АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ДИСТАНЦИОННОГО КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ ПЧЕЛИНЫХ СЕМЕЙ ПО ИХ АКУСТИЧЕСКОМУ ШУМУ

Изобретение относится к области пчеловодства и может найти применение на индивидуальных и коллективных пасеках.
Известны устройства для контроля за состояниями пчелиных семей по их акустическому шуму [Патент №2118084. Автоматизированная система для контроля жизнедеятельности пчелиных семей // Рыбочкин А.Ф., Дрейзин В.Э., Захаров И.С., Шеховцов О.А. Опубл. 27.08.1998 Бюл. №24, Патент №2101941. Автоматизированная система управления жизнедеятельностью пчелиных семей в ульях // Еськов Е.К., Рыбочкин А.Ф., Кислов В.Г. Опубл. 20.01.1998 Бюл. №2.] и устройство [Патент №2099942. Устройство для акустического контроля за состоянием пчелиной семьи // Дрейзин В.Э., Рыбочкин А.Ф., Захаров И.С., Еськов Е.К. Опубл. 27.12.1997. Бюл. №36] не позволяют дистанционно без использования радиосвязи контролировать состояния пчелиных семей по их акустическому шуму.
Известно устройство диагностики состояний пчелиных семей по их акустическому шуму [Патент №2259041. устройство диагностики состояний пчелиных семей по их акустическому шуму // Рыбочкин А.Ф., Дрейзин В.Э., Захаров И.С., Дремов Б.Б., Кутузов А.А. Опубл. 27.08.2005 г. Бюл. №24, (прототип)], содержащее микрофон, усилитель с полосой пропускания 60-600 Гц и с автоматической регулировкой усиления (АРУ), жидкокристаллическое устройство индикации, блок питания, блок детекторов средневыпрямленного значения, пульт управления, блок полосовых фильтров, выход микрофона соединен с входом усилителя с полосой пропускания 60-600 Гц и с АРУ, выход которого соединен с входами полосовых фильтров, а их выходы соединены с входами детекторов средневыпрямленного значения, выходные шины блока питания соединены с шинами питания усилителя с полосой пропускания 60-600 Гц и с АРУ, с шинами питания блока полосовых фильтров, блок компараторов, отличающееся тем, что введена микро ЭВМ, причем выход первого детектора средневыпрямленного значения соединен с первыми входами первого, второго, третьего компараторов, выход второго детектора средневыпрямленного значения соединен со вторым входом первого компаратора и с первыми входами четвертого, пятого и седьмого компараторов, выход третьего детектора средневыпрямленного значения соединен со вторыми входами второго и четвертого компараторов и к первому входу шестого компаратора, а выход четвертого детектора средневыпрямленного значения соединен со вторыми входами третьего, пятого и шестого компараторов, выходная шина блока компараторов соединена с информационным входом микро ЭВМ, выход которой соединен с входом жидкокристаллического устройства индикации, выход пульта управления соединен с управляющим входом микро ЭВМ, выходные шины блока питания соединены с шинами питания блока компараторов и микро ЭВМ.
Недостатком данного устройства является недостаточные функциональные возможности контроля состояний пчелиных семей. В прототипе приходится контролировать состояние только одной пчелиной семьи. Отсутствие автоматизированного системного анализа и контроля за состояниями пчелиных семей пасеки. Отсутствует автоматизированная мобильная связь устройства (прототипа) с пчеловодом, что существенно повышает трудозатраты контроля за пчелиными семьями.
Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение функциональных возможностей системы. Это достигается за счет снижения трудозатрат контроля, путем системного автоматизированного контроля за пчелиными семьями, что повышает удобства контроля по их акустическому шуму.
Поставленная задача решается тем, что автоматизированная система для дистанционного контроля состояний пчелиных семей по их акустическому шуму, содержащее микрофон, усилитель с полосой пропускания 60-600 Гц, блок фильтров, блок детекторов, блок компараторов, микроконтроллер улья, блок питания улья, выход микрофона соединен с входом усилителя с полосой пропускания 60-600 Гц, выход которого соединен с входами блока фильтров, а его выход соединен с входом блока детекторов, выход блока детекторов соединен с входом блока компараторов, а его выход с входом микроконтроллера улья, выходные шины блока питания улья соединены с шинами питания усилителя с полосой пропускания 60-600 Гц, с шинами питания блока фильтров, с шинами питания микроконтроллера улья введены: контроллер пчеловода, который содержит ЭВМ пчеловода, модем GSM (Global System for Mobile) связи пчеловода, антенна GSM связи контроллера пчеловода; контроллер пасеки, в состав которого входит антенна GSM связи контроллера пасеки, контроллер пасеки, модем GSM связи пасеки, устройство сопряжения уровня, микроконтроллер пасеки, приемопередатчик пасеки, приемопередающая антенна контроллера пасеки, контроллер управляющий блоком дополнительной памяти, блок дополнительной памяти, блок питания контроллера пасеки; контроллеры ульев (по числу имеющихся на пасеке пчелиных семей), каждый из которых включает в себя приемопередающую антенну контроллера улья, приемопередатчик улья, причем вход-выход ЭВМ пчеловода соединен с первым входом-выходом модема GSM связи пчеловода, а ее второй вход-выход соединен с входом выходом антенны GSM связи контроллера пчеловода, вход-выход антенны GSM связи контроллера пасеки соединен с первым входом-выходом модема GSM связи пасеки, второй вход-выход модема GSM связи пасеки соединен с первым входом-выходом устройства сопряжения уровня, второй вход-выход которого соединен с первым входом-выходом микроконтроллера пасеки, а его второй вход-выход соединен с первым входом-выходом контроллера управляющего блоком дополнительной памяти, второй вход- выход которого соединен с входом-выходом блока дополнительной памяти, третий вход-выход микроконтроллера пасеки соединен с первым входом выходом приемопередатчика пасеки, второй вход-выход которого соединен с входом-выходом приемопередающей антенны контроллера пасеки, шины блока питания контроллера пасеки соединены с шинами питания модема GSM связи пасеки, контроллера управляющего блоком дополнительной памяти, блока дополнительной памяти, устройства сопряжения уровня, микроконтроллера пасеки, приемопередатчика пасеки, вход-выход приемопередающей антенны контроллера улья соединен с первым входом-выходом приемопередатчика улья, а его второй вход-выход соединен с входом-выходом микроконтроллера улья.
Автоматизированная система для дистанционного контроля и управления электроподогревом пчелиных семей пасеки содержит (фиг.1) контроллер пчеловода 1, ЭВМ пчеловода (Ноутбук) 2, модем GSM связи пчеловода 3, антенна GSM связи контроллера пчеловода 4, антенна GSM связи контроллера пасеки 5, контроллер пасеки 6, модем GSM связи пасеки 7, устройство сопряжения уровня 8, микроконтроллер пасеки 9, приемопередатчик пасеки 10, приемопередающая антенна контроллера пасеки 11, контролер управляющий блоком дополнительной памяти 12, блок дополнительной памяти 13, блок питания контроллера пасеки 14, шины питания контроллера пасеки 15, приемопередающая антенна контроллера улья 16, контролеры ульев 17, приемопередатчик улья 18, микроконтроллер улья 19, блок компараторов 20, блок детекторов 21, блок фильтров 22, усилитель 23, микрофон 24, блок питания улья 25, шина питания контроллера улья 26.
Конструктивно автоматизированная система для дистанционного контроля состояний пчелиных семей по их акустическому шуму состоит из трех основных блоков: контроллер пчеловода 1, контроллера пасеки 6, контроллеров ульев 17.
Контроллер пчеловода 1 содержит ЭВМ пчеловода (Ноутбук) 2 и модем GSM связи пчеловода 3. Контроллер пчеловода 1 может находиться в любой точке пространства, в пределах обеспечения мобильной связи. Пчеловод контролирует состояния пчелиных семей на ЭВМ пчеловода 2 по их акустическому шуму. ЭВМ пчеловода 2 и модем GSM связи пчеловода 3 запитываются от аккумулятора находящегося внутри ЭВМ пчеловода 2.
Контроллер пасеки 6 выполнен в отдельном корпусе, находится в помещении рядом с пасекой. Контроллер пасеки 6 включает в свой состав: модем GSM связи пасеки 7, устройство сопряжения уровня 8, микроконтроллер пасеки 9, приемопередатчик пасеки 10, приемопередающая антенна контроллера пасеки 11, контроллер управляющий блоком дополнительной памяти 12, блок дополнительной памяти 13, блок питания контроллера пасеки 14. Из корпуса контроллера пасеки 6 выходят два выхода для подключения антенны GSM связи контроллера пасеки 5 и приемопередающей антенны пасеки 11. Тумблер включения блока питания контроллера пасеки 14, расположен на внешней стороне корпуса контроллера пасеки 6. Блок питания контроллера пасеки 14 (может быть автономным или запитываться от электросети) запитывает модем GSM связи пасеки 7, устройство сопряжения уровня 8, микроконтроллер пасеки 9, приемопередатчик пасеки 10, контроллер управляющий блоком дополнительной памяти 12, блок дополнительной памяти 13.
Контроллеры ульев 17 выполнены в отдельных корпусах, находятся в каждом улье, имеют по одному выводу для подключения приемопередающих антенн контроллеров ульев 16, могут быть вмонтированы в стенку улья или располагаться поверх холстиков покрывающих пчелиные рамки. Тумблер включения блока питания улья 25 расположен на внешней стороне корпуса контроллера улья 17. Блок питания улья 25 через шины питания контроллера улья 26 осуществляет электропитание приемопередатчика улья 18, микроконтроллера улья 19, блок компараторов, блок детекторов 21, блок фильтров 22, усилитель 23.
Связь между контроллером пасеки 6 и контроллерами ульев 17 осуществляется через приемопередающую антенну контроллера пасеки 11 и приемопередающими антеннами контроллеров ульев 16.
Первоначально электропитание ЭВМ пчеловода 2 выключено и соответственно обесточен модем GSM связи пчеловода 3. Блок питания контроллера пасеки 14 выключен, блоки питания ульев 24 выключены.
В контроллере пасеки 6 обесточены: модем GSM связи пасеки 7, устройство сопряжения уровня 8, микроконтроллер пасеки 9, приемопередатчик пасеки 10, контроллер управляющий блоком дополнительной памяти 12, блок дополнительной памяти 13.
В контроллерах ульев 17 обесточены: приемопередатчик улья 18, микроконтроллер улья 19, блок компараторов 20, блок детекторов 21, блок фильтров 22, усилитель 23.
Затем пчеловод по приезду на пасеку к каждому контроллеру улья 17 подключает микрофоны 24, которые затем помещает в улья диагностируемых пчелиных семей. Для этого предварительно снимают крышку с улья, снимают утепляющую подушку, холстик. Кладут микрофон 24 поверх рамок (предварительно на него надевают сетчатый колпачок, защищающий его от прополюсования), накрывают холстиком, утепляющей подушкой и обратно устанавливают крышку на улей. Возвращение холстика, утепляющей подушки и крышки на улей позволяет снизить влияние внешних мешающих звуков. Звуковой сигнал пчелиной семьи поступает на микрофон 24.
Включает электропитание всех блоков питания ульев 25 и блока питания контроллера пасеки 14. Первоначально ЭВМ пчеловода 2 и модем GSM связи пчеловода 3 находятся на пасеке. Пчеловод подключает модем GSM связи пчеловода 3 к ЭВМ пчеловода 2, включает ее электропитание и запускает программное обеспечение, алгоритм (фиг.2). На экране дисплея ЭВМ пчеловода 2 появляется интерфейс программы (фиг.5). Далее по запросу пчеловода осуществляется проверка функционирования автоматизированной системы, т.е. проверяется установление связи с контроллером пасеки 6. Если связь с контроллером пасеки 6 отсутствует, то на интерфейсе программы (фиг.5) выдается сообщение «Связи с контроллером пасеки нет». Пчеловод начинает выяснять причину, почему нет связи. Первоначально проверяет наличие электропитания в контроллере пасеки 6, а затем проверяет контактные соединения. Если связь установлена, то осуществляется загрузка информации в ЭВМ пчеловода 2 с контроллера пасеки 6. Далее с использованием интерфейса программы Фиг.5 осуществляется запрос информации. Пчеловод устанавливает режим просмотра: «Запрос по выбору пчеловода» или «Последовательный». По выбору пчеловода, пчеловод вводит номера ульев, дату, время. ЭВМ пчеловода 2 может выдавать различные виды диагностической информации в виде графиков, рисунков, таблиц. Графики имеют различный вид в зависимости от диагностической информации, на (фиг.6, фиг.7) показаны нормальное, рабочее состояние. Графическая информация пчеловодом накапливается, но для этого пчеловод должен сопоставить наблюдаемую графическую информацию с ему известным состоянием пчелиной семьи, от которой получено диагностическое сообщение. Диагностическая информация по запросу пчеловода может выдаваться в виде объемных рисунков двоичных кодов. На фиг.8 представлены двоичные коды в трехмерном представлении, характеризующие безматочную пчелиную семью. На фиг.9 представлены двоичные коды в трехмерном представлении, характеризующие пчелиную семью, в которой две матки. На фиг.10 представлены двоичные коды в трехмерном представлении, характеризующие пчел из Марокко. На фиг.11 представлены двоичные коды в трехмерном представлении, характеризующих зимующих пчел.
Программа, ЭВМ пчеловода 2 анализируя кодовые сообщения выявляет различные состояния, некоторые из них могут быть критическими, в разряд которых может войти как несанкционированный доступ посторонним лицом или животным или состояние роения.
Получение диагностической информации контроллером пчеловода 1 осуществляется при условии наличия связи с контроллером пасеки 6. Если при активизации кнопок на интерфейсе программы (фиг.5) «Запрос» «Выдача диагностического сообщения» появляется информация на интерфейсе программы (фиг.5), что не со всех ульев получены кодовые сообщения и указаны их номера, то пчеловод выявляет причину.
Работа алгоритма контроллера пасеки 6 состоит в следующем. Пчеловод по приезду на пасеку включает электропитание блоков питания ульев 25 и блока питания контроллера пасеки 14. Осуществляется инициализация программного обеспечения микроконтроллера пасеки 9, запуск работы программы (фиг.3). Проводится проверка установления связи со всеми контроллерами ульев 17. Если связь с каким либо из контроллеров ульев 17 отсутствует, микроконтроллер пасеки 9 через контроллер управляющий блоком дополнительной памяти 12 записывает в блок дополнительной памяти 13 номера ульев с которыми связь не была установлена. Затем проводится проверка на наличие акустического шума пчел. Если шум, в каких либо ульях отсутствует, то проводится запись в блок дополнительной памяти 13 номеров ульев, где этот шум отсутствует. Затем контроллер пасеки 6 устанавливает связь с контроллером пчеловода 1. Если связи нет, контроллер пасеки переходит в самостоятельный режим получения кодовой информации из ульев. При получении команды с контроллера пчеловода 1 осуществляется передача в контроллер пчеловода 1 информации, как о наличии связи с ульями, так и передача кодовых сообщений с ульев, где имеется акустический шум пчел.
Работа алгоритма (фиг.4) контроллера улья 17 состоит в следующем. По включению электропитания блоков питания ульев 25 осуществляется инициализация микроконтроллеров ульев 19. Проводится одновременное просушивание пчелиных семей всей пасеки - 10 минут. По истечении 10 минут контроллер улья 17 устанавливает связь с контроллером пасеки 6, если связь установлена, осуществляет передачу двоичной информации в контроллер пасеки 6. Так последовательно по мере освобождения линии связи с контроллером пасеки 6, каждый контроллер улья 17 осуществляет передачу двоичной информации в блок дополнительной памяти 13 контроллера пасеки 6. Если связь с контроллером пасеки 6 не установлена, контроллер улья 17 переходит в спящий режим и ждет команду на установление связи с контроллером пасеки 6. После установления связи осуществляется передача двоичной информации в блок дополнительной памяти 13 контроллера пасеки 6.
При налаживании автоматизированной системы для дистанционного контроля состояний пчелиных семей по их акустическому шуму, возможно отсутствие акустического шума от пчелиных семей. Тогда на интерфейсе программы (фиг.5) ЭВМ пчеловода 2 высвечивается сообщение: «Поместите микрофон в улей и подключите его к контроллеру улья 17, №..». Такие операции проделать и с остальными ульями. После того как пчеловод убедился, что подключены все микрофоны ульев и автоматизированная система работает правильно, дает команду ЭВМ пчеловода 2 начать «прослушивание» пчелиных семей в течении до 10 минут. По истечении времени «прослушивания» и анализа акустического шума каждой пчелиной семьи по запросу пчеловода наблюдается диагностическая информация в виде графиков, рисунков (фиг.6 - фиг.11).
После того, когда пчеловод уехал с пасеки, он по прибытии в постоянное место нахождения повторно проверяет работу автоматизированной системы.
Предполагается два основных режима работы автоматизированной системы: первый - с обнаружением опасных состояний пчелиных семей, второй - без обнаружения опасных состояний пчелиных семей.
При режиме работы без обнаружения опасных состояний пчелиных семей инициатором организации связи является контроллер пчеловода 1. По введенному пчеловодом запросу программа организует связь с контроллером пасеки 6 и передает ему диагностическую информацию (фиг.6 - фиг 11). Предварительно пчеловод накапливает диагностическую информацию несанкционированного доступа в виде фиг.6 - фиг 11.
При режиме работы с обнаружением опасных состояний пчелиных семей инициатором организации связи является контроллер пасеки 6. Контроллеры ульев 17 постоянно кодируют акустическую информацию пчелиных семей, и если имеется связь с контроллером пасеки 6, передают ее в блок дополнительной памяти 13. При наличии связи между контроллером пасеки 6 и контроллером пчеловода 1 осуществляется передача двоичной кодовой информации в контроллер пчеловода 1. Это состояния опасные (напад, несанкционированный доступ, роение и другие). В итоге пчеловод получит предупреждающее сообщение сразу же, если ЭВМ пчеловода 2 включена и активизировано программное обеспечение.
Таким образом, с организацией связи можно находясь на любом расстоянии, или из движущегося автомобиля, получать диагностическую информацию конкретно от каждой пчелосемьи, анализировать ее, устанавливать в каком состоянии находится семья и оперативно принимать решение с какой конкретно пчелиной семьей в первую очередь работать.