МЕТОД МОНИТОРИНГА ПЧЁЛ ПО ИХ АКУСТИЧЕСКОМУ ШУМУ

Аннотация. В данной работе рассматривается метод контроля роения пчел, рассматривается необходимость мониторинга состояния пчелиных семей по их акустическому шуму, которая позволит производить акустическое наблюдение поведение матки при помощи микрофона и поможет спрогнозировать начало роения. Обосновывается необходимость применения дистанционных средств обработки сигнала полученные от каждого звукового датчика, рассмотрен один из методов сбора информации, проводиться анализ поведение матки. Рассмотрены все преимущества и недостатки данной разработки Делается вывод, что данная разработка помогает эффективно контролировать роение пчелосемей, что позволяет экономить время пчеловода на ревизию каждой улей, и позволяет расширить данное производство.

Введение

С каждым годом в пчеловодстве все большее внимание уделяется качественному разведению медоносных пчёл с целью получения мёда, пчелиного воска и других продуктов. Одна из важнейших составляющих, которая позволяет повысить качества пчелосемей, это эффективное использование энергоресурсов, дополнительная возможность существенно уменьшить себестоимость производимой продукции.

За последние двадцать лет в пчеловодстве были разработаны разные методы систем диагностики параметров пасеки, одним из параметров является пение матки.

Пения матки - это акустический шум, которое издает матка перед выходом из пчелосемьи второго роя и последующих роев, поведение матки определяют в зависимости от той частоты звука, которая она издает.

В настоящее время ведется активная модернизация ведения пчеловодства, связанная с целью облегчить работу пчеловода по обслуживанию большого количество ульев. Пчеловод будет получать информацию акустического шума каждого улья, и выводить это все на один график или таблицу на компьютере, также обеспечит простой системой анализа данных. Это существенно поможет пчеловоду с оценкой состояния здоровья улья, и прогнозировать развития дальнейших событий такие важные моменты в жизни улья, как роение, голодание зимой, болезни, наличие вредителей, которые помогло бы отследить на ранних стадиях и принять соответствующие меры. Таким образом, за счет более точной системы диагностики пасекой уменьшатся потери и повысится отдача семей. Надежность, простота и диагностическая результативность - вот что определит успех разработки.

Одним из основных характеристик системы диагностики является ее надежность. В качестве аппаратно-технической базы системы выбран микроконтроллер, который содержит современные средства защиты от сбоев. Важным критерием системы диагностики является диагностика неисправностей и возможностей системы мониторинга. В процессе эксплуатации возникают непредвиденные ситуации, причиной, которой могут быть климатические условия, внешние механические воздействия. При неисправности, из каких либо элементов, система выдает аварийное сообщение.

Физический принцип действия

Основная задача – это заранее обнаружить начало роения пчелосемьи, с данной задачей может справиться система диагностики пасеки по их акустическому шуму.

Сбор информации проходит по всем основным акустическим датчикам, которые необходимы для успешного выполнения поставленной задачи. Основная система диагностики улей является информационно-измерительной системой, программа информационно-измерительной системой обеспечивает сбор данных. Система имеет централизованное управление. Датчики связаны напрямую с устройством управления. Питание датчиков обеспечивается дополнительным блоком питания.

Информационная система обеспечивает широкие возможности визуализации и взаимодействия автоматического системы мониторинга параметров с человеком (пчеловодом или оператором). Система построена по клиент-серверной архитектуре.

Основные функции серверной части

— Прием и обработка информации, поступающая с датчиков системы (усредненные данные с датчиков и состояние системы);

— Хранение информации, полученной с датчиков, в базе данных;

— Взаимодействие с клиентским программным обеспечением;

— Наблюдение за показателями системы в режиме реального времени и оповещение, в случае если произойдет критическое событие. Система уведомления сигнализирует о событии путем передачи информации о событии на клиентское программное обеспечение;

Для каждой пасеки в зависимости породы пчел и от видов задается своя программа аналитико-статической обработки данных в реальном режиме времени. Она содержит оптимальные значения параметров системы для каждого этапа роения пчёл. Оператору достаточно выбрать соответствующую программу для диагностики определенной породы и улей пчёл, где система будет автоматически выдавать значения с каждого улья оператору.

Базовая комплектация подразумевает набор:

— Микроконтроллер;

— Модуль (датчик) акустический (микрофон)

— Преобразователь RS232;

— ПК

Технической задачей, на решение направленного данного прибора является разработка программного комплекса мониторинга, сохранения и обработки данных в реальном режиме времени. Этот комплекс будет иметь диагностическую результативность, высокое качество работы, которая будет работать без перебоя в любых климатических условиях, самодиагностика системы, возможность работать в аварийном состоянии, была проста в обслуживании и ремонтопригодна

Разработка структурной схемы

В проекте объектом измерения является улей, общий вид которой приведен на рисунке 1.

Рисунок 1. Общий вид улей

На стенах размещены датчики, информация с которых периодически поступает на устройство управления. Затем устройство управления, полученные данные передает ПК по протоколу через UART интерфейс. Сервер читает порт и заносит полученные данные в базу данных персонального компьютера.  Последующая обработка происходит посредством PHP скриптов. На этом этапе происходит оповещение.

В соответствии с поставленной задачей и путем ее решения структурная схема будет иметь вид, изображенный на рисунке 2

Рисунок 2. Структурная схема диагностики параметров пасеки

Устройство работает по следующему алгоритму. В начале запускается блок управления, которой является микроконтроллер. Затем подается питания на схему беспроводного акустического датчика, происходит старт микроконтроллера. Во время старта микроконтроллера происходит инициализация его периферийных устройств. После инициализации акустический датчик соединяется с управляющим устройством по радиоканалу для получения команд и передачи данных.

Средством управления для оператора является смартфон или персональный компьютер. Устройством для хранения информации служит карта памяти типа MMC для ведения отчета об измеряемых параметрах в улей.

RS232-интерфейс необходим, чтобы подключить устройство к персональному компьютеру (ПК). ПК необходим для передачи данных о результатах измерений, формирования отчета, куда будут внесены время и дата измерения, а также их результаты. Предусмотрен доступ отчета в проведенных измерениях в данном месте для любого человека в любой точке земного шара.

На основе анализа объектной и структурной модели, разработаны функциональные схемы контуров системы диагностики.

На рисунке 3 представлена функциональная схема система диагностики параметров пасеки

Рисунок 3. Функциональная схема

Акустический датчик, микрофон

Выбор датчика продиктован следующими требованиями:

• Минимальные габариты и энергопотребление;
• Доступность на рынке, небольшая стоимость;
• Погрешность измерений не более 2 %.

Оптимальным вариантом акустического датчика является датчик LM393.

Его преимущества состоят в компактности, энергоэффективности и хорошей точности измерения.

Микроконтроллер

Выбор микроконтроллера должен выполнять следующие требования:

• Минимальные габариты и энергопотребление;
• Доступность на рынке, небольшая стоимость;
• Низкий диапазон рабочего напряжения;
• Наличие интерфейса UART

Оптимальным вариантом микроконтроллера является микроконтроллер AT89C2051-24PU

Радиомодуль

Выбор радиомодуля должен выполнять следующие требования:

• Минимальные габариты и энергопотребление;
• Доступность на рынке, небольшая стоимость;
• Низкий диапазон рабочего напряжения;
• Наличие интерфейса UART
• Дальность приема не менее чем на 100 метров

Оптимальным вариантом радиомодуля является модуль rxm-433-lr-s

Вывод:

Данный способ мониторинга пасеки поможет эффективно контролировать роение пчелосемей. Основные преимущества данной разработки является, то, что мониторинг каждого улья проходит в режиме реального времени, данное разработка позволяет работать удалённо, что позволяет устройству мгновенно передавать уведомление на ПК или на смартфон о начале роения, тем самым, прочитав уведомление, пчеловод оперативно проводит ревизию улья. Важным фактором является то, что прибор производит мониторинг, не тревожа пчелиных семей.

Данный прибор требует доработки и тщательного исследования.

Необходимо создать математическую модель корпуса, которая способна защитить от механических воздействий и влияния климатических условий.

На данном этапе необходимо провести эксперимент, измерить частоты звука пения матки на каждом этапе роения, максимально избавиться от помех и шумов, также пронаблюдать реакцию и поведение пчёл на данный прибор. Недостатком является, то, что данная разработка требует временных и экономических затрат.

Список литературы:

1. Левичев А. Мельник М. Курсовая работа: Автоматизированная система управления климатом в тепличных хозяйствах [Электронный ресурс]  URL: https://www.bestreferat.ru/referat-184337.html (дата обращения 14.11.17)
2. Рыбочкин А.Ф. Контроль и управление жизнедеятельностью пчелиных семей: Автореф. Дис. Канд. Тех. Наук. – Москва, 2004 - 20с
3. Патент РФ № 2011144039/13 31.10.2011 Рыбочкин А.Ф Савельев С.В. Способ (Варианты) и устройство диагностики состоянии пчелиных семей по их акустическому шуму // Патент России №2501211 2006 Бюл. №1
4. Сердюков Е.Г, Горченко Р.А. Толстоноженко Ф.В. Система автоматизированного управления тепличным хозяйством [Электронный ресурс] URL: http://www.khsu.ru/rc/rc-projects/greenhouse.html (дата обращения 14.11.17)