CC BY
5УДК 681.5.08
АВТОМАТИЗАЦИЯ МОНИТОРИНГА ПАРАМЕТРОВ ПАСЕКИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ GSM-КАНАЛА СВЯЗИ
Кириков М.Р., студент, направление подготовки 15.03.04 Автоматизация технологических процессов и производств, Оренбургский государственный университет, Оренбург e-mail: zhurnal_sts@mh56.ru
Кириков Р.В., студент, направление подготовки 09.04.01 Информатика и вычислительная техника, Оренбургский государственный университет, Оренбург e-mail: romic@p6.ru
Научный руководитель: Сергеев А.И., доктор технических наук, доцент, профессор кафедры систем автоматизации производства, Оренбургский государственный университет, Оренбург e-mail:alexandr_sergeew@mail.ru
Аннотация. Многочисленные фальсификации пчеловодной продукции приводят к экономическим потерям, а также снижению репутации добросовестного пчеловода. Для успешного продвижения качественной пчеловодной продукции в условиях современного рынка необходимо снижение её себестоимости.
В статье предлагается использовать программно-аппаратный комплекс мониторинга состояния пасеки, который осуществляет сбор, обработку и передачу данных, таких как вес улья, температура окружающего воздуха, давление и влажность.
На основе полученной информации возможно принятие оптимальных решений, например, перевозка пасеки в наиболее подходящее место, медицинская обработка, подготовка пасеки к различным сезонным работам. Оптимизация работ на пасеке позволит добиться снижения себестоимости готовой продукции. Также в статье приводится обзор аналогов и возможность использования в других отраслях.
Ключевые слова: автоматизация, мониторинг, пчеловодство, электронные весы, контроль состояния пасеки, тензодатчик, GSM.
AUTOMATION OF MONITORING OF PASEKI PARAMETERS USING GSM COMMUNICATION CHANNEL
Kirikov M.R., student, training direction 03.15.04 Automation of technological processes and production, Orenburg State University, Orenburg e-mail: zhurnal_sts@mh56.ru_
Kirikov R.V., student, training direction 09.04.01 Computer science and computer engineering, Orenburg State University, Orenburg e-mail: romic@p6.ru_
Scientific adviser: Sergeev A.I., Doctor of Technical Sciences, Associate Professor, Professor of the Department of Production Automation Systems, Orenburg State University, Orenburg e-mail: alexandr_sergeew@mail.ru
Abstract. Numerous falsifications of apicultural products lead to economic losses, as well as reduce the reputation of a conscientious beekeeper. For the successful promotion of high-quality bee products in the conditions of the modern market, it is necessary to reduce its cost.
The article proposes to use a hardware-software complex for monitoring the state of the apiary, which collects, processes and transfers data such as the weight of the hive, ambient temperature, pressure and humidity.
On the basis of the information received, it is possible to make optimal decisions, for example, transporting the apiary to the most suitable place, medical treatment, preparing the apiary for various seasonal work. Optimization of work in the apiary will reduce the cost offinished products. The article also provides an overview of analogues and the possibility of use in other industries.
Keywords: automation, monitoring, beekeeping, electronic scales, apiary state control, load cell, GSM.
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
Многочисленные подделки меда приводят к снижению стоимости пчеловодной продукции. Пчеловодам, производящим натуральную продукцию, становится сложнее конкурировать, так как при сборе качественного мёда возникает множество проблем.
Ограниченное время цветения медоносов и их удалённость друг от друга не позволяют единовременно собрать большое количество качественного мёда. В связи с этим возникает необходимость своевременного принятия решений, так как пчеловоду нужно знать, когда требуется перевезти пасеку к медоносу, когда нужно расширить пчелосемьи, когда пора откачать мёд и т. д. Для правильного принятия решений необходимо располагать актуальной информацией о состоянии отдельных семей и пасеки в целом, но в связи с низким уровнем автоматизации пчеловодства для получения данных необходимо присутствие человека, который должен снимать показания и проверять состояние пчёл. Таким человеком может быть сам пчеловод, который будет тратить собственное время, либо наёмный работник, которому необходимо платить заработную плату, либо человека может заменить небольшое автономное устройство.
Для решения указанных проблем и повышения эффективности пчеловодства мы предлагаем программно-аппаратный комплекс, который состоит из двух частей:
- измерительное устройство, которое собирает и отображает на встроенном экране такие данные, как вес, температуру, давление, влажность, список доступных сотовых вышек для данного места, и передает это всё, в зависимости от настроек, либо на сайт, либо в виде СМС;
- программная часть в виде сервера и личного кабинета, на которых производится сбор и последующий анализ данных, просмотр накопленных данных, управление устройствами и выдача рекомендаций по работам на пасеке.
Предлагаемый комплекс позволяет:
- контролировать ежедневные показатели улья (вес, температура, давление, влажность);
- определять начало и окончание взятка (это необходимо, если пчеловод хочет получить моно-флорный мёд, на который существуют ГОСТы, например, чистая липа, акация, гречиха);
- осуществлять поиск перспективных мест сбора мёда (необходимо для увеличения объёма собираемого мёда и реализуется установкой контрольных групп ульев в предполагаемых местах цветения и последующим анализом);
- реализовать функции охраны и поиска устройства (в случае резкого изменения веса отправляется тревожное сообщение, а благодаря накопленным данным о сотовых вышках можно определить местоположение устройства);
- составить карты медоносов с отметками мест и сроков цветения;
- принять оптимальные решения (например, зная вес пустого и полного улья, можно понять, что надо расширить пчелосемью или откачать мёд, если на протяжении нескольких дней нет привесов, значит нужно откачать мёд, проверить состояние пчелосемьи или перевезти пасеку в соответствии с картой медоносов, это далеко не полный список того, что можно определить, зная вес и погоду);
- контролировать условия зимовки пчёл -для успешной зимовки необходимо поддержание определённой температуры и влажности в зимовнике.
На сегодняшний день разработан прототип устройства, который полностью выполняет свои функции, предъявляемые к аппаратной части проекта.
Устройство может работать с тензодатчика-ми как платформенными, так и многоточечными. Платформенные датчики имеют более высокую точность, а также более высокую цену. Многоточечные датчики отличаются низкой ценой и меньшей точностью.
Устройство поддерживает любые типы аккумуляторов с напряжением от 6 до 24 В и способно функционировать в автономном режиме на одной батарее емкостью 5 А/ч напряжением 12 В более года.
В устройстве реализован блок электрической защиты. Оно простое и максимально удешевленное, чтобы иметь конкурентный запас. Устройство может работать как самостоятельно, так и с использованием сервера в Интернете, который расширяет возможности и позволяет собирать данные с пасеки, строить графики, отправлять уведомления, управлять и раздавать программное обеспечение каждому устройству, что позволяет выбирать и модернизировать устройство под конкретную ситуацию.
Данной проблемой занимаемся не только мы. Практически во всём мире ведутся разработки подобных устройств. Все они имеют свои преимущества и недостатки.
Главной проблемой большинства найденных аналогов является низкое время автономной работы (таблица 1, графа 3). Наше устройство способно проработать на одной подзарядке около года, при необходимости время работы можно значительно увеличить без особых вложений.
Все устройства используют только один из типов тензодатчиков, либо одноточечные (О), либо многоточечные (М) (таблица 1, графа 4). Мы предлагаем клиенту самому выбрать тип датчика, так как устройство поддерживает оба варианта (О/М).
У продуктов, отмеченных минусом, полностью отсутствует электрозащита, что может приводить к отказам или к выходу из строя (таблица 1, графа 5).
Таблица 1 - Сравнение аналогов с предлагаемым решением
Название Страна Автономность, дни Тип датчика Элетро-защита Сайт Удаленное обновление Экран Охрана Цена, руб.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Наш вариант Россия 365 О/М + + + + + 10200
BeeWise Франция 45 М ? - - - + 101700
BeeWatch Германия 60 О ? + - - + 89900
XLOG bee Хорватия 3650 О ? + - - + 52800
GSM Классик Польша 45 О - + - + + 42000
SMS cebelar Словения 730 О ? + - + + 37000
Умный улей Белоруссия 60 О - + - + + 19500
BeesScales Россия 7 М - + - - + 19000
Дельта Россия 45 М - - - + - 18000
SmsVaga Сербия 45 О ? + - - + 13600
Наличие сайта расширяет возможности настройки и визуализации собранных данных (таблица 1, графа 6).
Функция удаленного обновления разработана и находится в стадииотладки, у другдханрюдов данная функция не реализована (таблица 1, графа 7).
Наиичие экиана и афтааов упаааления п озволяеа оценить состояние на месте и произвести настрой-б акалиДровку бтз ивпользованиясети ТНИМ или дополнительных инструментов (таблица 1, графа 8).
Праетаиеслд и вснхнонкирелтаиЬ>ункиая охэн-ны реализована в виде отправки тревожных сообщений при критическом изменении веса, но никто не определяет местоположение устройства (таблица 1, графа 9).
Главной возможностью для автоматизации является удалённое управление любым устройством. Помимо управления возможно и обновление встроенного программного обеспечения, идо позвадяет cвoвоpeнeанoycтдaньят любые программные недочёты и изменять функционал устройства.
Передача данных на сервер позволяет рассылать пиедомненао илльеоиктеинсамыми разнаоои способами.
Пди незначительных изменениях устройства становится возможным применение в других отраслях на любых удалённых объектах, за которыми необходимо наблюдение, например, пеллетные котлы, шкафы автоматизации или теплицы.
Литература
1. Егорушкин О. И. Применение микроконтроллеров на базе atmega328p для мониторинга технологических параметров небольших удаленных объектов / О. И. Егорушкин, Е. С. Егорушкина // Информационные технологии в экономике, образовании и бизнесе. - Саратов, 2017. - С. 39-44.
2. Слаттери К. Высокоточные электронные весы на основе микросхем аналого-цифрового преобразования ацп ad7799 и aduc847 / К. Слаттери, М. Най, Д. Ларионов // Компоненты и технологии. - 2006. -№ 5 (58). - С. 176-181.
3. Мухаметзянов Э. В. Автоматизированная система мониторинга и анализа состояния ульев на пасеке / Э. В. Мухаметзянов, А. С. Родионов // Электротехнические и информационные комплексы и системы. - 2017. - Т. 13. - № 3. - С. 51-55.
4. Абдрахманов В. Х. Разработка системы детектирования информационных сигналов звукового диапазона с использованием микроконтроллеров stm32 для мониторинга состояния биологических объектов / В. Х. Абдрахманов, К. В. Важдаев, Р. Б. Салихов // Электротехнические и информационные комплексы и системы. - 2018. - Т. 14. - № 3. - С. 80-87.
5. Хлуденев А. В. САПР радиоэлектронных устройств [Электронный ресурс] / А. В. Хлуденев. -ГОУ ОГУ, 2009. - Режим доступа: http://artlib.osu.ru/web/books/metod_all/1776_20110823.pdf (дата обращения: 20.04.2019).
