Патент на изобретение №2159034
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА ДЛЯ КРУГЛОГОДИЧНОГО НАБЛЮДЕНИЯ ЗА ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТЬЮ ПЧЕЛИНЫХ СЕМЕЙ
(57) Реферат: Система содержит контроллер пасеки, в состав которого входят ЭВМ пчеловода, блок питания и приемопередатчик пасеки, звуковая карта, блок управления, контроллер улья, в состав которого входят приемопередатчики и блоки питания ульев, блок управления улья, преобразователь температура – частота холодных спаев, высокочастотный генератор, усилитель звука, микрофон, дешифратор со стробированием, блок ключей, блоки сопряжения приема температурной информации, блоки передачи питания, коммутатор температурной информации, контроллеры пчелиных рамок, размещенные на верхних планках пчелиных рамок, которые содержат в средостении пчелиных сотов матрицы температурных датчиков. В состав контроллеров пчелиных рамок входят коммутаторы датчиков по осям абсцисс и ординат, блок питания пчелиной рамки, счетчик датчиков, блок начальной установки рамки, блок сопряжения передачи температурной информации, блок сопряжения приема питания рамки, усилитель термоЭДС, тактовый генератор, генератор пилообразного напряжения, преобразователь температура – время. В качестве термодатчиков применена сетка из термопарных датчиков, холодные спаи которых установлены на боковых планках пчелиных рамок в количестве, равном числу горизонтальных проводников. Автоматизированная система имеет двухпроводную совмещенную с электропитанием линию связи. Систему можно использовать и на передвижных пасеках с меньшими затратами времени на ее установку в рабочее состояние. Возможность без помех переставлять пчелиные рамки с пчелами в объеме улья ведет к удобству в работе с ними, повышает надежность и промышленное освоение системы. 3 ил. Изобретение относится к пчеловодству и может найти применение для круглогодичного наблюдения за жизнедеятельностью пчелиных семей по распределению тепловых полей в улье на индивидуальных и коллективных пасеках. Известны устройства, обеспечивающие круглогодичный контроль за жизнедеятельностью пчелиных семей по распределению тепловых полей. Все эти устройства имеют основной недостаток – большое количество проводных соединений на пасеке, в улье, узкие функциональные возможности, высокая сложность ульевых контроллеров, недостаточная экономичность по энергопотреблению, а также наличие большого количества разъемных соединений при съеме температурной информации, так как значительная часть свободного пространства в улье покрывается воском, прополисом, что создает определенные неудобства при работе с пчелами, нарушается надежность контактных соединений [1]. Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению является автоматизированная система для круглогодичного наблюдения за жизнедеятельностью пчелиных семей [2], содержащая контроллер пасеки, включающий ЭВМ пчеловода и контроллеры ульев, каждый из которых включает эталонный преобразователь температура – частота и контроллеры пчелиных рамок по числу последних, включающие каждый датчики температуры, выполненные в виде матриц для размещения на пчелиных рамках с вощинодержателями, коммутаторы датчиков по осям абсцисс и ординат, блок питания рамки, преобразователь температура – частота, блок начальной установки рамки и счетчик датчиков рамки, первый установочный вход которого связан с выходом блока начальной установки рамки, а шины матрицы датчиков температуры по осям абсцисс и ординат соединены с первыми входами коммутаторов датчиков по осям абсцисс и ординат, выходы которых подключены к первому и второму входам преобразователя температура – частота, при этом шины питания блока питания рамки соединены с шинами питания преобразователя температура – частота, блока начальной установки рамки, счетчика датчиков рамки и коммутаторов датчиков по осям абсцисс и ординат, контроллер пасеки содержит приемопередатчик пасеки, блок питания пасеки, а каждый приемопередатчик улья содержит приемопередатчик улья, частотно-полосовой фильтр, управляемый тактовый генератор, блок питания улья, блок модуляции, коммутатор температурной информации, счетчик температурной информации, блок начальной установки улья, фотоприемники и светоизлучатели контроллера улья по числу пчелиных рамок, при этом каждый контроллер пчелиной рамки включает светоизлучатели и фотоприемники пчелиной рамки, причем информационный ввод ЭВМ пчеловода связан с первым информационным вводом приемопередатчика пасеки, второй ввод которого соединен с информационными вводами приемопередатчиков ульев, а выходы блока питания пасеки подключены к входам блоков питания ульев, при этом в каждом контроллере улья первый выход блока модуляции соединен с первым входом приемопередатчика улья, а второй выход – с объединенными входами светоизлучателей контроллера улья, причем выход приемопередатчика улья подключен к входу частотно-полосового фильтра, выход которого соединен со вторым входом приемопередатчика улья и с входом управляемого тактового генератора, а выход последнего связан с первым тактирующим входом счетчика температурной информации и с первым входом блока модуляции, при этом выход блока начальной установки улья соединен со вторым установочным входом счетчика температурной информации, с третьим входом приемопередатчика улья и вторым установочным входом блока модуляции, причем первый выход счетчика температурной информации подключен к адресному входу коммутатора температурной информации, а второй выход соединен с входом блока начальной установки улья, при этом информационный выход коммутатора температурной информации связан с третьим модулирующим входом блока модуляции, а выходы фотоприемников контроллера улья соединены с информационными входами коммутатора температурной информации, при этом в каждом контроллере пчелиной рамки выходы фотоприемника пчелиной рамки связаны со вторым тактирующим входом счетчика датчиков рамки, первый и второй выходы которого связаны с адресными вторыми входами коммутаторов датчиков по осям ординат и абсцисс, а третий выход счетчика датчиков рамок подключен к входу блока начальной установки рамки, при этом выход преобразователя температура – частота соединен с входом светоизлучателя пчелиной рамки, а выход эталонного преобразователя температура – частота связан с четвертым входом блока модуляции, причем входы фотоприемников контроллера улья по числу пчелиных рамок оптически связаны с выходами светоизлучателей пчелиных рамок, а выходы светоизлучателей контроллера улья по числу пчелиных рамок оптически связаны с входами фотоприемников пчелиных рамок, при этом выходы блока питания улья соединены с шинами питания приемопередатчика улья, частотно-полосового фильтра, управляемого тактового генератора, блока модуляции, коммутатора температурной информации, счетчика температурной информации, блока начальной установки улья и эталонного преобразователя температура – частота, а шины питания блока питания пчелиной рамки связаны с шинами питания светоизлучателя пчелиной рамки и фотоприемника пчелиной рамки, система снабжена токопроводниками для подвода напряжения питания к контроллеру пчелиной рамки, выполненными в виде оголенных электропроводников соответственно для размещения в местах подвески пчелиных рамок с двух сторон корпуса улья, соединения с выходами блока питания улья, для установки с двух сторон каждой пчелиной рамки в месте для контакта с корпусом улья и соединения с входами блока питания рамки, система снабжена токопроводниками для подвода напряжения питания к дополнительным корпусам улья, выполненным в виде оголенных электропроводников для расположения в местах стыка на каждом дополнительном корпусе улья и соединения на любых двух сторонах каждого корпуса улья между собой и с соответствующими оголенными электропроводниками для размещения в местах подвески пчелиных рамок с двух сторон корпуса улья, фотоприемники и светоизлучатели контроллеров улья размещены на планке для установки на корпусе улья напротив места расположения светоизлучателей и фотоприемников пчелиных рамок, выполненных для установки на боковых планках пчелиных рамок. Недостатком системы является большое количество проводных соединений на пасеке, узкие функциональные возможности, сложность и неэкономичность по энергопотреблению, наличие контактных соединений в улье, отсутствие возможностей использовать пчелиные рамки с термопарными датчиками. Применение терморезисторных датчиков повышает трудоемкость изготовления, стоимость рамок, снижает эксплутационную надежность при съеме устаревших сотов и установке искусственной вощины. С целью устранения указанных недостатков в автоматизированную систему для круглогодичного наблюдения за жизнедеятельностью пчелиных семей, содержащую контроллер пасеки, включающий ЭВМ пчеловода, блок питания пасеки, приемопередатчик пасеки, приемопередатчики и блоки питания ульев, коммутатор температурной информации, контроллеры ульев, каждый из которых включает контроллер пчелиной рамки, размещенных на верхних планках пчелиных рамок, которые содержат в средостении пчелиных сотов матрицы температурных датчиков, коммутаторы датчиков по осям абсцисс и ординат, блок питания пчелиной рамки, блок начальной установки рамки, счетчик датчиков, блок начальной установки рамки, выход блока начальной установки рамки соединен с установочным входом счетчика датчиков, выход которого соединен с адресным входом коммутатора датчиков по осям абсцисс и ординат, введены в контроллер пасеки звуковая карта, блок управления пасеки, в контроллер улья – блок управления улья, усилитель звука, микрофон, преобразователь температура – частота холодных спаев, высокочастотный генератор, дешифратор со стробированием, блок ключей, блок сопряжения приема температурной информации, блок сопряжения питания рамки, в контроллер рамки – блок сопряжения передачи температурной информации, блок сопряжения приема питания, усилитель термоЭДС, тактовый генератор, преобразователь температура – время, генератор пилообразного напряжения, в качестве термодатчиков применена сетка из термопарных датчиков с холодными спаями, установленных на боковых планках пчелиных рамок в количестве, равном числу горизонтальных проводников, причем первые выходы холодных спаев соединены с входами горизонтальных проводников сетчатой термопарной матрицы, вторые выходы холодных спаев и выходы вертикальных проводников сетчатой термопарной матрицы соединены с первым и вторым адресными входами коммутатора датчиков по осям абсцисс и ординат, выход которого соединен с входом усилителя термоЭДС, а его выход соединен с первым входом преобразователя температура – время, второй вход которого соединен с выходом генератора пилообразного напряжения, а его вход соединен с выходом тактового генератора и со счетным входом счетчика датчиков, адресный выход которого соединен с адресным входом коммутатора датчиков по осям абсцисс и ординат, установочный выход счетчика датчиков соединен с выходом блока начальной установки, выход преобразователя температура – время соединен с входом блока сопряжения передачи температурной информации, выход блока сопряжения приема питания соединен с входом блока питания рамки, выходы которого соединены с питающими шинами преобразователя температура – время, генератора пилообразного напряжения, тактового генератора, усилителя термоЭДС, коммутатора датчиков по осям абсцисс и ординат, счетчика датчиков, блока начальной установки рамки, выходы блоков сопряжения приема температурной информации соединены с канальными входами коммутатора температурной информации, выход которого соединен с входом блока управления улья и с первым входом приемопередатчика улья, а его адресный вход соединен с адресным входом дешифратора со стробированием и с адресным выходом блока управления улья, выход микрофона соединен с входом усилителя звука, а его выход соединен со вторым входом приемопередатчика улья, выход преобразователя температура – частота холодных спаев соединен с третьим входом приемопередатчика улья, первый и второй выходы блока управления улья соединены с четвертым и пятым входами приемопередатчика улья, выход высокочастотного генератора соединен со стробирующим входом дешифратора со стробированием, ввод блока питания улья соединен с вводом-выводом приемопередатчика улья, выходы блока питания улья соединены с питающими шинами блока управления улья, приемопередатчиком улья, высокочастотным генератором усилителя звука, преобразователя температура – частота холодных спаев, дешифратора со стробированием, коммутатора температурной информации, блока ключей, вводы-выводы всех контроллеров ульев соединены через общую системную линию связи и соединены с вводом-выводом приемопередатчика пасеки, первый вход которого соединен с выходом блока питания пасеки, а второй вход соединен с выходом блока управления, первый выход приемопередатчика пасеки соединен с входом звуковой карты, а второй выход соединен с приемным вводом ЭВМ пчеловода, выход звуковой карты соединен с входом ЭВМ пчеловода. Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 приведена структурная схема автоматизированной системы для круглогодичного наблюдения за жизнедеятельностью пчелиных семей; на фиг. 2 – формы временных сигналов обмена ЭВМ пчеловода с контроллером улья (a, b, c, d, e, f); на фиг. 3 – эпюры сигналов преобразования температуры во время (a, b, c, d). Автоматизированная система для круглогодичного наблюдения за жизнедеятельностью пчелиных семей (фиг. 1) содержит контроллер пасеки 1, ЭВМ пчеловода 2, звуковую карту 3, блок управления контроллера пасеки 4, приемопередатчик пасеки 5, блок питания пасеки 6, контроллеры ульев 7, блок управления улья 8, приемопередатчик улья 9, блок питания улья 10, высокочастотный генератор 11, усилитель звука 12, преобразователь температура – частота холодных спаев 13, микрофон 14, дешифратор со стробированием 15, коммутатор температурной информации 16, блок ключей 17, блок сопряжения приема температурной информации 18, блок передачи питания 19, контроллер рамки 20, блок сопряжения передачи температурной информации 21, преобразователь температура – время 22, блок питания рамки 23, блок сопряжения приема питания рамки 24, холодные спаи 25, тактовый генератор 26, усилитель термоЭДС 27, генератор пилообразного напряжения 28, коммутатор датчиков по осям абсцисс и ординат 29, блок начальной установки рамки 30, счетчик датчиков 31, пчелиную рамку с сетчатой термопарной сеткой 32, системную линию связи 33, принтерный выход 34, приемный ввод ЭВМ пчеловода 35, адресную шину 36, шину температурной информации 37, шину звуковой информации 38. Конструктивно контроллер улья 7 монтируется в стенку улья. Для этого в стенке улья вырезают гнездо для корпуса контроллера улья. Блок сопряжения передачи питания рамки 19 состоит из катушки индуктивности. Блок сопряжения приема питания рамки 24 конструктивно представляет собой катушку индуктивности. Катушки индуктивности блоков сопряжения передачи питания рамки 18 размещаются на специальной планке, которая закрепляется в улье с одной стороны мест подвесок пчелиных рамок. Число катушек индуктивности соответствует количеству контролируемых пчелиных рамок. Блоки сопряжения приема питания пчелиной рамки 24 (катушки индуктивности) крепятся под плечиками с одной стороны в месте подвески пчелиных рамок. С другой стороны подвесок пчелиных рамок устанавливаются блоки сопряжения передачи температурной информации 21 в виде катушек индуктивности. Блоки сопряжения приема температурной информации 18 устанавливаются на специальной планке, которая крепится в улье с другой стороны подвески пчелиных рамок. Холодные спаи 25 пчелиных рамок с матрицей термопарной сетки 32 компактно крепятся с внешней стороны боковых планок. Терморезистивный или диодный датчик преобразователя температура – частота крепится в стенке улья в средней его части против холодных спаев 25 средней пчелиной рамки с матрицей термопарной сетки 32. Автоматизированная система для круглогодичного наблюдения за жизнедеятельностью пчелиных семей работает следующим образом. Блоки контроллера пасеки 1: ЭВМ пчеловода 2, звуковая карта 3, блок управления контроллера пасеки 4, приемопередатчик пасеки 5 запитываются от автономного блока питания пасеки 6. ЭВМ пчеловода 2 при наличии электросети запитывается от электросети. В ЭВМ пчеловода 2 вводится программное обеспечение. При включении блока питания пасеки 6 (может быть применен электрический аккумулятор 12 В) напряжение 12 В поступает в приемопередатчик пасеки 5. В приемопередатчике 5 напряжение питания снижается до 5 В и через ввод-вывод в системную линию связи 33 поступает постоянное дежурное питающее напряжение 5 В, которое запитывает все контроллеры ульев 7. Из системной линии связи 33 питающее напряжение поступает в блок питания улья 10, который выделяет и выпрямляет электропитание. Блок управления контроллера пасеки 4 изготовлен с применением микроЭВМ, обеспечивает управление работой приемопередатчика 5, а также преобразует параллельный код имени улья, поступающего с принтерного выхода 34, в последовательный. Для активизации контроллеров ульев 7 ЭВМ пчеловода 2 выдает на принтерный выход 34 параллельный код имени в блок управления контроллера пасеки 4, который выдает последовательный код в приемопередатчик пасеки 5. Приемопередатчик контроллера пасеки обеспечивает выдачу на ввод-вывод в системную линию связи кодовых посылок имени улья с амплитудой 12В (фиг. 2а). После окончания передачи кода имени выбранного улья ЭВМ пчеловода 2 переходит в режим ожидания, в системной линии связи восстанавливается дежурное питающее напряжение 5 В, обеспечивающее электропитание всех контроллеров улья 7. ЭВМ пчеловода 2 в случае совпадения кода имени в выбранном контроллере улья 7 по системной линии связи 33 получает ответную посылку, подтверждающую подключение выбранного улья. Такую ответную посылку обеспечивает блок управления улья 8, который изготовлен на базе микроЭВМ. Ответная посылка в виде последовательной кодовой посылки поступает в приемопередатчик улья 9, которая далее через приемопередатчик улья 9, системную линию связи 33, приемопередатчик пасеки 5 поступает на приемный ввод ЭВМ пчеловода 35 (фиг. 2b). После получения подтверждения кода имени ЭВМ пчеловода 2 выдает кодовую посылку команды контроллеру улья 7 для включения режима работы (принимать температурную информацию или слушать звуковые сигналы пчел) (фиг. 2а) и переходит в режим приема избранной информации. Программа работы ЭВМ пчеловода устанавливает с пчеловодом диалоговый режим работы. На экране дисплея появляются диалоговые вопросы (Сколько ульев на пасеке?, С которыми ульями хотите работать?, Какой вид информации хотите получить?). Если выбрана обработка звуковой информации, то определяется время прослушивания выбранного улья. В случае приема температурной информации, блок управления контроллера улья 8 подает сигнал в приемопередатчик улья 9 для подключения преобразователя температура – частота холодных спаев 13 для получения температурной информации в окрестности холодных спаев 25. Температура холодных спаев, преобразованная в частоту, через приемопередатчик улья 9, системную линию связи 33, приемопередатчик пасеки 5 поступает на приемный ввод ЭВМ пчеловода 35 (фиг. 2с). Длительность передачи температурной информации о температуре холодных спаев 25 определяет блок управления улья 8. После передачи температурной информации холодных спаев 25 блок управления улья 8 по адресной шине 36 выдает код для подключения дешифратора со стробированием 15 и коммутатора температурной информации 16, которые подключают первый контроллер рамки 20. Высокочастотный генератор 11 подает импульсы на стробирующий вход дешифратора со стробированием 15, и на первом его выходе появляется пачка высокочастотных импульсов, которые поступают на первый ключ блока ключей 17. Длительность пачки импульсов определяет время электропитания контроллера рамки 20 (фиг. 2d). С первого выхода блока ключей 17 высокочастотные импульсы поступают в блок сопряжения передачи питания рамки 19. Высокочастотные импульсы индукционным путем наводят напряжение в блоке сопряжения приема питания рамки 24, которое поступает в блок питания рамки 23. Блок начальной установки рамки 30 вырабатывает сигнал начальной установки, который устанавливает счетчик датчиков 31 в исходное начальное состояние. Коммутаторы датчиков по осям абсцисс и ординат 29 подключают первый температурный датчик термопарной сетки пчелиной рамки 32. ТермоЭДС с этого датчика поступает в усилитель термоЭДС 27, где усиливается и поступает на первый вход преобразователя температура – время 22. На второй вход преобразователя температура – время 22 поступает пилообразное напряжение с выхода генератора пилообразного напряжения 28. Работа генератора пилообразного напряжения организована так, что пилообразное напряжение на его выходе синхронно с работой тактового генератора 26 (фиг. 3а,b). Температура на выходе преобразователя температура – время 22 преобразуется в длительности импульсов (фиг. 3c,d; фиг. 2e) которые затем поступают в блок сопряжения передачи температурной информации 21. Тактовый генератор 26 последовательно изменяет адрес счетчика датчиков 31 и позволяет отделять температурную информацию данного датчика от информации соседних датчиков (фиг. 3d). Блок сопряжения приема температурной информации 18 обеспечивает прием импульсов через коммутатор температурной информации 16 на шину температурной информации 37, которые затем поступают в блок управления улья 8 и в приемопередатчик улья 9. Последовательность импульсов различной длительности через приемопередатчик улья 9, системную линию связи 33, приемопередатчик пасеки 5, поступает на приемный ввод ЭВМ пчеловода 35, где длительность импульсов преобразуется в температуру, получаемую с каждого датчика температуры. Блок управления улья 8 подсчитывает количество поступающих импульсов (матрица состоит из узлов термопарной сетки 8х4) и при достижении количества температурных датчиков (узлов термопарной сетки пчелиной рамки 32) изменяет код на адресной шине 36 на единицу, что позволяет переключить дешифратор со стробированием 15 и коммутатор температурной информации 16 на прием температурной информации со следующего контроллера рамки 20. После выдачи температурной информации от всех рамок блок управления улья 8 снимает адресный код с шины адреса 36, отключая прием температурной информации с этого улья. После этого ЭВМ пчеловода 2 повторно выдает команду (допустим, прослушивание) и переходит на прослушивание (фиг. 2f). Блок управления улья 8 обеспечивает подключение усилителя звука 12. Микрофон 14 находится между утеплительной подушкой и надрамочным холстиком. Звуки с микрофона 14 поступают в усилитель звука 12, усиливаются и через приемопередатчик улья 9, системную линию связи 33, приемопередатчик пасеки 5, шину звуковой информации 38 поступают в звуковую карту 3, где звуковой сигнал предварительно нормируется и оцифровывается а затем поступает в ЭВМ пчеловода 2. Таким образом, предлагаемую автоматизированную систему для круглогодичного наблюдения за жизнедеятельностью пчелиных семей можно использовать и на подвижных пасеках. При этом уменьшается время установки системы в рабочее состояние, а следовательно, и трудозатраты. В ульях отсутствуют разъемные и проволочные соединения с датчиками пчелиных рамок. Появляется возможность без помех переставлять пчелиные рамки с пчелами в объеме улья, что ведет к удобству в работе с пчелами, значительно повышает надежность и промышленное освоение систем. Предлагаемая автоматизированная система имеет двухпроводную совмещенную с электропитанием линию связи, в прототипе перемещение пчел в улье может вызвать сбои в передаче температурной информации с контроллеров пчелиных рамок, так как возможны перекрытия пчелами светоизлучателей по отношению к фотоприемникам. Места подвески рамок пчелами запрополюсовываются, поэтому в прототипе низка надежность контактной передачи электропитания на контроллеры рамок в местах их подвесок. Применение термопарной сетки в качестве датчиков температуры снижает трудоемкость изготовления рамок, стоимость рамок, повышается эксплуатационная надежность при съеме устаревших сотов и установке искусственной вощины, повышает устойчивость к тряске. Применение PIC контроллера в блоках управления пасеки, блоках управления улья позволило существенно оптимизировать схемные построения, а применение КМОП микросхем – снизить энергопотребление и обеспечивать достаточно надежную передачу и приема информации. Системы применимы в использовании современных IBM вычислительных машин. Обеспечение пасек такими системами позволяeт организовать контроль за пчелиными семьями, расположенными на разных точках размещения. Источники информации 1. RU 2063687 C1, Курский ГТУ, кл. A 01 K 57/00, 1996. 2. RU 2101942 C1, Курский ГТУ, кл. A 01 K 57/00, 1998. Формула изобретения
РИСУНКИ
MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 06.05.2001
Номер и год публикации бюллетеня: 33-2002
Извещение опубликовано: 27.11.2002
|
||||||||||||||||||||||||||
