организован заборный канал с нагнетательным вентилятором для подачи воздуха внутрь короба из-под дна короба. Внутри короба размещен контроллер на процессорной основе, выполненный с блоком передачи сигналов в режиме удаленной связи и связанный с размещенными внутри короба датчиками температуры, влажности воздуха и присутствия ульев и с помещенными внутри заборного канала датчиками температуры, влажности и содержания СО2 в воздухе снаружи короба, датчиками учета количества влетов и вылетов шмелей, датчиком положения дверцы и с антенной для передачи данных посредством сотовой связи на компьютеризированное средство оператора. Достигаемый при этом технический результат заключается в повышении летной/опылительной активности и продолжительности работы шмелиных семей, размещаемых в теплицах. 3 н.п. ф-лы, 11 ил.
Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности – к автоматизированным системам мониторинга и контроля состояния шмелиных семей.
Автоматизация производственных процессов становится все более востребованным трендом в сельском хозяйстве, особенно в предприятиях защищенного грунта. Современные тепличные комплексы уже сейчас оснащаются автоматическими системами управления, которые могут не просто выполнять запрограммированные в них сценарии, но и обучаться, давать прогнозы, корректировать работу инженерных систем в зависимости от внешних погодных условий и т.п. Более того, за всеми процессами специалист может следить удаленно и, в случае необходимости, корректировать их из любой точки планеты.
В тепличных комплексах могут быть автоматизированы режимы поддержания параметров микроклимата, режимы поливов и подкормок растений, учет работы персонала, учет произведенной продукции по видам, количеству, качеству и т.д.
Специалисты тепличных комплексов сейчас ориентируются на программные продукты, которые должны легко интегрироваться в систему автоматики, существующую на их комбинате. К сожалению, существующие автоматизированные системы управления и контроля предназначены исключительно для работы с измерительным и инженерным оборудованием, установленным в тепличных комплексах, и никак не связаны с контролем, а тем более управлением процессами применения биологических средств защиты и опыления растений.
В настоящее время применение шмелиных семей для опыления тепличных культур (томаты, перцы, баклажаны, пчелоопыляемый огурец, земляника и др.) является обязательным элементом технологии их выращивания. При этом в отечественной отрасли защищенного грунта укоренилась практика закупки шмелиных семей в сроки и в количествах, которые определяются специалистами тепличных предприятий на основе собственного опыта и рекомендаций фирм-поставщиков шмелиных семей, т.е. заказчик платит за количество поставленных ульев, а не за результат работы шмелиных семей.
За эксплуатацию шмелиных семей в теплицах обычно отвечают либо агрономы по защите растений, либо пчеловоды (при наличии собственной пасеки в хозяйстве). Их задача сводится к контролю состояния шмелиных семей, их своевременной выстановке и замене, подкормкам, закрытию и открытию летков в ульях перед и после проведения химических обработок в теплицах, а также перед и после включения и отключения систем искусственного освещения. Учитывая сферу ответственности и объем должностных обязанностей специалистов, а также большое количество шмелиных семей, закупаемых крупными тепличными комбинатами, нетрудно представить, что обязанности по наблюдению за шмелиными семьями (являющиеся дополнительной нагрузкой) очень часто выполняются по остаточному принципу, т.е. им не уделяется должного внимания. А это, в свою очередь, приводит либо к увеличению затрат на закупку ульев (при перестраховках, при гибели семей от химических обработок или неправильной их эксплуатации при искусственном освещении), либо к снижению качества опыления и потерям урожая, либо к тому и другому одновременно.
Существуют автоматизированные системы поддержания оптимального микроклимата в пчелиных ульях, представляющие собой нагреватели (RU 2271654) или вентиляционные модули (WO 96/28018), устанавливаемые / встраиваемые снизу или сверху пчелиного улья.
Есть варианты подобных систем, предполагающие дистанционное обратное взаимодействие с пчелиным ульем - "интерактивный улей" (Журнал "Пчеловодство", № 9, 2017; www.youtube.com/watch?v=Nblq5FRuGyc).
Все эти системы предполагают размещение датчиков, исполнительных механизмов, передающих устройств внутри или снаружи пчелиных ульев существующей конструкции. Подобные системы предназначены в основном для сбора и анализа информации о температуре, влажности и акустическом спектре внутри пчелиного улья. При этом заключения на основе анализа акустического спектра носят вероятностный и экспериментальный характер. Автоматическому регулированию в этих системах поддается лишь температурный фактор (включение/отключение нагревателей или вентиляционных модулей). Все остальные работы по уходу за пчелиными ульями должны осуществляться в ручном режиме. Кроме того, данные системы не могут быть применимы к шмелиным ульям вследствие кардинальных конструктивных отличий пчелиных и шмелиных ульев, а также кардинальных отличий в биологии пчел и шмелей.
Наиболее близкими прототипами способа можно считать охладительное устройство борьбы с высокой температурой в шмелиных ульях (ЕР 0598458, А01К67/033, А01К47/00, опубл. 25.05.2994). Это решение принято в качестве прототипа для устройства.
В этом решении описано устройство в виде теплоизолированного короба, в котором на полках размещены шмелиные ульи, расположенные напротив отверстий влета/вылета шмелей. Особенностью данного устройства является то, что в короб встроена система охлаждения внутреннего объема короба, на которую возложена функция создания комфортного климата внутри короба.
При этом сходство первого прототипа с предлагаемым нами решением ограничивается лишь наличием теплоизолированного корпуса для размещения шмелиных ульев.
Недостаток данного решения заключается в том, что в коробе не предусмотрена вентиляция внутреннего объема. Это приводит к образованию перегретых застойных зон, вызывающих стрессовое состояние шмелиных семей, вплоть до гибели расплода. Так же нет учета количества влетов-вылетов шмелей-фуражиров, на основе которого определяют опылительную активность шмелиного улья. Кроме того, полностью отсутствуют исполнительные механизмы, с помощью которых можно было бы дистанционно управлять открытием-закрытием летков и микроклиматом внутри короба. Поэтому данное решение не отвечает требованиям по оптимизации шмелиной активности для опыления растений на территории и сохранения высокой летной активности насекомых.
Также существуют системы мониторинга и дистанционного контроля состояния пчелосемей, основанные на измерениях температурных полей, влажности воздуха и звукового фона внутри пчелиных ульев и/или веса ульев (RU 2377769; RU 1428329; http://www.myshared.ru/slide/363340/ УГАТУ (Уфа) Семенов В.В. и Ганеев А.Р.; https://www.kp.ru/daily/26507/3379767/; Журнал "Пчеловодство" № 9, 2011; Электротехнические и информационные комплексы и системы. № 3, т. 13, 2017).
Описанный в последнем источнике многоканальный цифровой регистрационный комплекс относится к системам сбора, обработки и передачи информации и может быть использован в пчеловодстве на индивидуальных и коллективных пасеках. Устройство для контроля состояния пчелиных семей и процесса сбора меда в улье содержит размещенные в улье датчики температуры, уровня влажности и акустического шума, тензодатчики для
контроля веса улья, подключенные к wi-fi модулю с микроконтроллером.
Это решение принято в качестве прототипа для заявленных системы и способа.
Недостаток данного известного решения заключается в том, что оно позволяет только собирать информацию и, как итоговый результат, получать вывод о повышении или нормализации или снижении активности пчелиных ульев. Если требуется вмешательство, то оно проводится вручную и без учета внешней обстановки в теплице, в частности, без учета содержания СО2 в воздухе. То есть система относится к категории сборочно-накопительной и не дает реальной информации по каждому улью.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание нового способа, обеспечивающего дистанционный контроль (мониторинг) и управление процессом шмелеопыления в теплицах, а также создание высокотехнологичной конструкции для содержания шмелиных семей в условиях дистанционно контролируемого микроклимата.
Настоящее изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в повышении летной/опылительной активности и продолжительности работы шмелиных семей, размещаемых в теплицах, за счет дистанционного контроля и управления микроклиматом окружающей шмелиный улей среды; предоставления информации о стрессовых ситуациях, опылительной активности и необходимости замены ульев; дистанционного открытия/закрытия летков в случае химических обработок или работы системы искусственного освещения с теплицах.
Указанный технический результат достигается тем, что для дистанционного контроля и управления процессом шмелеопыления в теплицах представляет собой теплоизолированный короб с полками внутри для размещения по крайней мере на части из них или на каждой из них шмелиного улья, на лицевой стороне которого напротив мест размещения шмелиных ульев выполнены отверстия для влета/вылета шмелей, оснащенные узлом их закрытия/открытия с дистанционно управляемым сервоприводом, на боковой стенке короба размещена дверца для доступа к полкам, а в верхней части задней стенки выполнены отверстия для выхода вентилируемого воздуха, оборудованные узлом открытия/закрытия с дистанционно управляемым сервоприводом, в нижней части короба организован заборный канал с нагнетательным вентилятором для подачи воздуха внутрь короба из-под дна короба, внутри короба размещен контроллер на процессорной основе, выполненный с блоком передачи сигналов в режиме удаленной связи и сообщенный с размещенными внутри короба датчиками температуры, влажности воздуха и присутствия ульев, и с помещенными внутри заборного канала датчиками температуры, влажности и содержания СО2 в воздухе снаружи короба, датчиками учета количества влетов и вылетов шмелей, датчиком положения дверцы и с антенной для передачи данных посредством сотовой связи на компьютеризированное средство оператора.
Указанный технический результат также достигается тем, что система дистанционного контроля и управления процессом шмелеопыления в теплицах, содержит установленные в теплице над уровнем грунта теплоизолированные короба с полками внутри, на по крайней мере одной из которых размещен шмелиный улей, на лицевой стороне которого напротив мест размещения шмелиных ульев выполнены отверстия для влета/вылета шмелей, оснащенные узлом их закрытия/открытия с дистанционно управляемым приводом, на одной из стенок короба размещена дверца для доступа к полкам, а в верхней части короба выполнены отверстия для выхода вентилируемого воздуха, оборудованные узлом их открытия/закрытия с дистанционно управляемым приводом, в нижней части короба организован заборный канал с нагнетательным вентилятором для подачи воздуха внутрь короба из-под дна короба, внутри короба размещен контроллер на процессорной основе, связанный проводной или беспроводной связью с размещенными внутри короба датчиками температуры, влажности воздуха и присутствия ульев, и с помещенными внутри заборного канала датчиками температуры, влажности и содержания СО2 поступающего в короб воздуха, датчиками учета количества влетов и вылетов шмелей, датчиком положения дверцы и с антенной для передачи данных посредством беспроводной связи на компьютеризированное средство оператора, выполненное с функцией получения показаний указанных датчиков от контроллера на процессорной основе и с возможностью выдачи управляющих сигналов приводам и нагнетательному вентилятору, сформированных на основе сравнения полученных данных с данными, соответствующими оптимизированным условиям жизнедеятельности шмелей.
Указанный технический результат также достигается применением способа дистанционного контроля и управления процессом шмелеопыления в теплицах, который заключается в размещении шмелиных ульев в коробе, оснащенном устройством принудительной вентиляции от нагнетательного вентилятора, датчиками температуры и влажности внутри короба и снаружи короба, датчиком СО2 поступающего внутрь короба воздуха и датчиками учета количества влетов/вылетов шмелей, осуществлении сбора показаний указанных датчиков в режиме текущего времени или в заданные периоды времени и передачи этих показаний в виде данных в режиме удаленной связи в компьютеризированное средство оператора для проведения сравнения полученных данных с данными, соответствующими оптимизированным условиям жизнедеятельности шмелей, и при появлении разницы в данных при их сравнении, выходящей за границы диапазона данных, соответствующего оптимизированным условиям жизнедеятельности шмелей, изменении режима работы нагнетательного вентилятора и выдаче управляющих сигналов приводам узлов регулирования проходного сечения выпускных отверстий устройства принудительной вентиляции и открытия/закрытия летков.
Изобретение поясняется конкретными примерами исполнения, которые, однако, не являются единственно возможными, но наглядно демонстрируют возможность достижения данной совокупностью существенных признаков необходимого технического результата.
На фиг. 1 показан внешний вид устройства для дистанционного контроля и управления процессом шмелеопыления, вид со стороны отверстий для влета/вылета;
фиг. 2 - то же, что на фиг. 1, вид со стороны задней стенки;
фиг. 3 - то же, что на фиг. 1, вид с одного бока со стороны дверцы;
фиг. 4 - то же, что на фиг. 1, вид с другой боковой стороны;
фиг. 5 - сечение А-А по фиг. 1;
фиг. 6 - сечение В-В по фиг. 4;
фиг. 7 - сечение С-С по фиг. 2;
фиг. 8 - представлено расположение датчиков и исполнительных механизмов в устройстве для дистанционного контроля и управления процессом шмелеопыления при снятой боковой стенке;
фиг. 9 - то же, что на фиг. 8, вид со стороны лицевой стенки;
фиг. 10 - показана работа системы вентиляции устройства для дистанционного контроля и управления процессом шмелеопыления, вид сбоку;
фиг. 11 - то же, что на фиг. 10, вид со стороны лицевой стенки.
Согласно настоящему изобретению предлагается высокотехнологичная конструкция системы дистанционного контроля и управления процессом шмелеопыления, позволяющая обеспечить:
- мониторинг процесса опыления в реальном времени;
- прогноз качества опыления;
- дистанционное управление процессом сбора шмелей-фуражиров в ульи и открытия ульев «на вылет» в соответствии с графиком химических обработок или иными потребностями;
- автоматическое / дистанционное управление системой вентиляции ульев для поддержания оптимального температурного режима содержания шмелиных семей;
- улучшение качества летной активности шмелей в теплицах, оборудованных системой искусственного освещения, или при низкой освещенности;
- оповещение об избыточном / недостаточном опылении;
- оповещение о необходимости замены / дополнительной установки шмелиных семей;
- сигнализация о стрессовых ситуациях / внезапном ухудшении летной активности шмелей;
- удаленный контроль.
В общем случае, система представляет собой автоматизированное рабочее место (АРМ) шмелиных семей, включающее в себя:
- по крайней мере один теплоизолированный короб с местами под размещение шмелиных ульев, датчики сбора информации, исполнительные механизмы и аппаратные средства сбора, временного хранения и передачи данных;
- программное обеспечение, позволяющее вести хранение информации, ее обработку и анализ, а также управлять работой исполнительных механизмов АРМ шмелиных семей;
- аппаратные средства, посредством которых пользователь (агроном) осуществляет доступ к собираемой / анализируемой информации и осуществляет контроль процесса шмелеопыления (персональный компьютер / планшет / смартфон).
Особенностью заявленной системы является то, что она предполагает не размещение датчиков сбора информации и исполнительных механизмов в и/или на улье существующей конструкции, а помещение шмелиных ульев в специальное «автоматизированное рабочее место» шмелиной семьи, представляющее собой теплоизолированный короб, оснащенный всеми необходимыми датчиками и исполнительными механизмами для дистанционного управления положением отдельных узлов АРМ, обеспечивающих жизнеобеспечение шмелиной семьи и оптимальные условиям их существования.
Развитие конструкции подставок для размещения шмелиных ульев в теплице в заменитель внешнего короба улья и носитель дополнительного оборудования, позволяющего автоматизировать процессы контроля состояния шмелиных семей и управления работой всех описанных выше приспособлений, приводит к совершенно новому подходу к эксплуатации шмелей в теплицах. Превращение подставок под ульи в автоматизированные "рабочие места", берущие на себя львиную долю забот о благополучии и высокой летной/опылительной активности шмелиных семей, позволяет не только повысить эффективность опыления, но и упростить конструкцию улья, отказаться от его внешнего короба и, следовательно, понизить его стоимость.
Задача специалистов, отвечающих за эксплуатацию шмелиных семей в теплицах, сводится к контролю состояния шмелиных семей, их своевременной выстановке и замене, подкормкам, закрытию и открытию летков в ульях перед и после проведения химических обработок в теплицах, а также перед и после включения и отключения систем искусственного освещения. Учитывая сферу ответственности и объем должностных обязанностей специалистов, а также большое количество шмелиных семей, закупаемых крупными тепличными комбинатами, нетрудно представить, что обязанности по наблюдению за шмелиными семьями (являющиеся дополнительной нагрузкой) очень часто выполняются по остаточному принципу, т.е. им не уделяется должного внимания. А это, в свою очередь, приводит либо к увеличению затрат на закупку ульев (при перестраховках, при гибели семей от химических обработок или неправильной их эксплуатации при искусственном освещении), либо к снижению качества опыления и потерям урожая, либо к тому и другому одновременно.
Совместный отрицательный эффект от неправильной эксплуатации шмелиных семей в теплицах может достигать 1-5 млн. рублей/га, а иногда и более, в зависимости от выращиваемых культур, условий года, степени выраженности описанных выше проблем в конкретном хозяйстве.
С учетом наблюдающейся тенденции к увеличению стоимости самих шмелиных семей и оплаты труда специалистов, эта проблема становится все более актуальной, т.к. ошибки в управлении процессом опыления приводят к существенным потерям урожая (до 20%) и, соответственно, снижению рентабельности производства.
В масштабах страны, с учетом роста площадей зимних теплиц и доли опыляемых культур в общей структуре этих площадей, такие потери в тепличной отрасли России могут составлять от 1,5 до 8,5 млрд. рублей в год.
Таким образом, экономическая целесообразность внедрения предлагаемого способа решения этой проблемы является очевидной.
Программное обеспечение, предназначенное для хранения и анализа собираемых данных, построения графиков, создания прогнозов и управления исполнительными механизмами, обеспечивает не только самостоятельное / автономное функционирование системы, но и ее интеграцию в существующие системы климат-контроля, учета затрат труда и пр. в теплицах (Priva, Hoogendoorn, Hortimax и др.), что позволит агрономической службе тепличного комплекса иметь максимально полную информацию о факторах, влияющих на состояние выращиваемой культуры, устранить человеческий фактор, облегчить контроль и улучшить качество шмелеопыления.
Контроль и управление процессом шмелеопыления по предлагаемому способу осуществляются следующим образом.
В теплицах, где выращиваются энтомофильные (требующие опыления насекомыми) культуры, размещаются теплоизолированные короба, оснащенные необходимыми датчиками и исполнительными механизмами, а также полками для установки шмелиных ульев (автоматизированное рабочее место (АРМ) шмелиной семьи). Количество АРМов в расчете на 1 га тепличной площади определяется типом культуры, от которого зависит необходимое количество единовременно работающих шмелиных семей, и количеством полок под установку шмелиных ульев в каждом АРМе. Например, для культуры томата потребность в единовременно работающих шмелиных ульях составляет 6 семей/га. Соответственно, при трех полках в АРМе, на 1 га томатов необходимо разместить 3 таких АРМа. Для пчелоопыляемого огурца потребность в единовременно работающих шмелиных семьях составляет порядка 15 шт./га. При наличии трех полок под установку ульев в АРМе, таких АРМов на 1 га пчелоопыляемого огурца потребуется 5 шт.
В общем случае устройство для дистанционного контроля и управления процессом шмелеопыления в теплицах представляет собой теплоизолированный короб с полками внутри для размещения по крайней мере на части из них или на каждой из них шмелиного улья, на лицевой стороне которого напротив мест размещения шмелиных ульев выполнены отверстия для влета/вылета шмелей, оснащенные узлом их закрытия/открытия с дистанционно управляемым сервоприводом, на боковой стенке короба размещена дверца для доступа к полкам, а в верхней части задней стенки короба выполнены отверстия для выхода вентилируемого воздуха, оборудованные узлом открытия/закрытия с дистанционно управляемым сервоприводом, в нижней части короба организован заборный канал с нагнетательным вентилятором для подачи воздуха внутрь короба из-под дна короба, внутри короба размещен контроллер на процессорной основе, выполненный с блоком передачи сигналов в режиме удаленной связи и связанный с размещенными внутри короба датчиками температуры, влажности воздуха и присутствия ульев, и с помещенными внутри заборного канала датчиками температуры, влажности и содержания СО2 в воздухе снаружи короба, датчиками учета количества влетов и вылетов шмелей, датчиком положения дверцы и с антенной для передачи данных посредством сотовой связи на компьютеризированное средство оператора.
Ниже приводится подробное описание устройства АРМ.
АРМ (фиг. 1-4), размещаемый в теплицах, представляет собой теплоизолированный короб 1 (например, вертикально ориентированной параллелепипедной формы с возможностью крепления на вертикальную опору, например, стойку теплицы) с закрепленными внутри полками 2, размещенными одна над другой, на которых через боковую дверцу 3 можно размещать от 1-3 (или более) шмелиных ульев 4. Боковая дверца смонтирована на одной боковой стороне короба так, что при ее открывании обеспечивается свободный доступ ко всем полкам.
На передней стенке короба расположены отверстия 5 для влета/вылета шмелей-фуражиров, c узлом 6 автоматического открытия/закрытия с сервоприводом 7 (фиг. 7). Простой вариант исполнения узла может представлять собой заслонку, управляемую сервомотором, работающим как поступательный привод. При подаче управляющего сигнала в сервопривод происходит либо полное закрытие отверстий 5, либо их открытие.
В нижней части короба у задней его стенки расположен заборный канал 8 системы вентиляции, имеющий приточное отверстие 9 и нагнетательный вентилятор 10 внутри этого канала 8. Так как жизненный цикл шмелиной семьи сопровождается повышенным тепловыделением, то приточное отверстие 9 заборного канала 8 расположено значительно ниже дна короба, чтобы при включении нагнетательного вентилятора 10 воздух в заборный канал 8 поступал из нижней, затененной растениями части теплицы, где он всегда более прохладный, чем под кровлей.
Нижняя полка для размещения ульев в коробе, расположенная над заборным каналом 8 системы вентиляции, выполнена с отверстиями 11, через которые подаваемый нагнетательным вентилятором 10 воздух попадает внутрь короба к полкам с ульями 4 (фиг. 5-7). В верхней части задней стенки короба расположены выпускные отверстия 12 (фиг. 6), оборудованные узлом 13 автоматического открытия/закрытия с сервоприводом 14 (может иметь выполнение, аналогичное исполнению узла 6 автоматического открытия/закрытия летков с сервоприводом 7) и через которые нагнетаемый воздух выходит из короба. Демонстрация потоков воздуха в режиме принудительной вентиляции показана на фиг. 10 и 11. При работе нагнетательного вентилятора 10 обеспечивается нагнетание в полость короба 1 воздушного потока под напором, достаточным для того, чтобы исключить внутри короба застойные зоны и обеспечить замену нагретого воздуха более прохладным.
Внутри короба также размещается процессорный (микропроцессорный) контроллер 15, собирающий информацию с датчиков температуры и влажности воздуха 16 внутри ульев, датчиков температуры, влажности 17 и датчиков 18 содержания СО2 18 в воздухе снаружи короба (датчики 17 и 18 помещены внутри заборного канала 8), датчиков (например, оптического или другого принципа действия) учета летной активности 19 (количества влетов и вылетов) шмелей, датчиков присутствия ульев 20, датчика положения дверцы 21. Поступающие на контроллер 15 в режиме текущего времени или в заданные временные периоды сигналы с датчиков передаются в режиме удаленной беспроводной связи (например, сотовой связи) через GPRS-антенну 22 на компьютер/планшет/смартфон оператора, находящегося на своем рабочем месте. Полученные сообщения позволяют оператору анализировать состояние процесса шмелеопыления и осуществлять управление системами открытия/закрытия летков и вентиляционных отверстий в автоматическом режиме или по сигналам оператора, передаваемым через сотовую сеть.
Конкретные исполнения перечисленных датчиков в рамках настоящего изобретения не приводятся в силу того, что на рынке присутствует большое разнообразие их исполнений. Суть изобретения не в конкретном исполнении того или иного датчика, а в способе их размещения и применения для удаленного контроля и управления процессом шмелеопыления с помощью микропроцессорного контроллера. Этот контроллер может работать в режиме постоянной передачи данных или передачи данных только в заданные временные промежутки (кратковременные текущие опросы датчиков) или быть выполненным с блоком памяти для записи текущих показаний датчиков и выдачи их (например, в виде пакета данных или данных за какой-то промежуток времени) на компьютер/планшет/смартфон оператора.
Питание контроллера и всех исполнительных механизмов устройства осуществляется от сети электропитания (как вариант, может использоваться аккумуляторные батареи или источники бесперебойного питания для обеспечения функционирования систем коробов при отключении от централизованной системы электропитания или при аварийном режиме).
АРМы размещаются на опорных стойках тепличной конструкции (крепятся к ним) с помощью хомутов таким образом, чтобы входное отверстие заборного вентиляционного канала располагалось на высоте 50-60 см от пола теплицы. Поскольку активно функционирующая шмелиная семья выделяет довольно большое количество тепла, то для поддержания оптимальной температуры в гнездовой камере улья (25-28°С) достаточно обеспечить наружную теплоизоляцию улья, и шмели сами себя согреют. Для снижения же избыточно высокой температуры в гнездовой камере улья необходимо обеспечить активную вентиляцию внутреннего пространства АРМа с забором воздуха из нижней, затененной растениями части теплицы, где он всегда более прохладный, чем под кровлей.
Через боковую дверцу АРМа в него устанавливаются шмелиные ульи, каждый на свою полку. При открытии дверцы срабатывает датчик положения дверцы, и устройство открытия/закрытия летков автоматически переводится в положение «Закрыто». После этого производится установка или замена ульев. При этом датчик присутствия, имеющийся на каждой полке, выдает сообщение о наличии либо отсутствии улья на этой полке. После закрытия боковой дверцы АРМа узел открытия/закрытия летка переводится в положение «Открыто» не сразу, а через некоторое время, необходимое для того, чтобы шмелиные семьи успокоились. Промежуток времени, через который происходит открытие летков, устанавливается оператором через программу управления, и составляет обычно не менее 30 мин. После открытия летков шмели-фуражиры получают возможность покидать свои ульи и осуществлять сбор пыльцы, т.е. производить опыление растений. Каждый вылет и влет шмеля-фуражира учитывается с помощью датчиков учета летной активности (количества влетов-вылетов).
В общем случае система дистанционного контроля и управления процессом шмелеопыления в теплицах содержит установленные в теплице над уровнем грунта теплоизолированные короба с полками внутри, на по крайней мере одной из которых размещен шмелиный улей, на лицевой стороне которого напротив мест размещения шмелиных ульев выполнены отверстия для влета/вылета шмелей, оснащенные узлом их закрытия/открытия с дистанционно управляемым приводом, на одной из стенок короба размещена дверца для доступа к полкам, а в верхней части короба выполнены отверстия для выхода вентилируемого воздуха, оборудованные узлом их открытия/закрытия с дистанционно управляемым приводом, в нижней части короба организован заборный канал с нагнетательным вентилятором для подачи воздуха внутрь короба из-под дна короба, внутри короба размещен контроллер на процессорной основе, связанный проводной или беспроводной связью с размещенными внутри короба датчиками температуры, влажности воздуха и присутствия ульев, и с помещенными внутри заборного канала датчиками температуры, влажности и содержания СО2 в поступающем в короб воздухе, датчиками учета количества влетов и вылетов шмелей, датчиком положения дверцы и с антенной для передачи данных посредством беспроводной связи на компьютеризированное средство оператора, выполненное с функцией получения показаний указанных датчиков от контроллера на процессорной основе и с возможностью выдачи управляющих сигналов приводам и нагнетательному вентилятору, сформированных на основе сравнения полученных данных с данными, соответствующими оптимизированным условиям жизнедеятельности шмелей.
Мониторинг микроклимата внутри АРМа осуществляется с помощью датчиков температуры и влажности воздуха, расположенных над каждой полкой для размещения шмелиных ульев. Микроклимат снаружи улья отслеживается с помощью датчиков температуры, влажности, содержания СО2 в наружном воздухе, расположенных в заборном канале системы вентиляции.
Вся данные, собираемые датчиками АРМа, поступают для временного хранения в процессорный (микропроцессорный) контроллер, расположенный внутри АРМа, а затем эта информация пакетами передается по сотовой сети в облачную систему анализа данных.
Программное обеспечение, входящее в состав программно-аппаратного комплекса, предназначено для хранения собираемых данных, представления их для анализа в табличном или графическом виде, сопоставления с данными климат-контроллера (при подключении к имеющейся в тепличном комплексе автоматической системе климат-контроля), составления программ управления исполнительными механизмами комплекса и управления этими механизмами по заданным программам или по командам оператора.
В частности, дистанционное переключение режимов работы летка может программироваться исходя из графика включения-отключения системы искусственного освещения или планируемых листовых/химических обработок растений в теплице.
Автоматическое включение устройства вентилирования улья происходит по данным датчика температуры и влажности воздуха при достижении критических значений этих параметров в гнездовых камерах. В случае фиксации экстремально высоких концентраций углекислого газа в воздухе теплицы (что возможно при сбоях в работе системы подкормки растений углекислотой, либо при размещении АРМа в непосредственной близости от источника подачи углекислоты в теплицу), происходит автоматическое отключение системы вентиляции АРМа, поскольку высокие концентрации СО2 оказывают наркотизирующее действие на шмелей. Одновременно пользователю поступает сообщение о возникновении стрессовой ситуации в теплице.
Таким образом, указанная система позволяет получить новый способ дистанционного контроля и управления процессом шмелеопыления в теплицах, который заключается в помещении шмелиных ульев в короб, оснащенный устройством принудительной вентиляции от нагнетательного вентилятора, датчиками температуры и влажности внутри короба и снаружи короба, датчиком СО2 поступающего внутрь короба воздуха и датчиками учета количества влетов/вылетов шмелей, осуществлении сбора показаний указанных датчиков в режиме текущего времени или в заданные периоды времени и передачи этих показаний в виде данных в режиме удаленной связи в компьютеризированное средство оператора для проведения сравнения полученных данных с данными, соответствующими оптимизированным условиям жизнедеятельности шмелей, и при появлении разницы в данных при их сравнении, выходящих за границы диапазона данных, соответствующего оптимизированным условиям жизнедеятельности шмелей, изменении режима работы нагнетательного вентилятора и выдаче управляющих сигналов приводам узлов регулирования проходного сечения выпускных отверстий устройства принудительной вентиляции и открытия/закрытия летков.
Данные об активности лета (на основе данных, собираемых датчиком учета количества влетов-вылетов) служат основанием для принятия решений о замене и/или увеличении количества выставленных ульев, корректировке параметров микроклимата в теплице, составления прогнозов по качеству опыления.
Таким образом, дистанционный контроль и управление процессом шмелеопыления в теплицах заключается в создании "автоматизированного рабочего места" шмелиных семей в виде теплоизолированного короба, оснащенного датчиками и исполнительными механизмами, позволяющими осуществлять удаленный мониторинг состояния, поддержание параметров микроклимата, учет и контроль летной активности шмелей. Согласно этому способу шмелиные ульи размещаются внутри указанного короба (автоматизированного рабочего места). Информация от датчиков, совмещенных с коробом (автоматизированным рабочим местом), поступает в облачную систему хранения и анализа данных, которая обеспечивает дистанционное автоматическое управление исполнительными механизмами автоматизированного рабочего места (открытие/закрытие летков, включение/отключение вентиляции, регулирование проходного сечения выпускных отверстий устройства принудительной вентиляции); сигнализацию о стрессовых ситуациях; оповещение о степени летной/опылительной активности шмелей и необходимости замены/дополнительной установки шмелиных ульев; возможность для пользователя сопоставлять получаемую информацию с данными климатического компьютера, составлять прогнозы по качеству опыления, корректировать программу управления исполнительными механизмами и, при необходимости, осуществлять дистанционное управление ими в ручном режиме.
1. Устройство для дистанционного контроля и управления процессом шмелеопыления в теплицах, представляющее собой теплоизолированный короб с полками внутри для размещения по крайней мере на части из них или на каждой из них шмелиного улья, на лицевой стороне которого напротив мест размещения шмелиных ульев выполнены отверстия для влета/вылета шмелей, оснащенные узлом их закрытия/открытия с дистанционно управляемым сервоприводом, на боковой стенке короба размещена дверца для доступа к полкам, а в верхней части одной из стенок выполнены отверстия для выхода вентилируемого воздуха, оборудованные узлом открытия/закрытия с дистанционно управляемым сервоприводом, в нижней части короба организован заборный канал с нагнетательным вентилятором для подачи воздуха внутрь короба из-под дна короба, внутри короба размещен контроллер на процессорной основе, выполненный с блоком передачи сигналов в режиме удаленной связи и связанный с размещенными внутри короба датчиками температуры, влажности воздуха и присутствия ульев и с помещенными внутри заборного канала датчиками температуры, влажности и содержания СО2 в воздухе снаружи короба, датчиками учета количества влетов и вылетов шмелей, датчиком положения дверцы и с антенной для передачи данных посредством сотовой связи на компьютеризированное средство оператора.
2. Система дистанционного контроля и управления процессом шмелеопыления в теплицах, содержащая установленные в теплице над уровнем грунта теплоизолированные короба с полками внутри, на по крайней мере одной из которых размещен шмелиный улей, на лицевой стороне которого напротив мест размещения шмелиных ульев выполнены отверстия для влета/вылета шмелей, оснащенные узлом их закрытия/открытия с дистанционно управляемым приводом, на одной из боковых стенок короба размещена дверца для доступа к полкам, а в верхней части короба выполнены отверстия для выхода вентилируемого воздуха, оборудованные узлом их открытия/закрытия с дистанционно управляемым приводом, в нижней части короба организован заборный канал с нагнетательным вентилятором для подачи воздуха внутрь короба из-под дна короба, внутри короба размещен контроллер на процессорной основе, связанный проводной или беспроводной связью с размещенными внутри короба датчиками температуры, влажности воздуха и присутствия ульев и с помещенными внутри заборного канала датчиками температуры, влажности и содержания СО2 поступающего в короб воздуха, датчиками учета количества влетов и вылетов шмелей, датчиком положения дверцы и с антенной для передачи данных посредством беспроводной связи на компьютеризированное средство оператора, выполненное с функцией получения показаний указанных датчиков от контроллера на процессорной основе и с возможностью выдачи управляющих сигналов приводам исполнительных механизмов и нагнетательному вентилятору, сформированных на основе сравнения полученных данных с данными, соответствующими оптимизированным условиям жизнедеятельности шмелей.
3. Способ дистанционного контроля и управления процессом шмелеопыления в теплицах, заключающийся в размещении шмелиных ульев в коробе, оснащенном устройством принудительной вентиляции от нагнетательного вентилятора, датчиками температуры и влажности внутри короба и снаружи короба, датчиком СО2 поступающего внутрь короба воздуха и датчиками учета количества влетов/вылетов шмелей, осуществлении сбора показаний указанных датчиков в режиме текущего времени или в заданные периоды времени и передаче этих показаний в виде данных в режиме удаленной связи в компьютеризированное средство оператора для проведения сравнения полученных данных с данными, соответствующими оптимизированным условиям жизнедеятельности шмелей, и при появлении разницы в данных при их сравнении, выходящей за границы диапазона данных, соответствующего оптимизированным условиям жизнедеятельности шмелей, изменении режима работы нагнетательного вентилятора и выдаче управляющих сигналов приводам узлов регулирования проходного сечения выпускных отверстий устройства принудительной вентиляции и открытия/закрытия летков.
