Электронные приборы - сигнализаторы роения пчел

Электронные приборы - сигнализаторы роения пчел
Тип статьи:
Авторская

Аннотация

В советское время много внимания уделялось механизации труда в сельском хозяйстве, так же была целая серия полезных электронных приборов для разных отраслей хозяйства. В этой статье мы постараемся собрать все публикации для общей пчеловодной пользы.

рой

1. Самая первая публикация

Первый сигнализатор роения пчел на германиевых транзисторах П14 был представлен в журнале «Радио» за 1966 год номер 4 страница 55. До этого прибор демонстрировался на XXI Всесоюзной выставке творчества радиолюбителей-конструкторов ДОСААФ и был отмечен дипломом I степени. Если учесть, что тогда вся техника была ламповая, то понятно каким прорывом в научной мысли был прибор размером с коробку из под обуви в сравнении с ламповыми ящиками, которые и вдвоем то нести непросто.

ТРАНЗИСТОРНЫЙ СИГНАЛИЗАТОР РОЕНИЯ ПЧЕЛ (И. ГЛЫЗИН)

1may.jpg

  При естественном разделении (роении) семей пчелы стремительно вылетают из улья, кружатся некоторое время над ульем, после чего обычно улетают на другое место, где устраивают новое гнездо. Таким образом дробится семья и теряется часть рабочих пчел.

  Обычно из улья слышно беспорядочное гудение, состоящее из звуков различных частот в пределах 100—600 гц, а когда наступает период роения и пчелы закладывают на сотах маточники, в которых они воспитывают молодых маток, то сила и тон жужжания пчел резко изменяются. Гудение становится монотонным и сосредоточивается в диапазоне частот 200— 280 гц. На эти частоты н настроен сигнальный транзисторный прибор, описанный ниже. Как только в улье появятся звуки этих частот, прибор включает световой сигнал, сообщающий о наступлении периода роения пчел. Пчеловод в зависимости от конкретных условий прекращает роение или применяет искусственное деление семей.

Принципиальная схема прибора показана на рис. 1. Звуки, издаваемые пчелами, улавливает микрофон М. Напряжение, развиваемое микрофоном, усиливает трехкаскадный усилитель на транзисторах Т1—Т5.

Первый каскад микрофонного усилителя охвачен частотно-зависимой отрицательной обратной связью, остальные каскады представляют собой обычные апериодические усилители. Последовательный колебательный контур L1C2 настраивают на частоту 240 гц. Частотная характеристика усилителя в целом имеет подъем в полосе частот 200—280 гц благодаря резонансным свойствам контуров L1С2 и L2C9. На резонансной частоте контура L1C2 его сопротивление весьма мало, отрицательная обратная связь минимальна и усиление каскада максимально. На других частотах сопротивление контура L1C2 возрастает, а усиление каскада уменьшается. С увеличением емкости конденсатора С2 возрастает коэффициент усиления и расширяется полоса пропускания каскада.

2may.jpg

Рис. 1.

Второй и третий каскады выполнены на двух транзисторах каждый. Верхний по схеме транзистор является нагрузкой нижнего по переменному току.

Усиленное напряжение с эмиттерной нагрузки транзистора Т5 через разделительный конденсатор С8 поступает на резонансный контур- фильтр L2C9. Напряжение звуковой частоты с катушки связи L3, выпрямленное полупроводниковым диодом Д1, через резистор R14 подается на базу транзистора Т6 исполнительного каскада {Т6 и Т7).

В исходном состоянии Т6 открыт, а Т7 закрыт. Как только на вход транзистора Т6 поступит положительное напряжение сигнала, он закрывается, а транзистор Т7 открывается. При этом срабатывает реле Р1, контакты которого замыкают цепь сигнальной лампы.

Порог срабатывания исполнительного каскада при заданном уровне напряжения на входе устанавливается R11. Электролитический конденсатор С11 и используется для увеличения времени срабатывания реле, а также для сглаживания пульсаций.

Конструкция и детали.

Весь прибор размещен в металлической коробке размерами 230x100x85 мм с крышкой. На верхней крышке установлен выключатель питания Вк1. Индикаторная лампа вмонтирована в корпус микрофона так, что во время работы с прибором она видна пчеловоду. В приборе использован микрофон типа МД-ЗЗА с сопротивлением катушки 50 ом. Монтаж выполнен печатным способом на плате 130x100 мм.

3may.jpg

Катушки L1 и L2 насчитывают по 2000 витков, а катушка L3 — 800 витков провода ПЭЛШО 0,1 (L2 имеет отвод от 600 витка). Их сердечники набраны из пермалоевых пластин Ш-8, толщина набора 6 мм, толщина воздушного зазора 0,6 мм. Фильтры настраивают на частоту 240 гц перемещением пермаллоевой пластины в зазоре магнитопровода. После точной настройки фильтров пластины, вставленные в зазор, закрепляются краской или клеем.

В схеме применено реле типа РЭС-10 (PC4524302). Питается прибор от четырех батарей КБС-0,5.

Налаживание прибора.

Удобно настраивать прибор до окончательной сборки на предварительно собранной плате. Приступать к его регулировке можно только после тщательной проверки монтажа.

До подключения надо настроить резонансные контуры на частоту 240 гц. Для настройки контура L1C2 на резонансную частоту следует отпаять вывод конденсатора С2 от вывода эмиттера транзистора Т1 и подать на этот конденсатор сигнал с выхода генератора звуковой частоты, включив последовательно в цепь генератора резистор сопротивлением около 1 ком (рис. 3).

4may.jpg

Затем следует настроить генератор на частоту 240 гц и подключить параллельно колебательному контуру ламповый или другой высокоомный вольтметр. Обычный тестер не подойдет. Введением пермаллоевой пластины в зазор магнитопровода надо настроить этот контур на резонансную частоту, контролируя точность настройки по минимальному показанию вольтметра. Затем необходимо проверить полосу пропускания контура, которая должна быть около 80 гц.

При настройке контура-фильтра L2C9 на резонансную частоту следует отсоединить конденсатор С8, подсоединенный к эмиттеру Тъ, подать через этот конденсатор на фильтр с генератора ЗГ сигнал частотой 240 гц и подключить параллельно колебательному контуру ламповый вольтметр. Меняя положение пластины в зазоре магнитопровода, нужно настроить этот контур на резонансную частоту, контролируя точность настройки по максимальному показанию вольтметра. Затем надо проверить ширину полосы пропускания фильтра в обе стороны от точки резонанса. Далее подключают конденсатор С2 к эмиттеру транзистора T1 и проверяют коэффициент усиления усилителя.

Затем на вход усилителя подается напряжение частотой 240 гц от генератора звуковой частоты, а к эмиттеру транзистора Т5 через конденсатор С 8 подключают вольтметр переменного тока. При напряжении на входе, равном 100—150 мкв, напряжение на выходе должно быть не менее 1в. Подъем частотной характеристики должен быть в пределах 200—280 гц. При меньшем выходном напряжении необходимо подобрать сопротивления резисторов R4 и В7.

Наконец, устанавливают уровень срабатывания исполнительного каскада. Подключают конденсатор С8 к эмиттеру транзистора Т5, включают напряжение источника питания (Вк1). Изменяя сопротивление потенциометра R11, добиваются, чтобы сигнальная лампа загорелась и погасла. Это свидетельствует о том, что исполнительный каскад работает правильно. Сопротивление резистора R11 выбирается так, чтобы индикаторная лампа загорелась при минимальном уровне напряжения звуковых частот 200—280 гц.

Пользуются прибором следующим образом. Выключателем Вк1 включают источники питания и подносят микрофон к улью. Если пчелы находятся в стадии роения, загорается индикаторная лампа.

2. Модификация первой схемы, с применением более современных транзисторов

схема 2

Устройство представляет собой высокочувствительный микрофонный усилитель с узкой полосой пропускания от 200 до 280 Гц, нагруженный на сигнальную лампу. В цепь эмиттера первого транзистора V1 включен избирательный фильтр, настроенный на частоту 240 Гц. Второй каскад имеет большое усиление и выполнен по схеме с общим эмиттером и с динамической нагрузкой на транзисторах V2 и V3. Третий каскад выполнен по аналогичной схеме, но нагружен на резонансный контур, также настроенный на частоту 240 Гц. Сигнал с резонансного контура поступает на амплитудный детектор на диоде VD1 и двухкаскадный усилитель постоянного тока на транзисторах V6 и V7, нагруженный лампой накаливания H1 (6,3 В).

Детали: Датчик сигнализатора — динамический микрофон, например типа МД-47; катушки L1 и L2 намотаны на сердечнике Ш8 х 6 из пермаллоя (можно использовать трансформаторы из импульсных блоков питания, подходящего размера) с толщиной воздушного зазора 1,5 мм и содержат по 2000 витков провода ПЭЛШО-0,1; катушка L2 имеет отвод от 800-го витка. Налаживание сводится к установке режимов по постоянному току резисторами, отмеченными звездочкой. Контуры настраиваются подбором емкости конденсаторов С4 и С10.

3. Современные  приборы.

С современным развитием электроники, такую схему не сложно собрать совсем по иному принципу работы. Для фильтра необязательно мотать трудоемкие трансформаторы на 2000 витков и тому подобное. Есть два варианта, более простой по принципу работы — это фильтр 240гц на базе операционного усилителя, более сложный — это разложение звука с микрофона в ряд Фурье и выделение частоты 240гц. При втором подходе количество деталей может быть буквально три штуки: микрофон, микроконтроллер типа ATINY и один светодиод-индикатор. Вся логика реализуется программно.

Даю подсказку — ассемблерный код преобразования Фурье для звуковых сигналов, с выделением нужных частот был опубликован неоднократно, в описании телефонов с АОН на процессоре Z80, он тайны не представляет. Тот, кто перенесет его на более современный микроконтроллер — получит славу и деньги )) Себестоимость такого прибора будет в райное нескольких рублей. Ну или можно пользоваться Z80 в готовом виде, если знаний маловато.

4. Сторож на улье.

В № 5 журнала «М-К» за 1972 год была опубликована заметка «Сторож на улье» об оригинальном устройстве, которое придумали юные пчеловоды СЮТ города Коммунарска Ворошиловградской области. Они установили на ульях транзисторные сигнализаторы, которые безошибочно сообщают о начале роения.

В редакцию пришло много писем с просьбой опубликовать схему этого сигнализатора. Такие же письма идут и на Коммунарскую СЮТ. Поэтому мы помещаем сегодня схему транзисторного сигнализатора роения пчел и небольшие пояснения к ней.

Монтаж прибора выполнен печатным способом. В схеме могут быть использованы конденсаторы и резисторы любого типа, транзисторы должны быть серии МП39 — МП42 с р не менее 30—30. Катушка 1.1 резонансного контура наматывается на ферритовые кольца 7x4x2; склеиваются 6 колец клеем БФ-2. Обмотка имеет 300 витков провода ПЭВ Ø 0,08. Емкость конденсатора С6 подбирается при наладке. В качестве микрофона использован телефон ТОН-2, R = 1600 ом. Реле Р1 — типа РЭС-10.

1may.jpg

Микрофон, лампочка Л1 и выключатель Вк1 смонтированы в индикаторной ручке, подключаемой к клеммам 1, 2, 3, 4 прибора. Батареи Б1 и Б2 и КБС-0,5. Наладка прибора сводится к настройке контура L1 и С6 на частоту 200—300 гц.

5.  ПРИБОР АКУСТИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ ПЧЕЛОСЕМЕЙ
И. БАКОМЧЕВ, г. Ульяновск
Доходность пчеловодческих хозяйств зависит от работоспособности пчелосемей в период сбора меда. Большой экономический ущерб крупным пасекам, насчитывающим несколько сотен ульев, наносит, например, неконтролируемое роение. Разработано множество технологических приемов его предотвращения, но все они очень трудоемки, требуют разборки ульев и вмешательства в жизнь пчелосемьи. Чтобы с успехом применять эти приемы, очень важно своевременно и безошибочно определить биологическое состояние пчел. Сделать это поможет предлагаемый прибор.
Попытки сконструировать прибор акустической диагностики биологического состояния пчелосемей предпринимались неоднократно [1]. Принцип действия большинства известных приборов состоит в том, что из создаваемого пчелосемьей акустического шума фильтром выделяют узкую полосу частот с центром на частоте 240 Гц. Предполагается, что наличие в спектре шума составляющих с частотами, близкими к указанной, свидетельствует о низкой активности пчел. Но испытания подобных приборов в реальных условиях не дают положительных результатов. Основная причина их неудовлетворительной работы — неправильный выбор критерия оценки состояния пчелосемьи.
Дело в том, что составляющие с частотами, близкими к 240 Гц, присутствуют в создаваемом пчелами шуме всегда. Их интенсивность зависит не только от биологического состояния семьи (например, роения), но и от других факторов, например, числа пчел в улье. Поэтому показания приборов, измеряющих абсолютное значение интенсивности шума, недостоверны, а сами приборы непригодны для пчеловодческой практики.
Чтобы показания прибора зависели только от биологического состояния пчелосемьи, следует оценивать отношение интенсивностей двух узкополосных шумовых сигналов, выделенных в различных частотных участках. В [2] показано, что активное состояние пчелосемьи (весеннее развитие, медосбор) характеризуется максимальной интенсивностью спектральных составляющих в полосе частот 260...320 Гц.
При снижении активности (роение, болезнь, отсутствие матки) максимум спектра смещается в область 210...250 Гц. Определив, в каком из указанных диапазонов интенсивность шума больше, можно судить о состоянии пчел.

Индикатор роения пчел. Прибор акустической диагностики пчелосемей.
Предлагаемый прибор акустической диагностики, работающий по этому принципу, снабжен двумя светодиодными индикаторами: «Да» и «Нет». Предусмотрены три режима работы. Первый из них — «П» (пассивное состояние) — предназначен для выявления нерабочего состояния пчелосемьи, связанного, например, с роением, отсутствием места для расплода или перегрузкой гнезда медом. Слабое по сравнению с индикатором «Да» свечение индикатора «Нет» означает, что в улье накапливаются бездеятельные пчелы и пчелосемья в ближайшие дни войдет в роевую стадию. В режиме «М» (прием матки) выявляют отношение семьи к подсаженной пчеломатке, которая может быть принята («Да») или отвергнута («Нет»). Состояние зимующих пчел оценивают в режиме «3» (зимовка). Оно удовлетворительное, если горит индикатор «Да», или плохое в противном случае.
Схема прибора показана на рис. 1. Двухкаскадный усилитель с автоматической регулировкой усиления, построенный на микросхеме DA1 (К157УД2), предназначен для усиления звуковых сигналов, принятых микрофоном ВМ1. Между двумя каскадами усилителя установлен пассивный полосовой фильтр C3R2R4C5, пропускающий частоты от 160 до 890 Гц.

Индикатор роения пчел. Прибор акустической диагностики пчелосемей.
Сигнал с выхода ОУ DA1.2 поступает на входы полосовых фильтров, а через резистор R3 — на телефонный капсюль BF1 для слухового контроля. Этот же сигнал поступает на детектор АРУ (VD1). Изменение уровня шума приводит к изменению смещения на затворах полевых транзисторов VT1.1, VT1.2, сопротивления их каналов и глубины обратной связи, которой охвачены каскады усилителя. В результате при колебаниях интенсивности шума, создаваемого пчелосемьей, напряжение сигнала на выходе усилителя поддерживается неизменным.
Два полосовых фильтра выделяют из спектра шума узкие участки, соотношение уровней сигналов в которых несет информацию о состоянии пчел. Оба фильтра построены по одинаковым схемам на микросхемах DA2 и DA3. ОУ каждой из них соединены таким образом, что образуют гираторы. Эквивалентные индуктивности гираторов составляют с конденсаторами С9 и СЮ параллельные колебательные контуры. От номиналов резисторов R8 и R9 зависит добротность контуров и ширина полосы пропускания каждого фильтра. Подстроенными резисторами R11, R13, R15 и R18 (в зависимости от положения переключателя SA1) фильтры настраивают на частоты, указанные в таблице. С помощью резисторов R12 и R14 добиваются максимальной добротности контуров: при снятых перемычках Х1 и Х2 фильтры должны находиться на границе самовозбуждения.
Отфильтрованные сигналы через однополупериодные выпрямители на диодах VD2 и VD3 поступают на входы дифференциального усилителя на транзисторах VT2 и VT3, служащего узлом сравнения. В коллекторные цепи транзисторов включены светодиоды HL1 («Нет») и HL2 («Да»), сравнительная яркость свечения которых свидетельствует о состоянии пчелосемьи.
Схема узла питания прибора показана на рис. 2, причем нумерация элементов продолжает начатую на рис. 1. Здесь установлены две аккумуляторные батареи GB1 и GB2. Каждая состоит из четырех аккумуляторов Д-0,26. Прибор включают кнопочным выключателем SB1. Потребляемый ток не превышает 25 мА, и полностью заряженных батарей хватает на 2000 сеансов измерения длительностью по 5 с.

Триггер на транзисторах VT4, VT5 разной структуры служит для контроля напряжения аккумуляторных батарей. Образцовым служит падение напряжения на светодиоде HL4, сигнализирующем о включении прибора. При суммарном напряжении батарей GB1 и GB2 выше 7 В падение напряжения на резисторе R30 превышает образцовое, транзисторы VT4 и VT5 закрыты, светодиод HL5 не светится. При напряжении батарей ниже указанного триггер изменяет состояние, его транзисторы открываются, светодиод HL5 сигнализирует о необходимости зарядить аккумуляторы.
Узел зарядки батарей от сети выполнен по простейшей схеме с гасящим конденсатором С21. В него входят также диодный мост VD4 и резисторы R24—R31. Во время зарядки светодиод HL3 светится. Полное восстановление емкости аккумуляторов занимает 14 ч.
Конструкция прибора может быть любой. Важно обеспечить удобство его использования и переноски. В авторском варианте он имеет габариты 260x180x70 мм и весит 1,4 кг.
Для настройки диагностического прибора необходимы генератор ЗЧ и милливольтметр переменного тока. Милливольтметр подключают к выходу первого полосового фильтра (выводу 13 микросхемы DA2) и общему проводу. Сняв перемычку Х1, подстроечным резистором R12 вводят фильтр в режим генерации, фиксируя возникновение колебаний по отклонению стрелки милливольтметра. Небольшим поворотом оси резистора R12 в противоположном направлении срывают генерацию.
Соединяют выход генератора ЗЧ с левым по схеме выводом резистора R8 и, оперируя переключателем SA1 и подстроечными резисторами R11 и R15, настраивают фильтр на указанные в таблице частоты. Начинать настройку следует резистором R11, установив переключатель SA1 в положение «3». В положениях «М» и «П» найденное положение оси этого резистора не меняют.
Подключив милливольтметр к выводу 13 микросхемы DA3 и сняв перемычку Х2, аналогичным образом с помощью подстроенного резистора R14 добиваются генерации и ее срыва во втором фильтре. Затем настраивают фильтр на нужные частоты подстроечными резисторами R13 (SA1 — в положении «3» или «М») и R18 (в положении «П»).
Закончив настройку, перемычки Х1 и Х2 устанавливают на место. Работу прибора в целом можно проверить, подав сигнал генератора ЗЧ на небольшую динамическую головку и расположив ее рядом с микрофоном ВМ1. При перестройке частоты генератора максимальная яркость свечения светодиодов HL1 и HL2 должна соответствовать частотам настройки соответствующих фильтров и мало зависеть от громкости звука.
Для проверки состояния пчелосемьи микрофон прибора помещают на холст, накрывающий рамки с пчелами. Сверху кладут утеплительную подушку, чтобы ослабить внешний шум. Прибор включают на несколько секунд, наблюдая за светодиодами HL1 и HL2. Диагностику в режиме «М» проводят после того, как в улей в «клетке Титова» помещена пчеломатка. Спустя примерно полчаса можно определить, принята ли она пчелами.
ЛИТЕРАТУРА
1. Смирнов А. Радиолюбители — народному хозяйству. — М.: Энергия, 1970.
2. Еськов Е. Поведение медоносных пчел. — М.: Колос, 1981.
Журнал «Радио»

332
RSS
Сергей
12:25

Хорошая подборка! Не хватает только современных датчиков роения на микроконтроллере.

Загрузка...