Автоматизированная система для круглогодичного содержания и наблюдения за жизнедеятельностью пчелиных семей
Использование: сельское хозяйство, в пчеловодстве. Сущность изобретения: система позволяет дистанционно, без нарушения микроклимата пчелиного гнезда определять температуру в нем, анализировать спектр частот звуковых сигналов, проводить подсадку маток и отбор пчелиного яда, осуществлять локально регулируемый подогрев. Для этого в систему, содержащую контроллер 1 пасеки с центральной ЭВМ 2 и контроллеры ульев 4 с блоком управления 9, блоком питания 5, коммутаторами датчиков 20 температуры и рамок 21 и датчиками температуры 24, в каждый контроллер улья 4 введены блок измерения 19, микрофон 7, микрофонный усилитель 8, блок фильтров 12, коммутатор фильтров 11, амплитудный дискриминатор 10, клетки для подсадки маток, усилитель мощности 22, а в каждую рамку улья рядом с датчиками температуры 24 введены спирали для нагревания. Центральная ЭВМ 2 и блоки питания 5 контрольных ульев 4 запитываются от магистрального блока питания 3 контроллера 1 пасеки, в качестве которого служит аккумулятор с преобразователем напряжения, допускается также подключение к преобразователю напряжения электросети с силовым блоком. 5 з. п. ф-лы, 19 ил.
Изобретение относится к пчеловодству и найдет применение в содержании пчелиных семей, позволит дистанционно, без нарушения микроклимата пчелиного гнезда, следить за перемещением пчелиного клуба, размещением расплода на рамках в любое время года.
Известно устройство, обеспечивающее автоматизацию некоторых видов работ по уходу за пчелами. Это устройство автоматизирует отдельные работы, но имеет недостаток, связанный с невозможностью дистанционно в достаточной степени объективно наблюдать состояние жизнедеятельности пчелиных семей как в процессе их развития, так и зимовки путем анализа изменения звуковых и температурных параметров. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является автоматизированная система для круглогодичного наблюдения за жизнедеятельностью пчелиных семей, содержащая размещенные на ульевых рамках температурные датчики, выполненные в виде матриц, измерительный орган, блоки питания ульев, центральную ЭВМ, ЭВМ оператора и ульевые контроллеры, причем температурные датчики размещены в вощине каждой рамки улья, а ульевые контроллеры посредством линий связи соединены с соответствующими периферийными портами центральной ЭВМ, системный порт которой посредством линии связи соединен с ЭВМ оператора, ульевой контроллер снабжен блоком температурных датчиков, каждый из которых содержит матрицу температурных датчиков и аналоговый коммутатор, коммутатором рамок улья, блоком неуравновешенного моста с четырьмя коммутаторами режима работы, четырьмя резисторами и двумя диодами, блоком диапазона температур с восемью коммутаторами, восемью резисторами и четырьмя диодами, блоком измерения, буфером шины данных, ульевой микроЭВМ, приемо-передатчиком, блоком формирования калибровочных напряжений и блоком включения выключения электропитания, при этом первые выходы всех температурных датчиков соединены между собой и с выходом первого коммутатора режима работы, а вторые их выходы соединены с соответствующими входами соответствующих аналоговых коммутаторов, выходы которых связаны с одноименными входами коммутатора рамок ульев, выход коммутатора рамок ульев соединен с первыми входами первого, второго, третьего и четвертого коммутаторов диапазона температур, вторые входы которых и вторые входы пятого, шестого, седьмого и восьмого коммутаторов совмещены с шиной управления коммутаторами диапазона температур ульевой микроЭВМ, причем выходы первого, второго, третьего и четвертого коммутаторов диапазона температур через резисторы соединены с первыми входами соответственно пятого, шестого, седьмого и восьмого коммутаторов диапазонов температур и через соответствующие резисторы с общим входом блока неуравновешенного моста, управляющие входы всех четырех коммутаторов режима работы которого связаны с шиной управления коммутаторами режима работы ульевой микроЭВМ, при этом вторые входы первого и второго коммутаторов режима работы соединены с выходом блока формирования калибровочных напряжений и через два включенных последовательно резистора с общим входом неуравновешенного моста, причем точка соединения резисторов подключена ко второму входу блока измерения, первый вход которого через встречно включенные диоды связан с выходом третьего и четвертого коммутаторов режима работы, второй вход третьего коммутатора режима работы совмещен посредством соответствующих резисторов с выходом второго коммутатора режима работы и с общим входом неуравновешенного моста, а второй вход четвертого коммутатора режима работы соединен через встречно включенные диоды с выходами пятого, шестого, седьмого и восьмого коммутаторов диапазона температур, при этом шина адреса рамки микроЭВМ соединена с соответствующими входами коммутатора рамок улья, с третьим входом блока измерения, соответствующими входами аналоговых коммутаторов, с буфером шины данных, блоком формирования калибровочных напряжений, блоком управления включением выключением электропитания, приемо-передатчиком и буфером шины данных, второй вход которого соединен с блоком измерения, а выход соединен с соответствующим входом микроЭВМ и вторым входом приемо-передатчика. Недостатком устройства являются узкие функциональные возможности, сложность схемных соединений, громоздкость коммутационных соединений, повышенная трудоемкость установки системы при переездах. На фиг. 1 представлена структурная схема автоматизированной системы для круглогодичного наблюдения и содержания пчелиных семей, содержащая: контроллер пасеки 1, в состав которого входит центральная ЭВМ 2 и центральный блок питания 3, контроллеры ульев 4, содержащие блок питания 5, блок подсадки матки 6, микрофон 7, усилитель 8, блок управления 9, амплитудный дискриминатор 10, коммутатор фильтров 11, блок фильтров 12 с фильтрами 13-18, блок измерения 19, коммутатор датчиков температуры 20, коммутатор ульевых рамок 21, усилитель мощности 22, блок коммутации 23, ульевые рамки с вощинодержателями (нагревательными элементами) и датчиками температур 24, блок отбора пчелиного яда 25, шину датчиков 26, шину рамок 27, выходные коммутационные шину 28, стимулирующий выход блока коммутации 29, шину силовых выходов блока управления 30, выходную шину усилителя мощности 31, первый адресный выход блока управления 32, частотный выход блока управления 33, первый вход блока измерения 34, второй вход блока измерения 35, выход блока измерения 36, второй адресный выход блока управления 37, выходную шину амплитудного дискриминатора 38, силовую шину управления блоком посадки матки 39, шину питания контроллера улья 40, выходную линию связи ЭВМ 41, входную линию связи ЭВМ 42, шину питания пасеки 43, 44. На фиг. 2 и 3 приведена принципиальная электрическая схема блока управления 9, которая содержит конденсаторы 45-46, 59, кварцевый резонатор 47, однокристальную микро ЭВМ (микросхема КР 1816ВЕ31) 48, регистр (К 555ИР22) 49, параллельный периферийный интерфейс (ППИ) 50, набор силовых ключей 51, 52 (микросхемы К 1109КТ22), постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 53, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 54, триггеры 55, 65; "кнопку сброса" 56; резисторы 57, 60-64, 66-73, 76, 77, 82, 83, 87, 88; диоды 58, 78, 80; дешифратор 74, элемент "И" 75, оптопару диодную 79, транзисторы приемо-передатчиков 81, 84-86. На фиг. 4 приведена принципиальная электрическая схема блока коммутации 23, которая содержит тумблеры включения-выключения нагревательных элементов 89-91, тумблеры включения-выключения стимулирующих электродов электромагнитного воздействия 92, 93. На фиг. 5-19 представлен алгоритм работы системы для круглогодичного содержания и наблюдения за жизнедеятель- ностью пчелиных семей. Автоматизированная система для круглогодичного наблюдения и содержания пчелиных семей работает следующим образом. Центральная ЭВМ 2 и блоки питания 5 контроллеров ульев 4 запитываются от центрального блока питания 3 контроллера пасеки 1. В качестве центрального блока питания 3 служит аккумулятор с преобразователем напряжения (допускается так же подключение электросети с силовым блоком к преобразователю напряжения). Центральная ЭВМ 2 так же может запитываться от электросети. В центральную ЭВМ 2 вводится управляющая программа. Затем проводится начальная настройка автоматизированной системы и формирование на дисплее ЭВМ режимов работы (автоматический кольцевой или произвольный) с указанием с клавиатуры номера наблюдаемого улья. С помощью алгоритма на фиг. 5 (позиции 1-7) центральная ЭВМ 2 производит запись в буферную ОЗУ номера улья (позиция 8) и формирует сообщение в выходную линию связи "Установить связь", а затем анализирует прием сообщения из входной линии связи 42. Построение этой локальной сети (ЛС) приведено на фиг. 1. Локальная сеть центральной ЭВМ 2 имеет выходную 41 и входную линию связи 42, выполненную двумя витыми проводами. Контроллеры ульев 4 так же имеют входную и выходную линию связи. Первый контроллер улья принимает сообщение от центральной ЭВМ 2 и через выходную линию связи передает его во входную часть второго контроллера улья, второй контроллер улья передает сообщение N контроллеру улья, который затем передает его во входную линию связи центральной ЭВМ 2. При отсутствии сообщения "Установить связь" проводится трехкратная проверка замкнутости локальной сети с помощью команды проверки установления связи (КПУС), а затем формируются сообщения на экране дисплея центральной ЭВМ 2: "Обрыв в линии связи". "Отказ системы по ЛС" (алгоритм на фиг. 6, 8; позиции 8-18). Если сообщение "Установить связь" прошло, то контроллер улья 4, номер которого совпадает с выбранным пчеловодом, выдает на экран дисплея номер наблюдаемого улья (фиг. 6, позиция 13). Затем формируются сообщения: "Формат", "Рисунок улья", "Номер рамок", "Рисунки рамок", "Графики частотного спектра" (фиг. 7, 8, 9; позиции 9-37). Работа управляющей программы центральной ЭВМ 2 может быть организована по разным направлениям: сбор информации от датчиков температуры, звуковых датчиков; выдача команд контроллерам ульев. Поскольку контроллеры ульев 4 способны самостоятельно (без участия центральной ЭВМ 2) исполнять команды (проводить электромагнитную стимуляцию, подавлять роение, участвовать в отборе пчелиного яда, производить подсадку маток, осуществлять локально регулируемый подогрев), центральная ЭВМ 2 координирует работу каждого контроллера улья 4, хранит в своей "памяти" необходимые работы для конкретного улья: в одних ульях необходимо осуществлять подсадку маток, в других проводить электромагнитную стимуляцию подавление резания, в третьих подогрев в случае слабых семей, в четвертых отбор пчелиного яда и т.д. В этом случае центральная ЭВМ выдает управляющие команды контроллерам ульев 4 для выполнения конкретных для данного улья работ. При отборе пчелиного яда пчеловод может наблюдать на экране дисплея ЭВМ за изменениями технологических процессов в любой пчелиной семье, что позволяет ему оперативно произвести необходимую корректировку. При отборе пчелиного яда помимо использования известных ядоприемных устройств, которые помещаются внутри улья, для большей стимуляции отдачи пчелиного яда подается дополнительное электромагнитное поле на нагревательные элементы пчелиных рамок 24, которые являются электромагнитными электродами. Наличие информации на экране дисплея позволит более эффективно проводить отбор пчелиного яда в конкретной пчелиной семье без снижения медопродуктивности. Работа контроллера улья (КУ) 4 заключается в следующем. При включении питания проводится начальная установка (НУ): 1. Загрузка управляющих слоев и байтов НУ в микроЭВМ 48, в параллельный периферийный интерфейс (ППИ) 50, а также чтение своего имени (фиг. 10, позиция 2); 2. Очистка внутреннего ОЗУ микроЭВМ и управляющих регистров (фиг. 10, позиция 3); 3. Очистка внешнего ОЗУ 54 наблюдений дня (фиг. 10, позиция 4); 4. Загрузка и запуск таймера дня (ТД) микроЭВМ для отсчета 24 ч (фиг. 10, позиция 5). После выполнения этих действий КУ переходит в режим "Автомат" (фиг. 11-18, позиции 6 и 49). В случае прихода команды от центральной ЭВМ 2 по линии связки КУ переходит в режим "Прием" (фиг. 18, 19, позиции 50-70). В режиме "Автомат" КУ осуществляет три подрежима: 1. Измерение температуры каждого из 32 датчиков, размещенных на одной из 12 рамок, с записью результата во внешнее ОЗУ наблюдений дня (фиг. 11-14, позиции 6-22); 2. Включение нагревателя рамки, если соблюдается условие 34,5оС





2. В случае, если ЦЧ меньше допустимого значения, калибровку датчика производят записью в РК признака обрыва этого датчика (фиг. 12, позиции 12, 14). Когда ЦЧ находится в пределах допустимого значения, микроЭВМ производит по адресу ЦЧ чтение из ПЗУ верхнего и нижнего (ВЗ, НЗ) диапазона (фиг. 12, позиция 13);
3. Рассчитывается нормируемое значение частоты сигнала с записью в регистр калибровки РК:
РК НЗ + (


4. Для трех измеренных значений определяется их среднее значение
Ркср

5. Во внешнее ОЗУ проводят запись наблюдений дня содержимого регистра РК по адресу:

6. Если измерение и проверку прошли все 32 датчика на каждой из 12 рамок, КУ переходит в подрежим N 3; в противном случае осуществляется переход к пункту 2 с изменением УНД и УНР (фиг. 15, позиции 27-32). В режиме "Прием" КУ осуществляет:
1. Чтение сообщения из ЛС до тех пор, пока не примет байт конца сообщения. После этого КУ анализирует поступившее сообщение (фиг. 18, позиции 48, 49);
2. Если принято сообщение: "Установить связь", то в линию связи КУ передается сообщение "Установить связь" и байт "Конец сообщения" (фиг. 18, позиции 55, 56). При поступлении другой команды признак ППС устанавливается в единицу. КУ передает в ДС следующее сообщение: байт номера контроллера, байт команды, байт начала информационного кадра (фиг. 18, позиция 57). В случае приема команды "Циклический просмотр" КУ выдает в ЛС все содержимое внешнего ОЗУ наблюдений дня (фиг. 19, позиции 59-63, 68, 69). Если КУ принимает команду "Просмотр по выбору", то в ЛС передается содержимое внешнего ОЗУ по адресу

Формула изобретения
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17, Рисунок 18, Рисунок 19