Комплексная система распознавания трансляции и интерпретации языка семьи домашней пчелы Apis mellifera "Мрия" имени пасечника Кулида Георгия

(общее описание)

Призвав на помощь аллегорию, легче всего представить "Мрию", в виде многогранной призмы. На каждой грани призмы отражается благо (польза, выгода, - кто как это понимает). Призма пластична. Она живая и динамичная: cо временем фигура обзаводится новыми плоскостями, а старые - увеличивают площадь. Рассмотрим некоторые возможности "Мрии".

"Мрия" позволяет освободить пасечника от бесполезной работы, а также от рутинной работы, неизбежных в современных условиях. Пасечник может сконцентрироваться на продуктивных процессах, тех, которые невозможны без его (пасечника) участия. Иными словами "Мрия" даёт пасечнику возможность превратиться из "раба лампы" в свободного человека.

"Мрия" не создаёт неудобств пчелиным семьям. При этом комплексная система представляет пасечнику ежедневный отчёт о состоянии каждой пчелиной семьи и пасеки в целом. В чрезвычайных ситуациях "Мрия" оповестит пасечника о неотложных делах по сотовой телефонной связи.

По большому счёту "Мрия" пишет и сохраняет подробную биографию каждой пчелиной семьи. Электронный журнал пасечника будет выгодно отличаться от своего бумажного собрата. И, понятно, что этот электронный архив, а равно, как и сведения текущего момента будут работать на благосостояние пасеки.

"Мрия" при возникшей необходимости берёт на себя мелкие, но очень важные обязанности, как то, сократит-расширит просвет летков; увеличит-уменьшит вентиляционный поток; подкормит семью; при развитии семьи дискретно увеличит объём гнезда и т.д.

"Мрия" объявляет войну клещу Варроа, вступит с ним в борьбу и, наконец, одержит победу над коварным паразитом. И вообще, комплексная система это в первую очередь, забота о здоровье пчелиной семьи в широком смысле слова и это нужно было бы написать первым пунктом, но первое место уже занято свободой пасечника.

Комплексная система возьмёт на себя ещё одну важную обязанность, - наблюдение за окружающей средой пасеки. Одно из наблюдений - это состояние погодных условий. Погодный отчёт, впрочем, как и любой другой, можно будет получить по первому требованию.

Надеюсь, достаточно интригующих фраз. Будем переходить к объектам, которые имеют очертания и формы.

"Мрия" имени пасечника Кулида Георгия.

Верхний уровень.

На верхнем уровне система "Мрия" включает в себя комплекс, который состоит из следующих основных компонентов:
- Собственно, сама система "Мрия". Идеологически она делится на две физические части. Одна часть системы встроена непосредственно в ульи пасеки. Другая часть - размещается на сервере (на рисунке он обозначен как сервер-транслятор с пчелиного языка на язык людей).

- Первая половинка системы "Мрия" для общения со второй оснащена беспроводным модемом. Беспроводной модем через интернет-канал связи организует доступ к стационарной сети интернет, к которой подключён сервер-транслятор. Таким образом "Мрия" объединяется в единый "организм".

- На сервере-трансляторе данные из пасеки подвергаются интерпретации и трансляции. Результат обработки отправляется на сервер электронной почты для хранения.

- Владелец пасеки посредством любого гаджета, имеющего доступ в интернет, через логин и пароль заходит на свой электронный почтовый ящик для ознакомления с текущим состоянием пасеки и рекомендациями от системы "Мрия".

Теперь, когда вся информационная цепочка описана, её нужно представить в 3-D пространстве. В этом пространстве "живёт" множество первых половинок системы "Мрия" и лишь одна вторая половинка. Локально, первые половинки размещены в ульях разных пасек и будут отдавать результаты своей работы второй половинке на сервере-трансляторе. Вторая половинка системы "Мрия" знает, из какой пасеки поступают данные, и результаты уже своей работы по этой пасеке отправляет в соответствующий электронный почтовый ящик для хранения. Таким образом, количество обслуживаемых пасек соответствует количеству электронных почтовых ящиков со своими входными паролями.

"Мрия" имени пасечника Кулида Георгия.

Средний уровень.

В каждый улей, входящий в систему "Мрия", встроены: двухпроводная линия MicroLAN, устройства считывания метрологии, активные устройства и мини компьютер Raspberry Pi. Линия MicroLAN объединяет все ведомые устройства с компьютером, который в этом комплексе является Master-устройством или "сердцем места". Через эту линию происходит как считывание Master-устройством данных от ведомых устройств (Slave-устройств), так и передача команд и данных от Master-устройства Slave-устройствам.

Ещё раз, линия MicroLAN присутствует в каждом улье и является его индивидуальным атрибутом. Поэтому эту MicroLAN мы будем обозначать как Individual MicroLAN, то есть - индивидуальная. Individual MicroLAN на пасеке может быть от одной до N, в зависимости от того, сколько ульев входит в состав комплекса "Мрия".

Второй тип MicroLAN - Collective MicroLAN, или коллективная. Она объединяет все ульи с Individual MicroLAN в единый подотчётный комплекс. В этот комплекс помимо Collective MicroLAN включено своё Master-устройство ("центр места"), - всё тот же мини компьютер Raspberry Pi, - беспроводной модем и чипы памяти итоговых данных. Collective MicroLAN способна объединить максимальное количество ульев числом 256. На пасеках с большим числом ульев необходимо формировать несколько Collective MicroLAN.

Таким образом, на пасеке всегда есть, как минимум, один улей в котором встроено два Master-устройства: "центр места" и "сердце места". Естественно, каждый из них управляет своей MicroLAN. Так Master-устройства, - "сердца мест" - собирают от своих Slave-устройств метрологию, систематизирую её и складывают в чип памяти итоговых данных. В каждом улье присутствует чип памяти итоговых данных. И мы помним, что эти чипы физически принадлежат Collective MicroLAN и её Master-устройству на правах Slave-устройств.

Master-устройство ("центр места") периодически (один раз в час) считывает итоговые данные из чипов памяти всей пасеки и формирует сводный пакет данных. После чего, активирует беспроводной модем и отправляет сводный пакет данных за текущие 60 минут на сервер-транслятор с пчелиного языка на язык людей. Через обозначенный период цикл считывания и передачи данных повторяется.

"Мрия" имени пасечника Кулида Георгия.

Нижний уровень.

Нижний уровень системы функционально делится на две части: активную и пассивную. В свою очередь в состав пассивной части системы входит комплексный набор устройств по сбору метрологических данных жизнедеятельности пчелиной семьи. В орбиту интересов системы входит "лексический" язык пчёл, который она собирает в виде спектра звуковых колебаний внутри семьи, температурных флуктуаций в различных частях улья, изменений газового состава гнезда. Пассивная часть системы фиксирует изменение веса гнезда семьи, интенсивность лётной активности пчёл-фуражиров в течение дня; фиксирует изменение конфигурации гнезда, привнесённые извне, например, перестановка ульевых рамок. Пассивная система следит за состоянием пчёл в межсезонье: первоначальная посадка клуба, движение клуба, доступность кормов, распад клуба и начало воспроизводста семьи.

Пассивная система, по крайней мере, в одном улье, оснащена системой ведения календаря погоды, в котором фиксирует график изменения внешней температуры, атмосферного давления, относительной влажности, солнечной радиации, осадков. Календарь погоды необходим для объективной оценки работы пасеки и доступен в режиме реального времени.

"Мрия", на основе собранной метрологии пассивной системы составляет биографический журнал пчелиной семьи. В журнале фиксируется динамика развития семьи, возрастной состав пчёл; регресс семьи. У пасечника есть возможность вносить в журнал дополнительные биографические подробности, например, происхождение маток и трутней, географию кочёвок и т.д.

На основе биографического журнала "Мрия" формирует перспективный план мероприятий пчелиной семьи. Этот план адресован, в первую очередь, владельцу пчелиной семьи. Пасечник, благодаря "Мрии", владеет текущим состоянием семьи и знакомится с рекомендациями по плану мероприятий. На основании этих данных пасечник принимает решения при планировании последовательности работ на пасеке. Параллельно с рекомендациями пасечнику, "Мрия" отправляет определённые инструкции для комплекса активной части системы.

До определённого уровня, активная часть системы работает автономно. Например, система борьбы с клещом Варроа не нуждается в инструкциях и выполняет свою работу "не покладая рук". А вот, к примеру, летковый просвет улья может регулироваться как автономно, так и по инструкции извне. Накануне перекочёвки улья пасечник может, будучи вне пасеки, потребовать от активной системы закрыть летки. После прекращения лёта и наступления тёмного времени суток активная система выполнит инструкцию согласно требованию.

Активная система следит за соответствием объёма гнезда с силой семьи. По мере роста семьи, увеличения кормовых запасов активная система "подставит" рамки с вощиной и дополнительные соты. При интенсивном медосборе пчёлы получают доступ к магазину. От развитости семьи зависит внутренний климат гнезда. Активная система осуществляет климат-контроль и регуляцию движения воздушных потоков в улье.

Нижний уровень на первоначальном этапе может состоять, по крайней мере, хотя бы из одного элемента пассивной или активной системы. По аналогии с компьютерными технологиями, такой уровень минимальной конфигурации будет иметь индекс 1.0. По мере увеличения элементов и наращивания возможностей системы каждому апгрейд будет присваиваться новый индекс. Таким образом, верхний уровень системы "Мрия" "будет знать" с каким объектом имеет дело в данное время.

Взвешивание улья

Ежедневный ульевой привес во время взятка - важный показатель для пасечника. На более или менее серьёзной пасеке контрольный улей всегда стоит на весах. "Мрия" учитывает важность этого показателя и все ульи оборудованные этой системой непрерывно подвергаются процедуре взвешивания.
Идея.
Этот принцип работы "весов" известен уже давно. Условно его можно назвать конденсаторным принципом. Из основ электротехники мы знаем, ёмкость конденсатора зависит прямо пропорционально от площади его пластин и диэлектрической проницаемости среды между пластинами и обратно пропорциональна расстоянию между пластинами. В нашем случае площадь пластин и расстояние между пластинами (для определённого типа улья) - константа. Изменяемым параметром является диэлектрическая среда улья. По мере наполнения улья нектаром или при его убыли ёмкость конденсатора изменяется. Конденсатор подключается к генератору, у которого частота генерации в прямой зависимости от ёмкости подключённого конденсатора. Генератор связан с аналогово-цифровым частотным измерителем. Частотный измеритель с периодичностью в несколько секунд измеряет частоту следования импульсов от генератора и записывает их в блокнотную память (600 показаний). Блокнотная память встроена в сеть microLAN. Содержимое блокнотной памяти один раз в час читает Master-устройство. В режиме обработки сигналов Master-устройство разделяет все показания из блокнотной памяти частотного измерителя на десять пачек и вычисляет среднее значение каждой пачки. Таким образом, Master-устройство формирует 6 показаний веса (одно показание за 10 минут). Эти шесть показаний войдут в сводный пакет данных для сервера обработки данных.

На сервере программный комплекс превращает поток данных в удобную графическую картинку, присоединяет этот график к предыдущим построениям. После чего сервер обработки данных связывается с сервером электронной почты и размещает на этом сервере в разделе first_ing_bushido обновлённый график привеса данной семьи (если на Вашем пути ещё не встретилась статья о важности имени пчелиных семей, а не номеров, то сейчас просто нужно принять такое положение, - "Фёст Инг Бушидо" - это "ФИО" конкретной пчелиной семьи).

Понятно, что медовый привес семьи зависит от множества факторов. Одним из самых существенных - погодный фактор. Наша следующая цель - "метеостанция".

Метеостанция

Функционально метеостанция располагается на пасеке в виде обособленной конструкции. Критериями выбора места для установки метеостанции должны быть - открытость местности и близость к улью, в котором установлено Master-устройство "центр места". Все узлы метеостанции подключены к сети MicroLAN, которой управляет Master-устройство "центр места".

Метеостанцию можно построить, как с небольшим набором возможностей, так и с максимально необходимыми. В полном варианте метеостанция позволит собрать все необходимые данные чтобы наиболее точно построить график интегрального суточного качества погоды. По этому графику можно судить в какой мере погодные условия способствовали взятку.

Стоит сказать, что все графики, как простые, так и интегральные, строит верхний уровень "Мрии". На этой странице все графики представлены в таком виде, в каком их можно будет увидеть в окончательном варианте на почтовом сервере.

Известно, что выделение нектара цветущими растениями напрямую зависит, в первую очередь, от температуры окружающей среды. При относительно низких температурах воздуха нектаровыделение снижается и, при критической температуре, прекращается. Поэтому, знание суточного хода температуры имеет важное значение для оценки ситуации на пасеке.

Для измерения температуры в состав метеостанции входит датчик DS18B20 фирмы Dallas Semiconductor. Датчик выпускается в двух модификациях: в корпусе SOIC (8 выводов) и в корпусе ТО-92 (3 вывода). И тот и другой корпус предназначены для монтажа пайкой.

Цифровой термодатчик DS18B20 имеет рабочий диапазон температур от - 55° до + 125° С. Мксимальное время преобразования температуры в код 750 мс. Результаты измерения считываются по 1-Wire интерфейсу из специальных внутренних регистров микросхемы в виде девятиразрядного двоичного кода.

Относительная влажность воздуха тесно переплетена с температурой в вопросах нектаровыделения. И не только. Например, скорость превращения нектара в зрелый мёд находится в тесной зависимости от относительной влажности воздуха.

Для измерения относительной влажности воздуха сейчас производится достаточное количество различных датчиков. Интересно, что показатель влажности в этих датчиках не только измеряется, но и дополнительно вычисляется. Для этого, датчику влажности в союз необходим датчик температуры. Только при таких обстоятельствах датчик влажности становится полноценным датчиком относительной влажности. Кстати, датчики относительной влажности можно использовать и для измерения температуры, не используя лишний датчик температуры.

Для этих целей можно использовать, например, датчик DHT-22. Такой датчик может корректно показывать относительную влажность в диапазоне от 0% до 100% (с погрешностью ±2%) в температурном диапазоне от - 20° до + 80° С. Погрешность измерения температуры: ±0,5°С.

Солнечная радиация или освещённость местности измеряется при помощи соответствующего датчика. Данные считываются в цифровом виде. График освещённости даёт предстваление о мощности солночной радиации и эти сведения войдут в график интегрального суточного качества погоды. На графике видна не только кривая освещенности, но и средний уровень этого показателя в числовом виде (в баллах). Максимальный балл освещённости - десять.

Для учёта осадков необходимо несколько датчиков. Один из них будет фиксировать сам факт наличия дождя; второй - количество осадков в милиметрах.

Первый датчик не требует дополнительного оснащения и реагирует на сам факт появления капель дождя. Для второго датчика необходима эталонная ёмкость в которой будут скапливаться атмосферные осадки. Датчик будет измерять количественный показатель осадков в милиметрах.

Эталонная ёмкость снабжена электронным клапаном, при помощи которого один раз в сутки ёмкость освобождается от скопившейся влаги.

В составе метеостанции возможен датчик влажности почвы. Для большинства ландшафтных зон такой датчик весьма полезен, но, с другой стороны, такие данные можно получить по косвенным сведениям на основе уже имеющихся датчиков.

Датчик движения воздушных масс позволит получить данные о силе ветра и его направлении.

Ещё один показатель, который не помешает для нашего анализа - атмосферное давление. В нашей метеостанции за измерение атмосферного давления отвечает датчик BMP180.

На основе его данных строится график отклонения атмосферного давления от нормы (фиолетовая линия).

Подведём итог и повторим ещё раз некоторые положения, касающиеся метеостанции. И так, метеостанция функционально выполнена в виде обособленного устройства и размещается отдельно от ульев (ульевого пространства). Все датчики метеостанции подсоединены к сети MicroLAN, которой управляет Master-устройство "центр места". Данные метеостанции - алиби пасеки. На основании этих данных "Мрия" определяет фактор возможности того или иного процесса жизнедеятельности пчелиной семьи.


Расширение гнезда

Известно, пчелиная семья гораздо успешнее развивается, если пространство улья пропорционально количеству пчёл. Тесное помещение - плохо и чрезмерно большой объём пчёлы не в состоянии эффективно освоить. Они как бы разбрасываются на всё сразу, а в итоге производительность их труда оказывается слишком низкой. Поэтому, опытный пасечник расширяет пчелиное гнездо постепенно, - по одной, по две рамки, - предварительно выяснив текущее состояние семьи. А вот автоматизированная система "Мрия" функцию расширения гнезда просто перебирает на себя.

Идея.

В первую весеннюю ревизию или же при отведении нового отводка пасечник складывает гнездо из дополнительной суши и вощины так, как он бы это сделал за несколько итераций, растянутых во времени. Между рамками, которые будут использоваться в будущем времени, вместо разделителей устанавливаются расширители пчелиного гнезлда "Кулида" (вводятся в обиход впервые в мире, поэтому я дал им название по имени моего отца-пасечника).

Кулида представляет собой верхнюю пластмассовую полую деталь, (в сечении квадрат 10 х 10 мм, - как стандартный разделитель), к которой укреплена направляющая рамка. В полой детали установлена ось, на которую намотана синтетическая ткань (мембрана). Сама ось соединена с "часовой" пружиной, которая всегда стремится содержать мембрану в смотаном состоянии. Однако в конструкции устройства присутствует фиксатор, который фиксирует мембрану в крайнем нижнем положении (взведённом) и не позволяет до определённого времени пружине убрать мембрану в полую деталь.

С двух сторон полой пластмассовой детали имеются контактные площадки. Эти контактные площадки электрически соединены с сетью MicroLAN (сеть имеет выходы на опорные планки стенок улья).

Кулида имеет простую электрическую схему, которая воспринимает сигнал "Отпустить фиксатор" и при его поступлении выполняет эту команду. Также, по запросу сети MicroLAN кулида выдаёт ответный сигнал "Мембрана опущена" или "Мембрана поднята" в зависимости от своего состояния.

И так, мы берём за край мембраны и оттягиваем её в крайнее нижнее положение. Таким образом, мы взводим пружину, а мембрана заполняет всё пространство рамки, превращая всё устройство своего рода заставную доску. Ставим в улей необходимое количество рамок и устройств кулида. По прошествии времени и после того момента, когда "Мрия" определит, что в гнезде образовалось стеснение автоматизированная система подаст на ближайшее от обитаемого пространства устройство кулида (левое или правое, в зависимости от предыдущего действия) команду "Отпустить фиксатор". Кулида выполнит эту команду, уберёт мембрану и подсоединит к гнезду дополнительную рамку с сотами или вощиной. "Мрия" дополнительно отправит запрос о состоянии устройства кулида и при корректном выполнении команды сделает об этом действии учётную запись.

Пасечник имеет возможность дистанционно расширить гнездо не дожидаясь, когда это действие выполнит "Мрия" самостоятельно. Из своего компьютера он отправляет инструкцию автоматизированной системе и та приступает к выполнению поставленной задачи. После полного цикла выполнения инструкции об этом будет сделана соответствующая учётная запись.