CC BY
15Статья поступила в редакцию 30.06.2011. Ред. рег. № 1057 The article has entered in publishing office 30.06.11. Ed. reg. No. 1057
УДК 681.3
КОНТРОЛЬ ЛЕТНОЙ АКТИВНОСТИ ПЧЕЛ И КОЛИЧЕСТВА МЕДА В УЛЬЯХ ПАСЕКИ
А.Ф. Рыбочкин, В.Э. Дрейзин, С.В. Савельев, А.П. Долженков
Юго-Западный государственный университет 305040 Курск, ул. 50 лет Октября, д. 94 Тел.: (4712) 58-71-00, 8-951-338-73-13, 89103148445, 89513181891, 89102724906 E-mail: Anat_ryboch@mail.ru, truten01@yandex.ru
Заключение совета рецензентов: 20.07.11 Заключение совета экспертов: 25.07.11 Принято к публикации: 30.07.11
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.
Ключевые слова: экология, пчелы, емкостной датчик, летная активность, роение, слет, автоматизированная система.
CONTROL OF BEES FLIGHT ACTIVITY AND HONEY QUANTITY IN BEEHIVES OF APIARY
A.F. Rybochkin, V.E. Dreizin, S.V. Saveliev, A.P. Dolzhenkov
South-West State University 94, 50years' October str., Kursk, 305040, Russia Tel.: (4712) 58-71-00, 8-951-338-73-13, 89103148445, 89513181891, 89102724906 E-mail: Anat_ryboch@mail.ru, truten01@yandex.ru
Referred: 20.07.11 Expertise: 25.07.11 Accepted: 30.07.11
The dynamic control of bees flight activity and brought honey quantity in cases of beehives with application of the capacitance converter is considered in this article. The experimental results of researches which show, that dynamics of bees flight activity depends on climatic influences, are resulted. The possibility of construction the automated system for control of bee families is shown.
Keywords: ecology, bees, capacitive sensor, flight activity, swarming, bee's flight out, automated system.
В настоящее время пчеловоды бьют тревогу по поводу так называемого коллапса пчел, проявляющегося в виде их слета, в основном, в позднее осеннее время [1]. Пчелы, вылетая из улья, в него больше не возвращаются. Первые сообщения начали поступать от пчеловодов с 2003 года. Имеется много публикаций на эту тему, показывающих воздействие многих факторов, в которых одними из основных являются экология, болезни пчел, высокочастотные электромагнитные излучения, воздействие которых на биосферу недостаточно изучено.
Рассматривается возможность контроля летной активности, количества меда, а также климатических и природных воздействий на пчелиные семьи с применением емкостного датчика [2-4].
Устройство для контроля летной активности пчел и количества меда в ульях пасеки включает первичный преобразователь емкостного типа, образованный плоскими проводящими электрически изолированными друг от друга пластинами из алюминиевой фольги, которыми покрываются боковые стенки улья с внутренней стороны (рис. 1), 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 электрические емкости С и С2, первый А, второй В, третий Б выходы и экран К выведены на разъем.
Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 9 (101) 2011 © Научно-технический центр «TATA», 2011
Рис. 2. Структурная схема устройства для контроля летной активности и количества меда в улье Fig. 2. The block diagram of the device for control of flight activity and honey quantity in a beehive
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, где К - коэффициент усиления инвертирующего усилителя 4, равный
K = -
1/ юС2 1/ тС1
С
С
(1)
Рис. 1. Емкостной преобразователь Fig. 1. Capacitance converter
Сущность метода измерения состоит в 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 основано на 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 С 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 CL/C2 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.
где ю = 2л/; / - частота генератора 1. Этот сигнал выпрямляется устройством выпрямления 5. Полученное постоянное напряжение и1, величина которого пропорциональна коэффициенту усиления инвертирующего усилителя 4,
С
U. = \k\U = U —
1 | | вх вх С
(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 и2 от стабилизированного блока питания 9. Выходное напряжение ивых^ дифференциального усилителя 7 будет пропорционально разности напряжений и1 и и2:
U
= K(Ui - U2),
(3)
где Кл - 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 и1. При заполнении рамок медом будет меняться отношение С1/С2, вследствие чего изменится напряжение и1, на выходе дифференциального усилителя 7 появится дифференциальный сигнал и = и1 - и2, и отградуированный измерительный прибор 8 покажет количество меда в улье.
Применение усилителя 3 позволяет устранить влияние распределенных емкостей экранированных проводников, соединяющих пластины емкостей С1 и С2 (рис. 1), расположенных в корпусе улья, с устройством для контроля количества меда. Емкость экранированного проводника, соединяющего генератор 1 с одной из пластин емкости С1 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 проводника, соединяющего С1 и С2 с инвертирующим входом усилителя 3, практически не влияет на его работу, поскольку инвертирующий вход усилителя 3 всегда находится практически под нулевым потенциалом, т. е. эквипотенциален экрану экранированного проводника. Емкость экранированного
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 9 (101) 2011
© Scientific Technical Centre «TATA», 2011
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 С1 и С2, не оказывают никакого воздействия на работу измерительной схемы и не снижают ее чувствительность.
Первоначально емкостной датчик был проверен на контроль количества меда в корпусе улья без пчел, был задействован тип улья Дадан десятира-мочный.
Для контроля количества меда в улье использовались пчелиные рамки с медом. Вес рамок составлял, соответственно: № 1 - 4 кг, № 2 - 3,4 кг, № 3 - 3,6 кг, № 4 - 3,0 кг, № 5 - 3,2 кг. Сначала в улей десятира-мочный 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 вощинодержате-лей (проволочек) в рамке. Кроме того, если в плоскости контролируемой рамки установлено 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 10 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) 8 устанавливают «Ноль». Затем из улья вынимается одна пустая рамка, а вместо нее вставляется рамка с медом № 1 массой в 4 кг, при этом на выходе прибора получено напряжение и = 0,61 В. Потом из улья была изъята другая рамка, и вместо нее была установлена рамка с медом № 2 массой в 3,4 кг, на выходе прибора получено напряжение и = 0,96 В. После этого была изъята третья пустая рамка, и вместо нее была установлена рамка с медом № 3 массой в 3,6 кг, на выходе прибора наблюдалось напряжение и = 1,57 В. Затем изъяли четвертую пустую рамку и вместо нее установили пчелиную рамку с медом № 4 массой в 3 кг, измерительный прибор показал напряжение и = 2,44 В. Затем изъяли пятую пустую рамку и вместо нее установили пчелиную рамку с медом № 5 массой 3,2 кг, измерительный прибор показал напряжение 2,56 В.
По полученным показаниям измерительного прибора 8 построена линейная зависимость выходного напряжения от массы меда в ульевых рамках (рис. 3). Заменив все пустые рамки рамками с медом, можно получить полный тарировочный график для данного корпуса улья, по которому можно проградуировать измерительный прибор 8.
В последующем экспериментальные работы были перенесены на пасеку. Была выбрана пчелиная семья, которая находилась в однотипном улье Дадан
десятирамочный с корпусом улья, с которого получена тарировочная характеристика. Девятого мая пчелосемья была расширена, был поставлен 2-й корпус, в который установили шесть пчелиных рамок. Четвертого июня в верхнем втором корпусе было десять пчелиных рамок.
0 1234567 89 10 ¡1 12 13 т, КЗ
Рис. 3. График соответствия массы меда напряжению на измерительном приборе Fig. 3. The conformity schedule of honey weight to voltage on the measuring device
В дополнительный пустой корпус этого улья был 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 пятого июня в 5:00, когда все пчелы находились в улье, был подключен экспериментальный прибор, на котором установили «Ноль», при этом не учитывалось количество меда, имеющегося во втором корпусе. Контроль количества меда с применением емкостного датчика в первом корпусе не проводился.
Первые замеры были проведены пятого июня, начиная с 17:05. Получены следующие результаты (табл. 1).
Таблица 1
Наблюдаемые значения на измерительном приборе 5 июня 2000 г. с 17:05 по 23:00, характеризующие возврат пчел в улей
ТаЬ1е 1
Observable values on the measuring device on June, 5th, 2000 from 17:05 till 23:00, characterizing bees returning to a beehive
Время Напряжение, В Время Напряжение, В
17:05 -0,65 20:20 -0,29
17:30 -0,6 21:34 -0,17
18:18 -0,47 22:00 -0,11
18:59 -0,37 23:00 0,00
Был построен график наблюдения, рис. 4. Весь взяток, что приносили, пчелы съедали. Также пчелы несли пыльцу. Пчелиная семья развива-
Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 9 (101) 2011 © Научно-технический центр «TATA», 2011
лась, но им для ускоренного развития приносимого меда было недостаточно, поэтому им подставлялся мед из запасов прошлого года. Из результатов наблюдения табл. 1 и рис. 4 пятого июня прибавки меда не было. В 17:05 в улье второго корпуса было наименьшее число пчел. По мере приближения темного времени суток пчелы возвращались в улей практически по линейному закону, со скоростью (0 - (-0,65)) В / (23 - 17,8) час = 0,11 В/час.
5 6 7 в 9 10 11 12 13 14 15 16 17 10 19 20 21 22 23
0,0 -0,05 -0,1 -0,15 0,2 -0,25 -0,3 0,35 -0,4 -0,45 -0,5 -0,55 -0.6 Скорость возврата пчёл в улей 0.11 Et/чан;
Рис. 4. Возврат пчел в улей с 17:05 по 23:00 Fig. 4. Returning of bees to a beehive from 17:05 till 23:00
Шестого июня наблюдения осуществлялись с 7:08 по 22:30. Полученные результаты приведены в табл. 2. Вылет пчел из второго корпуса улья начался в 7:51. Интенсивный вылет пчелы осуществляли до 12:45, скорость составила -0,12 В/ч. С 12:45 по 13:30 осуществлялся возврат пчел во второй корпус улья, скорость возврата в улей составила 0,21 В/ч. Пчелы возвращались в улей перед кратковременным дождем. Затем пчелы с 13:30 до 15:47 по мере прекращения дождя вылетали из улья, скорость вылета составила -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. В промежутке времени с 15:47 по 16:47 проведена подкормка пчелиной семьи. Со второго корпуса была взята пустая сотовая рамка, в которую был влит корм в виде растворенного в воде меда. Повышение показания прибора с -0,56 В 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 по 17:11 начинают покидать на облет второй корпус улья с высокой скоростью 0,35 В/ч. Далее с 17:11 по 22:30 пчелы возвращались во второй корпус улья. Скорость возврата составила 0,1 В/ч, практически такая же скорость, как и пятого июня. В этот день, как и пятого июня, прибавка меда не наблюдалась. Из экспериментальных наблюдений можно сделать вывод, что рассматриваемый метод контроля летной активности пчел хорошо коррелируется с их вылетом и возвратом в улей с меняющимися погод-
ными 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.
Таблица 2
Наблюдаемые значения на измерительном
приборе 6 июня 2000 г. с 7:08 по 22:30, характеризующие летную активность пчел
Table 2
Observable values on the measuring device on June, 6th, 2000 from 7:08 till 22:30, characterizing bees returning to a beehive
Время Напряжение, В Время Напряжение, В
7:08 0,0 16:47 -0,40
7:51 0,0 17:11 -0,54
8:40 -0,06 18:17 -0,44
9:22 -0,15 19:00 -0,28
10:09 -0,24 19:30 -0,29
10:56 -0,34 20:08 -0,24
12:02 -0,54 21:17 -0,14
12:45 -0,60 22:16 -0,03
13:30 -0,44 22:30 0,01
15:47 -0,56
По результатам наблюдения (табл. 2) построен график, рис. 5.
5 6 7 0 9 10 11 12 13 14 15 16 17 10 19 20 21 22 23 *,час
Рис. 5. Летная активность пчел с 7:08 по 22:30 6 июня 2000 г.
Fig. 5. Bees flight activity from 7:08 till 22:30 on June, 6th, 2000
Двенадцатого июня 2000 г. наблюдение осуществлялось с 15:00 по 22:43. Получены экспериментальные данные, табл. 3.
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 9 (101) 2011
© Scientific Technical Centre «TATA», 2011
Таблица 3
Наблюдаемые значения на измерительном приборе 12 июня 2000 г. с 15:00 по 22:43, характеризующие летную активность пчел
Table 3
Observable values on the measuring device on June, 12th, 2000 from 15:02 till 22:43, characterizing bees returning to a beehive
Время Напряжение, В Время Напряжение, В
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
Построен график, рис. 6
Время Напряжение, В Время Напряжение, В
14:08 -0,02 18:28 -0,17
16:02 -0,16 21:31 -0,01
17:04 -0,14 23:02 +0,19
Рис. 6. Летная активность пчел с 15:00 по 22:43 12 июня 2000 г.
Fig. 6. Bees flight activity from 15:00 till 22:43 on June, 12th, 2000
Вывод: Скорость вылета и возврата пчел была переменной, скорей всего, это объясняется изменяющимися погодными условиями, а также интенсивностью выделения нектара медоносными растениями.
Девятнадцатого июня наблюдение осуществлялось с 14:08 по 22:31, табл. 4
Таблица 4
Наблюдаемые значения на измерительном приборе 19 июня 2000 г. с 14:08 по 23:02, характеризующие летную активность пчел
Table 4
Observable values on the measuring device on June, 19th, 2000 from 14:08 till 23:02, characterizing bees returning to a beehive
Рис. 7. Летная активность пчел с 14:08 по 23:02 19 июня 2000 г. Fig. 7. Bees flight activity from 14:08 till 23:02 on June, 19th, 2000
Построен график, рис. 7.
Пчелы возвращались в улей с переменной скоростью: с 14:08 по 17:04 она составила 0,041 В/ч, с 17:04 по 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 вольт можно объяснить двояко. Во втором корпусе стало больше пчел или расплода, или пчелы принесли небольшой взяток. Если применить уже известную тарировочную характеристику, имеющуюся для этого типа улья (рис. 3), то для показания 190 мВ прибавка меда во втором корпусе составила 600 граммов.
Двадцать шестого июня наблюдение проводилось с 15:44 по 22:00. Результаты наблюдения приведены в табл. 5. В этот день пчелы находились в улье, так как прошел дождь, изредка летали, когда переставал дождь. Если проанализировать прибавку меда по тарировочной характеристике, 480 мВ в 22:00, это соответствует 2,0-2,5 кг меда. Учитывая, что в 2000 г. происходили климатические изменения, срок первого отбора меда отодвигался на конец июля, а то и первые числа августа.
Таблица 5
Наблюдаемые значения на измерительном приборе 26 июня 2000 г. с 15:44 по 22:00, характеризующие летную активность пчел
Table 5
Observable values on the measuring device on June, 26th, 2000 from 15:44 till 22:00, characterizing bees returning to a beehive
Время Напряжение, В Время Напряжение, В
15:44 +0,21 20:53 +0,44
18:17 +0,18 21:18 +0,47
19:34 +0,37 22:00 +0,48
20:00 +0,37
Четвертого июля проведен один замер в 13:29, который по отношению к первоначальному отсчету, т.е. 5-го июня, составил 0,70 В. Согласно тарировоч-
Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 9 (101) 2011 © Научно-технический центр «TATA», 2011
ной 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 2000 г.
Вывод: Отсчет показаний начать с момента выставки пчел в раннее утреннее время, когда все пчелы в улье, на измерительном приборе установить «Ноль». Первоначально отсчеты 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 семьи (рис. 8) содержит: контроллер пасеки 1, ЭВМ пчеловода 2, приемопередатчик пчеловода 3, контроллеры ульев 4, приемопередатчик 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, блока питания контроллера улья 16 [5, 6].
Рис. 8. Структурная схема автоматизированной системы контроля летной активности пчел и количества меда
в ульях пасеки Fig. 8. The block diagramme of the automated monitoring system of bees flight activity and honey quantity in apiary beehives
ческая пластина площадью во всю стену корпуса улья 3, затем с внутренней стороны корпуса улья следует слоеная фанера 1. Все это либо склеивается, либо стягивается шурупами. Из четырех таких слоеных стен изготавливается корпус улья. В корпусе улья с внешней его стороны делается углубление для размещения конструктивного корпуса контроллера улья. Проводники от четырех ульевых пластин входят в корпус контроллера улья, где соединяются со схемой.
1 2 з
Рис. 9. Корпус улья - а; корпус улья в разрезе - b Fig. 9. The beehive case - a; the beehive cut-away case - b
Блок ульевых конденсаторов конструктивно входит в конструкцию корпуса улья (рис. 9), который изготавливается из трех изоляционных материалов (дерево-слоеная фанера 1, пенопласт 2, металлическая пластина 3, дерево-слоеная фанера 4). Слоеная фанера имеет толщину 10 мм, пенопласт - 20 мм. Собирается стенка корпуса улья следующим образом. Сначала для внешней стороны корпуса используется слоеная фанера 4, затем следует пенопласт 2, на одной поверхности которого находится металли-
Работает автоматизированная система для круглогодичного контроля количества меда в ульях следующим образом. Пчеловод запитывает контроллер пасеки 1, для этого он запитывает ЭВМ пчеловода 2, приемопередатчик пчеловода 3, запускает программное обеспечение, работающее согласно алгоритму рис. 10, появляется интерфейс программы (рис. 11). Пчеловод выбирает режим опроса ульев. Если выбран последовательный режим, то ЭВМ пчеловода 2 последовательно через приемо-передатчик 3 пчеловода по радиосвязи входит в контакт с приемо-
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 9 (101) 2011
© Scientific Technical Centre «TATA», 2011
a
b
передатчиками 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. Первоначально по начальному запитыванию
контроллеров ульев 4 электропитанием ЭВМ пчеловода 2 считает информацию о нулевых количествах меда в контролируемых корпусах ульев. Если будет режим по выбору пчеловода, то пчеловод посмотрит график летной активности и количество меда в интересующем улье.
Рис.
10. Алгоритм работы ЭВМ пчеловода Fig. 10. The software algorithm
Рис. 11. Интерфейс программы ЭВМ пчеловода Fig. 11. Software interface for beekeeper
Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 9 (101) 2011 © Научно-технический центр «TATA», 2011
Рис. 12. Алгоритм работы микроконтроллера улья Fig. 12. The software algorithm for the beehive microcontroller
Контроллеры ульев запитаны от автономных источников электропитания 16. Перед началом применения автоматизированной системы для круглогодичного контроля количества меда в ульях пчелиных семей проводят тарировку. Для этого все контролируемые корпуса ульев пасеки заполняются пустыми рамками с проволочками, имеющими одинаковый проход [2], или используются пластмассовые рамки с пластмассовой вощиной.
Первоначально по начальному включению электропитания контроллеров ульев 4 запитываются приемопередатчик улья 5, микроконтроллер улья 7. После 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 «Ноль», для этого микроконтроллер улья 7 последовательно подает управляющие коды на управляемое устройство установки нуля 12, устанавливает коды ивых., равное «Ноль», алгоритм работы приведен на рис. 12. Так микроконтроллер 7 проделывает для всех тарировочных характеристик рис. 3, рис. 13. Значения кодов записываются в памяти микроконтроллера 7 контроллера улья 4. Затем корпуса ульев пасеки заполняются рамками с медом и с пчелами.
Во время приноса или потребления меда каждый контроллер улья 4 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. 13 пересчитывает в количество принесенного нектара за день. Если ЭВМ пчеловода 2 была отключена, то по моменту ее включения и запуска программы считывается суммарное количество информации о количестве меда с постоянной памяти микроконтроллера 7. ЭВМ пчеловода 2 пересчитывает по тарировочной характеристике количество принесенного меда на данный корпус улья, а также в ней имеется информация о предельном количестве меда на корпус улья. 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 «Ноль», для всех тарировоч-ных характеристик и в присутствии рамок с пчелами, но без меда.
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 9 (101) 2011
© Scientific Technical Centre «TATA», 2011
Контроллер улья 4 может работать в трех 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 осуществляет измерение выходного напряжения ивых на выходе дифференциального усилителя. Микроконтроллер улья 7 осуществляет анализ выходного напряжения, 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 подает управляющий код на управляемое устройство масштабирования дифференциального усилителя 14, устанавливающее максимальное усиление, позволяющее дифференциальному усилителю 13 работать согласно тарировочной характеристики рис. 3 или рис. 13. В определенное время, обычно рано утром, во время взятка, когда пчелы еще находятся в улье, микроконтроллер улья 7 проводит замер напряжения на выходе дифференциального усилителя 13. Если взяток небольшой, в пределах от 100 граммов до 1,3 килограмма, то используется тарировочная характеристика, приведенная на рис. 13. Если пчелы приносят больше нектара, чем 1,3 килограмма, то микроконтроллер переходит на другую тарировочную характеристику, приведенную на рис. 3.
О 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,15 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 т, кг
Рис. 13. Тарировочная характеристика соответствия массы меда измеряемому напряжению с пределом измерения в 1,3 кг Fig. 13. Conformity of honey weight to measured voltage with a measurement limit of 1.3 kg
Желательно использовать тарировочную характеристику, приведенную на рис. 13, так результаты замеров будут точнее. Замеренные значения выходного напряжения на выходе дифференциального уси-
лителя 13 микроконтроллером 7 через приемопередатчик 5 на выходе контроллера улья 4 через антенну при включенном контроллере пасеки 1 и через антенну приемопередатчика пчеловода 3 поступает 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 информации об оставшемся количестве меда.
Первый вариант: мед полностью откачивается из контролируемых корпусов ульев. В таком случае после откачки меда пчеловод, используя ЭВМ пчеловода 2, устанавливает ивых дифференциальных усилителей каждого корпуса ульев пасеки в «Ноль».
Второй вариант: мед из ульев пасеки полностью не откачивается, пчелосемьи полностью заливают нектаром рамки ульев, мед выстаивается.
В этом случае используется режим непосредственного измерения. Пчеловод дает указание через ЭВМ пчеловода 2 установить истинное значение меда в корпусах ульев. Это осуществляется путем переключения масштабов усиления, 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 накопленной, если будет сильное различие, дать информацию на интерфейс программы «Проверить тарировку» (рис. 11). Далее контроллерам улья 6 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 запасенный мед есть. Здесь также контроллеры ульев 4 выдают информацию о количестве съеденного за сутки пчелами меда контролируемого улья. В этом случае ЭВМ пчеловода 2 вычитает из всего запаса меда на корпус улья количество съеденного меда.
Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 9 (101) 2011 © Научно-технический центр «TATA», 2011
Автоматизированная система для контроля летной активности пчел и количества меда в ульях пчелиных семей пасеки позволяет контролировать интенсивность летной активности пчел, массу приносимого ими меда во все ульи пасеки во время взятка, массу меда, потребляемую в пассивный период содержания. Пчеловод по мере получения информации проводит подкормку именно тех пчелосемей, которые в этом нуждаются, так как отсутствие меда в улье во время зимовки вызовет гибель данной пчелосемьи.
В холодное время пчеловоду трудно установить конкретное наличие меда в каждой пчелиной семье. Любой осмотр пчелиной семьи, особенно к весне, вызывает ее беспокойство, пчелы выходят из улья, гибнут от холода на улице и в зимовнике.
Наличие автоматизированного одновременного контроля количества меда всех ульев пасеки, особенно в пассивный период, позволяет определять те пчелиные семьи, где не хватает корма. Как правило, это здоровые пчелиные семьи, которые имеют большие потенциальные возможности предстоящей ме-допродуктивности.
Однотипная конструкция корпусов ульев обеспечит одинаковые тарировочные характеристики. Слоеная конструкция стенок с применением пенопласта позволяет улучшить тепловые характеристики, а применение металлических пластин - выполнять две функции: емкостного датчика, электромагнитного экрана.
Таким образом, рассмотренный метод контроля летной активности пчел, количества меда позволяет контролировать количество меда дифференцированно по корпусам, а также перемещение пчел по корпусам в улье. На количественные показатели меда в улье будет влиять вид меда и его электропроводность. Учитывая, что пчелы на определенном месте стоянки приносят мед одного вида, можно применить тарировочную характеристику для данного вида меда. 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 тариро-вочную 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 автоматизированная система может дать информацию о начавшемся слете пчеловоду, чтобы он предпринял 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, о количестве меда в ульях, а при обеспечении мобильной связью - в любой точке нахождения пчеловода.
Система контроля, встроенная в корпуса ульев, не боится толчков и ударов, что возможно при транспортировке ульев. Такое новшество технологически оправдано в практическом пчеловодстве, особенно для ульев, устанавливаемых на открытой местности, что уменьшает трудозатраты для пчеловода. Такой метод контроля не окажет вредного воздействия на пчел из-за низкой напряженности электромагнитного поля (52 мВ/м) [5, 7], съем показаний осуществляется несколько секунд. В остальное неактивное время пластины емкостного датчика являются электромагнитными экранами, оказывают положительное влияние на жизнедеятельность пчел [5, 7]. При серийном производстве систем контроля существенно снизится их себестоимость, что даст возможность приобретать их широкому кругу пчеловодов [5, 6], а также позволит пчеловодам следить за экологической климатической ситуацией местности, где стоят пчелы.
Научно-исследовательская работа выполнена в рамках реализации ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг. и при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант № 10-0800591).
Список литературы
1. 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. Патент Ш 2163758, А 01 К 47/00 / Способ и устройство контроля количества меда в улье // Дрей-зин В.Э., Рыбочкин А.Ф., Захаров И.С.
4. Рыбочкин А.Ф. Повышение эффективности пасеки с применением электроподогрева пчелиных семей [Текст] / А.Ф. Рыбочкин. Курск: ЮЗГУ, 2010.
5. Рыбочкин А.Ф., Дрейзин В.Э., Савельев С.В., Долженков А.П. // Автоматизированная система для учета количества меда в ульях пасеки / Пчеловодство. 2011. № 4.
6. Заявка № 2010153242, приоритет от 24.12.10 // Автоматизированная система для круглогодичного контроля количества меда в ульях пчелиных семей // Рыбочкин А.Ф., Дрейзин В.Э., Савельев С.В.
7. Ивлев А.Н. В чудесном мире пчел [Текст] / А.Н. Ивлев. Л.: Лениздат, 1988.
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 9 (101) 2011
© Scientific Technical Centre «TATA», 2011
