Автоматизированная система для круглогодичного наблюдения за жизнедеятельностью пчелиных семей

Автоматизированная система для круглогодичного наблюдения за жизнедеятельностью пчелиных семей

Реферат

 

Использование: в сельском хозяйстве в области пчеловодства. Сущность изобретения: в устройстве в плоскости каждой пчелиной рамки установлены матрицы индуктивных датчиков, являющихся датчиками координат положения пчелиной матки и одновременно датчиками температуры. Пчелиная матка метится токопроводящим элементом. Обработка получаемой информации от матрицы датчиков производится ульевыми контроллерами, которые через линию связи передают получаемую информацию в ЭВМ пасеки. Изобретение найдет применение при содержании пчелиных семей, позволит дистанционно, без нарушения микроклимата пчелиного гнезда следить за перемещением пчелиного клуба, размещением расплода на рамках в любое время года, оперативно выявить наличие пчелиной матки в улье, наблюдать ее перемещение по сотам и определять ее координаты нахождения на рамке и относительно стенок улья в каждой пчелиной семье. 9 ил.

Изобретение относится к области пчеловодства 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, а также позволит без нарушения микроклимата пчелиного гнезда оперативно выявлять наличие пчелиной матки в улье, наблюдать ее перемещение по сотам, определять ее координаты нахождения на рамке и относительно стенок улья в каждой пчелиной семье, следить за родословными признаками матки, тем самым определять силу пчелиных семей.

Известно устройство для определения состояния пчелиных семей (1). Оно сигнализирует о наличии пчелиной матки, по поведению которой можно судить о состоянии пчелиной семьи. Однако, это устройство имеет недостаток, исключающий возможность точно определять координаты расположения пчелиной матки относительно рамок и стенок улья, а также определять силу пчелиной семьи, размещение расплода и процесс формирования пчелиного клуба во время и зимовки.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является автоматизированная система для круглогодичного наблюдения за жизнедеятельностью пчелиных семей (2), содержащая размещенные на ульевых рамках температурные датчики, выполненные в виде матриц, измерительный орган блоки питания ульев, центральную ЭВМ, ЭВМ оператора и ульевые контролеры, причем температурные датчики размещены в вошине каждой рамки улья, а ульевые контролеры посредством линий связи соединены с соответствующими периферийными портами центральной ЭВМ, системный порт которой посредством линии связи соединен с ЭВМ оператора, ульевой контролер снабжен блоком температурных датчиков и аналоговый коммутатор, коммутатором рамок улья, блоком неуравновешенного моста с 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 входы 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, при 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 который через встречно включенные диоды связан с выходами 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 диапазонов 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 автоматизированной системы для круглогодичного наблюдения за жизнедеятельностью пчелиных семей является высокая техническая сложность, косвенное определение координат положение пчелиной матки по обработке температурных полей, по существу это достигается при гибком программном обеспечении и весьма приблизительно. Высокая техническая сложность при обработке температурных полей, высокая дороговизна, низкая скорость определения координат положения матки, а также прототип позволяет только обрабатывать температурные поля и исключает возможность оперативно, точно, одновременно определять координату размещения матки и точную температуру в месте ее размещения, динамику поведения матки т.е. ее координаты от температуры создаваемой пчелами.

Техническая задача заключается в повышении точности определения координат размещения пчелиной матки путем придания датчиком дополнительных функций.

Автоматизированная система для круглогодичного наблюдения за жизнедеятельностью пчелиных семей, содержащая размещенные на ульевых рамках с вошинодержателями датчики, выполненные в виде матриц, измерительный орган, коммутаторы датчиков, блоки питания, микроЭВМ по числу ульев, ЭВМ пчеловода введены блок определения координат пчелиной матки, токопроводящий элемент для размещения на теле пчелиной матки, а в качестве датчиков параметров жизнедеятельности пчелиной семьи для установки на пчелиных рамках использованы датчики положения пчелиной матки, являющееся одновременно датчиками температуры, выполненные в виде матриц индуктивных датчиков, первый вход блока определения координат пчелиной матки соединен с первым измерительным входом блока измерения температуры и выходом блока аналоговых коммутаторов, выход данных блока определения координат соединен со второй входной шиной данных блока измерения температуры, второй вход разрешения работы блока определения координат соединен с первым выходом разрешения блока измерения температуры, второй выход шины данных блока измерения температуры соединен с первым входом шины данных микроЭВМ, третий вход разрешения блока измерения температуры соединен с первым выходом разрешения микроЭВМ, второй адресный выход микроЭВМ соединен с адресным входом блока аналоговых коммутаторов, аналоговые входы блока аналоговых коммутаторов соединены с шинами столбцов и строк матриц индуктивных датчиков, третий управляющий выход включения питания из микроЭВМ соединен с вторым входом разрешения включения ульевого блока питания, приемно-передающий вход-выход ЭВМ соединен с приемо-передающими входами-выходами микроЭВМ ульевых контролеров, выход разрешения включения питания ЭВМ соединен с первым входом разрешения включения блока питания первого ульевого контроллера, выход разрешения включения питания первого ульевого контролера соединен с входом разрешения включения блока питания второго ульевого контролера, а выход разрешения включения блока питания второго ульевого контролера соединен с N-м входом разрешения включения блока питания N-го ульевого контролера, выходные шины блока питания пасеки соединены с входными шинами ульевых блоков питания.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 приведена структурная схема автоматизированной системы для круглогодичного наблюдения за жизнедеятельностью пчелиных семей, на фиг. 2-3 электрическая принципиальная схема ульевой микроЭВМ, на фиг.4 электрическая принципиальная схема ульевого блока питания, на фиг. 5 электрическая принципиальная схема блока измерения температуры, на фиг.6 электрическая принципиальная схема блока определения координат, на фиг. 7 электрическая принципиальная схема блока аналоговых коммутаторов, на фиг.8 общий алгоритм работы автоматизированной системы для круглогодичного наблюдения за жизнедеятельностью пчелиных семей, на фиг.9 - общий алгоритм работы ульевого контроллера.

Автоматизированная система для круглогодичного наблюдения за жизнедеятельностью пчелиных семей содержит: ЭВМ 1, блок питания пасеки 2, ульевой контролер 3, микроЭВМ 4, ульевой блок питания 5, измеритель температуры 6, блок определения координат 7, блок аналоговых коммутаторов 8, пчелиные рамки с равномерно распределенными по их поверхности матрицами двухфункциональных индуктивных датчиков положения пчелиной матки и температуры, шина столбцов и строк матрицы индуктивных датчиков 10, шина входных сигналов 11, шина разрешения работы блока определения координат 12, шина данных блока определения координат 13, адресная шина 14, шина разрешения 15, шина данных 16, шина отключения ульевого блока питания 17, шины питания ульевого контроллера 18, приемо-передающая линия 19-20, шина разрешения включения ульевого блока питания 21, шины питания пасеки 22-23, шина включения блока питания N-го ульевого контролера 24.

Ульевая микроЭВМ 4 содержит резисторы 25, 26, 30, 33-36, 42, 43, 45, конденсаторы 32, 37 элементы "ИЛИ-НЕ" 27, 28, 29, 57, 62, резонатор ПК169МА-8АП-4000К 31, элементы "ИЛИ" 38-41, Пороговый элемент 44, усилитель на транзисторе 46, импульсный трансформатор ТР 47, микропроцессор Z80A 48, шинные формирователи К555АП6 50-52, двунаправленный шинный формирователь К589АП16 49, 2 элемента "8И-НЕ" 53, 64 постоянно запоминающее устройство ПЗУ 573РФ 54 дешифратор К555ИД655, элементы 4И-НЕ 56, 58, элементы 2И 59, 60, 63, 66, оперативно запоминающее устройство ОЗУ К537РУ8 61, регистр К555ИР22 65, регистр К555ТМ9 67.

Ульевой блок питания 5 содержит транзисторы 68, 75, 78, 81, 100, 101, резисторы 69, 72, 76, 77, 79, 80, 96, 99, элементы ИЛИ-НЕ 70-71, диоды 73, 83-86, 87-90, стабилитроны 97, 98, трансформатор 82, стабилизатор К142ЕН5А 94, конденсаторы 91-93,95.

Блок измерения температуры 6 содержит: транзистор КП103М 104, резистор 105, элементы с "Z" состоянием 102, 103, аналого-цифровой преобразователь АЦП К1113ПВ1 106.

Блок определения координат 7 содержит: конденсаторы 107, 108, 112, 115, 116, 121, резисторы 109, 110, 114, 117, 118, 120, транзистор КТ3102111, стабилитрон КС 191 113, одновибратор К555АГ3 119, элемент с "Z" состоянием 122.

Блок аналоговых коммутаторов 8 содержит: аналоговые коммутаторы К591КН 123, 124.

Работа автоматизированной системы для круглогодичного наблюдения за жизнедеятельностью пчелиных семей заключается в следующем. ЭВМ 1 записывается от сети и загружается программой с магнитного носителя. На экране видеомонитора ЭВМ 1 выводится сообщение о возможных режимах работы. Запрос номера интересующего оператора (пчеловодства) улья. При соответствующем выборе пчеловод получает на экране видеомонитора цифровые данные и рисунки о месте расположения пчелиной матки, распределения температурных полей, размещение расплода интересующей пчелосемьи. Алгоритм (фиг.8) поясняет работу автоматизированной системы для круглогодичного наблюдения за жизнедеятельностью пчелиных семей. Оператор (пчеловод) загружает в ЭВМ с накопителя необходимое программное обеспечение (позиция 1). При запуске программы на экране видеомонитора появляется запрос о режимах работы и N улья (позиция 2). В зависимости от выбора: обзор температурных полей (позиция 3) или определение координат матки (позиция 4), производится обмен информацией с ульевым контролером в последовательном двоичном коде (позиция 5). Полученная информация с выбранного контролера обрабатывается и на экране видеомонитора появляется рисунок с координатами размещения пчелиной матки (позиция 6), или рисунок и размещением пчелиного расплода (позиция 7), далее идет проверка на конец работы (позиция 8) или запрос номера следующего улья.

Алгоритм (фиг.9) поясняет работу ульевого контролера 3. После включения ульевого блока питания 5, с микввроЭВМ 4 осуществляется начальная установка, автоматический выход на начало программы. По двунаправленной приемо-передающей линии 19-20 микроЭВМ 4 выдает сигнал готовности и переходит в режим приема работы (позиция 1). Принятый код анализируется. Если он соответствует измерению температуры (позиция 2), то происходит к подпрограмме измерения температуры. МикроЭВМ 4 по шине разрешения 15 разрешает работу измерителю температуры 6. Если принятый с микроЭВМ код не соответствует измерению температуры (позиция 2), то он анализируется на соответствии определению координат матки (позиция 3) и при совпадении кодов, по шине разрешения 12 выбирается блок определения координат (позиция 5). По адресной шине 14 микроЭВМ последовательно выставляет два четырех разрядных двоичных кода (позиция 6), посредством которых блок аналоговых коммутируют индуктивные датчики на шину входных сигналов 11, информационные сигналы с которой поступают на входы блока измерения температуры 6, блока определения координат 7. Программа работы предусматривает проверку на конец опроса датчиков (позиция 6). Если не все опрошены, данные по шине 13 или 18 поступают в микроЭВМ 4 (позиция 8), затем счетчик датчиков находящийся в внутренней структуре блока аналоговых коммутаторов 8 увеличивается на единицу (позиция 9) и переход на проверку на конец (позиция 6). Если датчики опрошены все, микроЭВМ 4 по приемо-передающей линии 19-20 принимает сигнал готовности приема ЭВМ 1 (позиция 10), по той же линии передает данные (позиция 11), а по шине 17 отключает ульевой блок питания 5 (позиция 12).

Блок измерения температуры 6 (фиг.5) содержит АЦП 106 аналоговый вход которого соединен с источником тока на элементах 104, 105. Блок измерения температуры с шины входных сигналов 11 принимает информацию в виде терморезистора. Индуктивные датчики имеют большое число витков и изготовлены из тонкой медной проволоки в виде плоско-цилиндрических катушек размерами: 5 мм диаметр, 2 мм толщина с сопротивлением 2-3 ком. При измерении температуры изменяется сопротивление датчика, а следовательно значение тока на аналоговом входе АЦП 106. Восьмиразрядный цифровой код по шине данных 16 поступает в микроЭВМ 4.

Если выбран режим работы определения координат матки то по шине разрешения 12 ульевого контролера 3 фиг. 1 поступает сигнал разрешения на вход разрешения работы блока определения координат 7 (фиг.6). Работа которого заключается в следующем. Племенные матки на пчелофермах метят путем наклеивания на ее спинку токопроводящего материала размером 1,5-2,5 мм, окрашенную с внешней стороны в оранжевый цвет для визуального контроля. Скоммутированный блоком аналоговых коммутаторов 8 индуктивный датчик включен в LC контур генератора выполненного на элементах 107, 108, 111, 109, 110, 114, настроенного на определенную частоту. Выход генератора подключен к входу одновибратора 119, на выходе которого формируется определенный импульс, длительность которого задается с помощью время задающей цепочки 120, 121. При перемещении матки по сотам над датчиками на расстоянии (1,2-1,5) см достаточно, чтобы индуктивность LC контура изменилась, а следовательно частота генератора. Длительность выходного импульса также изменяется это и будет признаком "присутствия". Импульс пройдя через элемент 122 поступает по шине данных блока определения координат 13 на нулевой разряд шины данных 16.

Таким образом, предлагаемая автоматизированная система для круглогодичного наблюдения за жизнедеятельностью пчелиных семей за счет применения индуктивных датчиков позволяет оперативно и точно определять координаты пчелиной матки, а также определять остальные параметры пчелиной семьи, это расположение пчелиного расплода, формирование пчелиного клуба, распределение температурных полей. Применение индуктивных датчиков позволяет иметь высокую линейность измерения температуры во всем диапазоне измерения (-35^o +40^o)C. Достаточно точное и одновременное определение температуры и координат размещения матки в динамике ее перемещения позволяет делать выводы о динамике развития пчелосемьи. Данное изобретение может найти применение в научно-исследовательских учреждениях изучающих взаимоотношения в пчелосемьях, а также пчеловодческих организациях.

Источники информации 1. Михаил Мачичка. Пчеловодство оборудование, инвентарь и их самодельное производство, стр. 287. Устройство для определения состояния пчелиных семей. 1988. "Природа" БРАТИСЛАВА.

2. Авторское свидетельство N 1588344 (прототип). 2 4

Формула изобретения

Автоматизированная система для круглогодичного наблюдения за жизнедеятельностью пчелиных семей, содержащая контроллер пасеки, включающий центральные блок питания и ЭВМ, контроллеры ульев, каждый из которых включает датчики параметров жизнедеятельности пчелиной семьи для размещения на ульевых рамках с вощинодержателями, выполненные в виде матриц, блок аналоговых коммутаторов, ульевую микро-ЭВМ, блок питания и блок измерения температуры, первый выход которого связан с первым информационным входом ульевой микро-ЭВМ, первый и второй управляющие и адресный выходы которой подключены, соответственно, к первому управляющему входу блока питания, входу управления блока измерения температуры и адресному входу блока аналоговых коммутаторов, при этом первая группа аналоговых входов последнего соединена с шиной строк матриц индуктивных датчиков параметров жизнедеятельности пчелиной семьи всех ульевых рамок данного улья, а выходные шины центрального блока питания контроллера пасеки связаны с входными шинами блоков питания контроллеров всех ульев, причем выход и вход центральной ЭВМ контроллера пасеки посредством первой и второй линий связи соединены, соответственно, со вторым информационным входом и информационным выходом ульевой микро-ЭВМ контроллера каждого улья, отличающаяся тем, что в контроллер каждого улья введен узел контроля месторасположения пчелиной матки, включающий блок определения координат месторасположения пчелиной матки и метку из токопроводящего материала для размещения на теле пчелиной матки, а в качестве датчиков параметров жизнедеятельности пчелиной семьи для размещения на ульевых рамках с вощинодержателями использованы индуктивные датчики положения пчелиной матки и температуры, при этом выход блока аналоговых коммутаторов соединен с объединенными между собой измерительным входом блока измерения температуры и первым входом блока определения координат месторасположения пчелиной матки, второй вход и выход которого подключен, соответственно, к управляющему входу и информационному входу блока измерения температуры, причем вторая группа аналоговых входов блока аналоговых коммутаторов соединена с шиной столбцов матриц индуктивных датчиков положения пчелиной матки и температуры, а управляющий выход центральной ЭВМ контроллера пасеки связан с вторым управляющим входом блока питания контроллера первого улья, при этом управляющий выход и второй управляющий вход блока питания контроллера каждого улья соединены, соответственно с вторым управляющим входом блока питания контроллера последующего улья и управляющим выходом блока питания контроллера предыдущего улья, кроме первого.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9