Автоматизированная система для круглогодичного наблюдения за жизнедеятельностью пчелиных семей

 

Изобретение относится к области пчеловодства и может найти применение для круглогодичного наблюдения тепловых полей в улье. Техническим результатом изобретения является повышение технологических параметров системы. Она содержит контроллер пасеки, ЭВМ пчеловода, приемопередатчик пасеки, блок питания пасеки, контроллер улья и приемопередатчик улья. С ульем сопряжены радиоприемник контроллера улья, эталонный преобразователь "температура - частота", устройство сопряжения передачи питания рамки, контроллер рамки, радиопередатчик рамки, устройство сопряжения приема питания рамки, схема выпрямления и фильтрации питания рамки, коммутатор датчиков, преобразователь "температура-частота", тактовый генератор рамки, блок начальной установки рамки, пчелиная рамка с датчиками. В автоматизированной системе для круглогодичного наблюдения за жизнедеятельностью пчелиных семей для съема температурной информации с датчиков, находящихся в пчелиных сотах, применяются безконтактные соединения. В улье отсутствуют проводные соединения, а контроллер улья вмонтирован в стенку корпуса улья. Применен универсальный блок имени улья, не требующий сложной настройки на новое имя. Все это повышает удобство при работе с пчелами в практическом пчеловодстве. 2 ил.

Изобретение относится к области пчеловодства и может найти применение для круглогодичного наблюдения за жизнедеятельностью пчелиных семей по распределению тепловых полей в улье.

Известны устройства, обеспечивающие круглогодичный контроль за жизнедеятельностью пчелиных семей по распределению тепловых полей. Все эти устройства имеют основной недостаток - большое количество проводных соединений в улье, а также наличие контактных соединений при съеме температурной информации, так как значительная часть свободного пространства в улье покрывается воском, прополисом и это создает определенные неудобства при работе с пчелами, нарушается надежность контактных соединений [1].

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является автоматизированная система для круглогодичного наблюдения за жизнедеятельностью пчелиных семей [2], содержащая контроллеры ульев, каждый их которых включает размещенные на ульевых рамках с вощинодержателями датчики температуры, выполненные в виде матрицы, коммутатора рамок и датчиков температуры, блок питания, счетчик рамок и измерительный блок, выполненный в виде преобразователя "температура - частота", входы которого соединены с аналоговыми выходами коммутаторов рамок и датчиков температуры, при этом первые выходы датчиков температуры всех рамок улья объединены между собой и связаны с аналоговыми входами коммутатора датчиков, а вторые выходы датчиков температуры каждой рамки соединены с общим проводом сетки вощинодержателя соответствующей рамки и подключены к аналоговым входам коммутатора рамок, тактовый вход которого соединен с выходом счетчика рамок, при этом выход блока питания соединен с шиной питания данного контроллера улья, контроллер пасеки снабжен приемно-передающим блоком, подключенным посредством основной информационной шины к ЭВМ, а каждый контроллер улья оснащен собственным приемно-передающим блоком, блоком начальной установки, частотным полосовым фильтром, тактовым генератором, преобразователем "температура - эталонная температура", коммутатором "температура - эталонная температура" и шинным формирователем, при этом приемно-передающие блоки ульевых контроллеров посредством линии связи соединены между собой и с приемно-передающим блоком контроллера пасеки, причем в каждом контроллере улья выход блока начальной установки связан с объединенными между собой входом установки счетчика рамок, входом установки коммутатора датчиков, входом установки коммутатора "температура - эталонная температура" и входом начальной установки собственного приемно-передающего блока, соединенного посредством дополнительной информационной шины с первым выходом шинного формирователя и входом частотного полосового фильтра, выход которого подключен к первому управляющему входу приемно-передающего блока данного контроллера улья, а первый и второй управляющие выходы последнего связаны соответственно с управляющим входом шинного формирователя и входом переключения коммутатора "температура - эталонная температура", при этом выход тактового генератора соединен с первым входом шинного формирователя, второй вход которого подключен к выходу коммутатора "температура - эталонная температура", а выход связан с тактовым входом коммутатора датчика и входом счетчика рамок, причем выход последнего соединен с вторым управляющим входом приемно-передающего блока этого контроллера улья, а первый и второй входы коммутатора "температура - эталонная температура" подключены к выходам преобразователя "температура - частота" и преобразователя "температура - эталонная температура".

Недостатком системы является большое количество проводных и контактных соединений в улье.

С целью устранения указанных недостатков в автоматизированную систему для круглогодичного наблюдения за жизнедеятельностью пчелиных семей, содержащую контроллер пасеки, включающий ЭВМ пчеловода, приемопередатчик пасеки и контроллеры ульев, каждый из которых включает размещенные на ульевых рамках с вощинодержателями датчики температуры, выполненные в виде матриц, коммутаторов рамок и датчиков температуры, блок подключения эталонной температуры, блок питания улья, счетчик рамок, эталонный преобразователь "температура - частота", преобразователь "температура - эталонная температура", приемопередатчик улья, блок начальной установки улья, управляемый тактовый генератор, блок имени, входы преобразователя "температура-частота" соединены с аналоговым выходом коммутатора датчиков и общим проводом являющимся вощинодержателем, информационный вход - выход и управляющий выход ЭВМ пчеловода соединен с информационным входом - выходом и с управляющим входом приемопередатчика пасеки, выходные шины блок питания улья соединены с шинами питания управляемого тактового генератора, блока имени, эталонного преобразователя "температура - частота", приемопередатчика улья, блока начальной установки улья, введены в контроллер пасеки блок питания пасеки, а в контроллер улья, счетчик с дешифратором, высокочастотный генератор питания, радиоприемник улья, блок ключей, устройство сопряжения передачи питания рамки, устройство сопряжения приема питания рамки, схема выпрямления и фильтрации питания рамки, блок начальной установки рамки, тактовый генератор рамки, радиопередатчик рамки, в блок имени введены ключ, счетчик интервала счета, счетчик импульсов, генератор имени, дешифратор устройство защиты от переполнения, запоминающее устройство, блок кодировки имени, блок установки имени, первый общий выход приемопередатчика пасеки заземлен и соединен с первым общим выходом блока питания пасеки, а первый общий выход блока питания пасеки соединен через общую линию связи с общим входом контроллера улья и с общим входом блока питания улья, второй вход - выход приемопередатчика пасеки соединен через приемопередающую линию связи с приемопередающим входом приемопередатчика улья, второй выход блока питания пасеки соединен через питающую линию связи с питающим входом блока питания улья, первый информационный вход приемопередатчика улья соединен с информационным выходом блока подключения эталонной температуры, информационный вход которого соединен с выходом радиоприемника улья, выход имени приемопередатчика улья соединен с входом блока имени, который соединен с первым входом ключа, выход которого соединен с первым счетным входом счетчика импульсов, второй вход ключа соединен с первым входом запоминающего устройства и с выходом счетчика интервала счета, выход счетчика импульсов соединен со вторым входом запоминающего устройства и с входом устройства защиты от переполнения, а его выход соединен со вторым входом счетчика импульсов и с первым входом счетчика интервала счета, второй вход счетчика интервала счета соединен с выходом генератора имени, выход запоминающего устройства соединен с входом дешифратора, первые выходы которого соединены с входом блока кодировки имени, последний выход дешифратора соединен с первым синхронизирующим входом блока установки имени, второй вход которого соединен с выходом блока кодировки имени, выход блока установки имени соединен с выходом блока имени, а его выход соединен с управляющим входом приемопередатчика улья и с управляющим входом управляемого тактового генератора, выход которого соединен с тактирующим входом блока подключения эталонной температуры, а его тактирующий выход соединен с первым тактирующим входом счетчика с дешифратором, установочный вход счетчика с дешифратром, триггера имени, блока подключения имени соединены с выходом блока начальной установки, последний выход счетчика с дешифратором соединен с входом блока начальной установки, второй вход блока подключения эталонной температуры соединен с выходом эталонного преобразователя "температура - частота", первый выход счетчика с дешифратором соединен с первым входом блока ключей, второй вход которого соединен с выходом высокочастотного генератора питания, выходы блока ключей по числу пчелиных рамок соединены с входами устройств сопряжения передачи питания пчелиной рамке, которые индуктивно связаны с устройствами сопряжения приема питания пчелиных рамок, а их выходы соединены с входами схем выпрямления и фильтрации питания пчелиной рамки, первый общий выход матрицы датчиков соединен с первым общим входом преобразователя "температура - частота", а его второй вход соединен с выходом коммутатора датчиков, вход преобразователя "температура - частота" соединен с входом радиопередатчика рамки, тактовый вход коммутатора датчиков соединен с выходом тактового генератора рамки, управляющий вход которого соединен с первым выходом блока начальной установки рамки, а его второй выход соединен с установочным входом коммутатора датчиков, синхронизирующий выход коммутатора датчиков соединен с входом блока начальной установки рамки, шины питания схемы выпрямления и фильтрации соединены с шинами питания преобразователя "температура - частота", радиопередатчика рамки, коммутатора датчиков, блока начальной установки рамки, тактового генератора рамки, шины питания блока питания улья соединены с шинами питания: радиоприемника улья, счетчика с дешифратором, высокочастотного генератора питания, блока ключей.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 приведена структурная схема автоматизированной системы для круглогодичного наблюдения за жизнедеятельностью пчелиных семей. На фиг.2 приведены формы временных сигналов обмена ЭВМ пчеловода с контроллером улья (а, б, в, г, д).

Автоматизированная система для круглогодичного наблюдения за жизнедеятельностью пчелиных семей (фиг.1) содержит: контроллер пасеки 1, ЭВМ пчеловода 2, приемопередатчик пасеки 3, блок питания пасеки 4, контроллер улья 5, приемопередатчик улья 6, блок имени 7, ключ 8, счетчик импульсов 9, счетчик интервала счета 10, генератор имени 11, дешифратор 12, устройство защиты от переполнения памяти 13, запоминающее устройство 14, блок кодировки имени 15, блок установки имени 16, управляемый тактовый генератор 17, счетчик с дешифратором 18, блок начальной установки улья 19, блок питания улья 20, высокочастотный генератор питания 21, блок ключей 22, блок подключения эталонной температуры 23, радиоприемник контроллера улья 24, эталонный преобразователь "температура - частота" 25, устройство сопряжения передачи питания рамки 26, контроллер рамки 27, радиопередатчик рамки 28, устройство сопряжения приема питания рамки 29, схема выпрямления и фильтрации питания рамки 30, коммутатор датчиков 31, преобразователь "температура - частота" 32, тактовый генератор рамки 33, блок начальной установки рамки 34, пчелиная рамка с датчиками 35, шины питания контроллера улья 36, трехпроводная линия связи 37, управляющая шина 38, информационная шина 39, первый выход установки 40, второй выход установки 41, шины питания рамки 42.

Конструктивно контроллер улья 5 монтируется в стенку улья. Для этого в стенке улья вырезают гнездо для корпуса контроллера улья, который располагается рядом с местом подвесок пчелиных рамок. Устройства сопряжения передачи питания пчелиной рамки 26 состоит из усилителя и катушки индуктивности. Устройство сопряжения приема питания пчелиной рамки 29 конструктивно представляют собой катушки индуктивности. Катушки индуктивности устройств сопряжения передачи питания рамки 26 размещаются на специальной планке, которая закрепляется в месте подвески пчелиных рамок. Усилители монтируются в контроллере улья 5. Число катушек индуктивности соответствует количеству контролируемых пчелиных рамок. Устройства сопряжения приема питания пчелиной рамки 29 (катушки индуктивности) крепятся под плечиками в местах подвески пчелиных рамок.

Автоматизированная система для круглогодичного наблюдения за жизнедеятельностью пчелиных семей работает следующим образом. В контроллере пасеки 1 ЭВМ пчеловода 2 запитывается от сети или автономного блока питания пасеки 4. В ЭВМ пчеловода 2 вводится программное обеспечение. При включении блока питания пасеки 4 запитываются контроллеры ульев 5, на которые через трехпроводную линию связи 37 поступает электропитание в блоки питания ульев 20 и через шину питания улья 36 запитываются все блоки контроллера улья 5. Блок начальной установки улья 19 вырабатывает сигнал начальной установки, который устанавливает в исходное начальное состояние счетчик с дешифратором 18, блок подключения эталонной температуры 23. Блок установки имени 16 и блок кодировки имени 15 устанавливаются в низкое "нулевое" состояние.

Для связи с контроллерами ульев 5 используется трехпроводная линия связи 37: один провод - общий, другой провод - для подачи электропитания, третий провод - для связи. Для того чтобы обеспечить универсальность блока имени 7, при которой не требуется сложной настройки на новое имя улья. Для передачи имени используется последовательность передачи частот (эпюра сигналов приведена на фиг. 2,а). Число этих частот определяется количеством ульев. Если в прототипе на каждый улей требовалась своя частота (например, на сто ульев необходимо сто частот), то здесь независимо от количества ульев требуется всего 8 - 16 частот. Блок имени 7 построен по принципу цифрового индикатора частоты [3] , при этом каждая частота дешифрируется. Чтобы увеличить число имен без увеличения числа частот, используется принцип сочетаний на основе формулы бинома Ньютона: (1) Сигналы с выходов дешифратора 12 поступают в блок кодировки имени 15. В зависимости от того, какие выходы дешифратора 12 соединены с блоком кодировки имени 15, определяется имя улья. Устанавливается новое имя улья простым переключением выводов дешифратора 12.

ЭВМ пчеловода 2 через управляющую шину 38 включает приемопередатчик пасеки 3 в режим "Передача", а затем по информационной шине 39 выдает необходимую последовательность частот. Последовательность импульсов несущая информацию о частоте через ключ 8 поступает на вход счетчика импульсов 9. Счетчик интервала счета 10 управляет ключом 8 и записью в запоминающее устройство 14. На вход счетчика интервала счета 10 подается сигнал образцовой частоты с генератора имени 11. Устройство защиты от переполнения 13 исключает ложную активизацию выводов дешифратора 12. Последовательные частоты через линию связи 37, через приемопередатчик улья 6 поступают в блок имени 7, дешифрируются дешифратором 12 и, если блок кодировки имени 15 настроен на эту последовательность частот, на его выходе устанавливается высокий "единичный" уровень, который поступает на первый вход блока установки имени 16. После активизации последнего вывода дешифратора 12 блок установки имени 15 с некоторой задержкой (фиг.2,б) переключится в высокое "единичное" состояние, что соответствует переключению приемопередатчика улья 6 в режим "Передача". При этом включение приемопередатчика улья 6 в режим передача осуществляется с задержкой на время необходимое для переключения ЭВМ пчеловода 2 в режим прием. ЭВМ пчеловода 2 после того, как выдала необходимую последовательность частот, через управляющую шину 38 выдает сигнал в приемопередатчик пасеки 3 переключение его в режим приема.

После того, как блок установки имени 16 установился в высокое "единичное" состояние разрешается работа управляемого тактового генератора 17. По первому импульсу управляемого тактового генератора 17 блок подключения эталонной температуры 23 пропускает частоту с эталонного преобразователя "температура - частота" 25 (эпюра сигнала фиг.2,в). Эталонное значение температуры, преобразованное в частоту, через приемопередатчик улья 6, трехпроводную линию связи 37, приемопередатчик пасеки 3, по информационной шине 39 поступает в ЭВМ пчеловода 2. По второму и следующим импульсам блок подключения эталонной температуры 23 разрешает работу счетчика с дешифратором 18, на котором активизируется первый выход, устанавливающийся в высокое "единичное" состояние. Этот высокий "единичный" уровень поступает на первый вход блока ключей 22, открывается первый ключ, и с высокочастотного генератора питания 21 высокочастотные импульсы поступают в устройство сопряжения передачи питания рамки 26, которое состоит из усилителя и катушки индуктивности. Электромагнитная энергия индуктируется в устройстве сопряжения приема питания рамки 29. Высокочастотное переменное напряжение выпрямляется и фильтруется в схеме выпрямления и фильтрации питания рамки 30 и через шины 42 запитываются все блоки контроллера рамки 27. На эпюре фиг.2,в после передачи эталонного значения температуры включается питание первой рамки. Блок начальной установки рамки 34 по включению питания сначала по первому выходу 40 установит коммутатор датчиков 31 в исходное начальное состояние для подключения первого датчика из всей матрицы датчиков, расположенных в средостении сота пчелиной рамки 35. Как только напряжение питания рамки достигнет своего максимального значения, на втором выходе 42 блока начальной установки рамки 34 установится высокий "единичный" уровень, что разрешит работу тактового генератора рамки 33. Начинается последовательное подключение датчиков температуры пчелиной рамки 35 к преобразователю "температура - частота" 32 (фиг. 2,г). С выхода преобразователя "температура - частота" 32 пачки импульсов несущие информацию о температуре каждого датчика (фиг.2,д), поступают в радиопередатчик рамки 28, где осуществляется модуляция несущей частоты. Через антенну, расположенную на пчелиной рамке, несущая частота передается на антенну радиоприемника контроллера улья 24. Радиоприемник контроллера улья 24 детектирует пачки импульсов, которые через блок подключения эталонной температуры 23, через приемопередатчик улья 6, по линии связи 36, через приемопередатчик пасеки 3 поступают в ЭВМ пчеловода 2. Передача температурной информации с первой пчелиной рамки 35 осуществляется во время высокого "единичного" уровня на первом выходе счетчика с дешифратором 18. Длительность этого высокого "единичного" уровня определяется длительностью опроса температур с датчиков пчелиной рамки 35 и устанавливается несколько выше, чем вся суммарная длительность опроса температур (фиг.2, в, г, д). После передачи температуры со всех датчиков на синхронизирующем выходе коммутатора датчиков 31 формируется сигнал, который переключает блок начальной установки рамки 34 в исходное начальное состояние, работа тактового генератора рамки блокируется, и в ЭВМ пчеловода 2 поступает число пачек импульсов, соответствующих числу датчиков на рамке.

После переключения управляемого тактового генератора 17, высокий "единичный" уровень устанавливается на втором выходе счетчика с дешифратором 18, начнется передача температурной информации со второй пчелиной рамки 35. После опроса температур со всех пчелиных рамок 35 на последнем выходе счетчика с дешифратором 18 формируется сигнал, который через блок начальной установки 19 переключает блок установки имени 16, блок кодировки имени 15, счетчик с дешифратором 18 в исходное "Нулевое" состояние. Приемопередатчик улья 6 переключается в режим приема. Передача температурной информации со всех пчелиных рамок этого улья закончилась. ЭВМ пчеловода по известным алгоритмам вычисляет и обрабатывает полученные значения температур.

Таким образом, в прелагаемой автоматизированной системе для круглогодичного наблюдения за жизнедеятельностью пчелиных семей полностью бесконтактно осуществляется съем температурной информации. В улье практически полностью отсутствуют проводные соединения. Применен универсальный блок имени, не требующий сложной настройки на новое имя. Все это повышает удобство при работе с пчелами, что найдет применение в практическом пчеловодстве.

Источники информации.

1. Патент N 1739927.

2. Патент N 2038778 (прототип).

3. Журнал "Радио", N3, 1984, с.29.

Формула изобретения

Автоматизированная система для круглогодичного наблюдения за жизнедеятельностью пчелиных семей, содержащая контроллер пасеки, включающий ЭВМ пчеловода, приемопередатчик пасеки и контроллеры ульев, каждый из которых включает размещенные на ульевых рамках с вощинодержателями датчики температуры, выполненные в виде матриц, коммутаторов рамок и датчиков температуры, блок подключения эталонной температуры, блок питания улья, счетчик рамок, эталонный преобразователь температура-частота, преобразователь температура - эталонная температура, приемопередатчик улья, блок начальной установки улья, управляемый тактовый генератор, блок имени, входы преобразователя температура - частота соединены с аналоговым выходом коммутатора датчиков и общим проводом, являющимся вощинодержателем, информационный вход-выход и управляющий выход ЭВМ пчеловода соединен с информационным входом-выходом и с управляющим входом приемопередатчика пасеки, выходные шины блока питания улья соединены с шинами питания управляемого тактового генератора, блока имени, эталонного преобразователя температура - частота, приемопередатчика улья, блока начальной установки улья, отличающаяся тем, что введены в контроллер пасеки блок питания пасеки, а в контроллер улья - счетчик с дешифратором, высокочастотный генератор питания, радиоприемник улья, блок ключей, устройство сопряжения передачи питания рамки, устройство сопряжения приема питания рамки, схема выпрямления и фильтрации питания рамки, блок начальной установки рамки, тактовый генератор рамки, радиопередатчик рамки, в блок имени введены ключ, счетчик интервала счета, счетчик импульсов, генератор имени, дешифратор, устройство защиты от переполнения, запоминающее устройство, блок кодировки имени, блок установки имени, первый общий выход приемопередатчика пасеки заземлен и соединен с первым общим выходом блока питания пасеки, а первый общий выход блока питания пасеки соединен через общую линию связи с общим входом контроллера улья и с общим входом блока питания улья, второй вход-выход приемопередатчика пасеки соединен через приемопередающую линию связи с приемопередающим входом приемопередатчика улья, второй выход блока питания пасеки соединен через питающую линию связи с питающим входом блока питания улья, первый информационный вход приемопередатчика улья соединен с информационным выходом блока подключения эталонной температуры, информационный вход которого соединен с выходом радиоприемника улья, выход имени приемопередатчика улья соединен с входом блока имени, который соединен с первым входом ключа, выход которого соединен с первым счетным входом счетчика импульсов, второй вход ключа соединен с первым входом запоминающего устройства и с выходом счетчика интервала счета, выход счетчика импульсов соединен со вторым входом запоминающего устройства и с входом устройства защиты от переполнения, а его выход соединен со вторым входом счетчика импульсов и с первым входом счетчика интервала счета, второй вход счетчика интервала счета соединен с выходом генератора имени, выход запоминающего устройства соединен с входом дешифратора, первые выходы которого соединены с входом блока кодировки имени, последний выход дешифратора соединен с первым синхронизирующим входом блока установки имени, второй вход которого соединен с выходом блока кодировки имени, выход блока установки имени соединен с выходом блока имени, а его выход соединен с управляющим входом приемопередатчика улья и с управляющим входом управляемого тактового генератора, выход которого соединен с тактирующим входом блока подключения эталонной температуры, а его тактирующий выход соединен с первым тактирующим входом счетчика с дешифратором, установочный вход счетчика с дешифратором, триггера имени, блока подключения имени соединены с выходом блока начальной установки, последний выход счетчика с дешифратором соединен с входом блока начальной установки, второй вход блока подключения эталонной температуры соединен с выходом эталонного преобразователя температура - частота, первый выход счетчика с дешифратором соединен с первым входом блока ключей, второй вход которого соединен с выходом высокочастотного генератора питания, выходы блока ключей по числу пчелиных рамок соединены с входами устройств сопряжения передачи питания пчелиной рамке, которые индуктивно связаны с устройствами сопряжения приема питания пчелиных рамок, а их выходы соединены с входами схем выпрямления и фильтрации питания пчелиной рамки, первый общий выход матрицы датчиков соединен с первым общим входом преобразователя температура - частота, а его второй вход соединен с выходом коммутатора датчиков, вход преобразователя температура - частота соединен с входом радиопередатчика рамки, тактовый вход коммутатора датчиков соединен с выходом тактового генератора рамки, управляющий вход которого соединен с первым выходом блока начальной установки рамки, а его второй выход соединен с установочным входом коммутатора датчиков, синхронизирующий выход коммутатора датчиков соединен с входом блока начальной установки рамки, шины питания схемы выпрямления и фильтрации соединены с шинами питания преобразователя температура - частота, радиопередатчика рамки, коммутатора датчиков, блока начальной установки рамки, тактового генератора рамки, шины питания блока питания улья соединены с шинами питания, радиоприемника улья, счетчика с дешифратором, высокочастотного генератора, питания блока ключей.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2