Проект "Умный улей"

О принципиальных трудностях реализации проекта      

Следует заметить, что реализация проекта будет связана с громадными трудностями, проистекающими из-за того, что отечественной промышленностью мало что выпскается, подходящего для такой электронизации. А электроника - не простой, и даже не замысловатый улей, который можно сделать в условиях мастерских с ограниченными возможносятми. Для создания нужных электронных схем требуются развитые производственные мощности. Поэтому по материальным и некоторым организационным соображениям особенно в первое время реализации проекта придется использовать недорогую электронику китайского производства, обладающую большими недостатками. Поэтому быстрого победного шествия по этому направлению в ближайшее время не предвидится.

Общие соображения      

Термин умный улей (по английски smart hive) может иметь еще сходные, почти синонимичные названия, например:
- цифровизация в пчеловодстве применительно к управлению ульями;
- неинтрузивный мониторинг ульев
- внедрение микропроцессорной техники для обеспечения управления микроклиматом внутри улья;
- дистанционный контроль за состоянием пчелиных семьей
и т. п. Все они правильны и отражают определенный нюанс общего понятия.

А смысл понятия состоит в том, чтобы заниматься пчеловождением не понаитию, а по объективным показаниям аппаратных средств измерения и, желательно, ещё принимать определенные решения (то есть управлять) с помощью комплекса аппаратно-программных средств. Под аппаратными здесь следует понимать средства электроники, включая, при возможности, и микропроцессорную технику.

По степени объема финансовых затрат на этом направлении можно выделить несколько этапов:
1. Постановка приборов измерения и контроля за некоторыми параметрами, например, температурой, влажностью и т.д, за которыми пчеловод может следить визуально, находясь непосредственно возле ульев.
2. Установка элементарных средств контроля за микроклиматом с обеспечением его автоматического поддержания и, желательно, но необязательно -для регистрации измеряемых показаний приборов.
3. Передача контролируемых параметров пчеловоду дистанционно, на компьютер или смарфон. 4. Реализация элементов искусственного интеллекта для выработки советов пчеловоду на основе собираемой информации с датчиков.
5. Роботизация пчеловодческих операций.

Как видно, процесс создания умного улья начинается с простого - нужно знать, какие параметры измерять, и определиться, есть ли возможость их измерения адекватными по стоимости средствами. Затем нужно установить такие средства и понаблюдать за происходящими процессами, чтобы осмылить их природу и прояснить возможность воздействия на них аппаратными средствами.

Первая часть этого этапа - измерения - энергетически малозатратна. Для осуществвления контроля путем определенного воздействия, например, для включения подогревателей и их работы в течение нужного времени - требуются уже существенные энергетические затраты. И, соответственно, встаёт очередная проблема: а где взять необходимую электроэнергию.

И таких проблем на пути создания умного улья много. Собственно этот проект и нацелен на выявление этих проблем и нахождения путей их технического решения.

Для решения предстоящих задач нужно создать ни одну, а ряд конструкций. Их описание и следует ниже.

Многофункциональная подставка под улей      

Проектируемая подставка представляется базой для оснащения ульев различной электроникой. На 14.11.2021 о том, что же можно контролировать в пчелиных жилищах и чем управлять первичное представление можно составить по перечню ключевых слов, приведённых в самом конце страницы Неинтрузивный мониторинг ульев.

В идеале описываемую многофункциональную подставку нужно иметь под каждым ульем. Но, как минимум, такая подставка должна ставиться под контрольные улья и улья с продуктивными (элитными) пчелиными семьями тех линий, которые предполагается развивать.

На первом этапе подставка может быть агрегатирована только с одними контрольными пасечными весами. То есть, она должна иметь весовую платформу, на которую ставится контрольный улей, чтобы отслживать в нем привес или расход мёда.

Второй, легко реализуемый минимум - это установка под днищем подставки в тени и скрытым от дождя датчика для измерения температуры и влажности окружающей среды.

В самом корпусе подставки могут размещаться аккумуляторы для питания разнообразной электроники, размещенной в корпусе подставки или помещаемой непосредственно в пчелиное жилище. Желательно, чтобы в корпусе подставки имелась теплоизоляция, обеспечивающая работу аккумуляторов в холодные дни. Желателен также контроль температуры внутри корпуса подставки для оценки возможости работы аккумуляторов и цифровой вольтметр для замера напряжения на аккумуляторе.

Должна иметься возможность зарядки и подзарядки аккумуляторов, от внешних источников энергии, включая, например, подзарядку от солнечных панелей.

Многофункциональная подставка под улей изображена схематично на рис.1

Антимуравьиные ножки  

В предлагаемом конструктивном исполнении подставки предполагается использование ножек из прочного пластика, которые могут без вредных для них последствий помещаться в емкости с водой. Практический опыт показал, что вода - довольно надежная преграда для муравьёв, пытающихся пробраться внутрь улья. Главное, чтобы рядом с ульем не было высокой травы, соприкасающейся с корпусом подставки или стоящим на весовой платформе ульем. По траве и даже свисающим тонким проводам муравьи очень легко пробираются к ульям и потом залезают внутрь них через возможные щели и даже летки.

Подобная технология известна уже давно. Но почему-то, несмотря на свою экологичность и простоту, пчеловодами должным образом не используется. В своё время я писал об этом в журнале "Пчеловодство". Эта статья размещена здесь на сайте с некоторыми дополнениями, основанными на последующем опыте её применения (см. стр. Борьба с нашествиями муравьев).

Одна будущая ножка показана ниже на фото 1.

Её высота на фото - 360 мм (изменяемая величина). Наружний диаметр ножки = 160 мм. Толщина стенки - 9 мм. Пластик очень прочный и, естественно, не боится воды. Материал по предположению какой-то из сортов литьевого полиэтилена.

При таком диаметре ножек 5-литровые бутылки для водной преграды будут маловаты. Необходимые емкости нужно делать из 18-литровых полиэтиленовых бутылей.

Ножки предполагается крепить к корпусу подставки с помощью болтов. Толщина стенки корпуса - 40 мм.

Весы  

В качестве весов планируется взять бытовые весы, работающие по тензорному принципу. Опыт переделки таких весов под пасечные имеется. О такой переделки сообщается во многих интернет-источниках.

Все детали весов будут крепиться в корпусе подставки. Сверху над ними будет располагаться только весовая платформа без нахождения на ней каких либо элементов от бытовых весов. Соответственно, улей ставится на весовую платформу.

Индикатор от весов будет крепиться внутри к стенке корпуса. Для индикаторной панели весов и управляющей кнопки в задней стенке (противоположной летковой стороне) необходимо проделать соответствующие отверстия. Отверстие для индикаторной панели с наружней стороны желательно защитить прозрачным материалом, чтобы исключить попадание внутрь корпуса атмосферных осадков.

ГАБАРИТЫ КОРПУСА:
525x525 мм; высота около 170 мм.

ГАБАРИТЫ ВЕСОВОЙ ПЛАТФОРМЫ:
Должны быть несколько больше, чем 525х525 мм, чтобы исключить попадание атмосферных осадков внутрь корпуса на располагающуюся там электронику.

Аккумуляторный блок питания  

Если от этого аккумулятора питать небольшие подогреватели внутри улья, то емкости аккумуляторов нужно много. Может не хватить и автомобильного аккумултора.

Для питания схем контроля микроклимата внутри улья и параметров окружающей среды особо большой емкости аккумуляторов не требуется. Например, для питания термогигрометров китайского производства в них используются два аккумулятора диаметром с 1-копеечную монету. И их хватает для работы ЖК-индикаторов почти на год.

Существенным недостатком ЖК-индикаторов таких измерителей является их негерметичность. А при попытке надежной герметизации теряется возможность смены в них аккумуляторных батареек. Да и стоят эти аккумуляторные батарейки относительно дорого. Лучше питать эти измерители (а также другие нужные схемы, включая весы) от приличного аккумулятор через делитель напряжения.

Для питания задействуемых электронных схем наилучшим образом подходят 12-вольтовые аккумуляторы емкостью от 4 до 12Ah, например, такие, какие используются в блоках бесперебойного питания компьютерного оборудования. В корпус весов-подставки с указанными габаритами их может войти несколько штук. Останется место еще и для некоторой термоизолации аккумуляторного отсека, чтобы низкие температуры не так сказывались отрицательно но отдачу аккумулятором электроэнергии.

Возможна организация подзарядки аккумуляторов от солнечных панелей. Не исключён вариант и смены аккумуляторов на заряженные в комнатных условиях.

Измерительные приборы  

Помимо индикаторной панели весов на задней стенке подставки имеет смысл разместить ещё несколько индикаторов:
1. 3-элементный вольметр для контроля за уровнем зарядки аккумуляторов.
2. Индикатор влажности и температуры наружного воздуха, датчики которого следует разместить под корпусом подставки.
3. Желательно иметь индикатор для измерения температуры внутри аккумуляторного отсека для слежения за рабочими условиями аккумулятора.

В первое время за неимением лучшего придётся использовать термометры и гигрометры китайского производства. Им присущ существенный недостаток: они плохо герметизированы и сблокированы с батарейным отсеком, где устанавливаются небольшие (но относительно дорогие) аккумуляторы-таблетки для питания индикаторов. Все недостатки этих приборов будут указаны на отдельной странице.

Чтобы обойти указанный недостаток по отсутствию герметичности и снизить расходы на покупку аккумуляторов-таблеток, необходимо сделать стаблизированный делитель напряжения, от которого будут питаться и индикаторные приборы, устанавливаемые в подставке под улей, так и те, с помощью которых планируется измерять параметры микроклимата в улье.

Солнечные панели  

Солнечную панель (СП) нужно устанавливать отдельно от подставки. Хорошо, если она помимо выработки электроэнергии будет выполнять ещё и роль зонтика над летковой площадкой. Главное, чтобы на описываемой подставке имелись разъемы/контакты для её подключения. Подключение СП нужно сделать через диодный мост, чтобы заряд аккумулятор не шёл обратно на СП в тёмное время суток. Не все производители солнечных панелей (особенно маломощных) ставят такой ограничитель, и накопленная в аккумуляторе электроэнергия может утекать по ночам.

Во избежание перезарядки аккумулятора от солнечных панелей часто используются специальные контроллеры. В яркие солнечные дни солнечные панели, хотя и рассчитаны на выдачу номинала в 12В, выдают напряжение и до 20В. Аккумуляторы малой энергоемкости при их перезарядке начинают постепенно вздуваться. Контроллер для СП должен невелировать такое повышенное напряжение. Контроллер, разумеется, тоже надо размещать в корпусе подставки. Для его правильной работы он обязательно снача подключается к 12В аккумулятору, а только потом к нему подключаетя СП.

Если контроллер для СП оборудован разъемом USB, то у вас появится возможность заряжать свои гаджеты от подставки или подключать к контроллеру некоторые другие полезные электронные схемы с питанием от 5В, например, устройство звуковой прослушки за поведением пчёл.

Панель управления  

Панель управления должна состоять в основном из переключателей, которые коммутируют к аккумулятору различные электронные узлы с тем, чтобы избежать его непроизводительной разрядки и перезарядки. Органы управления на этой панели должны быть утоплены внутрь, а сама панель прекрываться крышкой-задвижкой для исключения попадания атмосферных осадков на органы управления и индикаторы.

Улей по типу кенийского для экспериментов (УКТЭ)      

УКТЭ - еще одна конструкция для отработки концепции "умный улей". Основное его назначение - первичная работа с роями и избавление пчёл от сидящих на них паразитов. Эта задача может решаться разными методами, включая и те, для которых требуется проведение комплексных измерений.

На первых порах нужно определиться, какие параметры можоно контролировать, в каких точках и как, как регистрировать замеренные данные, и как их потом правильно обрабатывать и интерпретировать.

Для питания электронных схем измерения требуется электроэнергия, которая в УКТЭ-1 будет вырабатываться солнечными панелями, установленными на откидывающейся крышке улья. Но в отличии от многофункциональной подставки аккумулятор предполагается установить в крышке улья. Поскольку он будет подогреваться теплом пчёл, работа его в условиях отрицательных наружних температур существенно облегчится. Сократится также длина проводов, идущих от СП к аккумулятору.

Взгляд на кенийский улей с позиции проекта  

Так же, как и для основных ульев, нужно измерять вес УКТЭ, а точнее определять вес того, что в нём размещается (имеются в виду пчёлы), и как это размещаемое внутри развивается по весовой характеристике.

Должно быть хорошо налажено измерение и контроль за температурой и влажностью, которые будут изменяться в УКТЭ в гораздо более широком диапазоне, чем в обычном улье.

Поскольку при разработке конструкции УКТЭ должны учитываться предписания сразу нескольких проектов сайта, и описание его представляется объемным, под него образована отдельная веб-страница Улей кенийского типа для экспериментов (УКТЭ).

.

Точки контроля температуры и влажности  

На 5.12.2021 принято решение установить в УКТЭ-1 датчики в следующих точках:

1. Под днищем улья для замера температуры и влажности снаружи улья.
2. В прилетковой зоне для определения отличия температуры и влажности на балкончике от окружающей.
3. Под крышкой улья в центре [температура и влажность].
4. Внутри приборного отсека [только температура]
5. Внутри улья у правой торцевой стенки [температура и влажность].
6. Внутри улья у левой торцевой стенки [температура и влажность].
7. Внутри улья в центре у вержней планки [температура и влажность].
8. Датчик свободного перемещения для постановки в любую интересующую точку [температура и влажность].

Индикаторные панели приборов измерения температуры и влажности планируется установить в герметичном приборном отсеке крышки.

В приборном отсеке следует также установить контроллер для подключения СП к аккумулятору. Желательно, чтобы контроллер имел порт USB для подзарядки гаджетов.

От аккумулятора должен выходить провод с разъемом для обеспечения питания весов.

Установка терморегулятора для УКТЭ-1 пока не планируется.

Рабочая группа      

На дату обновления страницы рабочая группа по проекту ещё не сформировалась.