CC BY
85
Новые практические разработки и схемотехнические решения
УДК 681.3
А. Ф. Рыбочкин, д-р техн. наук, профессор, А. А. Бартенев, аспирант,
Юго-Западный государственный университет, г. Курск
Автоматизированный контроль летной деятельности пчел и количества меда в ульях
Ключевые слова: пчела, соты, расплод, моделирование, тепловые поля. Key words: bee, honeycomb, brood, simulation, thermal fields.
Рассматривается возможность контроля динамики летной активности пчел и определения количества приносимого меда в корпуса ульев с применением емкостного датчика. Приводятся результаты экспериментальных исследований, которые показывают, что динамика летной активности пчел зависит от климатических воздействий. Показана возможность построения автоматизированной системы для контроля процессов жизнедеятельности пчелиных семей.
Устройство для контроля летной активности пчел и количества меда в ульях пасеки включает первичный преобразователь емкостного типа (рис. 1). Он представляет собой плоские проводящие электрически изолированные друг от друга пластины из алюминиевой фольги, которыми покрываются боковые стенки улья с внутренней стороны, и две пластины, расположенные на противоположных стенках улья и электрически соединенные экранированным проводником. К остальным двум противоположным пластинам также подсоединены экранированные проводники. В результате образуются две электри-
ческие емкости С1 и С2, первый А, второй В, третий Б выходы и экран К выведены на разъем.
Метод измерения основан на том, что в улье образуются две электрические емкости, по соотношению которых судят о количестве меда в корпусах улья. Они представляют собой емкостной преобразователь, действие которого заключается в следующем. Между пластинами возникает электрическое поле. При наличии в пространстве корпуса улья рамок с медом конфигурация электрического поля изменяется за счет отличия диэлектрических свойств меда от диэлектрических свойств воздуха и пчелиных сотов без меда. При этом изменяется не столько суммарная емкость С1 и С2 (эти изменения составляют не более 1-3 %, в зависимости от количества меда), сколько соотношение между ними, что вызывается перераспределением силовых линий между проводящими пластинами, образующими эти емкости (одна емкость увеличивается, а другая — уменьшается). Отношение емкостей С1 / С2 в зависимости от количества меда в улье может достигать 300 %. Таким образом, данный емкостной преобразователь по сравнению с обычным (две пластины, расположенные на противоположных стенках улья) позволяет повысить чувствительность способа в 100 раз.
Устройство для контроля количества меда (рис. 2) содержит генератор 1, блок ульевых конденсаторов 2, усилитель 3, инвертирующий усилитель 4, устройство выпрямления 5, устройство установки нуля 6, дифференциальный усилитель 7, измерительный прибор 8, блок питания 9.
Работает устройство для контроля летной активности и количества меда следующим образом. При подаче переменного напряжения ивх от генератора 1 с частотой 60 кГц на инвертирующий усилитель 4 на его выходе появится переменный сигнал, усиленный в К раз
K = -
Рис. 1 Емкостной преобразователь
1/(соС2) =-C1 1/(<oC.) C2
(1)
5 8
1
6 7
Рис. 2
Структурная схема устройства для контроля летной активности и количества меда в улье
где К — коэффициент усиления инвертирующего усилителя 4; ю = 2я/; / — частота генератора 1.
Этот сигнал выпрямляется устройством выпрямления 5. Полученное постоянное напряжение, которое пропорционально коэффициенту усиления инвертирующего усилителя 4,
и = | К |и„ = ив
С
Со
(2)
(ивх — переменное напряжение на входе измерительного усилителя), подается на первый вХод дифференциального усилителя 7, на второй вход подается регулируемое с помощью устройства установки нуля 6 постоянное напряжение и от стабилизированного блока питания 9. Выходное напряжение ивых а дифференциального усилителя 7 будет пропорционально разности напряжений и и и2:
ив
Ка(Щ - и2),
(3)
где Ка — коэффициент усиления дифференциального усилителя.
При загрузке корпуса улья пустыми (без меда) рамками производится установка нуля устройством установки нуля 6 путем регулировки и2 таким образом, чтобы оно сравнялось с иг. При заполнении рамок медом будет меняться отношение Сг / С 2, вследствие чего изменится напряжение иг, на выходе дифференциального усилителя 7 появится дифференциальный сигнал = иг - и2, и отградуированный измерительный прибор 8 покажет количество меда в улье.
Применение усилителя 3 позволяет устранить влияние распределенных емкостей экранированных проводников, соединяющих пластины емкостей Сг и С2 (см. рис. г), расположенных в корпусе улья, с устройством для контроля количества меда. Емкость экранированного проводника, соединяющего генератор 1 с одной из пластин емкости Сг корпусного пространства улья, оказывается включенной параллельно выходному сопротивлению генератора 1 и поэтому не оказывает воздействия на измерительную схему устройства для контроля количества меда. Емкость экранированного про-
водника, соединяющего Сг и С2 с инвертирующим входом усилителя 3, не влияет на его работу, поскольку инвертирующий вход усилителя 3 всегда находится под нулевым потенциалом, т. е. эквипотенциален экрану экранированного проводника. Емкость экранированного проводника, соединяющего емкость С2 с выходом усилителя 3, включена параллельно его выходному сопротивлению и также не влияет на работу схемы устройства для контроля количества меда в улье (рис. 2). Емкости соединительных экранированных проводников, если будут больше емкостей самого емкостного преобразователя Сг и С2, не оказывают никакого воздействия на работу измерительной схемы и не снижают ее чувствительность.
Для контроля количества меда в улье использовались пчелиные рамки с медом. Масса рамок: № г — 4 кг, № 2 — 3,4 кг, № 3 — 3,6 кг, № 4 — 3,0 кг, № 5 — 3,2 кг. Сначала в десятирамочный улей типа Дадан были помещены рамки без меда. При контроле для получения точных результатов необходимо соблюдать следующие условия. Пчелиные рамки должны быть однотипные, при этом должна соблюдаться одинаковая установка вощинодержателей (проволочек) в рамке. Кроме того, если в плоскости контролируемой рамки установлены три проволочки, то и в контрольных пчелиных рамках с медом также в середине сота должны быть установлены только три проволочки. В пространство первого корпуса модернизированного улья установлены все г0 рамок без меда. После подключения устройства для контроля количества меда в улье проводят установку нуля с помощью устройства установки нуля 6. На измерительном приборе (вольтметр, желательно цифровой) 7 устанавливают «нуль». Затем из улья вынимают одну пустую рамку, а вместо нее вставляют рамку № г с медом массой 4 кг, при этом на выходе прибора получено напряжение и = 0,бг В. Потом из улья изымают другую рамку и вместо нее устанавливают рамку № 2 с медом массой 3,4 кг, на выходе прибора получено напряжение и = 0,96 В. После этого изымают третью пустую рамку и вместо нее устанавливают рамку № 3 с медом массой 3,6 кг, на выходе прибора получено напряжение и = г,57 В. Затем изымают четвертую пустую рамку и вместо нее устанавливают пчелиную рамку № 4 с медом массой 3 кг, измерительный прибор показал напряжение и = 2,44 В. Наконец изымают пятую пустую рамку и вместо нее устанавливают пчелиную рамку № 5 с медом массой 3,2 кг, на измерительном приборе напряжение 2,56 В.
По полученным показаниям измерительного прибора 7 построена линейная зависимость выходного напряжения от массы меда в ульевых рамках (рис. 3). Заменив все пустые рамки рамками с медом, получают полный тарировочный график для данного корпуса улья, по которому можно програ-дуировать измерительный прибор 7.
№ 5-БС23-24)/2012 |
биотехносфера
и, мВ 2000 гб00 г200 800 400 0
0
г7 г8 г9 20 2г 22 23 г, ч
9 г0 гг г2 г3
т, кг
Рис. 3
График соответствия массы меда напряжению на измерительном приборе
В последующем экспериментальные работы перенесены на пасеку. Выбрана пчелиная семья, которая находилась в однотипном десятирамочном улье Дадан с корпусом, с которого получена тари-ровочная характеристика. 9 мая пчелосемья была расширена — поставили второй корпус, в который установили шесть пчелиных рамок. 4 июня в верхнем втором корпусе было десять пчелиных рамок.
В дополнительный пустой корпус этого улья установлен емкостной датчик [2-4]. Второй корпус с пчелами сняли, на первый корпус улья установили модернизированный корпус, в который переставили пчелиные рамки из ранее стоящего с пчелами второго корпуса. Утром 5 июня в 5:00, когда все пчелы находились в улье, был подключен экспериментальный прибор, на котором установили «нуль», при этом не учитывали количество меда, имеющегося во втором корпусе. Контроль количества меда с применением емкостного датчика в первом корпусе не проводился.
Первые замеры были проведены 5 июня, начиная с г7:05 (табл. г). Построен график наблюдения (рис. 4).
Весь взяток, что приносили, пчелы съедали. Также пчелы несли пыльцу. Пчелиная семья развивалась, но им для ускоренного развития приносимого меда было недостаточно, поэтому им подставлялся мед из запасов прошлого года. Из
Таблица 1
Наблюдаемые значения на измерительном приборе 5 июня 2000 г. с 17:05 до 23:00, характеризующие возврат пчел в улей
Время
г7:05 г7:30
г8:г8
г8:59 20:20 2г:34 22:00 23:00
Вольт
-0,65
-0,6
-0,47
-0,37
-0,29
-0,г7
-0,гг 0,00
,05 -
г0
г5 20 25 30 35 40 45 50 55 ,60 -,65 , В
Рис. 4 | Возврат пчел в улей с 17:05 до 23:00
результатов наблюдения табл. г и рис. 4 5 июня прибавки меда не было. В г7:05 в улье второго корпуса было наименьшее число пчел. По мере приближения темного времени суток пчелы возвращались в улей по линейному закону со скоростью
0 - (-0,65)
= 0,гг В/ч.
23,0 - г7,08
6 июня наблюдения вели с 7:08 до 22:30. Получены следующие результаты (табл. 2). Вылет пчел из второго корпуса улья начался в 7:5г. Интенсивно пчелы вылетали до г2:45 со скоростью -0Д2 В/ч. С г2:45 до г3:30, перед кратковременным дождем, пчелы возращались во второй корпус улья со скоростью 0,2г В/ч. С г3:30 до г5:47, по мере прекращения дождя, пчелы вылетали из улья со скоростью -0,053 В/ч. Пчелы вылетали из улья через леток нижнего корпуса с небольшой скоростью из-за медленного возврата солнечной погоды, леток второго корпуса был закрыт пластиной емкостного датчика. С г5:47 до г6:47 проведена подкормка пчелиной семьи. Со второго корпуса взята пустая сотовая рам-
Таблица 2
Наблюдаемые значения на измери тельном приборе 6 июня 2000 г. с 7:08 до 22:30, характеризующие летную активность пчел
Время
7:08
7:5г 8:40 9:22 г0:09 г0:56
г2:02 г2:45 г3:30 15:47
Вольт
0,0
0,0 -0,06 -0,г5 -0,24 -0,34 -0,54 -0,60 -0,44 -0,56
Время
г6:47
г7:гг г8:г7 г9:00 г9:30 20:08 2г:г7 22:г6
22:30
Вольт
-0,40
-0,54 -0,44 -0,28 -0,29 -0,24 -0,г4 -0,03
0,0г
0,0 -0,05 -0,10 -0,15 -0,20 -0,25 -0,30 -0,35 -0,40 -0,45 -0,50 -0,55 -0,60 -0,65 и, В
г, ч
5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
\ Скорость \ вылета пчел \ -0,12 В/ч 0, 53 / В/ Скорость возврата пчел -0,1 В/ч / ч
{
чУ
-0,35 В/ч
0,21 В/ч
Рис. 5
Летная активность пчел 6 июня 2000 г. с 7:08 до 22:30
ка, в которую был влит корм в виде растворенного в воде меда. Повышение показания прибора с -0,56 до -0,4 В произошло за счет введения пчелиной рамки с кормом. На внезапное появление в улье жидкого сладкого корма пчелы бурно реагируют, с 16:47 до 17:11 покидают на облет второй корпус улья с высокой скоростью 0,35 В/ч. С 17:11 до 22:30 пчелы возвращаются во второй корпус улья. Скорость возврата 0,1 В/ч совпадает с такой же скоростью, как и 5 июня. В этот день, как и 5 июня, прибавка меда не наблюдается. Из экспериментальных наблюдений можно сделать вывод, что рассматриваемый метод контроля летной активности пчел хорошо коррелирует с их вылетом и возвратом в улей с меняющимися погодными условиями. Пчелы бурно реагируют высокой скоростью вылета на внезапное появление в улье жидкого корма. Скорость вылета из улья и их возврат в улей примерно одинаковая.
По результатам наблюдения (табл. 2) построен график (рис. 5).
12 июня 2000 г. наблюдение осуществлялось с 15:00 до 22:43. Получены экспериментальные данные (табл. 3). Построен график (рис. 6).
Вывод: скорость вылета и возврата пчел была переменной. Скорее всего, это объясняется изменяющимися погодными условиями, а также интенсивностью выделения нектара медоносными растениями.
19 июня наблюдение осуществлялось с 14:08 до 22:31 (табл. 4). Построен график (рис. 7).
С 14:08 до 17:04 пчелы возвращались в улей с переменной скоростью 0,041 В/ч, с 17:04 до 18:28 наблюдался кратковременный вылет со скоростью -0,021 В/ч. После 18:28 пчелы возвращались в улей со скоростью 0,05 В/ч. Наблюдаемый положительный результат +0,19 В можно объяснить двояко. Во втором корпусе стало больше пчел или расплода либо пчелы принесли небольшой взяток. Если применить уже известную тарировочную характеристику, имеющуюся для этого типа улья
Таблица 3 Наблюдаемые значения на измерительном приборе 12 июня 2000 г. с 15:00 до 22:43, характеризующие летную активность пчел
Время Вольт Время Вольт
15:00 -0,26 19:16 -0,12
15:40 -0,46 20:22 -0,09
17:10 -0,48 21:00 -0,05
17:57 -0,39 21:32 -0,02
18:27 -0,29 22:43 0,00
0,0 -0,05-0,10 -0,15-0,20 -0,25 -0,30 -0,35 -0,40 -0,45-0,50 -0,55 -0,60 -0,65 -В
г, ч
5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
0,035 В/ч
/
Скорость вылета пчел -0,29 В/ч - .—- \ А Скорость возврата пчел
\ 0,124 В/ч
-0 012 В/ч V к
\Jy\J и/ Т.™
Рис. 6
Летная активность пчел 12 июня 2000 г. с 15:00 до 22:43
Таблица 4 Наблюдаемые значения на измерительном приборе 19 июня 2000 г. с 14:08 до 23:02, характеризующие летную активность пчел
Время Вольт
14:08 -0,02
16:02 -0,16
17:04 -0,14
18:28 -0,17
21:31 -0,01
23:02 +0,19
0,20 0,15 0,10 0,05 0
-0,05 -0,10 -0,15 -0,20 -0,25 -0,30
0,035 В/ч 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 ¡22
Скорость возврата Скорость вылета 0,021 В/ч /г, ч
0,041 В/ч ^
^ \ Скорость возврата 0,05 В/ч
Рис. 7
Летная активность пчел 19 июня 2000 г. с 14:08 до 23:02
Новые практические разработки и схемотехнические решения
Таблица 5 Наблюдаемые значения на измерительном приборе 26 июня 2000 г. с 15:44 до 22:00, характеризующие летную активность пчел
Время Вольт Время Вольт
г5:44 +0,2г 20:53 +0,44
г8:г7 +0,г8 2г:г8 +0,47
г9:34 +0,37 22:00 +0,48
20:00 +0,37
летную активность пчел
Время
г5:44
г8:г7
г9:34
20:00
Вольт
+0,2г
+0,г8
+0,37
+0,37
Время
20:53
2г:г8
22:00
Вольт
+0,44
+0,47
+0,48
(рис. 3), то для показания г90 мВ прибавка меда во втором корпусе составила 600 г.
26 июня наблюдение проводилось с г5:44 до 22:00. Результаты наблюдения приведены в табл. 5. В этот день шел дождь и пчелы находились в улье, изредка вылетая, когда переставал дождь. Если проанализировать прибавку меда по тарировочной характеристике, то 480 млВ в 22:00 соответствует 2,0-2,5 кг меда. Учитывая, что к 2000 г. происходили климатические изменения, то срок первого отбора меда отодвигался на конец июля, а то и на первые числа августа.
4 июля проведен один замер в г3:29, который по отношению первоначальному отчету, т. е. 5 июня, составил 0,70 В. Согласно тарировочной характеристике это соответствовало 4,5-5,0 кг меда во втором корпусе улья, что тоже соответствовало действительности. По техническим причинам замеры были прекращены. Накопление меда в корпусе улья произошло в конце июля.
Вывод: отчет показаний следует начинать в раннее утреннее время, когда все пчелы в улье, на измерительном приборе — установить «нуль». Первоначально отчеты имеют отрицательные значения. В последующем, по мере увеличения массы пчелиной семьи, замеры начинают иметь положительные знаки. При накоплении меда в корпусах ульев показания прибора увеличиваются.
Процесс контроля летной активности и количества меда можно автоматизировать с использованием современных вычислительных средств.
Автоматизированная система для круглогодичного контроля количества меда в ульях пчелиной семей (рис. 8) содержит: контроллер пасеки 1, ЭВМ пчеловода 2, приемопередатчик пчеловода 3, контроллеры ульев 4, приемо-передатчик улья 5, синусоидальный генератор 6, микроконтроллер улья 7, инвертирующий усилитель 8, блок ульевых конденсаторов 9, усилитель 10, устройство выпрямления 11, управляемое устройство установки нуля 12, дифференциальный усилитель 13, управляемое устройство масштабирования дифференциального усилителя 14, устройство включения-выключения электропитания не в дежурном состоянии блоков (6, 8, 12, 13, 14) контроллера улья 15, блок питания контроллера улья 16 [6, 7].
С
с
11
16
12
16
V V
Т7~ 1 "Т, 1
Рис. 8
Структурная схема автоматизированной системы контроля летной активности пчел и количества меда в ульях пасеки
Блок ульевых конденсаторов рис. 9 конструктивно входит в конструкцию корпуса улья, который изготавливается из трех изоляционных материалов (деревослоеная фанера 1, пенопласт 2, металлическая пластина 3, деревослоеная фанера 4). Слоеная фанера имеет толщину г0 мм, пенопласт — 20 мм. Собирают стенку корпуса улья следующем образом. Сначала для внешней стороны корпуса используют слоеную фанеру 4, затем следует пенопласт 2, на одной поверхности которого находится металлическая пластина 3 площадью во всю стену корпуса улья, затем с внутренней стороны корпуса улья следует слоеная фанера 1. Все это либо склеивают, либо стягивают шурупами. Из четырех таких слоеных стен изготавливается корпус улья. В корпусе улья с внешней его стороны делаются углубление для размещения конструктивного корпуса контроллера улья 5. Проводники от четырех ульевых пластин входят в корпус контроллера улья, где соединяются со схемой.
Работает автоматизированная система для круглогодичного контроля количества меда в ульях следующим образом. Пчеловод запитывает контроллер пасеки 1 (см. рис. 8), для этого он запитывает ЭВМ пчеловода 2, приемопередатчик пчеловода 3, запускает программное обеспечение, работающее согласно алгоритму (рис. Ю); появляется интерфейс программы (рис. И). Пчеловод выбирает режим опроса ульев. Если выбран последовательный режим, то ЭВМ пчеловода 2 (см. рис. 8) последовательно через приемопередатчик 3 пчеловода по радиосвязи входит в контакт с приемопередатчиками ульев 5 контроллеров ульев 4. ЭВМ пчеловода 2 выставляет код имени улья, а затем переходит в режим приема информации о количестве меда в улье, которое поступает в виде числового аналогового значения напряжения считанного аналого-цифровым преобразователем микроконтроллера улья 7. По начальному запитыванию контроллеров ульев 4 электропитанием ЭВМ пчеловода 2 сосчитает информацию о нулевых количествах меда в контролируемых корпусах ульев.
Контроллеры ульев запитаны от автономных источников электропитания 16 (см. рис. 8). Перед
4
7
биотехносфера
I № 5-6(23-24) 201:
Новые практические разработки и схемотехнические решения
Рис. 9 | Корпус улья
началом применения автоматизированной системы для круглогодичного контроля количества меда в ульях пчелиных семей проводят тарировку. Для этого все контролируемые корпуса ульев пасеки заполняют пустыми рамками с проволочками,
имеющими одинаковый проход [2], или используют пластмассовые рамки с пластмассовой вощиной.
По начальному включению электропитания контроллеров ульев 4 (см. рис. 8) запитываются приемопередатчик улья 5, микроконтроллер улья 7. После
Рис. 10 | .Алгоритм работы ЭВМ пчеловода
Рис. 11 | Интерфейс программы ЭВМ пчеловода
того как ЭВМ пчеловода 2 выставила код имени улья, микроконтроллер улья 7 выдает управляющий сигнал на устройство включения-выключения питания контроллера улья 15, запитываются блоки 6, 8, 12, 13, 14 контроллера улья 4 и на время обращения ЭВМ пчеловода к контроллеру улья 4 находятся под питающим напряжением.
Микроконтроллер улья 7 устанавливает на выходе дифференциального усилителя ивых, равное «нулю», для этого микроконтроллер улья 7 последовательно подает управляющие коды на устройство установки нуля 12, устанавливает коды ивых, равное «нулю» (Алгоритм работы приведен на рис. г0). Так микроконтроллер 7 проделывает для всех тари-ровочных характеристик рис. 3 (рис. г2). Значения кодов записываются в памяти микроконтроллера 7 контроллера улья 4. Затем корпуса ульев пасеки заполняют рамками с медом и с пчелами.
Во время приноса или потребления меда каждый контроллер улья 4 (см. рис. 8) перейдет в режим накопления информации. Каждое утро во время взятка в определенное время, заданное пчеловодом, контроллер улья 4 выдает информацию о количестве принесенного меда за день. При включенной ЭВМ пчеловода 2 и запущенной программе ЭВМ пчеловода 2 записывает информацию в виде числового значения напряжения, считанного с контроллера улья 4, и по тарировочной характеристике (рис. 3 или рис. г2) пересчитывает количество принесенного нектара за день. По мере развития пчелиной семьи и заполнения медом контролируемого корпуса улья пчеловод получает информацию о динамике летной активности пчел и о динамике приноса меда в контролируемые корпуса ульев пасеки. Если динамика приноса меда не устраивает пчеловода, он принимает решение о смене места стоянки пчелиных семей. Как только корпуса две трети ульев пасеки заполнятся медом, пчеловод принимает решение об откачке меда.
Можно провести установку кодов, которые устанавливают ивых, равное «нулю» для всех тарировоч-ных характеристик и при наличии рамок с пчелами, но без меда.
Контроллер улья 4 (см. рис. 8) может работать в режимах: тарировки, измерения, последовательного накопления поступающей или убывающей информации о количестве меда, а также накопления информации о летной активности пчел. Режим работы определяет контроллер пасеки 1.
В режиме тарировки микроконтроллер улья 7 через встроенный аналого-цифровой преобразователь измеряет выходное напряжение ивых на выходе дифференциального усилителя. Если на выходе дифференциального усилителя 13 ивых = 0, то микроконтроллер улья 7 запоминает код, который выставлен на входе управляемого устройства установки нуля 12. Если на выходе дифференциального усилителя ивых ф 0, то микроконтроллер улья 7 последовательно подает управляющие коды на вход управляемого устройства установки нуля 12, пока на выходе дифференциального усилителя 13 не станет ивых = 0, соответственно управляющий код запоминается в памяти микроконтроллера 7.
В режиме накопительного измерения информации о количестве меда микроконтроллер улья 7 (см. рис. 8) подает управляющий код на управляемое устройство масштабирования дифференциального усилителя 14, устанавливающего максимальное усиление, позволяющее дифференциальному усилителю 13 работать согласно тарировочной характеристик (рис. 3). В определенное время, обычно рано утром, во время взятка, когда пчелы еще находятся в улье, микроконтроллер улья 7 измеряет напряжение на выходе дифференциального усилителя 13. Если взяток небольшой (от Ю0 г до г,3 кг), то используют тарировочную характеристику, приведенную на рис. г3. Если пчелы приносят больше нектара, чем !,3 кг, то микро-
биотехносфера
| № 5-6(23-24) .
104
Новые практические разработки и схемотехнические решения
Рис. 12 \ Алгоритм работы микроконтроллера улья
контроллер переходит на другую тарировочную характеристику, приведенную на рис. 3.
Желательно использовать тарировочную характеристику, приведенную на рис. 13, так как результаты замеров будут точнее. Замеренные микроконтроллером 7 значения выходного напряжения на выходе дифференциального усилителя 13 (см. рис. 8) через приемопередатчик 5 на выходе контроллера улья 4 через антенну при включенном контроллере пасеки 1 и через антенну приемопередатчика пчеловода 3 поступают на ЭВМ пчеловода 2. ЭВМ пчеловода 2 накапливает информацию о количестве принесенного меда в наблюдаемом улье, а также информацию о летной активности каждой пчелиной семьи. После каждого замера выходного напряжения на выходе дифференциального усилителя 13, микроконтроллер улья 7 устанавливает выходное напряжение дифференциального усилителя 13: ивых = 0. Каждый день утром в одно и то же время повторяется процедура замера выходного напряжения дифференциального усилителя 13, которое суммируется в постоянной памяти микроконтроллера улья 6. По мере включения электропитания контроллера пасеки 1 вся информация о количестве меда сбрасывается через радиосвязь на ЭВМ пчеловода 2.
После откачки меда из корпусов ульев пасеки, возможны различные варианты контроля оставшегося количества меда.
Первый вариант: мед полностью откачивается из контролируемых корпусов ульев. В таком случае пчеловод, используя ЭВМ пчеловода 2 (см. рис. 8), устанавливает ивых дифференциальных усилителей каждого корпуса ульев пасеки в «нуль».
Второй вариант: мед из ульев пасеки полностью не откачивается, пчелосемьи до краев заливают нектаром рамки ульев, мед выстаивается.
В этом случае используется режим непосредственного измерения. Пчеловод дает указание через ЭВМ пчеловода 2 (см. рис. 8) установить истинное значение меда в корпусах ульев. Это осуществляется путем переключения масштабов усиления,
и, мВ
2400 2000 1600 1200 800 400
0
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 т, кг
Рис. 13
Тарировочная характеристика соответствия массы меда измеряемому напряжению с пределом измерения в 1,3 кг
дифференциальных усилителей корпусов ульев пасеки на максимум приноса меда, т. е. используется тарировочная характеристика, приведенная на рис. 3, с измененным масштабом в 5 раз, т. е. на максимум приноса меда до 65 кг. В ЭВМ пчеловода поступает информация об истинном количестве меда на начало отсчета. Имеется возможность сравнить замеренное значение количества меда с накопленным, если будет сильное различие, дать информацию на интерфейс программы «Проверить тарировку» (см. рис. г0). Далее контроллерам улья 6 (см. рис. 8) контроллер пасеки 1 через радиосвязь дает информацию о сбросе выходных напряжений дифференциальных усилителей корпусов ульев пасеки в нулевые значения — ивых = 0. После этого контроллеры ульев 4 переходят в обычный режим накопления информации о количестве меда по мере приноса нектара пчелами.
Третий вариант: пчелы нектар не приносят, а начинают есть запасенный мед. Здесь также контроллеры ульев 4 выдают информацию о количестве съеденного меда пчелами за сутки контролируемого улья. В этом случае ЭВМ пчеловода 2 вычитает из всего запаса меда на корпус улья количество съеденного меда.
Наличие автоматизированного одновременного контроля количества меда всех ульев пасеки, особенно в пассивный период, позволяет определять те пчелиные семьи, которым не хватает корма. Как правило, это здоровые пчелиные семьи, имеющие большие потенциальные возможности.
Однотипная конструкция корпусов ульев обеспечит одинаковые тарировочные характеристики. Слоеная конструкция стенок с применением пенопласта позволяет улучшить тепловые характеристики, а металлические пластины выполняют две функции: емкостного датчика и электромагнитного экрана.
Таким образом, рассмотренный метод позволяет контролировать количество меда дифференцированно по корпусам, а также перемещение пчел по корпусам в улье. На количественных показателях меда в улье сказываются вид меда и его электропроводность. Учитывая, что пчелы на определенном месте стоянки приносят мед одного вида, то можно применить тарировочную характеристику для данного вида меда (рис. г3). При использовании компьютеризированной системы учета меда, пчеловод через клавиатуру компьютера может ввести тип улья и вид меда на месте стоянки пчел, что позволит ПЭВМ пчеловода выбрать необходимую тарировочную характеристику.
Появляется возможность: вести контроль летной активности пчел, каждой пчелиной семьи; фиксировать состояние роения, во время медосбора отслеживать динамику медосбора, скорость переключения пчел с одних медоносных растений на
другие; в пассивный период содержания получать информацию о начавшемся слете, чтобы предпринять упреждающие меры; наблюдать ход зимовки пчел, обнаруживать пчелиные семьи, для которых зимовка неблагоприятна.
Автоматизированная система для круглогодичного наблюдения за количеством меда в улье существенно снизит трудозатраты на пасеке. Дистанционный контроль позволит получать информацию о летной активности пчел, количестве меда в ульях, а при обеспечении мобильной связью — в любом месте нахождения пчеловода.
Система контроля, встроенная в корпуса ульев, не боится толчков и ударов, возможных при транспортировке ульев. Такое новшество технологически оправдано в практическом пчеловодстве, особенно для ульев, устанавливаемых на открытой местности, что уменьшает трудозатраты пчеловода. Такой метод контроля не окажет вредного воздействия на пчел из-за низкой напряженности электромагнитного поля (52 млВ/м) [5], съем показаний осуществляется за несколько секунд. В неактивное время пластины емкостного датчика являются электромагнитными экранами, оказывают положительную роль на жизнедеятельность пчел [5]. При серийном производстве систем контроля существенно снизится их себестоимость, что даст возможность приобретать их широкому кругу пчеловодов [6, 7], а также позволит пчеловодам следить за экологической и климатической ситуацией местности, где стоят пчелы.
Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант № г0-08-0059г).
| Литература |
г. Кичигин Е. К. Коллапс пчелиных семей: возможная причина // Пчеловодство. 2009. № 6.
2. Дрейзин В. Э., Рыбочкин А. Ф., Захаров И. С. // Способ и устройство для учета количества меда в улье // Пчеловодство. 2000. № 7.
3. Пат. Ни 2163758, А 01 К 47/00. Способ и устройство контроля количества меда в улье // В. Э. Д р е й з и н, А. Ф. Р ы б о ч к и н, И. С. З а х а р о в.
4. Рыбочкин А. Ф. Повышение эффективности пасеки с применением электроподогрева пчелиных семей. Курск: ЮЗГУ,
20г0. 268 с.
5. Ивлев А. Н. В чудесном мире пчел. Л.: Лениздат, г988. 254 с.
6. Автоматизированная система для учета количества меда в ульях пасеки // А. Ф. Р ы б о ч к и н, В. Э. Д р е й з и н, С. В. С а в е л ь е в, А. П. Д о л ж е н к о в / Пчеловодство.
20гг. № 4.
7. Рыбочкин А.Ф., Дрейзин В. Э., Савельев С. В. Автоматизированная система для круглогодичного контроля количества меда в ульях пчелиных семей. Патент № 246И88. Заявка № 20г0г53242. Опубл. 20.09.20г2. Бюл. № 26.
