Автоматизированная система стабилизации микроклимата пчелиных семей

Автоматизированная система стабилизации микроклимата пчелиных семей относится к области приборостроения и может найти применение в пчеловодстве, как на индивидуальных так и коллективных пасеках. Система включает датчики внутриульевой температуры, регулятор температуры, источник питания и нагреватели, подключенные к источнику питания через понижающий трансформатор параллельно. В качестве регулятора температуры используют программируемый микроконтроллер, который управляет модулем аналогового ввода, содержащим n входов для подключения датчиков внутриульевой температуры, управляющим модулем, содержащим n реле, через которые подключаются нагреватели, расположенные в ульях, где n - количество ульев. Панель оператора для задания режима работы системы и индикаторы, сигнализирующие о нарушении работы системы и ее отдельных элементов.

Полезная модель относится к области приборостроения и может найти применение в пчеловодстве, как на индивидуальных так и коллективных пасеках.

Искусственное регулирование микроклимата в жилищах пчелиных семей в ульях сводится к решению двух основных задач: обеспечение интенсивного воздухообмена между внутриульевой и внешней средой, чтобы был доступ кислорода и удалялись продукты дыхания членов семьи, а также поддержание оптимального терморежима.

При обогреве улья ранней весной матки начинают интенсивно откладывать яйца (в опытном улье - от 1000 до 1500 яиц ежедневно, в то время как в контрольном - только 150-350 шт.). При электрическом обогреве, кроме того, улучшается вентиляция в улье, увеличивается испарение воды из приносимого нектара и отвод водяного пара из улья. (http://dim-box.ru/okazyvaet-li-vliyanie-obogrev-ulya-na-razvitie-pchelinoj-semi.html)

Кроме того, содержание пчел в ульях с электрообогревателями резко сокращает расход корма, а значит, уменьшает каловую нагрузку кишечника и практически ликвидирует понос пчел. (С.К.Ивашкевич, "Хозяин" 1998 3 или http://www.beetools.ru/stati/tepuley.php)

С каждым годом способ зимовки пчел в ульях с электрообогревом получает все более широкое распространение.

Задача обогрева ульев при помощи электрических нагревательных элементов решается различными способами. Существует очень много вариантов как электрообогревателей, так и инструкций их применения в ульях. Например, автоматический обогрев может осуществляться путем помещения в улей термодатчика и подогревателя. При изменении внутриульевой температуры по сигналу термодатчика происходит автоматическое включение и выключение всех подогревателей. В результате в подрамочных пространствах всех ульев поддерживается необходимая температура, на которую предварительно был настроен термодатчик. Если внутриульевые подогреватели подключаются к источнику напряжения через блок электронного регулирования мощности, пчеловод имеет возможность при необходимости плавно увеличивать или уменьшать мощность подогревателей и таким образом поддерживать внутри ульев довольно стабильную оптимальную для зимнего клуба температуру. В улье совершенно не бывает сырости, пчелы потребляют меньше корма, чем во время зимовки при естественных температурах. (http://pudmeda.com/article/Podogrev-i-obogrev-ul-ja-s-ispolzovanijem-elektroenergii#6)

Из уровня техники известно устройство для регулирования внутриульевой температуры (патент РФ 1625460), содержащее электронный терморегулятор, который содержит датчик и задатчик температуры, схему сравнения и управляющее реле, с целью предотвращения перегрева семьи при неполадках в системе терморегуляции применено акустическое пороговое устройство, включающее микрофон с микрофонным усилителем, первым и вторым полосовыми фильтрами.

Также известно устройство для регулирования температуры в улье по патенту РФ 2126621. Устройство включает датчик внешней температуры, задатчик внешней температуры, три схемы сравнения, датчик внутриульевой температуры, управляемый задатчик температуры, фотоприемпик, светоизлучатель, усилитель-формирователь импульсов, блок начальной установки, два элемента И, триггер, блок управления задатчиком температуры, микрофон, микрофонный усилитель, два полосовых фильтра, силовой коммутирующий элемент, нагреватель, клеммы для подключения источника питания.

Общим недостатком этих устройств является излишняя избыточность элементной системы при том, что каждое из них может регулировать температуру только в одном улье, недостаточная степень автоматизации процесса, отсутствие обратной связи с оператором.

За прототип выбрана схема подключения обогревателей через понижающий трансформатор, включающая источник питания, обогреватели, понижающий трансформатор, термостат - регулятор температуры, (http://zavodseym.com.ua/nv-obogrevateli6.htm) Обогреватели устанавливают в ульях, при этом провода питания обогревателей выведены наружу и подключены к источнику питания через понижающий трансформатор параллельно, т.е. обеспечивается возможность регулирования температуры в нескольких ульях одновременно. Недостатком этой системы является то, что регулятор температуры установлен только на контрольном улье и в случае выхода параметров температуры в нем за установленные пределы включает или выключает обогреватели сразу во всех ульях, даже если в них температурный режим в норме. Как и в вышеуказанных устройствах, отсутствует обратная связь с оператором.

Задача предлагаемого технического решения заключается в создании единой автоматизированной системы стабилизации микроклимата путем одновременного регулирования температуры в ульях индивидуально для каждой пчелиной семьи пасеки.

Технический результат:

- возможность индивидуального контроля предлагаемым устройством n ульев одновременно, где n - количество ульев

- автоматическое поддерживание заданной температуры в каждом улье индивидуально;

- возможность принятия своевременных мер в случае аварийных ситуаций, благодаря наличию обратной связи с оператором;

- сокращение элементной базы, что снижает стоимость изделия;

Достижение технического результата обеспечивает предложенное техническое устройство, включающее датчики внутриульевой температуры, регулятор температуры, источник питания и нагреватели, подключенные к источнику питания через понижающий трансформатор параллельно, в состав которого в отличие от прототипа включены следующие элементы:

- Модуль аналогового ввода, содержащий n входов для подключения датчиков внутриульевой температуры;

- Управляющий модуль, содержащий n реле, через которые подключаются нагревательные элементы, расположенные в ульях;

- Программируемый микроконтроллер, который управляет модулем аналогового ввода и управляющим модулем;

- панель оператора, с помощью которой можно задавать температуру для поддержания, опрашивать температуру внутри каждой пчелиной семьи, устанавливать гистерезис температуры поддержания и время опроса каждого датчика внутриульевой температуры;

- индикаторы, благодаря которым осуществляется обратная связь с оператором, сигнализирующие о нарушении работы системы и ее отдельных элементов. Например, о прекращении подачи питания на систему, сбоях в программе микроконтроллера, наличии аварии на панели оператора, поломке датчика внутриульевой температуры, возникновении критической температуры внутри улья.

Функциональная схема полезной модели представлена на фигуре.

Автоматизированная система стабилизации микроклимата пчелиных семей, содержит программируемый логический контроллер 1, управляющий модуль 2, модуль 3 ввода аналоговых сигналов, панель 4 оператора, нагревательные элементы 5, датчики 6 внутриульевой температуры, понижающий трансформатор 7, автоматические выключатели 8, индикаторы 9.

Система работает следующим образом.

После подключения к питанию системы и понижающего трансформатора 7, включаются автоматические выключатели 8, обеспечивающие подачу питающего напряжения на программируемый логический контроллер 1, управляющий модуль 2, модуль 3 ввода аналоговых сигналов, панель 4 оператора.

Модуль 3 аналогового ввода обеспечивает первичный опрос датчиков 6 внутриульевой температуры, цифровую фильтрацию и коррекцию входных сигналов, передачу измеренных значений на программируемый логический контроллер 1 по интерфейсу RS-485.

Панель 4 оператора, снабженная цифровой индикацией, выполняет функции как отображения в режиме реального времени данных о температуре в каждом подключенном улье, так и функцию регулировки режимы работы системы, а именно, задание требуемой температуры внутри улья, настройку гистерезиса температуры поддержания и времени опроса каждого датчика внутриульевой температуры.

Программируемый логический контроллер 1 согласно алгоритму функционирования программы организовывает сетевое взаимодействие с периферийными модулями: управляющим модулем 2, модулем 3 аналогового ввода и панелью 4 оператора в режиме мастер, а также управляет режимами работы нагревательных элементов 5 в соответствии с заданной температурой, показаниями датчиков 6 впутриульевой температуры и настройками оператора.

Управляющий модуль 2 обеспечивает индивидуальную коммутацию нагревательных элементов 5 посредством сухих контактов электромагнитных реле, в соответствии с управляющим воздействием от программируемого логического контроллера 1, переданного по сети RS-485.

Для обеспечения обратной связи с оператором система снабжена индикаторами 9: подачи питания, начала выполнения программы логическим программируемым микроконтроллером 1, наличия критической температуры в одном из ульев 10, возникновения аварии нагревательного элемента 5 и возникновения аварии панели 4 оператора.

При необходимости предусмотрена возможность установки дополнительных индикаторов, сигнализирующих о сбоях в работе системы.

Пример конкретного выполнения.

После подключения к питанию системы и понижающего трансформатора 7, включаются автоматические выключатели 8, обеспечивающие подачу питающего напряжения на программируемый логический контроллер 1, управляющий модуль 2, модуль 3 ввода аналоговых сигналов, панель 4 оператора. Начало и остановка функционирования программируемого логического контроллера 1 осуществляется по нажатию на кнопку «Пуск/Стоп». При этом, срабатывает индикатор 9, сигнализирующий о начале выполнения программы. Понижающий трансформатор 7 обеспечивает подачу рабочего напряжения 12-36 В, рекомендуемого для работы нагревательных элементов, на фигуре представлено в качестве примера напряжение 18 В. Далее оператор с помощью панели 4 задает режим работы системы: требуемую для поддержания оптимальных условий в ульях 10 температуру, температурный гистерезис, время квазипостоянного значения температуры улья, диапазон минимально и максимально возможного значений температур. При этом, последние введенные значения параметров запоминаются автоматически. Значение поддерживаемой температуры определяют в диапазоне от -5 до +40 градусов Цельсия. Значение температурного гистерезиса - от 0 до 5 градусов Цельсия. Время квазипостоянного значения температуры улья, устанавливают в диапазоне от 10 секунд до 5 минут - данный параметр характеризует тепловую инерционность ульев и определяет промежуток времени, в течение которого температура улья должна претерпеть некоторые флуктуации. Если в течение указанного временного диапазона температура в конкретном улье 10 остается неизменной, то считается, что температурный датчик 6 этого улья не исправен, подается команда отключения нагревательного элемента 5 в данном улье и срабатывает аварийный индикатор. Это необходимо для предотвращения возможного перегрева улья 10. Номер улья с аварийным датчиком 5 можно определить путем опроса значения текущей температуры ульев 10 на панели 4 оператора, при котором вместо числового значения температуры в данном улье выводится сообщение об ошибке «Error». Если в дальнейшем значение температуры, поступающее с аварийного датчика, изменилось, считается, что он восстановил работоспособность и система функционирует в нормальном режиме. В случае выхода значения температуры одного из ульев 10, за рамки диапазона, определяемого заданными минимально и максимально возможными величинами, срабатывает аварийный индикатор «Критическое значение температуры». При выходе из строя панели 4 оператора срабатывает индикатор 9 «Авария панели», однако логический контроллер 1 продолжает функционировать в обычном режиме, используя последние введенные оператором значения параметров. Система снабжена программной системой диагностики интерфейса связи программируемого логического контроллера 1 и периферийных модулей 2, 3, 4. При неисправности интерфейса осуществляется аварийное отключение всех нагревательных элементов 5.

Таким образом, предлагаемая полезная модель обеспечивает заявленные технические результаты:

- возможность индивидуального контроля предлагаемым устройством n ульев одновременно, где n - количество ульев

- автоматическое поддерживание заданной температуры в каждом улье индивидуально;

- возможность принятия своевременных мер в случае аварийных ситуаций, благодаря наличию обратной связи с оператором;

- сокращение элементной базы, что снижает стоимость изделия.

Применение полезной модели на экспериментальной пасеке показало, что продуктивность семей с обогревом увеличилась в 2-3 раза. При этом особенно важна возможность регулировать температуру индивидуально в каждом конкретном улье, что позволяет учитывать особенности развития конкретной пчелиной семьи и экономить электроэнергию на работе нагревательных элементов. Использовать электрообогрев при помощи предложенной системы можно в любое время года, например, весной применение обогрева ведет к ускоренному росту семьи, сокращению энергетических затрат семьи на обогрев, а летом его можно использовать при создании нуклеусов и небольших отводков с нелетными пчелами, для создания инкубаторов, как для маток, так и для пчел.

Автоматизированная система стабилизации микроклимата пчелиных семей путем регулирования температуры в улье, включающая датчики внутриульевой температуры, регулятор температуры, источник питания и нагреватели, подключенные к источнику питания через понижающий трансформатор параллельно, отличающаяся тем, что в качестве регулятора температуры используют программируемый микроконтроллер, который управляет модулем аналогового ввода, содержащим n входов для подключения датчиков внутриульевой температуры, управляющим модулем, содержащим n реле, через которые подключаются нагреватели, расположенные в ульях, где n - количество ульев, панель оператора и индикаторы, сигнализирующие о нарушении работы системы и ее отдельных элементов.