Для обеспечения эффективного содержания пчелиных семей необходимы новые устройства и методы контроля за их состоянием. Особенно важен контроль за семьями во время зимовки. Для этого мы предлагаем автоматизированную систему с применением специальных контрольных рамок, установленных в межрамочное пространство каждого улья по середине пчелиного клуба. На контрольной рамке (рис. 1) в качестве датчиков использованы светодиоды, выполняющие функции термодатчиков, и светодиоды, выполняющие функции фотодиодов.
Линейки термодатчиков- светодиодов 6 и термо-фотодатчиков 8 оптически связаны между собой. Для исключения попадания пчел на радиоэлементы планки 4, 5 закрыты крышками 9, 10 с другой стороны контрольной рамки. Планки 4, 5 с датчиками и радиоэлементами могут перемещаться вдоль верхней 1 и нижней 2 планок и удерживаются трением между ними и верхней и нижней планками и винтами. Положение этих планок устанавливает пчеловод в ходе практической эксплуатации индивидуально для каждой семьи и в зависимости от места расположения пчелиного клуба перед зимовкой.
Для удобства контроля в системе используют всего два провода, которые проходят через все ульи пасеки. По ним подается электропитание для электронных схем контрольных рамок, а также выдается код имени выбранного улья и прием информации на ЭВМ (патент 2101943, патент 2126204),
Автоматизированная система контроля состояния пчелиных семей во время зимовки (рис. 2) работает следующим образом. Контроллер пасеки 1 запитывается от сети или от автономного блока питания 3. В ЭВМ 2 вводится программа с магнитного носителя. После этого на экран видеомонитора выводится информация о готовности работы системы. Контроллеры 5 запитываются от блоков питания 7, которые, в свою очередь, запитываются от блока питания 3 по линии связи. Передача информации обеспечивается путем амплитудной модуляции питающего напряжения. После включения блока питания 3 напряжение питания через блок сопряжения питающей и информационной шин 4, двухпроводную линию связи пасеки и блоки сопряжения питающей и информационной шин 6 поступает на блоки питания 7. Напряжение запитывает преобразователь последовательного кода в параллельный 10, блок имени 11 и триггерное устройство 12, на выходе которого устанавливается сигнал, запрещающий блоку питания ульев 7 подавать питание на остальные блоки контроллера ульев 5. При этом все контроллеры ульев находятся в режиме приема. По запросу пчеловода в ЭВМ через клавиатуру вводятся режимы «Калибровка температурных датчиков» и «Проверка оптических датчиков». Все контрольные рамки 16 в этот момент из ульев вынуты.
ЭВМ через блок сопряжения питающей и информационной шин пасеки 4 и двухпроводную линию связи выдает номер улья в виде двоичного времяимпульсного кода. Код имени через блок сопряжения питающей и информационной шин ульев 6 поступает в преобразователь последовательного кода в параллельный 10, который формирует параллельный двоичный код имени. После приема последнего разряда кода имени блокируется преобразователь последовательного кода в параллельный дальнейшего приема информации и разрешает блоку имени произвести сравнение полученного кода с собственным кодом имени. При их совпадении появляется сигнал, который переключает триггерное устройство, формирующее импульс на снятие блокировки. При этом происходит подача напряжения питания на основную питающую шину контроллера улья, что позволяет запитать остальные блоки контроллера ульев и переключать преобразователь последовательного кода в параллельный — в режим приема информации от ЭВМ. ЭВМ выдает код команды, представляющий собой двоичный код, который проходит тот же путь, что и код имени, и появляется на командной шине преобразователя последовательного кода в параллельный. Код команды, содержащий номер датчика и его тип, через командную шину поступает в коммутаторы датчиков 13, 14 и коммутатор линеек датчиков 15. После приема последнего разряда кода на шине разрешения выполнения команды преобразователя последовательного кода в параллельный появляется сигнал, разрешающий коммутаторам датчиков 13,14 и коммутатору линеек датчиков 15 провести коммутацию информации с выбранного датчика. Производится запуск блока задержки 9. Если выбран температурный датчик линейки термодатчиков-све-тодиодов 18, то температурная информация с него через двунаправленную информационную шину термодатчиков-светодиодов, коммутатор термодатчиков-светодиодов 14, выходную шину коммутатора термодатчиков-светодиодов, коммутатор линеек датчиков 15 поступает в преобразователь «напряжение-частота» 8.
Информация поступает на второй информационный вход блока сопряжения питающей и информационной шин улья 6, где происходит амплитудная модуляция питающего напряжения пасеки сигналом температуры, преобразованным в частоту. Далее через двухпроводную линию связи, блок сопряжения питающей и информационной шин 4, входную информационную шину ЭВМ температурная информация в виде частоты поступает на информационный вход ЭВМ. Блок задержки 9 выработает импульс напряжения, который поступит в преобразователь последовательного кода в параллельный и установит его в исходное состояние. При этом запретится передача информации в ЭВМ. ЭВМ производит измерение частоты до момента времени, когда на ее информационном входе окажется нулевая частота. Это является признаком ожидания контроллером улья 5 нового кода команды. ЭВМ, направляя коды команд в контроллер улья, проводит опрос всех 32 температурных датчиков и одновременно с этим формирует массив температурной информации, проводит анализ на наличие и исправность датчиков. Далее ЭВМ определяет температуру с учетом погрешности каждого датчика (светодиодов и фотодиодов, выполняющих функции термодатчиков), формирует рисунок контрольной рамки, проводит обработку температурной и оптической информации. Загрузка оптической информации осуществляется следующим образом. ЭВМ выдает код команды, в котором указываются номер оптопары и режим работы датчиков (выполнение режима работы «фотодатчики—светодиоды», а не режима работы, в котором светодиоды и фотодатчики выполняют функцию термодатчиков). В контроллере улья 5 код команды поступает в коммутаторы датчиков 13,14 и коммутатор линеек датчиков 15. При этом коммутатор светодиодов 14 подводит электропитание к светодиодам на линейке светодиодов 18, а коммутатор фотодатчиков производит считывание оптической информации с линейки фотодатчиков 17, которая через выходную шину коммутатора термофотодатчиков, коммутатор линеек датчиков 15 поступает в преобразователь «напряжение—частота» 8. Оптическая информация преобразуется в частоту, передается в ЭВМ и анализируется так же, как и информация о температуре.
После калибровки датчиков в режиме измерения температуры и проверки датчиков в режиме оптических датчиков контрольные рамки 16 помещают в межрамочное пространство в середину пчелиного клуба. Линейки с датчиками должны быть полностью покрыты насекомыми. Для выполнения этого условия линейки датчиков можно перемещать (приближать или удалять друг от друга). Если в ЭВМ на магнитном носителе есть массив погрешностей температурных датчиков для контролируемого улья, то осуществляется его загрузка в ОЗУ ЭВМ. Затем производится загрузка массива температур из улья с пчелами, учитывая значения погрешностей. После полной загрузки температурной информации (датчики включены в режим измерения температуры) и переключения в режим работы контроля оптической информации проводится ее загрузка.
Оптическая информация формируется при засветке фотодатчиков на линейке 17 светодиодами на линейке 18, что сигнализирует о присутствии (отсутствии) пчел в зоне засветки. Светодиоды и фотодатчики работают в инфракрасном спектре оптического диапазона. Если засветка за время t подключения фотодатчика 17, формируемое блоком задержки 9, колеблется, то это сигнализирует, что пчелиный клуб рыхлый. Этим самым обнаруживается зона повышенной активности пчел, что нельзя достаточно адекватно оценить с помощью одних только температурных датчиков.
После того как ЭВМ получит полную температурную и оптическую информацию, начинается ее обработка. Если засветка фотодатчиков 17 отсутствует или засвечены только нижние или верхние, это говорит о плотности пчелиного клуба. Далее по анализу информации о температуре выполняются формирование рисунка сечения клуба, формирование возможной зоны расплода. В последующем ЭВМ выводит результаты измерений в виде таблицы состояния пчелиной семьи за время зимовки. Если при анализе значений температуры данные отсутствуют в диапазоне 9-38ºС, а при анализе оптической информации устанавливается, что все исправные фотодатчики засвечены, то ЭВМ делает вывод о гибели или о перемещении клуба за пределы области контроля.
Предлагаемая нами автоматизированная система удобна тем, что не требует разборки гнезда, так как контрольная рамка аккуратно вставляется в улочку посередине пчелиного клуба в межрамочное пространство. Схемное построение системы реализовано на микросхемах с малым энергопотреблением.
Разработка находится в стадии макетирования. С целью ее скорейшего внедрения авторы готовы к сотрудничеству с организациями и пчеловодами, которые согласятся финансировать промышленное производство системы автоматизированного контроля за состоянием пчелиных семей во время покоя.
А.Ф.РЫБОЧКИН,
И.С.ЗАХАРОВ
305040, г. Курск, ул. 50 лет Октября, д. 94, КГТУ, кафедра КиТЭВС
Адрес редакции журнала "Пчеловодство":
