蜂群状态监测及记录装置的制作方法

本实用新型涉及一种蜂群状态监测及记录装置，属于生态农业技术领域。

背景技术：

世界上85%的农作物都依靠蜂类等昆虫进行授粉，利用蜂群授粉的技术在农业生产中占据十分重要的地位。蜂群授粉的成功率在很大程度上影响农作物的产量，而蜂类要正常进行授粉工作对其生存环境也有着极高的要求，因此，对蜂群存活及授粉状态进行监控十分必要，传统的监测蜂群状态的方法是靠人工守在蜂箱旁长时间连续对计数，以判断蜂群的状态，非常费时费力，而且不准确。

目前国内外尚未见有类似的产品用来监测、记录蜂群的状态，也没有有效的方案对蜂群的状态进行跟踪记录。

蜂群授粉的成功率在很大程度上影响农作物的产量，而蜂类要正常进行授粉工作对其生存环境有着极高的要求，通过对蜂群进出蜂箱的数量进行计数是监测蜂群状态的主要方式，传统的计数方式是利用人工长时间蹲守在蜂箱旁对进出的蜂群连续计数，费时费力而且不一定不准确，为此，需要研制一种自动化的计数装置，同时能够感知周围环境因素，以此来监测并且记录下蜂群的生存状态。

技术实现要素：

本实用新型提出的是一种蜂群状态监测及记录装置，其目的旨在克服现有技术的不足，解决传统方法不能连续、准确地对蜂群进出蜂箱的数量进行计数的问题。

本实用新型的技术解决方案：一种蜂群状态监测及记录装置，其结构包括液晶显示屏2、直流稳压电源接口3、太阳能电池板接口4、开关5、红外管接口6、蜂群进出管道9、电路主板10、光电信号转换模块11、稳压模块12、主控单片机14、A红外发射管17、A红外接收管18、B红外接收管19、管道插口20、B红外发射管21、机箱22；其中，液晶显示屏2处于机箱22顶部；直流稳压电源接口3、太阳能电池板接口4、开关5处于机箱22左侧面；红外管接口6处于机箱22正侧面；电路主板10处于机箱22底部、电路主板10上分布有光电信号转换模块11、稳压模块12、主控单片机14；蜂群进出管道9的管道壁中嵌有A红外发射管17、A红外接收管18、B红外接收管19、B红外发射管21，A红外发射管17与 A红外接收管18沿蜂群进出管道9中心轴对称分布组成A红外收发对管，B红外接收管19、B红外发射管21沿蜂群进出管道9中心轴对称分布组成B红外收发对管，A红外收发对管与B红外收发对管相隔一定间距；蜂群进出管道9一端留有管道插口20；A红外发射管17、 A红外接收管18、 B红外接收管19、B红外发射管21分别通过红外管接口6上的A、B、C、D四个端口与光电信号转换模块11上相应的信号输入端口相连接，光电信号转换模块11的信号输出端口与主控单片机14的信号输入端相连接，主控单片机14的信号输出端与液晶显示屏2的信号输入端相连接；直流稳压电源接口3和太阳能电池板接口4通过开关5与稳压模块12的电输入端连接，稳压模块12的电输出端与光电信号转换模块11、主控单片机14的电输入端连接。

本实用新型的优点：

1）能够全天候全自动运行，无需繁琐的人工操作，减少人力成本；

2）采用自动计数的办法，准确性较人工计数大幅提高；

3）能够自动获取周围环境信息，无需外加的仪表；

4）方便进行远距离实时传输数据，便于信息的及时获取。

附图说明

附图1是蜂群状态监测及记录装置机箱22整体效果示意图。

附图2是机箱22内部结构示意图。

附图3是蜂群进出管道9的结构示意图。

附图4是蜂群进出管道9的剖面示意图。

附图5是蜂群状态监测及记录装置各部分的电和信号端口之间的连接示意图。

附图6是蜂群状态监测及记录装置远程应用时的系统框图示意图。

附图中1是天线、2是液晶显示屏、3是直流稳压电源接口、4是太阳能电池板接口、5是开关、6是红外管接口、7是温湿度传感器、8是光照传感器、9是蜂群进出管道、10是电路主板、11是光电信号转换模块、12是稳压模块、13是Zigbee模块、14是主控单片机、15是天线底座、16是GPRS模块、17是A红外发射管、18是A红外接收管、19是B红外接收管、20是管道插口、21是B红外发射管、22是机箱。

具体实施方式

对照附图，一种蜂群状态监测及记录装置，其结构包括液晶显示屏2、直流稳压电源接口3、太阳能电池板接口4、开关5、红外管接口6、蜂群进出管道9、电路主板10、光电信号转换模块11、稳压模块12、主控单片机14、A红外发射管17、 A红外接收管18、 B红外接收管19、管道插口20、B红外发射管21、机箱22；其中，液晶显示屏2处于机箱22顶部；直流稳压电源接口3、太阳能电池板接口4、开关5处于机箱22左侧面；红外管接口6处于机箱22正侧面；电路主板10处于机箱22底部、电路主板10上分布有光电信号转换模块11、稳压模块12、主控单片机14；蜂群进出管道9的管道壁中嵌有A红外发射管17、A红外接收管18、B红外接收管19、B红外发射管21，A红外发射管17与 A红外接收管18沿蜂群进出管道9中心轴对称分布组成A红外收发对管，B红外接收管19、B红外发射管21沿蜂群进出管道9中心轴对称分布组成B红外收发对管，A红外收发对管与B红外收发对管相隔一定间距；蜂群进出管道9一端留有管道插口20；A红外发射管17、A红外接收管18、B红外接收管19、B红外发射管21分别通过红外管接口6上的A、B、C、D四个端口与光电信号转换模块11上相应的信号输入端口相连接，光电信号转换模块11的信号输出端口与主控单片机14的信号输入端相连接，主控单片机14的信号输出端与液晶显示屏2的信号输入端相连接；直流稳压电源接口3和太阳能电池板接口4通过开关5与稳压模块12的电输入端连接，稳压模块12的电输出端与光电信号转换模块11、主控单片机14的电输入端连接。

所述蜂群状态监测及记录装置，还包括天线1、温湿度传感器7、光照传感器8、Zigbee模块13、天线底座15、 GPRS模块16；其中，温湿度传感器7与光照传感器8处于机箱22的正侧面；Zigbee模块13、天线底座15、 GPRS模块16处于机箱22底部的电路主板10上；天线1安装在天线底座15上，天线1的上端从机箱22顶部的孔穿出；天线1与Zigbee模块13、GPRS模块16通过天线接口连接。

所述光电信号转换模块11包括双电压比较器LM393及相关电路；通过光电信号转换模块11中的双电压比较器LM393将红外接收管的模拟信号转换为数字信号。

所述稳压模块12包括LM2596降压型电源管理芯片、AMS1117线性稳压器及相关电路；稳压模块12的电输出端包括一个5V输出端和六个3.3V输出端，5V输出端与GPRS模块16的电输入端相连接，六个3.3V输出端分别和液晶显示屏2、温湿度传感器7、光照传感器8、光电信号转换模块11、Zigbee模块13、主控单片机14的电输入端相连接。

所述主控单片机14为stm32系列单片机，stm32系列单片机上的端口PA4-PA6、PC0-PC7与液晶显示屏2的控制及数据端口（端口RS、RW、E及端口DO……D7）相连；stm32系列单片机上的端口PA12与温湿度传感器7的数据端口DO相连；stm32系列单片机上的端口PA13与光照传感器8的数据端口SCL相连，stm32系列单片机上的端口PA14与光照传感器8的数据端口SDA相连；stm32系列单片机上的端口PB1与光电信号转换模块11的数据端口DO1相连，stm32系列单片机上的端口PB2与光电信号转换模块11的数据端口DO2相连；stm32系列单片机上的端口PA2与Zigbee模块13的通信端口RXD相连， stm32系列单片机上的端口PA3与Zigbee模块13的通信端口TXD相连；stm32系列单片机上的端口PB10与GPRS模块16通信端口RXD相连，stm32系列单片机上的端口PB11与GPRS模块16通信端口TXD相连。

所述温湿度传感器7的型号为am2302。

所述光照传感器8的型号为GY-30。

所述GPRS模块16的型号为SIM900A。

所述Zigbee模块13为DRF1605型Zigbee模块，可用上位机对组网信息进行配置。

所述温湿度传感器7通过单总线与主控单片机14通讯；光照传感器8通过IIC总线与主控单片机11通讯；Zigbee模块13、GPRS模块16通过UART接口与主控单片机11通讯。

所述管道插口20为楔形，楔形的斜面与蜂群进出管道9轴向呈30°-60°角，更方便实用时蜂群进出管道9能顺利插入蜂箱的开口处。

具体工作时，在需要监测蜂群所在的蜂箱上留有供蜂群进出管道9插入的开口，监测时：根据周围条件的实际情况，从外界选择直流稳压电源或太阳能电池板接到相应的直流稳压电源接口3或太阳能电池板接口4上，为整个蜂群状态监测及记录装置供电；将蜂群进出管道9插入蜂箱的开口处，当有蜂通过蜂群进出管道9从蜂箱外部进入到蜂箱时，会先遮挡住A红外收发对管，再遮挡住B红外收发对管；当有蜂通过管道从蜂箱内部飞出到外界时，将先遮挡住B红外收发对管，再遮挡住A红外收发对管；当A红外收发对管或B红外收发对管被遮挡住时，A红外接收管或B红外接收管将无法接收到A红外发射管或B红外发射管发出的红外光；A红外发射管17、 A红外接收管18、 B红外接收管19、B红外发射管21分别通过红外管接口6上的A、B、C、D四个端口将相应接收光的情况传输给光电信号转换模块11，通过光电信号转换模块11产生相对应的脉冲信号，根据两对红外收发对管被遮挡顺序的不同，光电信号转换模块11将产生不同顺序的两个脉冲，通过PB1和PB2的端口外部中断传递给主控单片机14，根据脉冲顺序判断蜂是进入还是离开蜂箱，并将进入或者离开的计数值加一，完成对蜂群进出蜂箱数量的连续、准确、自动计数；同时主控单片机14还可以将计数信息传递给液晶显示屏2进行显示，更方便观察。

另外，蜂群状态监测及记录装置还可以加载天线1、温湿度传感器7、光照传感器8、Zigbee模块13、天线底座15、 GPRS模块16；温湿度传感器7获取装置所处环境温度、湿度信息，光照传感器8获取当前光照度信息；温湿度传感器和光照传感器均插在装置侧面分别与主控单片机14的PA12和PA13、PA14端口的接线端子直接相连。

Zigbee模块13可以通过自组网的方式将多个本装置连接在一个网络中，并可以将主控单片机14内保存的温湿度、光照等环境信息和蜂群进出的计数值汇总到Zigbee中心节点上，利用GPRS模块16通过移动互联网的方式将数据上传到用户上位机服务器中，当环境发生不正常的变化或蜂群进入蜂箱和离开蜂箱的计数值有明显的差异时，可以向用户报警，提示蜂群可能出现不正常的状态；液晶显示屏2现场实时显示蜂群进出的计数值和环境的温湿度、光照度信息。

实施例1

一种蜂群状态监测及记录装置，其结构有液晶显示屏2、直流稳压电源接口3、太阳能电池板接口4、开关5、红外管接口6、蜂群进出管道9、电路主板10、光电信号转换模块11、稳压模块12、主控单片机14、A红外发射管17、 A红外接收管18、 B红外接收管19、管道插口20、B红外发射管21、机箱22组成；其中，液晶显示屏2处于机箱22顶部；直流稳压电源接口3、太阳能电池板接口4、开关5处于机箱22左侧面；红外管接口6处于机箱22正侧面；电路主板10处于机箱22底部、电路主板10上分布有光电信号转换模块11、稳压模块12、主控单片机14；蜂群进出管道9的管道壁中嵌有A红外发射管17、 A红外接收管18、 B红外接收管19、B红外发射管21，A红外发射管17与 A红外接收管18沿蜂群进出管道9中心轴对称分布组成A红外收发对管，B红外接收管19、B红外发射管21沿蜂群进出管道9中心轴对称分布组成B红外收发对管，A红外收发对管与B红外收发对管相隔一定间距；蜂群进出管道9一端留有管道插口20；A红外发射管17、 A红外接收管18、 B红外接收管19、管道插口20、B红外发射管21分别通过红外管接口6上的A、B、C、D四个端口与光电信号转换模块11上相应的信号输入端口相连接，光电信号转换模块11的信号输出端口与主控单片机14的信号输入端相连接，主控单片机14的信号输出端与液晶显示屏2的信号输入端相连接；直流稳压电源接口3和太阳能电池板接口4通过开关5与稳压模块12的电输入端连接，稳压模块12的电输出端与电路主板10的电输入端连接，稳压模块12为整个电路板提供需要的稳压电源；

所述光电信号转换模块11包括双电压比较器LM393及相关电路；通过光电信号转换模块11中的双电压比较器LM393将红外接收管的模拟信号转换为数字信号；

所述稳压模块12包括LM2596降压型电源管理芯片、AMS1117线性稳压器及相关电路；稳压模块12的电输出端包括一个5V输出端和六个3.3V输出端，六个3.3V输出端中的三个分别和液晶显示屏2、光电信号转换模块11、主控单片机14的电输入端相连接；

所述主控单片机14为stm32系列单片机，stm32系列单片机上的端口PA4-PA6、PC0-PC7与液晶显示屏2的控制及数据端口（端口RS、RW、E及端口DO……D7）相连； stm32系列单片机上的端口PB1与光电信号转换模块11的数据端口DO1相连，stm32系列单片机上的端口PB2与光电信号转换模块11的数据端口DO2相连；

所述管道插口20为楔形，楔形的斜面与蜂群进出管道9轴向呈30°-60°角，更方便实用时蜂群进出管道9能顺利插入蜂箱的开口处。

实施例2

一种蜂群状态监测及记录装置，其结构有天线1、液晶显示屏2、直流稳压电源接口3、太阳能电池板接口4、开关5、红外管接口6、温湿度传感器7、光照传感器8、蜂群进出管道9、电路主板10、光电信号转换模块11、稳压模块12、Zigbee模块13、主控单片机14、天线底座15、 GPRS模块16、A红外发射管17、 A红外接收管18、 B红外接收管19、管道插口20、B红外发射管21、机箱22组成；其中，液晶显示屏2处于机箱22顶部；直流稳压电源接口3、太阳能电池板接口4、开关5处于机箱22左侧面；红外管接口6、温湿度传感器7、光照传感器8处于机箱22正侧面；电路主板10处于机箱22底部、电路主板10上分布有光电信号转换模块11、稳压模块12、Zigbee模块13、主控单片机14、天线底座15、 GPRS模块16；蜂群进出管道9的管道壁中嵌有A红外发射管17、 A红外接收管18、 B红外接收管19、B红外发射管21，A红外发射管17与 A红外接收管18沿蜂群进出管道9中心轴对称分布组成A红外收发对管，B红外接收管19、B红外发射管21沿蜂群进出管道9中心轴对称分布组成B红外收发对管，A红外收发对管与B红外收发对管相隔一定间距；蜂群进出管道9一端留有管道插口20；A红外发射管17、 A红外接收管18、 B红外接收管19、管道插口20、B红外发射管21分别通过红外管接口6上的A、B、C、D四个端口与光电信号转换模块11上相应的信号输入端口相连接，光电信号转换模块11的信号输出端口与主控单片机14的信号输入端相连接，主控单片机14的信号输出端与液晶显示屏2的信号输入端相连接；直流稳压电源接口3和太阳能电池板接口4通过开关5与稳压模块12的电输入端连接，稳压模块12的电输出端与电路主板10的电输入端连接，稳压模块12为整个电路板提供需要的稳压电源；天线1安装在天线底座15上，天线1的上端从机箱22顶部的孔穿出；

所述光电信号转换模块11包括双电压比较器LM393及相关电路；通过光电信号转换模块11中的双电压比较器LM393将红外接收管的模拟信号转换为数字信号；

所述稳压模块12包括LM2596降压型电源管理芯片、AMS1117线性稳压器及相关电路；稳压模块12的电输出端包括一个5V输出端和六个3.3V输出端，5V输出端与GPRS模块16的电输入端相连接，六个3.3V输出端分别和液晶显示屏2、温湿度传感器7、光照传感器8、光电信号转换模块11、Zigbee模块13、主控单片机14的电输入端相连接；

所述主控单片机14为stm32系列单片机，stm32系列单片机上的端口PA4-PA6、PC0-PC7与液晶显示屏2的控制及数据端口（端口RS、RW、E及端口DO……D7）相连；stm32系列单片机上的端口PA12与温湿度传感器7的数据端口DO相连；stm32系列单片机上的端口PA13与光照传感器8的数据端口SCL相连，stm32系列单片机上的端口PA14与光照传感器8的数据端口SDA相连；stm32系列单片机上的端口PB1与光电信号转换模块11的数据端口DO1相连，stm32系列单片机上的端口PB2与光电信号转换模块11的数据端口DO2相连；stm32系列单片机上的端口PA2与Zigbee模块13的通信端口RXD相连，stm32系列单片机上的端口PA3与Zigbee模块13的通信端口TXD相连；stm32系列单片机上的端口PB10与GPRS模块16通信端口RXD相连，stm32系列单片机上的端口PB11与GPRS模块16通信端口TXD相连；

所述温湿度传感器7的型号为am2302；所述光照传感器8的型号为GY-30；所述GPRS模块16的型号为SIM900A；所述Zigbee模块13为DRF1605型Zigbee模块，可用上位机对组网信息进行配置；所述管道插口20为楔形，楔形的斜面与蜂群进出管道9轴向呈30°-60°角，更方便实用时蜂群进出管道9能顺利插入蜂箱的开口处。