АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА ДЛЯ КРУГЛОГОДИЧНОГО КОНТРОЛЯ КОЛИЧЕСТВА МЕДА В УЛЬЯХ ПЧЕЛИНЫХ СЕМЕЙ
AUTOMATED SYSTEM FOR YEAR-AROUND MONITORING OF AMOUNT OF HONEY IN HIVES OF BEE COLONIES

Изобретение относится к области пчеловодства и может найти применение в практической работе на индивидуальных и коллективных пасеках.
Известен способ контроля количества меда в улье, заключающийся в периодическом определении веса улья с помощью весов.
Недостаток контроля количества меда, заключается в том, что необходимо контролировать общий вес улья с медом вместе с пчелами, т.к. весы дают интегральную оценку количества меда. Для этого выбранный улей устанавливают на весы и измеряют общую массу улья с медом вместе с пчелосемьей. Прибавление меда во время взятка определяют по увеличению общей массы улья или ее убыли, если масса улья при отсутствии взятка уменьшилась по сравнению с начальной. Процесс взвешивания характеризуется громоздкостью и большими трудозатратами, отсутствием возможностей контроля перераспределения меда по корпусам многокорпусного улья.
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ и устройство контроля количества меда в улье, заключающееся в том, что на стенках улья устанавливают проводящие пластины и проводят измерение электрической емкости ульевого пространства без меда, затем проводят измерение электрической емкости ульевого пространства с медом, разностное значение электрической емкости сопоставляют с массой меда, определенной дополнительно с помощью весов. По результатам измерений составляют таблицу соответствия, в которой каждому значению изменения емкости ульевого пространства соответствует масса меда в улье. Из проводящих пластин на противоположных стенках корпуса улья образуются две емкости, измеряют их отношение. Устройство для контроля количества меда в улье, содержащее емкостной преобразователь, образуется двумя установленными на внутренних боковых стенках улья проводящими пластинами, при этом каждая пластина изолирована друг от друга, противоположные пластины соединяются экранированным проводником между собой и выходом генератора, две другие пластины соединены каждая отдельно экранированными проводниками соответственно с входом усилителя, емкостной преобразователь и усилитель образуют инвертирующий усилитель, выход которого, соединен с входом устройства выпрямления, а выход устройства выпрямления соединен с первым входом дифференциального усилителя, второй вход которого соединен с выходом устройства для установки нуля, выход дифференциального усилителя соединен с входом измерительного прибора, экраны проводников заземляются, шины устройства установки нуля и шины питания усилителей соединены с выходами блока питания.
Недостатком устройства является то, что контроль количества меда осуществляется только в одном контролируемом корпусе улья, возможен уход тарировочной характеристики, ранее определенной, отсутствует альтернативный вариант контроля количества меда, чтобы сопоставить ранее замеренное количество меда. Отсутствует возможность в структуре решения автоматизированной адаптации приноса меда пчелами и на потребление пчелами меда. Отсутствует возможность автоматизированного контроля количества меда во всех ульях пасеки круглый год. С использованием прототипа это можно контролировать, но существенно возрастают трудозатраты. В прототипе в корпусе улья был установлен только емкостной датчик, для подсоединения к которому измерительного устройства требовалось разъемное соединение. При периодических подключениях возможен уход электрических параметров, сопротивления и емкости соединения, это вело к неустойчивости показаний измерения, что снижало точность контроля. Для интегральной оценки количества меда всех ульев пасеки требовались дополнительные трудозатраты на ручную обработку результатов измерений. Прототип поясняет принцип измерения количества меда емкостным методом, но не является законченным практическим устройством, т.е. при использовании прототипа необходимо проводить дополнительные расчеты вручную на бумаге, хранить в бумажном варианте тарировочные характеристики, результаты вычислений. В практическом пчеловодстве улья не имеют однотипный вид. Улья различных систем и размеров требуют индивидуальные тарировочные характеристики, при большом количестве ульев на пасеке повышает трудозатраты в определении количества меда. Также отсутствует возможность получения информации о количестве меда в ульях дистанционно.
Для устранения недостатков в автоматизированную систему для круглогодичного контроля количества меда в ульях пчелиной семей, содержащая емкостной преобразователь, включающий блок ульевых конденсаторов, инвертированный усилитель, синусоидальный генератор, устройство выпрямления, дифференциальный усилитель, выход синусоидального конденсатора соединен с входом инвертирующего усилителя, вход которого соединен с входом блока ульевых конденсатора, первый выход которого соединен с входом усилителя, выход которого соединен со вторым выходом блока ульевых конденсаторов и с входом устройства выпрямления, введен контроллер пасеки, в состав которого входит ЭВМ пчеловода, приемопередатчик пасеки, в состав контроллера улья входит микроконтроллер улья со встроенным аналого-цифровым преобразователем, управляемое устройство установки нуля, управляемое устройство масштабирования дифференциального усилителя, приемопередатчик улья, устройство включения-выключения питания контроллера улья, выход-вход ЭВМ пчеловода соединен с первым входом-выходом приемопередатчика пасеки, второй вход-выход которого соединен с антенной пасеки, антенна контроллера улья соединена с первым входом-выходом приемопередатчика улья, второй вход-выход которого соединен с первым информационно-управляющим входом микроконтроллера улья, первый управляющий выход микроконтроллера улья соединен с управляющим входом управляемого устройства масштабирования дифференциального усилителя, второй управляющий выход микроконтроллера улья соединен с управляемым входом устройства установки нуля, выход которого соединен с входом установки нуля дифференциального усилителя, выход устройства выпрямления соединен с информационным входом дифференциального усилителя и с масштабирующим входом управляемого устройства масштабирования дифференциального усилителя, выходы дифференциального усилителя и управляемого устройства масштабирования дифференциального усилителя объединены и соединены с измерительным входом микроконтроллера улья, третий управляющий выход микроконтроллера улья соединен с управляющим входом устройства включения-выключения питания контроллера улья, выходы блока питания контроллера улья соединены с питающими шинами приемопередатчика улья, микроконтроллера улья, устройства включения-выключения питания контроллера улья, выходы которого соединены с шинами питания синусоидального генератора, инвертирующего усилителя, управляемого устройства установки нуля, дифференциального усилителя, управляемого устройства масштабирования дифференциального усилителя.
Для приведения тарировочных характеристик к однотипнопному виду блоки ульевых конденсаторов входят в конструкции однотипных корпусов ульев, стенки которых состоят из трех изоляционных материалов (дерево-слоеная фанера, пенопласт, дерево-слоеная фанера) и металлических пластин, для внешних и внутренних сторон корпусов используется дерево-слоеная фанера, между ними пенопласт, с внутренней стороны корпуса улья на поверхности пенопласта находится металлическая пластина площадью во всю стенку корпуса, все это скрепляется, в корпусе улья с внешней стороны выполнено углубление для размещения контроллера улья, изолированные проводники от четырех ульевых пластин соединены со схемой контроллера улья.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг.1 приведена структурная схема автоматизированной системы для круглогодичного контроля количества меда в ульях пчелиных семей. На фиг.2 представлен алгоритм работы ЭВМ пчеловода. На фиг.3. представлен алгоритм работы микроконтроллера улья. На фиг.4 приведен корпус улья в сборе. На фиг.5 представлен в сечении емкостной преобразователь корпуса улья. На фиг.6 приведена тарировочная характеристика, 1,3 кг. На фиг.7 приведена тарировочная характеристика, 13 кг. На фиг.8 приведена тарировочная характеристика 65 кг. На фиг.9 представлен интерфейс программы определения количества меда в улье.
Автоматизированная система для круглогодичного контроля количества меда в ульях пчелиной семей содержит: контроллер пасеки 1, ЭВМ пчеловода 2, приемопередатчик пчеловода 3, контроллеры ульев 4, приемопередатчик улья 5, микроконтроллер улья 6, синусоидальный генератор 7, инвертирующий усилитель 8, блок ульевых конденсаторов 9, усилитель 10, устройство выпрямления 11 управляемое устройство установки нуля 12, дифференциальный усилитель 13, управляемое устройство масштабирования дифференциального усилителя 14, устройство включения-выключения электропитания не в дежурном состоянии блоков (синусоидального генератора 6, инвертирующего усилителя 8, управляемого устройства установки нуля 12, дифференциального усилителя 13, управляемого устройства масштабирования дифференциального усилителя 14) контроллера улья 15, блок питания контроллера улья 16.
Блок ульевых конденсаторов 9 фиг.4, фиг.5 конструктивно входит в конструкциию корпуса улья, который изготавливается из трех изоляционных материалов (дерево-слоеная фанера 17, пенопласт 18, металлическая пластина 19, дерево-слоеная фанера 20). Слоеная фанера имеет толщину 10 мм, пенопласт 20 мм. Собирается стена корпуса улья следующем образом. Сначала для внешней стороны корпуса используется слоеная фанера 19, затем следует пенопласт 18, на одной поверхности которого находится металлическая пластина площадью во всю стену корпуса улья 19, затем с внутренней стороны корпуса улья следует слоеная фанера 17. Все это либо склеивается, либо стягивается шурупами. Из четырех таких слоеных стен изготавливается корпус улья. В корпусе улья с внешней его стороны делается углубление для размещения конструктивного корпуса контроллера улья фиг.4, 21. Экранированные проводники припаиваются к четырем ульевым пластинам фиг.5, 19, входят в корпус контроллера улья фиг.5, 21, где соединяются со схемой. Экранированные проводники в схеме заземляются. Приведен интерфейс программы фиг.9, рассчитанный на восемь контролируемых корпусов ульев. Если на пасеке больше восьми ульев, к примеру, шестнадцать, то при последовательном контроле номера корпусов ульев больше восьми, к каждому номеру улья прибавляется цифра восемь и т.д. При контроле по выбору пчеловода при больше числе ульев чем восемь, активизируют нажатием кнопки >8.
Работает автоматизированная система для круглогодичного контроля количества меда в ульях следующим образом. Пчеловод включает электропитание контроллера пасеки 1, для этого он запитывает ЭВМ пчеловода 2, приемопередатчик пчеловода 3, запускает программное обеспечение, алгоритма фиг.2, появляется интерфейс программы фиг.9. Пчеловод выбирает режим опроса ульев. Для этого активизирует кнопки на интерфейсе программы фиг.9. Если выбран последовательный режим, то ЭВМ пчеловода 2 последовательно через приемопередатчик пчеловода 3 по радиосвязи входит в контакт с приемопередатчиками ульев 5 контроллеров ульев 4. ЭВМ пчеловода 2 выставляет код имени улья, а затем переходит в режим приема информации о количестве меда в улье, которое поступает в виде числового аналогового значения напряжения считанного аналого-цифровым преобразователем микроконтроллера улья 7.
Первоначально по начальному запитыванию контроллеров ульев 4 электропитанием запитываются приемопередатчик улья 5, микроконтроллер улья 6. После того как ЭВМ пчеловода 2 выставила код имени улья, микроконтроллер улья 6 выдает управляющий сигнал на устройство включения-выключения питания контроллера улья 15. Запитываются остальные блоки 6, 8, 12, 13, 14 контроллера улья 4 и на время обращения ЭВМ пчеловода к контроллеру улья 4 находятся под питающим напряжением.
Перед началом применения автоматизированной системы для круглогодичного контроля количества меда в ульях пчелиных семей проводят тарировку. Для этого все контролируемые корпуса ульев пасеки заполняются пустыми деревянными рамками с проволочками имеющие одинаковый проход [RU 2163758, А01К 47/00], или пластмассовые рамки с пластмассовой вощиной.
После запитывания всех блоков контроллера улья 4, микроконтроллер улья 6 устанавливает на выходе дифференциального усилителя 13 U вых., равное «Ноль», для этого микроконтроллер улья 6 последовательно подает управляющие коды на управляемое устройство установки нуля 12, устанавливает коды U вых., равное «Ноль» фиг.3.
Так микроконтроллер 6 проделывает для всех тарировочных характеристик фиг.6-фиг.8. Значения кодов записываются в памяти микроконтроллера 6 контроллера улья 4. Затем корпуса ульев пасеки заполняются рамками с медом и с пчелами. Можно провести установку кодов, которые устанавливают U вых., равное «Ноль», для всех тарировочных характеристик и при присутствии рамок с пчелами, но без меда.
ЭВМ пчеловода 2 сосчитает информацию о нулевых количествах меда в контролируемых корпусах ульев.
Если будет режим по выбору пчеловода, то пчеловод посмотрит количество меда в интересующем улье.
Во время приноса или потребления меда каждый контроллер улья 4 перейдет в режим накопления информации. Каждое утро в определенное время заданное пчеловодом через ЭВМ пчеловода 2, контроллер улья 4 выдает информацию о количестве принесенного меда за день. При включенной ЭВМ пчеловода 2 и запушенной программой ЭВМ пчеловода 2 записывает информацию в виде числового значения напряжения, считанного с контроллера улья 4, и по тарировочной характеристике фиг.6-фиг.8 пересчитывает в количество принесенного нектара за день.
Если ЭВМ пчеловода 2 была отключена, то по моменту ее включения и запуска программы считывает суммарное количество информации о количестве меда с постоянной памяти микроконтроллера 6 контроллера улья 4. Затем пересчитывает по тарировочной характеристике в количество ранее считанной информации о количестве меда на данный корпус улья. Считывания информации о количестве меда в контролируемых корпусах ульев продолжится при включенном контроллере пасеки 1 и активизированной программой ЭВМ пчеловода 2. В памяти ЭВМ пчеловода 2 имеется информация о предельном количестве меда на корпус улья. По мере заполнения медом контролируемого корпуса улья, пчеловод получает информацию о приносе меда в каждый контролируемый корпус улья всей пасеки. Как только корпуса две трети ульев пасеки заполнятся медом, пчеловод принимает решение об откачке меда из ульев.
Контроллер улья 4, алгоритм работы приведен на фиг.3., может работать в трех режимах: тарировки, измерения, последовательного накопления поступающей или убывающей информации о количестве меда. Режим работы определяет контроллер пасеки 1.
В режиме тарировки микроконтроллер улья 6 через встроенный аналого-цифровой преобразователь осуществляет измерение выходного напряжения U вых на выходе дифференциального усилителя. Микроконтроллер улья 6 осуществляет анализ выходного напряжения, если на выходе дифференциального усилителя 13 U вых=0, то микроконтроллер улья 6 запоминает код, который выставлен на входе управляемого устройства установки нуля 12. Если на выходе дифференциального усилителя U вых≠0, то микроконтроллер улья 6 последовательно подает управляющие коды на вход управляемого устройства установки нуля 12, пока на выходе дифференциального усилителя 13 не станет U вых=0, соответственно управляющий код запоминается в памяти микроконтроллера 6.
В режиме накопительного измерения информации о количестве меда микроконтроллер улья 6 подает управляющий код на управляемое устройство масштабирования дифференциального усилителя 14, устанавливающее максимальное усиление, позволяющее дифференциальному усилителю 13 работать согласно тарировочной характеристики фиг.6. В определенное время обычно рано утром, во время взятка, когда пчелы еще находятся в улье, контроллером пасеки 1 активизируется работа микроконтроллера улья 6, который проводит замер напряжения на выходе дифференциального усилителя 13. Если взяток небольшой в пределах от 100 грамм до 1,3 килограмма, то используется тарировочная характеристика, приведенная на фиг.6. Если пчелы приносят больше нектара, чем 1,3 килограмма, то микроконтроллер переходит на другую тарировочную характеристику приведенную на фиг.7. Желательно использовать тарировочную характеристику, приведенную на фиг.6, так результаты замеров будут точнее. Замеренные значения выходного напряжения на выходе дифференциального усилителя 13, микроконтроллером 6 через приемопередатчик 5 на выходе контроллера улья 4 через антенну при включенном контроллере пасеки 1 и через антенну приемопередатчика пчеловода 3 поступает на ЭВМ пчеловода 2. ЭВМ пчеловода 2 накапливает информацию о количестве принесенного меда в наблюдаемом улье. После каждого замера выходного напряжения на выходе дифференциального усилителя 13 микроконтроллер улья 6 устанавливает выходное напряжение дифференциального усилителя 13, U вых=0. Каждый день утром в одно и то же время при е включенном электропитании контроллера пасеки 1 вся информация о количестве меда сбрасывается через радиосвязь на ЭВМ пчеловода 2.
Процедура замера выходных напряжений, несущих информацию о количестве меда, поступающих с контроллеров ульев 4, каждое утро повторяется.
После откачки меда из корпусов ульев пасеки возможны различные варианты конфигурация об оставшемся количестве меда.
Первый вариант: мед полностью откачивается из контролируемых корпусов ульев. В таком случае после откачки меда пчеловод используя ЭВМ пчеловода 2, вводит указание через клавиатуру установить U вых дифференциальных усилителей 13 каждого корпусов ульев пасеки в «Ноль».
Второй вариант: пчеловодом полностью мед из ульев пасеки не откачивается, пчеловод дает возможность пчелосемьям полностью донести нектар и дает возможность меду выстояться в корпусах ульев.
В этом случае используется режим непосредственного измерения. В таком случае пчеловод дает указание через ЭВМ пчеловода 2 установить истинное значение меда в корпусах ульев. Это осуществляется путем переключения масштабов усиления, дифференциальных усилителей корпусов ульев пасеки на максимум приноса меда, т.е. используется тарировочная характеристика, приведенная на фиг.7. В ЭВМ пчеловода 2 поступает информация об истинном количестве меда на начало отсчета. Далее контроллерам улья 6 контроллер пасеки 1 через радиосвязь дает информацию о сбросе выходных напряжений дифференциальных усилителей корпусов ульев пасеки в нулевые значения U вых=0. После этого контроллеры ульев 4 переходят в обычный режим накопления информации о количестве меда по мере приноса нектара пчелами. Имеется возможность сравнить замеренное значение количества меда с накопленной, если будет сильное различие, дать информацию на интерфейс программы «Проверить тарировку».
Третий вариант: когда пчелы нектар не приносят, а начинают запасенный мед съедать. Контроллеры ульев 4 выдают информацию о количестве съеденного меда пчелами за сутки контролируемого улья. ЭВМ пчеловода 2 вычитает из всего запаса меда на корпус улья, количество съеденного меда. Если мед в корпусе улья зимующих пчел весь съеден, то при включенном контроллере пасеки 1 на интерфейсе программы ЭВМ пчеловода 2, этот улей будет моргать. Также имеется возможность сравнить непосредственно измеренное количество меда с разностью (фиксированная масса меда до потребления минус накопительное потребление). Если будет сильное различие, дать информацию на интерфейс программы «Проверить тарировку».
Отключение блоков 6, 8, 12, 13, 14 контроллера улья 4 осуществляется после снятия кода имени ЭВМ пчеловода 2. Остаются подключенными к шинам блока питания контроллера улья 4 приемопередатчик улья 5, микроконтроллер улья 6, далее находятся в дежурном режиме.
Таким образом, предлагаемая автоматизированная система для круглогодичного контроля количества меда в ульях пчелиной семей позволяет одновременно контролировать массу приносимого меда всеми корпусами, поставленными на контроль ульев пасеки во время взятка. Также позволяет контролировать количество меда в пассивный период содержания, т.е. при зимовке пчел. Пчеловод может наглядно наблюдать интенсивность потребления меда отдельными пчелосемьями и проводить подкормку именно тех пчелосемей, которые в этом нуждаются, так как отсутствие меда в улье во время зимовки вызовет гибель данной пчелосемьи. Наличие автоматизированного одновременного контроля количества меда всех ульев пасеки, особенно в пассивный период, позволяет определять те пчелиные семьи, где не хватает корма. Как правило, это здоровые пчелиные семьи, которые имеют большие потенциальные возможности в предстоящей медопродуктивности, и обидно, если такая пчелиная семья погибает с голода.
Предлагаемая однотипная конструкция корпусов ульев обеспечит одинаковые тарировочные характеристики. Слоеная конструкция стенок с применением пенопласта позволяет улучшить тепловые характеристики, а применение металлических пластин выполнять две функции: емкостного датчика, электромагнитного экрана.
Автоматизированная система для круглогодичного наблюдения за количеством меда в улье существенно снизит трудозатраты на пасеке. Дистанционный контроль позволит получать информацию о количестве меда в ульях, и пчеловод будет проводить подкормку только тех пчелиных семей, которые в этом больше нуждаются, а в последующем при обеспечении мобильной связи с любой точке пространства нахождения пчеловода.