АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ДИСТАНЦИОННОГО КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПОДОГРЕВОМ ПЧЕЛИНЫХ СЕМЕЙ ПАСЕКИ
AUTOMATED SYSTEM FOR REMOTE MONITORING AND CONTROL OF ELECTRIC HEATING FOR APIARY BEE FAMILIES

Изобретение относится к области пчеловодства и может найти применение на индивидуальных и коллективных пасеках.
Известны устройства для регулирования температурного режима улья [патент №2168199. Устройство для регулирования температурного режима в улье // Рыбочкин А.Ф., Захаров И.С. Опубл. 27.05.2001, Бюл. №15, патент №2253227. Устройство для регулирования температуры в улье // Рыбочкин А.Ф., Дремов Б.Б., Захаров И.С. Опубл. 10.06.2005, Бюл. №16] и влажности [патент №2378826. Устройство для регулирования микроклимата в улье // Рыбочкин А.Ф., Дремов Б.Б. Опубл. 20.01.2010. Бюл. №2] не позволяют дистанционно изменить режим электроподогрева в ульях.
Известна автоматизированная система для круглогодичного подогрева пчелиных семей [патент №2216167. Автоматизированная система для круглогодичного подогрева пчелиных семей // Рыбочкин А.Ф., Захаров И.С. Опубл. 20.11.2003 г. Бюл. №32, (прототип)], содержащее силовой разделительный трансформатор, индикатор тока, индикатор напряжения, терморегуляторы, нагревательные элементы, блок защиты от обрыва, ручной регулятор мощности, стабилизатор переменного тока с датчиком тока, блок силовых симисторных ключей, блок управления, блок защиты от касания на землю, тактовый генератор, переключатель режима работы, постоянное запоминающее устройство мощностей, блок контроля внешней температуры, блок развязки от силовых симисторных ключей, индикатор касания на землю, при этом вход силового разделительного трансформатора соединен с электросетью, первые выходы вторичной обмотки силового разделительного трансформатора соединены с входами блока силовых симисторных ключей, выход которого соединен с первыми входами первого терморегулятора, и нагревательного элемента, вторые входы терморегулятора и нагревательного элемента объединены и соединены с первыми входами второго нагревательного элемента и терморегулятора, вторые входы которых объединены и соединены с первым входом N-го терморегулятора, и нагревательного элемента, вторые входы N-го терморегулятора и N-го нагревательного элемента объединены и соединены с первым выходом датчика тока, вход которого соединен с вторым выходом вторичной обмотки силового разделительного трансформатора, вход блока защиты соединен с вторым выходом датчика тока, выход которого соединен с вторым входом блока управления, выход блока силовых симисторных ключей соединен с первыми входами индикатора касания и блока защиты касания на землю, первый вход датчика тока соединен с вторыми входами индикатора касания, выход блока защиты касания соединен с вторым входом блока управления, выход постоянного запоминающего устройства мощностей соединен с третьим входом блока управления и с выходом переключателя режима работы, вход которого соединен с выходом регулятора мощности, вход которого соединен с выходом блока контроля внешней температуры, выход тактового генератора соединен с четвертым входом блока управления, выход которого соединен с входом блока развязки силовых симисторных ключей, выход которого соединен с входом управления блока силовых симисторных ключей, первый вход блока управления соединен с третьим выходом датчика тока, причем в блок управления введены первый и второй компараторы, первый и второй элементы И, схема начальной установки, реверсивный счетчик, дешифратор, первый вход блока управления соединен с первыми входами первого и второго компараторов, вторые входы компараторов соединены с третьими входом блока управления, выходы компараторов соединены с первыми входами элементов И, вторые входы которых объединены и соединены с четвертым входом блока управления, выходы элементов И соединены с входами реверсивного счетчика, выход которого соединен с входом дешифратора, третий вход дешифратора соединен с входом блока начальной установки, вход которого соединен с вторым входом блока управления, выход дешифратора соединен с выходом блока управления.
Недостатком данной системы являются недостаточные функциональные возможности контроля за регулированием температуры в улье. Отсутствует возможность дистанционного контроля температурным режимом подогрева с использованием мобильной связи. Отсутствует возможность дистанционного изменения режимов подогрева с использованием мобильной связи в любой пространственной точке нахождения пчеловода и пределах мобильной связи.
Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение функциональных возможностей системы и удобств контроля и управления режимом электроподогрева.
Поставленная задача решается тем, что автоматизированная система для дистанционного контроля и управления электроподогревом пчелиных семей пасеки, содержащая контроллеры ульев, в состав которых входят микроконтроллер улья, датчик температуры улья, силовой регулирующий элемент, нагревательный элемент, блок питания улья, клеммы источника питания улья, введены: контроллер пчеловода, в состав которого входят персональная электронно-вычислительная машина (ПЭВМ), модем GSM связи пчеловода, приемопередающий вход ПЭВМ пчеловода соединен с приемопередающим входом модемом GSM связи пчеловода, второй вход-выход соединен с приемопередающим входом антенны пчеловода; контроллер пасеки, в состав которого входят: антенна пасеки, модем GSM связи пасеки, устройство сопряжения уровня пасеки, управляющий контроллер питания ульев пасеки, передающее устройство сопряжения пасеки, принимающее устройство сопряжения пасеки, развязывающая цепь пасеки, силовой регулирующий элемент пасеки, силовой разделительный трансформатор, блок питания контроллера пасеки, приемопередающий вход-выход модема GSM связи пасеки соединен с входом-выходом антенны пасеки, второй вход-выход модема GSM связи пасеки соединен с первым входом-выходом устройства сопряжения уровней пасеки, второй вход-выход которого соединен с первым входом-выходом микроконтроллера пасеки, выход датчика температуры пасеки соединен с измерительным входом микроконтроллера пасеки, передающий выход которого соединен с входом передающего устройства сопряжения пасеки, принимающий вход микроконтроллера пасеки соединен с выходом принимающего устройства сопряжения пасеки, вход которого соединен с первой клеммой контроллера пасеки, выход передающего устройства сопряжения пасеки соединен со второй клеммой контроллера пасеки 2, первый и второй выходы силового регулирующего элемента пасеки соединены с третьей и четвертой клеммой контроллера пасеки, силовые выходы силового разделительного трансформатора соединены с входами блока питания контроллера пасеки, первых два выхода которого соединены с пятой и шестой клеммами контроллера пасеки, третий и четвертый выходы блока питания пасеки соединены с питающими входами модема GSM связи пасеки, устройства сопряжения уровней пасеки, микроконтроллера пасеки, передающего и принимающего устройства сопряжения пасеки, передающий выход микроконтроллера улья, соединен с входом передающего устройства сопряжения улья, а его выход с первой клеммой контроллера улья, принимающий вход микроконтроллера улья соединен с выходом принимающего устройства сопряжения улья, вход которого соединен со второй клеммой контроллера улья, управляющий выход микроконтроллера улья соединен с входом развязывающей цепи улья, а ее выход с управляющим входом силового регулирующего элемента улья, первый выход которого соединен с первым входом нагревательного элемента, второй выход силового регулирующего элемента улья соединен с третьей клеммой контроллера улья, второй вход нагревательного элемента соединен с четвертой клеммой контроллера улья, измерительный вход микроконтроллера улья соединен с выходом датчика температуры улья, первый и второй входы блока питания улья соединены с пятой и шестой клеммами контроллера улья, первый и второй выходы блока питания улья соединены с питающими входами микроконтроллера улья, датчика температуры улья, передающего устройства сопряжения улья, принимающего устройства сопряжения улья, клеммы первая, вторая, третья, четвертая, пятая, шестая контроллера пасеки соединены соответственно с первой, второй, третьей, четвертой, пятой, шестой клеммами контроллеров ульев.
Автоматизированная система для дистанционного контроля и управления электроподогревом пчелиных семей пасеки содержит (фиг.1) контроллер пчеловода 1, модем GSM связи пчеловода 2, ПЭВМ пчеловода (ноутбук) 3, приемопередающая антенна пчеловода 4, приемопередающая антенна пасеки 5, контроллер пасеки 6, модем GSM связи пасеки 7, датчик температуры пасеки 8, развязывающая цепь пасеки 9, силовой регулирующий элемент пасеки 10, силовой разделительный трансформатор пасеки 11, устройство сопряжения уровней пасеки 12, микроконтроллер пасеки 13, передающее устройство сопряжения пасеки 14, принимающее устройство сопряжения пасеки 15, блок питания контроллера пасеки 16, шины питания контроллера пасеки 17, силовые клеммы электропитания 18, контролер улья 19, передающее устройство сопряжения улья 20, принимающее устройство сопряжения улья 21, развязывающая цепь улья 22, силовой регулирующий элемент улья 23, микроконтроллер улья 24, датчик температуры улья 25, нагревательный элемент 26, блок питания улья 27, шина питания контроллера улья 28, передающая линия связи 29, принимающая линия связи 30, питающая линия нагревателей ульев 31, линия питания контроллеров ульев 32.
Конструктивно автоматизированная система для дистанционного контроля и управления электроподогревом пчелиных семей пасеки состоит из трех основных блоков: контроллер пчеловода 1, контроллер пасеки 6, контроллеры ульев 19. Контроллер пчеловода 1 включает в себя ПЭВМ (ноутбук) 3 и модем GSM связи пчеловода 2. Контроллер пчеловода 1 может находиться в любой точке пространства, и в пределах обеспечения мобильной связи, пчеловод может на ПЭВМ 3 контролировать режимы электроподогрева и в случае необходимости их изменять.
Контроллер пасеки 6 включает в свой состав: модем GSM связи пасеки 7, микроконтроллер пасеки 13, силовой разделительный трансформатор 11, блок питания контроллера пасеки 16. Контроллер пасеки 6 выполнен в виде отдельного корпуса, имеет шестипроводной разъем с шестью клеммами для подключения через шестипроводную линию контроллеров ульев 19. Место его нахождения в домике пчеловода с рядом расположенными ульями пасеки. Электропитание осуществляется от электросети. Устройство сопряжения уровней пасеки необходимо для перехода от ТТЛ уровня к стандарту RS232 (так как сигналы имеют разную полярность), с такими сигналами работают СОМ порты в ПЭВМ.
Контроллеры ульев 19 конструктивно выполнены в виде отдельных корпусов, имеют шестипроводной разъем, располагаются над утепляющей подушкой под верхней крышкой улья. Нагревательный элемент 26 располагают на дне улья под нижними планками пчелиных рамок с обсиживаемыми пчелами. Датчик температуры улья 25 реализован на микросхеме DS1620. Электрическая развязка (развязывающая цепь улья 22) реализована с использованием оптосемистора МС3023. Микроконтроллер улья 24 реализован на микросхеме семейства ATMEGA162. В контроллер улья 19 входит передающее устройство сопряжения улья 20, принимающее устройство сопряжения улья 21, развязывающая цепь улья 22, силовой регулирующий элемент улья 23, нагревательный элемент 26, блок питания улья 27. Нагревательный элемент 26 выполнен в виде плоской пластины, внутри которой расположена спираль.
Электрические соединения на пасеке обеспечивают шестипроводным кабелем 29-32. Два провода 29,30 используют для обеспечения приема и передачи кодовой информации о режимах электроподогрева. По двум другим 31 проводам подается напряжение для обеспечения нагрева нагревательных элементов. По остальным двум 32 проводам обеспечивается электропитание контроллеров ульев 19.
Первоначально все блоки автоматизированной системы для дистанционного контроля и управления электроподогревом пчелиных семей пасеки обесточены, т.е ПЭВМ пчеловода (ноутбук) 3 и модем пчеловода GSM связи 2 обесточены. На пасеке контроллер пасеки 6 и контроллеры ульев 19 обесточены. Режим регуляции температур в ульях отсутствует.
Работает автоматизированная система для дистанционного контроля и управления электроподогревом пчелиных семей пасеки следующим образом. Пчеловод приезжает в деревню на пасеку, которая имеет автоматизированную систему для дистанционного контроля и управления электроподогревом пчелиных семей, включает электропитание контроллера пасеки 6 от электросети 220 вольт. Соответственно контроллеры ульев 19 по числу ульев пасеки обеспечиваются электропитанием. Контроллеры ульев по включению электропитания автономно проводят регулировку температурного режима своих ульев, согласно установленных температур при программировании микроконтроллеров ульев 24. Первоначально при программировании микроконтроллеров ульев 24 температура терморегулирования установлена для всех ульев одинаковая (для весеннего электроподогрева 28-32°С, для зимнего электроподогрева 6°С.
После включения электропитания контроллер пасеки 6 проводит настройку своих внутренних регистров. Потом следует пауза 10 секунд, для того, чтобы дать время модему установить связь с базовой GSM станцией (модем это делает автономно после включения питания). После паузы микроконтроллер пасеки 13 настраивает модем GSM связи пасеки 7 для нужных режимов работы (задание скорости обмена и пр.). После этого переходит в бесконечный цикл. Внутри цикла производится опрос ячейки памяти EEPROM и в зависимости от ее содержимого включает или выключает розетки питания внешней нагрузки через развязывающие цепи пасеки 9 и силовой регулирующий элемент пасеки 10 (оптосимистор МС3023 и силовой симистор ВТА12). Это сделано для того, чтобы пчеловод при необходимости мог из дома или квартиры в городе включить/отключить силовое электропитание нагревательных элементов и контроллеров ульев, находящихся в деревне. Если в домике пчеловода, где находится контроллер пасеки 6, отключится и включится питание, то последнее состояние сохраняется в EEPROM микроконтроллера пасеки 13. Убедиться о том, что имеется связь между модемами пчеловода GSM связи 2 и модемом GSM связи пасеки 7, первоначально, пчеловод берет с собой на пасеку ПЭВМ 3 с модемом пчеловода GSM связи 2, чтобы убедиться о наличии связи. Убедившись, что цепочка связи между модемами пчеловода GSM связи 2 и модемом GSM связи пасеки полностью организована и все контроллеры ульев с нагревательными элементами на пасеке включены. Пчеловод проверяет на своем компьютере режимы контроля и управления. температурами в ульях пасеки. Затем пчеловод уезжает в город.
По приезду в город, в доме или квартире включает электропитание ПЭВМ пчеловода 3 и модема пчеловода GSM связи 2. Контроллер пчеловода 1 является инициатором связи. ПЭВМ пчеловода 2 управляется установленной программой на DELPH, реализующей алгоритмы фиг.2-фиг.6. Когда контроллер пчеловода 1 и контроллер пасеки 2 обеспечат связь, образуется двунаправленный канал COMпорт-COMпорт(RS232). Теперь возможна пересылка байтов в обе стороны. В контроллере пасеки 2 для этого обмена используется порт USART1 микроконтроллера пасеки (ATMEGA162) 13. Для обмена с контроллерами ульев 19 используется порт USARTO микроконтроллера пасеки (ATMEGA162) 13 фиг.1.
Пчеловод сидит в городе в своей квартире за своей ПЭВМ и смотрит на дисплее картину имитирующей улья пасеки фиг.7 и пульта управления программой. При нажатии кнопки AT на экране дисплея фиг.7 программа дает команду модему пчеловода GSM связи 2 соединиться с модемом GSM связи пасеки 7. Когда произойдет соединение, т.е. осуществится связь между модемами пчеловода GSM связи 2 и модемом GSM связи пасеки 7 пасеки, светодиод на GSM модеме пчеловода начнет гореть постоянно (с этого момента и начнут тратиться деньги до окончания связи). Модем пчеловода GSM связи 2, т.е. городской модем, передаст в контроллер пасеки 2 код подтверждения установления связи, и программа выведет на дисплее ПЭВМ пчеловода этот код на две нижних полоски картины фиг.7.
Модем GSM связи пасеки 7 контроллера пасеки 2, т.е. из домика пчеловода при получении вызова от контроллера пчеловода 1, передает запрос контроллеру пасеки 2 на установление связи, соответственно соединение устанавливается. Теперь оба модема могут передавать друг другу кодовую информацию.
При нажатии кнопки 1 пчеловодом в программной модели на экране ПЭВМ пчеловода (Ноутбук) 3, контроллер пчеловода 1 посылает код $01 контроллеру пасеки 2. Кнопка 1 означает, что пчеловод выбрал первый улей из восьми ульев (фиг.7) с установленным электронным оборудованием. Этот код попадает в USART1 микроконтроллера пасеки 13 и по прерыванию на подпрограмму обработки. Программа анализирует поступивший код и передает температуру 1-го улья. Для этого она пересылает этот код в USART0 микроконтроллера пасеки 13, из которого он уходит к контроллерам ульев 19 на микроконтроллеры ульев 24, где происходит сравнивание поступившего кода с кодом адреса, и соответствующий микроконтроллер улья 24 отправляет свой байт DATA (т.е. текущее значение температуры) в USART0 микроконтроллера пасеки 13, а тот переправляет этот байт в USART1 микроконтроллера пасеки 13, из которого в модем GSM связи пасеки 7, а далее соответственно модем пчеловода GSM связи 2 и в программу МОДЕМ, которая выведет значение температуры на картинку соответствующего улья (фиг.7). Если полученной информации достаточно, то пчеловод жмет кнопку ***. Это команда модему пчеловода GSM связи 2 перейти в режим приема команд, и дальше пчеловод на экране программной модели жмет кнопку AT. Это команда модему пчеловода разорвать связь (с этого момента перестают тратиться деньги на обеспечение связи, и модемы переходят в дежурный режим, светодиоды мигают редко).
Модем GSM связи пасеки 7 в домике пчеловода, получив от станции сигнал окончания связи, передает ее микроконтроллеру пасеки 13, окончить связь со своей стороны, а сам переходит в дежурный режим, т.е. снова становится в цикл ожидания.
Таким образом, с организацией связи можно, находясь в городской квартире, контролировать температуру подогрева в пчелиных ульях, дистанционно изменять температурный режим электроподогрева конкретно для каждой пчелосемьи, контролировать ход подогрева.