автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.09, диссертация на тему:Управление и контроль за жизнедеятельностью пчелиных семей

Л П Государственный коиитет' РФ по

Б " " ' высиеиу образовании

. к ■ * г ^ —> -

Кнрский политвхничвский институт

На правах рукописи

Рыбочкин Анатолий Федорович

УПРАВЛЕНИЕ И КОНТРОЛЬ ЗА ЗйЗНЕДЕЯТЕЛЬ НОСТЬШ ПЧЕЛИНЫХ СЕМЕЙ

Специальность 05.13.09 - "Управление в биологических и медицинских системах"(вклвчая применение вычислительной техники)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание дченай степени кандидата технических надк '

Кнрск 1994,-

Работа выполнена в Курском политехническом институте

Научный руководитель .'доктор физико-математических

Официальные оппоненты: доктор технических наук,профессор Передельский Г.И. кандидат технических наук,доцент Довгаяь В.К.

Ведущая организация - Санкт - Петербургский Государственный электротехнический университет.

Защита диссертации состоится "_30_" июне—■----1994 г.

в 14 часов на заседании специализированного'совета К 064.50.03 Курского политехнического института по адресд:305039, г.Курск,ул. 50 лет Октября, 94.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

автореферат разослан "27"__как____________ 1994 г.

Ученый секретарь /

наук,профессор Захаров К.С,

специализированного совета кандидат биологических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РйБОТН.

Актуальность проблемы.В настоящее время медоносные пчелы расселены на всех обитаемых континентах.Зто вызвано как широким применением продуктов жизнедеятельности пчел (мед. воск, прополис, яд и др.),так и использование!« их в качестве опылителей ряда сельскохозяйственных культур, урожайность которых при этом резко возрастает.Еще ка Рдси продукция пчеловодства находила применение у себя и слувила предметом торговли с другими странами.

Пс мере своего развития человек совершенствовал условия жизнедеятельности пчел и ухода за ними.Так,в 1814 г.нажим соотечественником Прокоповичем П.И.был создан первый рамочный улей.Совершенствовались технология пчеловоадения,учитывающая состояние и особенности окружающей среды и обобщающая информации о яизнедеятельнос-ти пчэл.Пчеловод для получения от каядой пчелосемьи максимального количества продукции полагается, в основном,на свой опыт и интуиции.Чтобы добиться высокой рентабельности,ему необходимо постоянно обрабатывать бальной обьеи информации: учитывать климатические условия,особенности развития каядой пчелосемьи и фенологического календаря местности,количество летных дней и их • распределение по месяцам,состояние пчелосемьи в либой момент времени и т.д.Зто приводит к огромным затратам времени и усилий,особенно в настоящее время .з связи с резким изменением экологической и демографической обстановки: уменьиается площадь сельхозугодий, происходит отток сельского населения в города,резко повысилась заболеваемость пчел и т.д.Пчеловоды практически не могут не только проанализировать имещувся.в их распорягении информацию,но даае регистрировать ее,в особенности на средних и крупных пасеках.

Для повыэения эффективности пчеловодства и снияения трудозатрат на помощь'пчеловоду начинает приходить вычислительная тех-ника.а так ев кропотливый сбор и обобщение информационного материала о жизнедеятельности пчел.Гак,с помощьв микропроцессорных устройств моено поддервивать микроклимат в улье и зимовнике, ЙСВ "Корн"позволяет автоматизировать процессы приготовления подкормок по рецепту - программе,АСЙ "йед" - процесс откачки меда из сотов, АСУ "Племенная работа" существенно сокращает трудовые затрата при подготовке документации для пчелосемей и т.д.Имеется ряд программных средств для анализа экономической деятельности пасеки,нодели-рования развития клеща варроа в пчелиной семье,учета трудовой деятельности пчеловода,обучения начинапцих пчеловодов и др. Огромный информационный материал о визнедеятельности пчелосемей обобщен в

работах профессора Еськова Е.К.Однако,использование вычислительной техники в пчеловождении в настоящее время ограничено, в основном, хранением и обработкой информации.моделированием некоторых процессов жизнедеятельности пчел.

Для резкого снижения трудозатрат необходимо выполнение разработок, обеспечивающих постоянное оперативное нрдглогодичное набли-дение для принятия эффективных решений и управление жизнедеятельностью пчелосемей без нарунения микроклимата в улье.

Цель и задачи исследования. Цель диссертационной работы заклв-чается в создании мегодик и систем для обеспечения крцглогодичного контроля и управления жизнедеятельностьи и содержанием пчелиных, семей на основе микропроцессоров и персональных компьютеров с применением программных средств для их реализациии. Для достижения поставленной цели решаются следуищие основные задачи:

- анализируются параметры и закономерности поведения пчелосемьи в различных условиях жизнедеятельности (распределение температуры,влияние электромагнитных полей и др.);

создастся модели,-описыванщие процессы управления и контроля за жизнедеятельность!! пчелосемей;

- создаются методики,механизмы и средства воздействия на поведение пчелосемей;

- разрабатываются системы для регистрации теплового поля в объеме улья и визуализации его на экране дисплея;

-'создавтся устройства для регистрация и обработки спектра частот звуковых сигналов пчелосемьи и др.;

- разрабатывается программное обеспечение для получения и обработки непрерывной информации о Еизнедеятельности пчелиных семей, выдачи управляищих воздействий на исполнительные устройства и рекомендаций пчеловоду для принятия решений.

Натодн исследования.В качестве физических параметров, характеризующих аизнедеятельность .пчелосемьи, использованы температура, спектр звуковых частот и электромагнитные поля, а такае введено измерение индуктивности для определения координат" местонаховде-нйя пчелиной матки в улье по элементу, укрепленному на ее спинке. Отображение информации о яизнедеятельности пчелосемей проводится на экране дисплея ПЭВЙ,выдача сигналов управления с ПЭВМ - через устройства сопряжения компьютера с линией связи и ульевыыи конт-рсллр&аки.Получение информации от пчелосемьи осуществляется по ли-•тлаы '-вязи,типы ПЭВМ выбраны в. зависимости от массива обрабатываемой информации:при малых ее обгемах. использованы ЭВМ "Синклер" семейства ZX-SPECTRUH,при больших - ПЭВИ типа IBM и совместимых с нас. Обработка результатов исследований проводилась с исполь-

зованием элементов теории вероятностей. В качестве языков программирования использованы BASIC,ASSEMBLER. Оценка погрешностей измерения сигналов с датчиков проводилась с помощью методов теории вероятностей.

Научная новизна. Созданы методики и системы сбора и обработки информации о кизнедеятельности пчелиных семей посредством регистрации тепловых полей в объеме улья в условиях минимального воздействия на нормальнув визнедеятельность пчел электромагнитными, тепловыми полями и инородными телами (датчиками, соединительными проводами).Это дает возмоиность определения координат и размеров формирования пчелиного клуба,количества пчёл в улье, формирования расплода на пчелиных рамках.Обоснованы методики и системы регистрации и обработки спектра звуковых частот пчелосемей для определения их состояния и подачи управляющих воздействий на исполнительные устройства для изменения этого состояния на основе обработки полученных с датчиков данных.

Основные половения,выносимые на защиту:

1.Методы контроля и управления визнедеятельностью пчелосемей позволяют осуществлять круглогодичное дистанционное наблюдение за состоянием пчелосемей в улье и целенаправленно регулировать его при возникновении неблагоприятных процессов.

2.Метод регистрации распределения теплового поля в объеме улья дает возможность определить размещение пчел в улье и их количество,распределение расплода по площади рамок.

3.Применение металлического элемента на спинке пчеломатки при наличии индуктивных датчиков дает возмояность определить ее наличие (или отсутствие),а так ве координаты в улье.

4.Системы регистрации распределения тепловых полей,регистрации и обработки спектра звуковых частот издаваемых в улье,обеспечивают регистрации состояния пчелосемей и,в случае необходимости, подачу сигналов для изменения этого состояния.

Достоверность полученных в работе результатов подтверждается:

ПФизические параметры микроклимата и состояния пчелосемьи,ха-рактеризуищие отобраяаенув на экране дисплея информации, подвергаются независимому контролю с помощьш измерительной аппаратуры, прошедшей метрологический контроль,'

2 правильность теоретических моделей,результатов измерения с покощьа построенных на их основе систем подтверждается независимыми измерениями с помощью стандартных методов и устройств;

ЗЭОтобраваемая на дисплее информация контролируется визуальным наблвдением жизнедеятельности пчелосемей;

4)Б качестве базовых для контроля и управления выбраны Снзи-

ческие параметры, характеризующие низнедеятельность пчелосемьи, обоснованные в литературе и подтвервдённые практическим использованием.

Практическая ценность.Предлоненные в работе методы управления и системы,а такве созданный пакет прикладных программ позволяет:

- проводить круглогодичный дистанционный контроль низнедеяте-льности пчелиных семей;

- осуществлять, управляемые воздействия на состояние пчелосемей в различных условиях жизнедеятельности;

- создавать банки данных на каядую пчелосемью в течении ее гизиедеятельности.включапцие родословные признаки,болезни, параметры погодных условий,состояние медоносной базы,индивидуальные особенности развития и т.д.;

- прогнозировать степень развития пчелиных семей в зависимости от складывавшихся погодных условий.и других характеристик;

- создавать компьютерные, учебники для обучения начинавших пчеловодов,вести их обучение,непосредственно транслируя информации с пасски.с поыоцъш ксыпьютерних сетей.

Результаты работы могут быть использованы на коллективных пасеках, в индивидуальнах хозяйствах как в нашей стране,так и за Рубеком, Работа выполнялась в соответствии с планами и программами научно - исследовательских работ Курского политехнического института' С научное направление "Разработка и исследование средстз о5ра-ботга информации электронными и оптическими методами",Неазузовская научно - техническая программа "Электронные устройства АПК").

Практическая реализация результатов работы.На основе результатов,полученных в диссертации,разработаны:

- методы и систекы для дистационного контроля распределения температурных полей,управления исполнительными устройствами, микропроцессорные анализаторы спектров звуковых частот пчелиных сеаей;

- методы и автоматизированная система для круглогодичного наблюдения за зизнедеягельностьв пчелиных семей;

- автоматизированная система для содеряания пчелиных семей;

- метод и устройство для регулирования температурного реаима ' з улье;

- пакеты прикладных программ для дистационного круглогодичного контроля и управления яизнедеятельностьи пчелиных семей.

Зти методы и системы позволяют обеспечивать выдачу информации пчеловодам о состоянии пчелосемей во всех ульях пасеки в любое врекз года и рвкоивндации по ев применении,поддеряивать микроклимат з улье.Система для регистрации тепловых полай с применением

... - 7 -

микропроцессоров и персонального компьютера применена на пасеке.

Апробация работы.Основные результаты диссертации докладывались на Научно-техническом семинаре "Научно-технические средства инфор-матизаци,автоматизации и интеллектуализации в народном хозяйстве" (28-29 октября 1991г.,г.Москва),на Международной научной конференции "Пчела и ч6ловек"(7-9 апреля 1992г..г.Паланга, Литовская Республика.),на научных семинарах в КПИ.

Публикации по работе.По результатам диссертационной работы, опубликовано 14 печатных работ,среди которых 9 патентов.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения, излоненннх .на 143 страницах, основного машинописного текста,иллюстрированного так яе рисунками, графиками,таблицами,содераит список литературы из 100 наименований на 8 страницах.прилоиений алгоритмов,программ.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении проведено обоснование актуальности и выбора темы ' диссертационной работы,сформулированы основные задачи исследования,положения,выносимые на защиту,и практическая значимость работа.

В первой главе выполнен анализ устройств обработки информации о яизнедеятельности пчелосемей,физических параметров жизнедеятельности пчелиной семьи,распределения теплового поля з улье,спектра звуковых частот- в пчелосемье и др.Показано,что определенные периоды визнедеятельнссти пчелосемей характеризуется поддерзаниеи строго определенных температур (в зоне пчелиного расплода поддерживается температура 34,3-35,5°С; з зоне маточников - 34,3-34,5°С; в период зимовки пчелы- собираются з клуб с температурой по'периферии 9°С,в центре - 24-20°С и т.д.),а состояния пчелосемьи описываются соответствующим спектроа частот звуковых сигналов (роениэ выраяа-ется позыпениен интенсивных составлявших.на частотах 210-240 Гц, • слет характеризуется максимумом интенсивностей на частотах 210300,400-500 Гц;прием новой матки соответствует пику интенсивностей на частотах 165 -200 Гц.ез отторзениэ - на частотах 330-440 Гц и т.д.).Приведен краткий обзор применения электронных вычислительных средств.методов исследования для описания яизнедеятельности пчелиных семей.Установлено,что микропроцессорные устройства и персональные ЭВМ,з основном,используптся для хранения информации,в качестве устройств счета.для моделирования некоторых эпизодов жизнедеятельности пчел я ?.п.Они показыааит эффективность применения ЭВТ а пчеловодства и возиояностъ построения ,на аэ основе систем

- 8 - • .

управления и контроля жизнедеятельности пчел.Отсюда вытекает целесообразность создания моделей постоянного круглогодичного управления и контроля,методов и средств для их практической реализации для повышения эффективности пчеловокдения,снижения трудозатрат и увеличения^производства продукции пчеловодства,Рассмотрены возможности применения.различных электронных устройств для построения систем управления и. контроля за жизнедеятельностью пчелосемей.

Во второй-главе рассмотрены методы объемного измерения параметров жизнедеятельности пчелиных семей.Описаны результаты по разработке метода измерения распределения температуры путем регистрации изображений пчелиных семей с помощью ИК-приборов.В этом случае энергетическая освещенность инфракрасным излучением в точке А облучаемой поверхности стенок улья,создаваемым пчелиным клубом ди-' аметром (3,определяется выражением:

где . I - энергетическая яркость излучающей поверхности пчелиного клуба;Хд,ЯА - координаты точки й;е( - угол наблшдения пчелиного клуба из точки

. Значение . ¿. определяется в предположении,что пчелиный^клуб является точечным излучателем: * I __ и£Тг

5Г ' ' (2).

¿е £■£ - коэффициент излучения наругкой поверхности пчелиного :лу5а при рабочей температуре 6 ; 6 -' постоянная Стефана .- Больц-^.ча.Тг- рабочая температура наружной поверхности пчелиного клуба.

Расчетная величинаТт определяется из уравнения баланса энергии ; установившемся режиме зимовки пчелиного клуба при условии, что температура поверхности пчелиного клуба одинакова.Тогда для единицы площади поверхности пчелиного клуба икеек:

¿¿ё(Тт - То) +Ао<£-°'2*АТ<г5 <з>

здесь Р - энергия,потребляемая пчелиным клубом яри употреблении меда; &Т~Тт~То I То - температура окружающей среды на некоторой удалении от пчелиного клуба;Ао - константа для заданной температуры.

Данный метод регистрации изображений пчелосемей без нарушения микроклимата з улье кокет быть реализован с помоцьв ЙК -приборов "тепловизоров к т.п.) и удобен при наличии малого киличества пче-.осеней.

Для регистрации распределения температурных полей в объеме улья использованы матрицы термодатчиков,в качестве которых могут быть использован^ терморезисторы или термопары.В настоящее время при высок-цй чувствительности измерительных приборов регистрация сопротивления при изменении температуры играет^ второстепенную роль.Позтому 6 работе проводится анализ стабильности' свойств используемых элементов к воздействии среды.Для терморезисторов ТСП класса предельно допустимые колебания начального сопротивления йо составляют 0,12, а температурный коэффициент сопротивления имеет значение ¿=*(3,31 Для вычисления предельной погрешности

используется выранение

' = Ма?+10Щго*+5*) 7 с4)

где а. и 8 - допустимые отклонения, соответственно,йо и Ш).

При использовании матриц термопар учтена температура термокоапен-сируицего спая. Процесс регистрации температуры основан на снятии информации с термодатчиков,которые последовательно сканирузтся ульезым контроллером.В зависимости от вида используемых тернодат-чиков создана схемы измерительных органов на основе преобразователей типа "температура-частота''^.

Рассмотрены метода измерения параметров звуковых сигналов пчелиной семьи.Проведен анализ звукового сигнала пчел,который является несинусоидальным,непериодическим,состоящим из суммарных состаз- . лающих гармонических сигналов.отличавшихся интенсивность«] и фазой. -Необходимое число преобразований аналогового сигнала в цифровой определяется спектром егс частот или требуемой точностьи преобразования.3 соответствии с теоремой " отсчетов Зеннона непрерывный сигнал 2И*(6) предстазляется в виде суммы N выборок зтогп сигнала:

Шл (£>=Т%Ш {№) • <5, '

Представлен анализ разновидностей преобразования этого аналогового сигнала в цифровой и устройств.реализуадих эти преобразования.В случае преобразования аналог-код использованы аналого -цифровыэ преобразователи, которые находятся в структура ильввого контроллера.Аналоговая информация (интенсивности спектра звукового Фона) дискретизируется в улье и обрабатывается микропроцессорным устройством, которое затем по запросу ЭВМ пчеловода по общей линии связи передает информацию з цифровой форме.При преобразовании аналог - частота использованы преобразователи типа-"напраззние - частота".йналоговай сигнал преобразуется последозательно в напрязз-

- 10 - ■

ние,затем - в частоту.Для измерения спектра интенсивностей звуковых частот применены активные фильтры.Измерение частоты проводится ЭВМ пчеловода с помощью разработанного программного обеспечения.

Рассмотрен метод определения координат пчелиной матки в улье. Матка метится яестяной биркой или круговым контуром 2-3 мм,в средостении вощины находятся индуктивные датчики. При наличии метки вблизи датчика меняется частота генерации,что и являтся признаком присутствия матки над этим датчиком. Проведен расчет параметров индуктивного дат.чика.В качестве средства регистрации использована схема высокочастотного генератора с пороговым элементом.

В третьей главе описаны разработанные в диссертации системы управления и контроля за аизнедеятельностьш пчелиных семей.Принцип действия системы для круглогодичного наблвдения основан на измерении распределения теплового поля в обьеме улья с помощьв термодатчиков, распределенных на пчелиной рамке. Она состоит из дисплейной СДЭВМ) и центральной ЭВМ. (ЦЭВМ), ульевых контроллеров (ЭК).. ДЗВМ подклвчается через линии связи с ЦЭВМ,которая через отдельные линии связи подклшчается к УК.Нльевые контроллеры находятся в корпусах ульев.ЦЭВМ иомет работать автономно и дублировать управляющие программы ДЗВМ.Для запуска управляющей программы ДЭВМ готовят к работе путем загрузки операционной системы,транслятора языка программирования СВЙБ1С5,подпрограмм работы с каналов связи,файлов печати и графики и системной управляющей коканды. Разработана программная модель работы системы, позволявшая составить карту распо-ло*ения пасеки или расположение пчелиных ульев при зкковке.

После формирования карты ДЗВй запрашивает по команде "Выдать данные" ЦЭВМ по каналу связи.Данные сводятся во временной буфер ОЗУ ДЗВМ,где происходит их сортировка и заполнение таблицы наличия рамок.Формат банка данных представлен в Еиде массива символьной катрицы,представлявшего температуркуш информацию одного нлья.Просмотр рамок в улье осуществляется в ручном и автоматической ревше. •При наблсдении пчелиного клуба на экран ДЗВМ выводится рисунок сечения, построенный ЭВМ по крайним температурным датчикам, находящимся на границе пчелиного клуба.

К существенному расширении функциональных возкоЕностей приводит систека,организованная по принципу локальных сетей (ЛС), где каждый НК подключен к общей линии связи.Одним' из вариантов является система с звездно - кольцевой топологией /1С (Рис.,1).ЭВМ пчеловода прозодит начальную настройку системы - и формирует выбранный ревик работы,Она, как и ульевые контроллеры, имеет передсЕщуз и лриэьшцв линии-свази,выполненные двумя витыми проводами. Первый НК принимает сообщения от ЭВМ пчеловода и через передавщуи линию свя-

ЭВМ пчепоёсда

Рис

.i.Структурная схема системы с звездно-кольцевой топологией

зи передает его в приемную часть второго ЭК и далее до Я-го ЭК,который передает его в приемную линии связи. ЭВМ пчеловода. Наличие в ЭК ульевой микроЭВМ позволяет , самостоятельно получать- следующую информации:определять температуру,спектр звуковых частот,исполнять команды на подсадку маток и локально регулировать подогрев. ЭВМ пчеловода координирует работу ульевой микроЗВМ (ЗМЗВМ 3 и выводит графические картины процессов,происходящих в выбранной пчелосемье. Для работы ЭК от блока питания пасеки зачитываются ульевые блоки питания и УМЗВМ,вырабатывающая сигнал начальной установки (НУ). В УМЭВМ осуществляется внутренняя загрузка управляющих слов,очищается ее ОЗУ и 'запускается внутренний таймер. В режиме "йвтомат." ЭК осуществляет три подрежима: 1) измерение температуры каядого из 32 датчиков на рамке с записью результата в 039; 2включение нагревателя рамки через силовые выходы УМЭВМ; 3) анализ звукового спектра пчелиной семьи на характеристических частотах. .

Для анализа звукового спектра использованы микрофон М, микрофонный усилитель МЭ, блок фильтров Ф1-Ф4, коммутатор фильтров и амплитудный дискриминатор,подавляющий амплитудные помехи.На частотах Н=246,г2=343д3=296,г4=389 Гц проводится "анализ" степени зарааенности пчел .?йрроатозоы.УМЗВЙ включает выход порта,через который на усилитель 'мощности (УИ) подается импульсная частота 500 Гц для подавления роения.С выходов Эй частота в 500 Гц поступает на проволочные вощинодераатели рамокгпервый выход УЙ подкле-чаатся к. вощинодернателям нечетных, а второй - четных ранок. Мёнду проволочными вощинодергателяни возникает электромагнитное полз.подавлявшее роение,Если по запросу ЭВМ пчеловода изменить программу работы УМЭВМ,то на выход ее порта будет поступать последовательность импульсных сигналов, соответствующих -ирограыае воздействия, на пчел при отборе пчелиного яда.В зтон случае выходы У^ подкла-чаатся к ядоотборной рааке. При полосе частот звуковых сигналов £■-165-200 Тц.соответстсуздей приеку пчелами матки,на одкн из силовых выходов УМЭВМ подается сигнал "Открытия клетки" на электро-яагп-лтный привод для подсадки матки в улей.

■ 3 разработанной системе управления технологическими резиыани развития пчел в УК отсутствует УМЗЗЙ.вся обработка информация и управление осуществляется с помощью ЭВИ пчеловода.Для работы выбираете« один из реаиаовизмерение температуры или частоты.Для конт7 ролл распределения теплового поля по площади выбранных рамок аналоговый коммутатор устройства "температура-звуковая частота" пере-клэчагтея в рваны измерения температуры. Калибровка термодатчиков проводится перед- помещением пчел в улей.Массиз погрешностей ' улья вводят пэред началом работы по директивам монитора компьютера.Рас-

чет температуры каждого датчика проводится на основе разработанного алгоритма.ЭВМ пчеловода анализирует показания температуры всех датчиков рамок, определяет количество расплода, его плодадь.При контроле состояния пчел во время' зимовки наблюдаем распределение-теплового поля на экране на аксонометрической проекции улья.

При содервании пчелиных семей на улице во время зимовки,а так же для их раннего весеннего развития соответствующий микроклимат в улье поддерживается путем подогрева.Система позволяет определять рамки с основной массой пчел.ЭВМ пчеловода при анализе температур рамок выставляет соответствующую частоту частотного компаратора (КЧ),"нулевой" или "единичный" сигналы,зависящие • от соответствия или несоответствия температуры заданному значении,через коммутатор (И) и выходнув вину поступавт в блок управления нагревателями СБНН) и определяют подкличение или отключение нагревателей. ■

Разработана так же система контроля жизнедеятельности пчелосемей для передвижных пасек,характеризующаяся минимумом коммутационных соединений или использувщая радиосвязь ЭВМ с ульями. В этом случае около ульев прокладывается всего два провода,которые является многофункциональными:^ ним подается сетевое напряжение для подогрева,для отбора пчелиного яда,а так же используется как линия связи.

В работе представлена система определения координат положения пчелиной матки (Рис.2).В зависимости от режима работы "просмотр" каждой рамки осуществляется вручную по команде пчеловода или в автоматическом режиме.Рамки оснащены индуктивными датчиками, а на спинке натки укреплена металлическая бирка..При нахождении матки с биркой в области индуктивного датчика.его индуктивность отлична от начального значения (признак присутствия). НикроЗВМ УК обеспечи-вает:формироваНие тактовой частоты опроса датчиков,управление блоками горизонтальной и вертикальной дешифрации ГД и ВД,прием и анализ сигнала о состоянии опрашиваемого датчика с выходной шины компаратора К,формирование сигналов управления вин,используя при этом память данных и программ.

Блок аналогового "МЛН" осуществляет прохождение заряда.величина которого пропорциональна индуктивности датчика.Компаратор фиксирует наличие сигнала нахождения матки с меткой над датчиком. Четыре аналоговых коммутатора ЙК осуществляют переклвчение вин кон-мутации прохоздения тока.Усилитель обеспечивает достаточнуп чувствительность фиксации матки над датчиком,блок коррекции БКФормирование задаваемого числа импульсов коррекции паразиткой индуктивности проводников датчиков, а счетчик рамок СР - последовательный их просмотр.Датчики в виде плоских цилиндрических катупек ::огут

Рис.2.Структурная схема системы для определения координат полоаения пчелиной матки

: ' ' - 15 -

внполнять функции датчиков температуры и определения координат матки.Для опроса датчиков разработан алгоритм работа системы.

Наряду с рассмотренными выше в диссертации так же описана система,позволявшая осуществлять контроль нападения чужих пчел и заражения местности ядохимикатами,который проводится на основе измерения соотношения интенсивностей звуковлх сигналов для фиксированных частот.

Методы обработки измерений параметров жизнедеятельности пчелосемей рассмотрены в четвертой главе. На основе анализа влияния внешней температуры на температуру внутри - пчелиного клуба, представлявших случайные переменные X и Я, проведена количественная оценка связи менду ними.Коэффициент корреляции определен з виде:

п^ _ ____ ^ с/

} (5)

гДе ¿Ц^ГПх^/Е/ЯУ— Ш* - суммарная частота наблюдаемого

значения температуры У при всех значениях температур сум-

марная частота набладаемого значения температуры 5{ при всех значениях температуры У.^гу— частота появления пары температур (Ь'.Х): 8x,2ч- средние квадратичеснне отклонения.

После определения коэффициента корреляция проводят проверку на его значимость.Затеа полученные значимые значения заносятся в таблицу. Для каждой пчелосемьи вычисляется свой коэффициент коррекции,который сопоставляется с весом пчел з улье.На основе подобных измерений строятся таблица из коэффициентов корреляции и соответствующим им весом (количеством) пчел.

В диссертации приведены методы оценки опибок измерения. Представлен анализ основных источников овибок з измерительном канале при анализе различных типоз информации: тепловой, звуковой и др. Измерительным каналом является последовательная цепь:датчики,коммутирующие кличи,преобразователи в частоту (температуры, интенсивности звукового спектра и др.), программы ЗВМ или 9НЭВМ,тепловой и токовый дрейф датчиков.нестабильность электрических параметров активных элементов в активных фильтрах.Дан анализ методик обработки результатов измерений т.к.система контроля я управления жизнедеятельность» пчелиных семей,производящая больное количество измерений,не застрахована от сбоев.

Пятая глава посвящена обработке информации о состоянии пчелосемьи.полученной от датчиков системы.

Площадь пчелиного расплода эироделяется площадью пчелиной рай-

- 1В - '

ки.на которой термодатчики показывают температуру в интервале 34,5 - 35,5°С.Суммируя эту площадь на всех рамках, определяем количество расплода в улье,а с-учетом времени развития расплода, и количество молодых пчел в улье после выхода из ячеек.

Анализ.распределения теплового поля во время зимовки в области температур на рамках в интервале 9-35^ позволяет вычислить количество зимующих пчел и их изменения во времени. Объем клуба пчел определяется как сумма обьемов единичных параллепипедов и пирамид (их вервинами являются температурные датчики) на основе корреляционного анализа.В двумерной модели X представляет ряд температур, воздействующих на пчелиный клуб,а Я - ряд температур внутри пчелиного клуба,которые являются случайными переменными,имеющими нормальное распределение.Для оценки параметров этой двумерной модели строится корреляционная таблица на основе интервального ряда.По данным этой таблицы определяет средние квадратическив отклонения $х и Бу.а затем - коэффициент корреляции и его значимость. В случае значимости коэффициента корреляции при определенном реииме выборки по его величине определяет количество пчел и их вес.

Зная исходное состояние пчелосемьи перед зимовкой, можно оценить процесс развития пчелиной семьи после окончания зимовки (весной), т. е., ее потенциальные возможности с применением уравнения ли-, нейной регрессии в виде:

Для вычисления коэффициентов 8о и 8* используют выравения:

/О - _х а_ы

Ьо = / У^Пу- §/ ]ГхЛ>х/ ^ГПх. (9)

Затем строится корреляционная таблица,по данным которой на основе выборочных х'и н'(Х'- масса пчел перед зимовкой,9.'- их масса в период весеннего развития) оценивавтея параметры уравнения регрессии.По известным параметрам уравнения регрессии с помощью ЭВМ оцениваем потенциальнув возмонность весеннего развития пчелосемьи.

В прилокениях к диссертации представлены программы и алгоритмы :программы вывода изображений ульев пасеки на экран цветного видеомонитора,рисования ульев в разрезе с рамками и сот, обработки результатов измерения, измерения температур и вывода на экран видеомонитора рамок с зонами размещения расплода,полный системный алгоритм'.алгоритны анализа интесивностей частот пчелиной семьи, определения координат полоыения пчелиной матки,анализа зон тем-

. - 17 -

ператур,входящих в интервал температур 34,5 - 35,5°С.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТА РйБОТИ.

На основании результатов проведенных исследований показана целесообразность создания систем для круглогодичного контроля и управления аизнедеятельностью пчелиных семей.»

1.Без нарупения микроклимата в улье проводится измерение распределения температуры с помощью матрица термодатчиков,носителем которых является проволока вощинодерзателя.Снятие информации с термодатчиков осуществляется последовательным их сканированием ульевым контроллером.Схемы измерительных органов для разных видов датчиков Стерыорезисторы,термопары) реализованы на основе преобразователей "температура - частота".Для повыпвния точности измерения температуры с помощью термопар путем компенсации паразитной ТЗДС разработана схема,вырабатывающая термокомпенсирующуп ЭДС.

2.Измерение параметров звуковых сигналов в пчелосемье проводится с помощью находящихся в улье микропроцессорных устройств путем регистрации спектра частот этих сигналов,их обработке по определенным алгоритмам и выдаче информации на ЭВМ пчеловода в виде таблиц, графиков и т.п.. более экономичным методом измерения параметров звуковых сигналов является использование самой ЭВМ пчеловода для регистрации и обработки информации,что достигается услоянениеы ее программного обеспечения.В этом случае аналоговый звуковой сигнал преобразуется з-дискретнув форму вида аналог-код или аналог-частота.

3.Наличие пчеломагяи в улье и ее- координаты определяйся с покощьо матрицы индуктивных датчиков,располояенных на проволока воцинодвр-зателя или в пластмассовой вощине.Для регистрации меченой металлической биркой пчзломатки над датчиком,индуктивность которого изменяется относительно начальной,используется схема высокочастотного генератора с пороговым элементом.

4.Система круглогодичного контроля за аизнедеатедьностьв пчелосемей,регистрирузщая распределение тепловых полей в улье на поверхности рамок с помощьз термодатчиков,построена на основе ЭВУ пчеловода и улъевих контроллеров и работает в ручном и автоматическом ревиме.Температурная информация представляется в виде аассиза символьной информации.

5.Система контроля и управления яизнвдеятельностьа пчелосемей с расширенными функциональными возмоаностаии построена по принципу локальных сетей,где каадый ульевой контроллер подклачен к общей линии связи и работает в автоматическом я прдизвольноа резина. Она

- IB - -

позволяет определить температуру в улье, регистрировать частотный спектр звуковых сигналов пчел,исполнять команды на подсадку маток, обеспечивать локальный подогрев,подавлять летную активность пчел. 6.Система управления технологическими режимами развития пчел работает в режиме измерения температуры или частоты. Она обеспечивает стабилизацию температуры для определенного состояния развития пчелосемьи,регистрацию частот звуковых сигналов для определения приживаемости матки,степени порамения варроатозом,роевого состояния.Для подавления роевого состояния система формирует электромагнитное воздействие на пчел.

Разработаны так яе другие виды систем управления и контроля, обеспечивающие работу передвижных пасек, контроль напада чухих пчел.зараиение местности ядохимикатами и др., снабвенные программным обеспечением.

7.0 помощью методов корреляционного анализа на основе информации от датчиков определяется количество и вес пчел в улье: каждому коэффициенту корреляции соответствует вес пчел в улье. Потенциальная возможность весеннего развития пчелосемьи в зависимости от ее массы осенью описываются уравнением линейной регрессии.

ОСНОВНЫЕ П0Л0ЕЕНИЙ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДЯЩИХ РАБОТАХ

1. Пат.1412686,Россия,МКИ А01 К 57/00.Автоматизированное устройство для содеряания пчелосемей / Рыбочкин Р.®..Кочетов С.А.Опубл. 30.07.88 Бел. К 28.

2. Пат.1588344,Россия, МКИ А01 И 57/00. Автоматизированная система для круглогодичного наблюдения за Еизнедеятельностьв пчелиных семей / Рыбочкин А.Ф..Новосельцев И.А., Новосельцев Н.А., Чугу-нов А.С.Опубл.30.08.90.Бюл.Н 32.

3. Пат.1739S27,Россия,ИКИ А01 К 57/00. Автоматическая система для круглогодичного наблюдения за низнедеятельностью пчелиных семей / Рыбочкин ft.fj..Чугунов А.С.Опубл. 19.66.32.Вел.N 22.

4. Пат.1802683,СССР,МНИ А01 К 47/04 Искусственная вощина / Еськов Е.К..Рыбочкин йАОпубл. 15.03.93.Бел.Н 10.

5. Пат.2000052,Россия, МКИ А0'1 К 57/00, 47/00. Автоматизированная система для круглогодичного наблюдения за низнедеятельностью • пчелиных семей / Захаров И,С., Рыбочкин А.Ф., Новосельцев И.Я. Опубл.07.09.S3.Бал.N 33-36. .

6. Пат.2000050,Россия, ИКИ А01 К 57/00, 47/00. Автоматизированная система для наблюдения и содервания пчелиных семей / Рыбочкин ^ А.Ф.,Захаров И.С..Новосельцев й.А.Опубл.07.09.93.Бил.N 33-36.

7. Пат.2000051,Россия, МКИ 801 К 57/00, 47/00. Автоматизированная

система для наблюдения и содержания пчелиных семей / Рыбочкин А.Ф.,Захаров И.С. .Новосельцев И.А.Опубл.07.09.93.Бшл. N 33-35.

8. Пат.2000693,Россия, МКИ А01 К 47/00, 47/06.Устройство для регулирования температурного режима улья / Рыбочкин А.Ф., Новосельцев И.А.Опубл. 15.10.93.Бюл.N 37-38.

9. Пат.2004152,Россия, МКИ А01 К 57/00. Автоматизированная система для определения координат половения пчелиной матки / Рыбочкин А.Ф..Захаров И.С.Опубл.13.12.93.Бил.N 45-46.

10.Рыбочкин А.Ф.,Захаров И.С. Отображение информации о низнедея-тельности пчелиных семей // Новые информационные технологии, распознавание образов и анализ изображений,Сборник докладов семинара.Курск.:Курский политехнический институт.

11.Рыбочкин А.Ф., Захаров И.С. Автоматизированная система для круглогодичного наблюдения за низнедеятельностью пчелиных семей //Автоматизация инЕенерного труда с помощьш персональных ЭВМ,Доклады и сообщения региональной научно-технической конференции (29-31 мая 1991 г.).

12.Рыбочкин A.G., Новосельцев И.А., Захаров U.C., Автоматизированная система для круглогодичного наблюдения за жизнедеятельностью пчелиных семей // Приборы и системы управления 1992.N10.

13.Рыбочкин А.Ф.,Захаров И.С..Устройство для регистрации теплового поля на пчелиной рамке // Приборы и системы управления 1994.N1.

14.Рыбочкин А.О.,Уход за пчелами по телефону // Изобретатель и рационализатор 1990.N5.

Подписано к печати 27.5.9У, Формат -¡/-/б. Печзтнкх

листов I /9. Тирзн 10П Заказ Щ

3G5039 г.Курск, ул. 50 лет Октября,94 Курснпн полктехнэтесккй

институт