автоматизированная система для круглогодичного наблюдения за жизнедеятельностью пчелиных семей

Формула изобретения

Автоматизированная система для круглогодичного наблюдения за жизнедеятельностью пчелиных семей, содержащая контроллер пасеки, включающей центральные блок питания и ЭВМ, и контроллеры ульев, каждый из которых включает микро-ЭВМ, блок питания, коммутаторы датчиков температуры и выполненные в виде матриц датчики температуры для размещения на ульевых рамках с вощинодержателями, выходы которых подключены к аналоговым входам коммутаторов датчиков, при этом входы управления последних объединены между собой и связаны с первым адресным выходом микро-ЭВМ, первый управляющий выход которой соединен с первым входом управления блока питания, при этом входные шины блоков питания контроллеров всех ульев связаны с выходными шинами центрального блока питания контроллера пасеки, а выход и вход центральной ЭВМ этого контроллера посредством первой и второй линий связи соединены, соответственно, с информационными входом и выходом микро-ЭВМ контроллера каждого улья, отличающаяся тем, что в контроллер каждого улья введены входной коммутатор, блок компенсации погрешности холодных спаев термопар, источник опорного напряжения, усилитель термо-ЭДС, блок определения и коммутации полярности входного сигнала последнего и аналого-дискретный преобразователь, первый и второй информационные выходы которого подключены, соответственно, к первому и второму измерительным входам микро-ЭВМ, первый и второй выходы уровней напряжения положительной и отрицательной полярности и первый и второй входы связаны, соответственно, с двумя входами и двумя выходами аналого-дискретного преобразователя, а третий вход подключен к выходу усилителя термо-ЭДС, при этом входы последнего соединены с выходами входного коммутатора, первый и второй входы которого подключены к аналоговым выходам коммутаторов датчиков температуры, третий и четвертый входы связаны, соответственно, с выходами источника опорного напряжения и блока компенсации погрешности холодных спаев термопар, пятый вход заземлен, а вход управления соединен с вторым адресным выходом микро-ЭВМ, причем второй вход управления блока питания контроллера первого улья подключен к управляющему выходу центральной ЭВМ контроллера пасеки, а второй управляющий выход микро-ЭВМ контроллера каждого улья, кроме последнего, соединен с вторым входом управления блока питания контроллера последующего улья.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области пчеловодства и найдет применение в содержании пчелиных семей, позволит дистанционно, без нарушения микроклимата пчелиного гнезда следить за перемещением пчелиного клуба размещением расплода на рамках в любое время года.

Известны устройства, обеспечивающие автоматизацию некоторых видов работ по уходу за пчелами, эти устройства автоматизируют отдельные работы, но имеют недостаток, связанный с невозможностью дистанционно в достаточной степени объективно наблюдать состояние жизнедеятельности пчелиных семей, как в процессе их развития, так и зимовки, путем анализа изменения звуковых и температурных параметров.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является автоматизированная система для круглогодичного наблюдения за жизнедеятельностью пчелиных семей, содержащая размещенные на ульевых рамках температурные датчики, выполненные в виде матриц, измерительный орган, блоки питания ульев, центральную ЭВМ, ЭВМ оператора и ульевые контроллеры, причем температурные датчики размещены в вощине каждой рамки улья, а ульевые контроллеры посредством линий связи соединены с соответствующими периферийными портами центральной ЭВМ, системный порт которой посредством линии связи соединен с ЭВМ оператора, ульевой контроллер снабжен блоком температурных датчиков, аналоговый коммутатор коммутатором рамок улья, блоком неуравновешенного моста с четырьмя коммутаторами режима работы, четырьмя резисторами и двумя диодами, блоком диапазона температур с восемью коммутоторами, восемью резисторами и четырьмя диодами, блоком измерения, буфером шины данных ульевой микроЭВМ, приема-передатчиком, блоком формирования калибровочных напряжений и блоком включения выключения электропитания, при этом первые входы всех температурных датчиков соединены между собой и с выходом первого коммутатора режима работы, а вторые их выходы соединены с соответствующими входами соответствующих аналоговых коммутаторов, выходы которых связаны с одноименными входами коммутатора рамок ульев, выход коммутатора рамок ульев соединен с первыми входами первого, второго, третьего и четвертого коммутаторов диапазона температур, вторые входы которых и вторые входы пятого, шестого, седьмого и восьмого коммутаторов совмещены с шиной управлекния коммутаторами диапазона температур ульевой микроЭВМ,при этом вторые входы первого и второго коммутаторов режима работы соединены с выходом блока формирования калибровочных напряжений и через два включенных последовательно резистора с общим входом неуравновешенного моста, причем точка соединения резисторов подключена ко второму входу блока измерения, первый вход которой через встречно включенные диоды связан с выходами третьего и четвертого коммутаторов режима работы, второй вход третьего коммутатора режима работы совмещен посредством соответствующих резисторов с выходом второго коммутатора режима работы и с общим входом неуравновешенного моста, а второй вход четвертого коммутатора режима работы соединен через встречно включенные диоды с выходами пятого, шестого, седьмого и восьмого коммутаторов диапазонов температур, при этом шина адреса рамки микроЭВМ соединена с соответствующими входами коммутатора рамок улья, с третьим входом блока измерения, соответствующими входами аналоговых коммутаторов, с буфером шины данных,блоком формирования калибровочных напряжений, блоком управления включением-выключением электропитания, приемо-передатчиком и буфером шины данных, второй вход которого соединен с блоком измерения, а выход соединен с соответствующим входом микроЭВМ и вторым входом приемо-передатчика.

Недостатком автоматизорованной системы для круглогодичного наблюдения за жизнедеятельностью пчелиных семей является отсутствие возможностей использовать рамки с термопарными датчиками, применение терморезисторных датчиков в прототипе повышает трудоемкость изготовления, стоимость рамок, снижает эксплуатационную надежность при съеме устаревших сотов и установке искусственной вощины,

Авторы, проанализировав известные технические решения по источникам научно-технической и патентной литературы, не обнаружили решения, обладающего заявляемой совокупностью отличительных признаков, позволяющих достичь предлагаемый технический результат. Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 приведена структурная схема автоматизированной системы для круглогодичного наблюдения за жизнедеятельностью пчелиных семей, которая содержит: контроллер пасеки, включающий центральные ЭВМ 1 и блок питания 2, ульевые контроллеры 3, в количестве равном размеру пасеки, каждый из которых содержит блок питания ульевым контроллером 4, микроЭВМ 5, аналого-дискретный преобразователь 6, устройство определения и коммутации сигнала 7, усилитель термоЭДС 8, коммутаторы датчиков температуры 9, 11, входной коммутатор 10, устройство компенсации холодных спаев термопар 12, источник опорного напряжения 13, пчелиные рамки 14, шину датчиков 15, первый вход входного коммутатора 16, второй вход входного коммутатора 17, выход устройства компенсации холодных cпаев термопар, выход источника опорного напряжения 19, первый вход усилителя термоЭДС 20, второй вход усилителя термоЭДС 21, выход усилителя термоЭДС 22, первый адресный выход микроЭВМ 23, первый измерительный вход микроЭВМ 24, первый выход аналого-дискретного преобразователя 25, второй выход аналого-дискретного преобразователя 26, первый вход уровня напряжения положительной полярности аналого-дискретного преобразователя 27, второй вход уровня напряжения отрицательной полярности аналого-дискретного преобразователя 28, второй измерительный вход микроЭВМ 29, второй адресный выход микроЭВМ 30, выход микроЭВМ, управляющий отключением блока питания контроллера 31, шины питания ульевого контроллера 32, приемная линия связи ЭВМ пчеловода 33, передающая линия связи ЭВМ пчеловода 34, линия ЭВМ пчеловода, управляющая включением блока питания первого ульевого контроллера 35, линия микроЭВМ, управляющая включением контроллера 36, шины питания пасеки 37, 38, пятый вход заземления входного коммутатора 39.

На фиг. 2,3 приведена принципиальная схема микроЭВМ 5, которая содержит два конденсатора 40, 44, кварцевый резонатор 41, генератор тактовых импульсов (микросхема КР580ВПФ) 42, микропроцессор (микросхема КР58ОБМ80А) 48, усилители магистрали адреса (микросхемы КР58ОИР82) 51, 52, системный контроллер (микросхема КР58ОВК28) 53, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 54, элемент И-НЕ 55 оперативно запоминаюшее устройство (ОЗУ) 56, дишифратор адреса (микросхема К1555ИД4) 57, паралельный периферийный интерфейс (ППИ) (микросхема КР58ОВВ55А) 50, кнопка сброса 43, диоды 45,60,62,72, резисторы 46,47,49,50,59,64, б5,68,70,71,74.птопара диодная 61, транзисторы 63,66,67,69,73,75.

На фиг. 4 приведена принципиальная схема устройства определения и коммутации полярности сигнала 7, которая содержит два диода 76,80. резисторы 77-79,82,83,85,88,90,91, два конденсатора 84,87, операционный усилитель (микросхема К157УД1) 86, транзистор 89, реле 92.

На фиг.5 приведена принципиальная схема аналого-дискретного преобразователя 6, которая содержит резисторы 93-97,100, 102-106,109, конденсаторы 98,101,107,110, два преобразователя напряжение-частота (микросхемы КР1108ПП1) 99,108.

На фиг. 6 приведена принципиальная схема источника опорного напряжения 13, которая содержит стабилитрон 111, резисторы 112,113, 115,116,119,120-122, два диода 117,118, операционный усилитель (микросхема К14ОУД14) 114, операционный усилитель (микросхема К14ОУД17) 123.

На фиг.7 приведена принципиальная схема устройства компенсации холодных спаев термопар 12, которая содержит два диода 124,126, термопарный спай 125, резисторы 127, 130-135, 137, 138, операционный усилитель ( микросхема КР14ОУД18) 129, операционный усилитель (микросхема КР1407УД2) 136.

Автоматизированная система для круглогодичного наблюдения за жизнедеятельностью пчелиных семей работает следующим образом. ЭВМ пчеловода 1 и ульевые контроллеры 3 запитываются от блока питания пасеки 2, в качестве которого служит аккумулятор с преобразователем напряжения (допускается также подключение электросети с силовым блоком к преобразователю напряжения). ЭВМ пчеловода 1 также может запитываться от электросети. В ЭВМ пчеловода 1 вводится управляющая программа с помощью алгоритма фиг.8. ЭВМ пчеловода 1 запрашивает номер улья, с которым будет работать пчеловод (позиция 1) После ввода с клавиатуры номера выбранного улья пчеловода 1 формирует сообщение в линию, управляющую включением блока питания первого ульевого контроллера 35 (позиция 2), после чего переключается на прием информации, а затем принимает сигнал готовности к работе от первого ульевого контроллера из приемной линии связи 33 (позиции 3,4). Приняв сигнал готовности, ЭВМ пчеловода 1 анализирует его, и если он не соответствует номеру введенного ульевого контроллера 3, то выдает сигнал запрещения работы по передающей линии связи ЭВМ пчеловода 34 (позиции 5,6), после чего переходит на прием сигнала готовности со следующего ульевого контроллера 3, который передается по приемной линии связи ЭВМ пчеловода 33 и анализирует его. Этот цикл продолжается до тех пор, пока сигнал готовности не будет соответствовать номеру введенного пчеловодом улья. После того, как пришел сигнал готовности, соответствующий номеру выбранного улья. ЭВМ пчеловода 1 передает сигнал разрешения работы данного ульевого контроллера 3 пo передающей линии связи ЭВМ пчеловода 34, а сама переключается на прием (позиций 9-10). После чего принимает информацию с выбранного ульевого контроллера 3 по приемной линии связи ЭВМ пчеловода 33, загружает ее в свое ОЗУ и формирует сообщение на экране дисплея о том, что информация принята и будет ли пчеловод работать с другим ульем, если да, то весь цикл работы повторяется, если нет, то ЭВМ пчеловода 1 начинает обрабатывать и выдавать на экран дисплея полученную информацию. Построение этой локальной сети (ЛС) приведено на фиг.1. Локальная сеть ЭВМ пчеловода 1 имеет передающую 34 и приемную линии связи 33, а также линию, управляющую включением блока питания первого ульевого контроллера 35, которые выполнены двумя витыми проводами.

Работа ульевого контроллера (УК) заключается в следующем. При включении питания проводится начальная установка (НУ), загрузка управляюших слов и байтов НУ в микроЭВМ 5 в параллельный переферийный интерфейс (ППИ), после чего ульевой контроллер 9 принимает сигнал о ЭВМ пчеловода 1 по передающей линии связи ЭВМ пчеловод 34, несующей информацию о разрешении или запрещении его работы (фиг.9 позиция 1). Если данный сигнал запрещает работу контроллера 3, то по линии микроЭВМ, управляющей включением блока питания N-го ульевого контроллера 35 передается сигнал, включающий блок питания 4 следующего N-го ульевого контроллера, после чего отключает свой блок питания 4 путем подачи управляющего сигнала на выход микроЭВМ, управляющей отключением блока питания контроллера 31 (фиг.9 позиции 3,4). Если же работа контроллера 3 разрешена, то выбранный контроллер 3 опрашивает датчики рамок и разряжает значения частот преобразования с учетом погрешностей знаковых разрядов (фиг.9 позиция 5), после чего по приемной линии связи ЭВМ пчеловода 33 передается информация на ЭВМ пчеловода 1 и после передачи информации подачей сигнала по линии микроЭВМ, управляющей отключением блока питания контроллера 31, отключается блок питания 4 контроллера 3 (фиг.9 позиции 6,7).

Режим работы по опросу датчиков ульевым контроллером 3 производится по следующей методике. Вначале, для повышения точности измерения, производится калибровка измерительного тракта по опорным сигналам нулевому напряжению и напряжению с источника опорного напряжения 13. Для этого микроЭВМ 5 выдает код на первый адресный выход микроЭВМ 23, который открывает канал для подключения входов усилителя термоЭДС 6 на общую точку. Получив результат преобразования, микроЭВМ 5 определяет погрешность сдвига нулевого уровня входной части преобразователя, состоящей из усилителя термоЭДС 8, устройства oпределения и коммутации полярности сигнала 74 аналого-дискретного 6. Затем по команде микроЭВМ 5 посредством входного коммутатора 10 к входу усилителя термоЭДС подключается источник опорного напряжения 13, величина которого заранее записана в ПЗУ микроЭВМ 5. Получив результат преобразования микроЭВМ 5 определяет погрешность коэффициент передачи входной части. Кроме того, к входу усилителя термоЭДС 8, посредством входного коммутатора 10. По команде микроЭВМ 5 на второй адресный микроЭВМ 30 подключается устройство компенсации холодных спаев термопар 12 и в ОЗУ микроэвм 5 фиксируется инФормация о температуре холодных спаев термопары. Далее начинается опрос датчиков пчелиных рамок 14. Для этого микроЭВМ 5 выдает код на первый адресный выход микроЭВМ 23, который открывает первые каналы коммутаторов датчиков 9 и 11, а также выдает код на входной коммутатор 10 по второму адресному выходу микроЭВМ 30, который подключает входы усилителя термоЭДС 8 к выходам коммутаторов датчиков 16 и 17. Таким образом, к схеме измерения посредством коммутаторов 9,11,10 оказывается подключенным один датчик пчелиных рамок 14. ТермоЭДС низкого уровня, поступающая с датчика, усиливается усилителем термоЭДС 8 до необходимых значений, после чего поступает на вход устройства определения и коммутации полярности сигнала 7, которая в зависимости от полярности входного напряжения (положительной или отрицательной переключает входы 27 и 26, выходы 25,26 аналого-дискретного преобразователя 6, также формирует сигнал знакового разряда, который поступает на первый измерительный вход микроЭВМ 24, после этого микроЭВМ 5 анализирует знаковый разряд и загружает его в ОЗУ. Далее микроЭВМ 5 опрашивает второй измерительный вход микроЭВМ 29, на который поступает частота с устройства определения и коммутации полярности сигнала 7, которая пропорциональна уровню ЭДС, поступающей с соответствующего подключенного датчика. Аналого-дискретный преобразователь 6 (фиг.5) представляет собой преобразователь напряжения в частоту. В результате микроЭВМ 5 подсчитывает количество уровней квантования за неполный период частоты, это позволило значительно снизить погрешность квантования по всему диапазону измерения. После подсчета периода микроЭВМ 5 заносит данное значение в свое ОЗУ. После этого микроЭВМ 5 выдает код на первый адресный выход микроЭВМ 22 для включения следующего канала коммутаторов датчиков 9,11 для подключения к схеме преобразования второго датчика пчелиных рамок 14 и весь процесс повторяется до тех пор, пока не будут опрошены все датчики пчелиных рамок 14.

Входное напряжение, поступающее с каждого датчика, вычисляется по формуле



где N_вх, N_оп, N₀ числа, пропорциональные значениям соответственнно измеряемого, нулевого и опорного напряжений.

U_оп- известное значение опорного напряжения, хранящееся в ПЗУ микроЭВМ 5.

Затем вносится поправка для компенсации величины температуры холодных спаев термопар. (В качестве холодных спаев термопар имеется в виду, что эти спаи не имеют тепловой контакт с пчелами и поправка учитывается при наличии холодного спая во внешней температуре). Поправка вносится следующим образом. В ПЗУ микроЭВМ 5 хранятся числа, пропорциональные значениям напряжениия.

К₀ соответствующее нижнему значению измеряемой температуры;

К_к+1 соответствующее верхнему значению измеряемой температуры. Напряжение, поступающее с датчиков, вычисляется по формуле



где U_вх число, пропорциональное значению входного напряжения с датчика с учетом поправки на измерительный трактакт.

Hапряжение, поступающее с устройства компенсации холодных спаев термопар



где U_c число, пропорциональное значению входного напряжения с устройства компенсации холодных спаев термопар.

Напряжение датчиков термопар, приведенное к температуре свободных концов Q_c=Q вычисляется по формуле:



Таким образом, предполагаемая автоматизированная система для круглогодичного наблюдения за жизнедеятельностью пчелиных семей за счет применения термопарных датчиков снижает трудоемкость изготовления рамок с датчиками, стоимость рамок, повышает эксплуатационную надежность при съеме устаревших сотов и установке искусственной вощины. 2 4