СИСТЕМА ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ МИКРОКЛИМАТА В УЛЬЯХ ПАСЕКИ

Название	СИСТЕМА ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ МИКРОКЛИМАТА В УЛЬЯХ ПАСЕКИ
Разработчик (Авторы)	Долженков Александр Петрович, Рыбочкин Анатолий Федорович
Вид объекта патентного права	Изобретение
Регистрационный номер	2411723
Дата регистрации	23.09.2009
Правообладатель	Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ)
Область применения (класс МПК)	A01K 47/06 (2006.01)

Описание изобретения

Изобретение относится к области пчеловодства и может найти применение на индивидуальных и коллективных пасеках.

Известные устройства для регулирования температурного режима улья [1, 2] и влажности [3] не позволяют полностью обеспечить необходимый микроклимат пчелам в ульях.

Известно устройство для регулирования микроклимата в улье, содержащее датчик влажности воздуха, преобразователь "влажность - частота", датчик температуры воздуха, преобразователь "температура - частота", нагревательный элемент, коммутирующее устройство для управления нагревательным элементом, электропривод вентилятора, коммутирующее устройство для управления электроприводом вентилятора, парообразователь, коммутирующее устройство для управления парообразователем, пульт изменения режима работы, клеммы источника питания, стабилизирующее устройство, источник питания, управляемый температурой, датчик внешней температуры для источника питания, управляемого температурой, микрофон, полосовой фильтр, усилитель ограничитель, при этом два выхода датчика влажности соединены со входами преобразователя "влажность-частота", два выхода датчика температуры соединены со входами преобразователя "температура-частота", первый вход нагревательного элемента соединен с первым выходом коммутирующего устройства для управления нагревательным элементом, а второй - с первым выходом источника питания, управляемого температурой, первый вход источника питания, управляемого температурой, соединен с первой клеммой источника питания, с которой также соединены первый вход стабилизирующего устройства, второй вход электропривода вентилятора и второй вход парообразователя, первый вход электропривода вентилятора соединен с первым выходом коммутирующего устройства для управления электроприводом, а первый вход парообразователя соединен с первым выходом коммутирующего устройства для управления парообразователем, вторые входы коммутирующего устройства для управления нагревательным элементом, коммутирующего устройства для управления элетроприводом, коммутирующего устройства для управления парообразователем, а также вторые выходы стабилизатора и источника питания, управляемого температурой, соединены со второй клеммой источника питания, при этом первый вход микроЭВМ соединен с выходом преобразователя "влажность-частота", а второй соединен с выходом преобразователя "температура-частота", третий вход которой соединен с выходом усилителя-ограничителя, а четвертый вход соединен с выходом пульта изменения режима работы, первый выход микроЭВМ соединен со входом коммутирующего устройства для управления нагревательным элементом, а второй выход соединен со входом коммутирующего устройства для управления электроприводом вентилятора, третий выход соединен со входом коммутирующего устройства для управления парообразователем, первый выход стабилизатора соединен с шинами питания микроЭВМ и преобразователей "температура-частота" и "влажность-частота", вход усилителя-ограничителя соединен с выходом полосового фильтра, первый и второй входы которого соединены, в свою очередь, с выходами микрофона.

Недостатками этого устройства являются: недостаточные функциональные возможности регулирования температуры в улье, осуществляется за счет подогрева, отсутствует охлаждение. Охлаждение осуществляется либо естественным путем за счет воздействия более низкой внешней температуры, либо при высоких внешних температурах вентиляцией самими пчелами, взмахами крылышек (при более высоких внешних температурах, чтобы не перегреть расплод часть пчел покидает улей), при искусственном вентилировании, вентилятор в большей степени уменьшает влажность, чем температуру, к тому же усиливается воздухопоток внутри улья. Отсутствует возможность дистанционно контролировать индивидуальный микроклимат улья с пчелами и его индивидуальная корректировка. Такое построение устройств не позволяет оптимально регулировать микроклимат в улье в жаркие летние дни.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение функциональных возможностей устройства.

Поставленная задача решается тем, что система для регулирования микроклимата в ульях пасеки, содержащая микроконтроллер, датчик влажности воздуха внутри улья, датчик температуры воздуха внутри улья, датчик внешней температуры воздуха, коммутирующее устройство управления парообразователем, коммутирующее устройство управления нагревательным элементом, коммутирующее устройство управления вентилятором, клеммы источника питания, стабилизирующее устройство, первый выход микроконтроллера соединен с коммутирующим устройством вентилятора, а его выход соединен с входом включения вентилятора, второй выход микроконтроллера соединен с входом коммутирующего устройства парообразователя, а его выход с входом включения нагревательного элемента парообразователя, третий выход микроконтроллера соединен с входом коммутирующего устройства нагревательного элемента, а его выход с входом включения нагревательного элемента, клеммы источника питания подсоединены ко вторым входам нагревательного элемента, парообразователя, вентилятора, стабилизирующего устройства, выходы которого соединены с питающими входами микроконтроллера, датчиком температуры воздуха внутри улья, датчиком внешней температуры воздуха, датчиком влажности внутри улья, введена персональная электронно-вычислительная машина (ПЭВМ), устройство охлаждения в виде элемента Пельтье, датчик внешней влажности, сетевой адаптер, выход датчика внешней температуры соединен с первым входом ПЭВМ, выход датчика воздуха внутри улья соединен с первым входом микроконтроллера, выход датчика влажности воздуха внутри улья соединен со вторым входом микроконтроллера, выход датчика внешней влажности соединен со вторым входом ПЭВМ, выход сетевого адаптера соединен с третьим входом микроконтроллера, а его вход через линию связи соединен с выходом ПЭВМ, первый выход микроконтроллера соединен с входом коммутирующего устройства управления вентилятором, а его выход соединен с первым входом электропривода вентилятора, второй выход микроконтроллера соединен с входом коммутирующего устройства управления парообразователем, а его выход соединен с первым входом парообразователя, третий выход микроконтроллера соединен с входом коммутирующего устройства управления нагревательным элементом, а его выход соединен с первым входом нагревательного элемента, четвертый выход микроконтроллера соединен с входом коммутирующего устройства управления охлаждением, а его выход соединен с первым входом устройства охлаждения, вторые входы: электропривода вентилятора, парообразователя, нагревательного элемента, устройства охлаждения объединены и соединены с объединенными вторыми входами электропривода вентилятора, парообразователя, нагревательного элемента, устройства охлаждения устройств для регулирования микроклимата других ульев и с первой клеммой источника питания, вторая клемма источника питания заземлена.

Система для регулирования микроклимата в ульях пасеки содержит (фиг.1) датчик внешней температуры воздуха 1, персональную электронно-вычислительную машину пчеловода (ПЭВМ) 2, датчик внешней влажности 3, линию связи 4, датчик температуры воздуха внутри улья 5, датчик влажности внутри улья 6, сетевой адаптер 7, микроконтроллер 8, коммутирующее устройство управления вентилятором 9, коммутирующее устройство управления парообразователем 10, коммутирующее устройство управления нагревательным элементом 11, коммутирующее устройство управления охлаждением 12, электропривод вентилятора 13, парообразователь 14, нагревательный элемент 15, устройство охлаждения в виде элемента Пельтье 16, стабилизирующее устройство 17, клеммы источника питания 18, устройство для регулирования микроклимата в улье 19.

Конструктивно система для регулирования микроклимата в ульях пасеки состоит из ПЭВМ 2, датчика внешней температуры 1, датчика внешней влажности 3, линии связи 4 и устройства для регулирования микроклимата в улье 19, изготовленного на печатной плате, находится в коробке. Устройство для регулирования микроклимата в улье 19 содержит 6 разъемов: один - для сетевой линии связи; второй - для подключения электропитания 12 В; третий - для подключения вентилятора; четвертый для подключения устройства охлаждения; пятый - для подключения нагревательного элемента; шестой - для подключения нагревательного элемента парообразователя.

Нагревательный элемент 15 выполнен в виде плоской пластины, внутри которой расположена спираль. Он располагается на дне улья.

Парообразователь 14 представляет из себя сосуд, на дне которого расположен нагревательный элемент и пароотвод.

Устройство охлаждения 16 выполнено в виде элемента Пельтье с радиатором и вентилятором и располагается в верхней части боковой стенки улья.

Устройство для регулирования микроклимата в улье 19 желательно расположить между подушкой и холстиком под крышкой улья, так как это обеспечит удобство работы пчеловода с этим устройством.

Электропитание 12 вольт через клеммы источника питания 18 подается на нагревательный элемент 15, электропривод вентилятора 13, устройство охлаждения 16, парообразователь 14, стабилизирующее устройство 17. На корпусе устройства для регулирования микроклиматом улья 19 располагается светодиод, который сигнализирует о подаче электропитания. Устройство для регулирования микроклимата в улье 19 готово к работе. Каждое устройство для регулирования микроклимата в улье 19 через линию связи 4 образует сеть, подключенную к ПЭВМ 2. Датчики внешней температуры воздуха 1 и датчик внешней влажности 3 находятся на улице и защищены от воздействия солнечных лучей. ПЭВМ 2 находится в домике пчеловода.

Работает система для регулирования микроклимата в ульях пасеки фиг.1 согласно алгоритму, приведенному на фиг.2, следующим образом. Первоначально пчеловод через клавиатуру ПЭВМ 2 задает количество ульев с пчелами, оснащенных устройствами регулирования микроклимата 19, а также задает оптимальные параметры температуры Tneed и влажности Hneed по каждой пчелосемье (фиг 4).

В первоначальный момент времени система для регулирования микроклимата обесточена: напряжение питания на клеммах 18 отсутствует, ПЭВМ пчеловода 2 не работает. При поступлении напряжения питания на клеммы 18 через стабилизирующее устройство 17 запитывается микроконтроллер 8, который начинает работать согласно алгоритму, показанному на фиг.3. Вначале происходит инициализация микроконтроллера 8: настраиваются частотно-импульсные модуляторы, аналого-цифровые преобразователи, интерфейс каналы, инициализируются порты ввода-вывода, выделяется память под стек микроконтроллера 8. Устанавливаются значения переменных зон нечувствительности для канала влажности и температуры: Hdeltaerror и Tdeltaerror. Это допустимые значения ошибки регулирования параметров температуры и влажности. Если не будет превышения по модулю значения этой ошибки, то не будет осуществляться воздействие на объект регулирования. Вычисляется текущая ошибка регулирования для температуры и влажности: Terror = Tneed-Treal; Herror = Hneed-Hreal. Если фактическая ошибка больше Terror > Tdeltaerror, то включается нагревательный элемент 15 и выключается устройство охлаждения 16. Если Terror < - Tdeltaerror, то выключается нагревательный элемент 15, и включается устройство охлаждения 16. Если фактическая ошибка находится в пределах |Terror| < Tdeltaerror, то выключается устройство охлаждения 16, и выключается нагревательный элемент 15. Далее проверяется канал управления влажностью. Если фактическая ошибка Herror > Hdeltaerror, то включается парообразователь 14, и выключается электропривод вентилятора 13. Если фактическая ошибка Herror < - Hdeltaerror, то выключается парообразователь 14, и включается электропривод вентилятора. Если фактическая ошибка находится в пределах |Herror| < Hdeltaerror, то выключается парообразователь 14, и выключается электропривод вентилятора 13. После паузы в 5 сек, из-за инертности регулирующих элементов действия управления повторяются.

При включении ПЭВМ 2 и запуска управляющей программы происходит считывание информации о внешней температуре с датчика внешней температуры воздуха 1 и считывание информации о внешней влажности с датчика внешней влажности 3.

По запросу пчеловода через пульт управления ПЭВМ 2 указывается режим считывания информации о температуре и влажности в контролируемых ульях: кольцевой, с выборочно указанными номерами. При кольцевом режиме ПЭВМ 2 последовательно выставляет коды имени устройств регулирования микроклиматом улья 19 и последовательно через сетевой адаптер 7 загружает в свою память информацию о температуре и влажности в ульях. При выборочном загружается информация о температуре и влажности выбранных ульев. При подключенном электропитании устройства для регулирования микроклимата в улье 19 микроконтроллер 8 считывает информацию о температуре с датчика температуры воздуха внутри улья 5 и информацию о влажности с датчика влажности внутри улья 6. Он начинает согласно алгоритма работы (Фиг.3) управлять работой коммутирующего устройства управления вентилятором 9, коммутирующим устройством управления парообразователем 10, коммутирующим устройством управления нагревательным элементов 11, коммутирующим устройством управления охлаждением 12, подключая или отключая электропривод вентилятора 13, парообразователь 14, нагревательный элемент 15, устройство охлаждения 16.

Интерфейс программы для ПЭВМ показан на фиг.4. Обмен данными осуществляется по линии связи 4. Для этого в каждом устройстве управления микроклиматом предусмотрен сетевой адаптер. Взаимодействие происходит согласно алгоритму, показанному на фиг.2. Переменной i присваивается значение N (количество ульев в системе). Затем происходит соединение с i-м ульем. Если соединение прошло успешно, то в микроконтроллер устанавливаются значения переменных Tneed, Hneed и считываются данные Treal и Hreal. Если соединения не произошло, то в программе управления для ПЭВМ напротив этого улья в поле статуса появляется сообщение: ошибка соединения (фиг.4). Далее высчитывается разность Tneed и Treal; Hneed и Hreal и если Tneed отличается от Treal более чем на 30% или Hneed отличается от Hreal более чем на 30%, то в поле статус программы для ПЭВМ выводится сообщение: обратить внимание (фиг.4). Далее происходит декремент переменной i и вышеописанные действия повторяются для нового i (для нового улья). Когда значение i станет равным нулю, это означает, что все ульи опрошены, после паузы в пять минут опрос ульев повторяется.

Таким образом, при летнем содержании пчел, когда в ульях поднимается высокая температура в устройстве для регуляции микроклимата, в улье применено устройство охлаждения в виде элемента Пельтье, что позволяет проводить охлаждение без сильных воздушных потоков, с использованием других регулирующих устройств поддерживать параметры микроклимата на оптимальном уровне. Такая система регуляции микроклимата может найти применение для регуляции микроклимата в нуклеусах и шмелиных ульях.

Источники информации

1. Патент №2168199. Устройство для регулирования температурного режима в улье // Рыбочкин А.Ф., Захаров И.С. Опубл. 27.05.2001. Бюл. №15.

2. Патент №2134507. Устройство для регулирования микроклимата в улье // Зимитрович B.C., Прудников А.В., Прохорова А.Н. Опубл. 08.08.99.

3. Патент №2246213. Устройство для регулирования микроклимата в улье // Рыбочкин А.Ф., Перелыгин А.В. Опубл. 20.02.2005. Бюл. 5 (прототип).

Формула изобретения

Система для регулирования микроклимата в ульях пасеки, содержащая микроконтроллер, датчик влажности воздуха внутри улья, датчик температуры воздуха внутри улья, датчик внешней температуры воздуха, коммутирующее устройство управления парообразователем, коммутирующее устройство управления нагревательным элементом, коммутирующее устройство управления вентилятором, клеммы источника питания, стабилизирующее устройство, первый выход микроконтроллера соединен с коммутирующим устройством вентилятора, а его выход соединен с входом включения вентилятора, второй выход микроконтроллера соединен с входом коммутирующего устройства парообразователя, а его выход - с входом включения нагревательного элемента парообразователя, третий выход микроконтроллера соединен с входом коммутирующего устройства нагревательного элемента, а его выход - с входом включения нагревательного элемента, клеммы источника питания подсоединены ко вторым входам нагревательного элемента, парообразователя, вентилятора, стабилизирующего устройства, выходы которого соединены с питающими входами микроконтроллера, датчиком температуры воздуха внутри улья, датчиком внешней температуры воздуха, датчиком влажности внутри улья, отличающаяся тем, что введена персональная электронно-вычислительная машина (ПЭВМ), устройство охлаждения в виде элемента Пельтье, датчик внешней влажности, сетевой адаптер, выход датчика внешней температуры соединен с первым входом ПЭВМ, выход датчика воздуха внутри улья соединен с первым входом микроконтроллера, выход датчика влажности воздуха внутри улья соединен со вторым входом микроконтроллера, выход датчика внешней влажности соединен со вторым входом ПЭВМ, выход сетевого адаптера соединен с третьим входом микроконтроллера, а его вход через линию связи соединен с выходом ПЭВМ, первый выход микроконтроллера соединен с входом коммутирующего устройства управления вентилятором, а его выход соединен с первым входом электропривода вентилятора, второй выход микроконтроллера соединен с входом коммутирующего устройства управления парообразователем, а его выход соединен с первым входом парообразователя, третий выход микроконтроллера соединен с входом коммутирующего устройства управления нагревательным элементом, а его выход соединен с первым входом нагревательного элемента, четвертый выход микроконтроллера соединен с входом коммутирующего устройства управления охлаждением, а его выход соединен с первым входом устройства охлаждения, вторые входы: электропривода вентилятора, парообразователя, нагревательного элемента, устройства охлаждения объединены и соединены с объединенными вторыми входами электропривода вентилятора, парообразователя, нагревательного элемента, устройства охлаждения устройств для регулирования микроклимата других ульев и с первой клеммой источника питания, вторая клемма источника питания заземлена.

Изобретение "СИСТЕМА ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ МИКРОКЛИМАТА В УЛЬЯХ ПАСЕКИ" (Долженков Александр Петрович, Рыбочкин Анатолий Федорович) отмечено юбилейной наградой (25 лет Российской Академии Естествознания)
Медаль Альфреда Нобеля

Оформление наградных документов и заказ каталога