Основные физические показатели, характеризующие физиологическое состояние семей в разные периоды их жизнедеятельности, — это температура, влажность, концентрация кислорода и углекислого газа в гнезде пчел. Круглогодичный контроль этих параметров позволяет пчеловодам получать полную информацию об условиях существования пчел, прогнозировать развитие семей, анализировать эффективность используемых приемов и методов по уходу за ними и выбирать наиболее оптимальные. Однако на практике эти возможности ограничены из-за отсутствия пригодного оборудования.
Большинство предлагаемых устройств обладает рядом существенных недостатков, таких, как невозможность одновременного измерения и анализа указанных выше параметров, сложность конструкции, кратковременность работы прибора в автономном режиме, ограниченность функциональных возможностей датчиков, главное, что используемые датчики предполагают вмешательство в жизнедеятельность пчелиных семей. Перечисленных выше недостатков лишен телеметрический модуль, который устанавливают непосредственно над гнездом пчел (между холстиком и утеплительной подушкой). Это устройство предназначено прежде всего для экспресс-диагностики состояния семей в полевых условиях.
Телеметрический модуль (далее – просто модуль) имеет встроенную флэш-память для сохранения и накопления значений измеряемых величин. Данные также могут быть в реальном времени считаны и переданы по USB кабелю в память ПК. При использовании Bluetooth адаптера кабель не потребуется и оператор (пчеловод) может получать данные с расстояния до 100 м от улья, сохраняя их в памяти ноутбука или даже сотового телефона – смартфона. Для быстрой цифровой индикации измеряемых показателей к модулю может быть подключен многострочный алфавитно-цифровой ЖК-индикатор, в который встроен контроллер, аналогичный по интерфейсу основному контроллеру.
Устройство может быть использовано в качестве центральной части системы управления микроклиматом зимовников, где управление нагрузками по температуре, влажности и газовому составу можно осуществлять по заданным режимам, например при выходе измеряемых значений за пределы определенных интервалов. Предусмотрено также управление по дням недели, датам или месяцам. Термостатирование (управление охлаждением или нагреванием) зимовника можно проводить в зависимости от внешней температуры.
Размер модуля 110х90х35 мм. Все датчики подключены к нему с помощью съемных разъемов. Датчики миниатюрные, защищены сетчатыми колпачками и ставятся в небольшие отверстия, проделанные в холстике. В качестве датчиков использованы: аналоговый датчик концентрации кислорода в воздухе KE-25 (Figaro Engineering Inc., Japan), углекислого газа HS-135 (Sencera, Taiwan), влажности HIH-4000 (Honeywell International Inc., USA), цифровой датчик температуры DS18B20 (Maxim, Dallas Semiconductor, USA) и терморезистор СТ3-19 (Россия). Возможно использование датчиков других типов.
Модуль имеет встроенные 32 КБ флэш-памяти, предназначенные для сохранения измерений. Одно измерение, включающее в себя значения текущей даты и времени, концентрации кислорода, углекислого газа, влажности и температуры, занимает 15 байт, что позволяет хранить до 2184 измерений. Модуль автоматически производит измерения и сохраняет их в своей памяти. Интервал между измерениями – от 1 до 255 минут. Интервал в 10 минут обеспечит заполнение всей встроенной флэш-памяти примерно за две недели. При исчерпании свободного места запись производится поверх наиболее старых значений. Использование микросхем памяти больших объемов (до 128 МБ) позволяет записывать и сохранять данные в течение всего пчеловодного сезона.
Средний потребляемый модулем ток не превышает 500 мкА, что позволяет ему непрерывно работать от одной подзарядки аккумулятора 6F22 емкостью 175 мА.ч около двух недель. Имеется возможность подзарядки с помощью внешнего зарядного устройства, а также подключения внешнего аккумулятора (например, свинцового, если модуль работает при низких температурах). Внутри модуля находится встроенная литиевая батарея, предназначенная для поддержания хода часов в случае полной разрядки основного аккумулятора.
Измерительная часть телеметрического модуля реализована на базе 24-битного аналогово-цифрового преобразователя (АЦП) AD7714YN фирмы Analog Devices. Эффективное разрешение АЦП составляет 19–20 бит, что обеспечивает 5–6 правильных знака в измеряемом значении напряжения и определяет разрешающую способность модуля. В качестве источника опорного напряжения (ИОН) использована микросхема REF195G с максимальным температурным коэффициентом 5 ppm/°С в температурном диапазоне —40…40°С. Такой температурный коэффициент обеспечивает дрейф полной шкалы не более чем 0,04% во всем диапазоне. Измерения можно проводить по четырем каналам, каждый имеет настраиваемый предусилитель, позволяющий легко подключать к АЦП различные аналоговые датчики. Использование дополнительных АЦП дает возможность подключения к модулю нужного числа датчиков.
Аналоговые датчики и терморезистор (по мостовой схеме) подключены к АЦП. Измеренное выходное напряжение датчиков преобразуется АЦП в 24-битные коды, которые могут быть сохранены в модуле или выданы по запросу через интерфейс RS-232.
Сбор и обработка информации, а также организация интерфейса с компьютером осуществляются микроконтроллером PIC16F628A, который б ўольшую часть времени находится в «спящем» режиме, что позволяет снизить средний потребляемый им ток до 100 мкА. На этом же микроконтроллере реализованы часы, стабилизированные кварцевым резонатором, с разрешающей способностью одна минута.
Калибровка аналоговых датчиков проводилась по прилагаемой документации. Цифровые датчики откалиброваны производителем и выдают значение абсолютной температуры в цифровом коде. Датчики DS18B20 возможно подключить в шину.
Формат команд общения с модулем позволяет использовать для работы с ним стандартные терминальные программы Windows, например, HyperTerminal. Для обработки и анализа данных можно использовать математические пакеты MathCAD, MATLAB, а графики строить в Origin, Excel и т.д.
Таким образом, основные особенности работы модуля: комплексный контроль внутриульевого микроклимата по основным физическим показателям в динамическом режиме в течение всего пчеловодного сезона; сохранение результатов измерений во встроенной флэш-памяти и их считывание (через USB или Bluetooth) как в реальном времени, так и по истечении определенного периода; изменение интервала между измерениями в широких пределах; автономность работы модуля длительное время без подзарядки аккумуляторов (с указанными выше элементами до двух недель); визуализация результатов измерения с помощью стандартных программ Windows (построение графиков, автоматическое сравнение с эталонными данными других измерений и т.п.) или многострочного алфавитно-цифрового ЖК-индикатора; подключение исполнительных устройств, позволяющих управлять температурой, влажностью и газовым составом зимовника; применение датчиков других типов (ультрафиолетовых лучей, магнитного поля, положения, скорости воздушного потока и т.д.) и увеличения их количества; для научных целей специальные щупы с датчиками могут быть размещены в любом месте гнезда.
В.А.ТОБОЕВ, Е.Н.ДУЛОВ, С.В.ОБОРИН
Чувашский государственный университет
Адрес редакции журнала "Пчеловодство":
