CN104793666A - 一种用于研究蜂巢全蜂房温度调控机制的蜂箱 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于研究蜂巢全蜂房温度调控机制的蜂箱，蜂箱主要由箱盖(1)、箱体(5)、巢框(6)、摄像头(9)以及控制板(3)组成，所述巢框(6)上安装了巢础(7)和蜂房温度采集电路板(8)，所述蜂房温度采集电路板(8)密封在两张巢础(7)之间，其上焊接了NTC热敏电阻传感器，所述NTC热敏电阻传感器的NTC热敏电阻一一对应地嵌入巢础单元格底部。本发明相比于现有技术的优点为：该蜂箱能够在保持蜜蜂原生态的环境下，监测到巢础上每个蜂房的温度，并对最外层巢脾表面形成影像。这一发明有助于了解和研究各个蜂房温度与储存物之间的关系，了解蜜蜂群势变迁对温度调控的影响。

Description

一种用于研究蜂巢全蜂房温度调控机制的蜂箱

技术领域

本发明涉及的是一种在原生态环境下监测巢础上各个蜂房温度和拍摄蜂房表面影像的技术领域，尤其涉及一种用于研究蜂巢全蜂房温度调控机制的蜂箱。

背景技术

蜂箱是蜜蜂繁衍生息的处所。蜂箱中设有若干巢框，巢框呈平行排列。在新巢框设计之前每个巢框上装有一张巢础,此巢础的正反两面密布有按规律排列的六边形单元格，这些单元格由凹巢和底面构成。新设计的1个巢框上装有两张巢础，在这两张巢础的背面夹入一块蜂房温度采集电路板。蜜蜂在每个巢础单元格上建蜂房，所建蜂房表面和巢础单元格底面距离大约深1厘米。蜂房是幼虫、蜂蜜和花粉的储藏室。蜂房存放物不同则蜂房温度不同。为了研究针对巢础上各个蜂房不同储存物蜜蜂进行温度调控机制，了解蜜蜂群势变迁及其影响，需要监测各个蜂房温度和拍摄巢脾表面影像。

目前国内外尚无针对所有蜂房的温度监测技术。国外只用1个巢框进行实验,针对1个巢框单面巢脾中间区域每3个蜂房放置1个传感器。具体方法是：冬天时蜜蜂聚集在巢脾中间，研究人员在巢脾中间区域，将相邻3个蜂房的中心点放置1个NTC热敏电阻，所测温度代表周边3个蜂房温度。所选巢脾区域总面积为15cm*15cm，蜂房监测点个数为16行*16列，共256个监测点，代表768个蜂房的温度。国内在巢脾缝隙处安装电子传感器，监测点少有干扰且不能监测各个蜂房温度。在温暖季节，蜜蜂分布几乎遍及整张巢脾。在寒冷季节和温暖季节，蜜蜂的分布是变化的。一张单面巢础可利用面积约为41500平方毫米，可建3350多个蜂房。国内外已有方法不能全面监测蜂房温度，且没有拍摄巢脾表面蜜蜂活动的整体影像，故所作测试不能用于精确研究蜜蜂个体和群势功能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种用于研究蜂巢全蜂房温度调控机制的蜂箱，以提供一种能够用于测定所有蜂房温度的检测技术。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种用于研究蜂巢全蜂房温度调控机制的蜂箱，包括箱盖1和箱体5，还包括若干巢框6，控制板3，及与控制板3用导线连接的蜂房温度采集电路板8和摄像头9；所述巢框6平行排列在箱体5内，每个巢框上设有两张巢础7，所述温度采集电路板8密封在该两张巢础7之间；所述温度采集电路板8上集成有大量NTC热敏电阻传感器，所述NTC热敏电阻传感器由NTC热敏电阻及其外部电路组成，所述NTC热敏电阻一一对应地嵌入巢础7的单元格底部。

所述蜂房温度采集电路板的表面涂有绝缘、防潮湿和防腐蚀功能的防潮漆，以起到保护蜂房温度采集电路板的作用。

所述控制板3包括单片机控制单元和信号传输模块。所述温度采集电路板8上还集成有多路开关、电压跟随器和模数转换器。所述单片机控制单元输出控制信号控制多路切换开关切换，使NTC热敏电阻的电源输入端通过开关切换与电源相连；NTC热敏电阻传感器输出端通过电压跟随器连接至模数转换器的信号输入端，所述模数转换器的信号输出端连接至单片机控制单元信号输入端。所述单片机控制单元的输出信号通过信号传输模块传输至外部计算机。

所述信号传输模块为符合串口通信协议的有线传输模块，或为无线传输模块。

所述摄像头9为红外摄像头。

所述摄像头9的数量为若干个，均匀安装在正对巢础7的箱体内壁上。

所述控制板3通过一块固定板固定后放置到箱体5上。

所述控制板3上包裹有防冷凝水纸，避免冷凝水导致控制板损坏。

所述控制板3与箱体5之间设有一隔离网4，防止蜜蜂与控制板接触。

所述隔离网4为不锈钢金属网，网眼大小为2mm×2mm。

本发明相比现有技术具有以下优点：本发明提供了一种用于研究蜂巢全蜂房温度调控机制的蜂箱，本发明将温度检测技术和图像处理技术相结合，能够用于针对巢础上各个蜂房不同储存物进行蜜蜂温度调控机制的研究，了解蜜蜂群势变迁对温度调控的影响，有助于了解蜜蜂群势变迁，解开蜜蜂的超个体的神秘面纱；另外，由于蜂房温度采集电路板处于两张巢脾之间的密闭环境中，在蜜蜂活动的蜂巢的空间内没有传感器和导线的干扰，保持了蜜蜂的原生态的生活环境；无论蜂箱内的湿度多大，产生的冷凝水不会影响蜂房温度采集电路板和控制板的正常工作，使测试结果更加精准，延长了测试装置的使用寿命，减少了维修成本。

附图说明

图1为蜂箱的整体结构示意图；

图2为巢框上将一块蜂房温度采集电路板夹在两张巢础之间的整体结构示意图；

图3为研究蜂巢全蜂房温度调控机制检测电路框图；

图4为16行×16列NTC热敏电阻子阵列检测电路原理图；

图5为红外摄像头安装在箱体的位置示意图；

图6为红外摄像头在箱体的分布示意图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明。本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

本实施例提供了一种用于在原生态环境下用于研究蜂巢全蜂房温度调控机制的蜂箱，具有如图1～6所示的结构，包括箱盖1、固定板2、控制板3、隔离网4、箱体5、设于箱体5内的若干巢框6、每个巢框6上嵌入两张巢础7和一块蜂房温度采集电路板8、以及八个摄像头9。

所述巢础7尺寸为长415mm×宽195mm，蜜蜂在每个巢础单元格上建蜂房，每张巢框6的单张巢础7上均建有多于40行×80列规则排列的六边形蜂房，所建蜂房表面和巢础单元格底面距离大约深1厘米，成年蜜蜂在蜂房内外生活。

所述控制板3包括单片机控制单元，所述单片机控制单元为由两个STM32F103ZE芯片及其外部振荡电路组成，所述STM32F103ZE芯片通过一具有RS232串口协议的数据传输模块连接至外部计算机；所述控制板3外表面包裹了防冷凝水纸，以防止产生的冷凝水导致控制板3不正常工作；在控制板下方还安装有网眼大小为2mm×2mm的不锈钢金属网4，以防蜜蜂与控制板接触；控制板通过其上方的一块固定板2固定后放置到箱体5上。。

所述蜂房温度采集电路板8为密封在一张巢框6的两张巢础7之间的PCB印制电路板，所述印制电路板表面涂有绝缘、防潮湿和防腐蚀功能的防潮漆，与巢框6和巢础7形成一密封的整体，其整体结构如图2所示，包括蜜蜂层71、蜂房层72、NTC层81、PCB防潮层82和PCB板层83；设计时，以蜂房温度采集电路板焊接了NTC热敏电阻那面为正面，画出与巢础7单元格相对应的六边形网格，共计40行×80列，每个六边形中画有与NTC热敏电阻引脚相对应的插孔，每只NTC热敏电阻的两只引脚焊接在印制电路板背面；其中16行×16列共256个NTC热敏电阻为一个子阵列，监测40行×80列蜂房需要15个子阵列；在插入了NTC热敏电阻的印制电路板的背面，还焊有若干微型封装的型号为CD4051的多路切换开关、型号为LM358的电压跟随器和型号为TLC2543的模数转换器、以及阻值为4.7kΩ的定值电阻；所述热敏电阻传感器即为由NTC热敏电阻与阻值为4.7kΩ的定值电阻组成的分压电路，其检测电路框图如图3所示，其子阵列检测电路原理图如图4所示。其中：每16个NTC热敏电阻连接一个定值电阻，在STM32F103ZE单片机输出的控制信号控制下，每8个NTC热敏电阻的电源输入端通过1个多路切换开关CD4051与电源相连。每32个NTC热敏电阻传感器的输出端连接至一个电压跟随器LM358，每5个电压跟随器LM358连接至1个TLC2543模数转换器，所述TLC2543模数转换器的信号输出端连接至STM32F103ZE单片机输入端。

在每个子阵列中，STM32F103ZE控制多路切换开关CD4051，多路切换开关CD4051输出端连接至蜂房温度采集电路板8的电源输入端给选中的NTC热敏电阻传感器供电，所述NTC热敏电阻的分压值即为传感器的输出模拟信号，此输出模拟信号经电压跟随器LM358隔离后，输出给模数转换器TLC2543，模数转换器TLC2543将NTC热敏电阻传感器输出的模拟量转变成数字量，并将数字量信号传输至STM32F103ZE芯片，STM32F103ZE芯片再通过具有RS232串口通信协议的数据传输模块将信号输送给外部计算机。

当最外侧巢脾与蜂箱前面板内侧距离为8cm时，根据红外传感器的视角，需用八个红外摄像头，才能拍摄到最外侧巢脾上所有蜂房影像；本实施例中，8个红外摄像头9呈2行×4列均匀安装在正对巢础7的箱体内壁上，摄像头位置如图5、6所示。

工作时，蜂房温度采集电路板8输出每个蜂房温度数字信号送给控制板3上的单片机，单片机通过RS232串口将温度值传输并储存至计算机的数据库中。在计算机上利用的Deliph软件模拟出巢脾40行×80列蜂房，显示界面以Txy(其中，T表示温度，x表示列数，y表示行数)的形式命名，数据库中以Dxy(其中，D表示数据，x表示列数，y表示行数)的形式命名。显示界面Txy温度值与数据库Dxy值相对应。应用所测数据在计算机上实现对于各个蜂房不同温度区间用不同颜色显示。

8个红外摄像头9正对最外层巢脾表面拍摄，获得8组图像信号，这些信号被传递至计算机，利用计算机的图像处理工具对该8组图像进行裁剪和拼接，获得整张巢脾表面影像。

根据同一时间获得的最外层巢脾表面影像和蜂房温度值以及各张巢脾温度分布值，利用数学工具进行分析处理，实现估算蜂房局部区域或全部区域温度与蜜蜂个数的关系，推测蜂房的存放物，了解蜜蜂群势变迁对温度调控的影响，对研究蜂巢全蜂房温度调控机制等具有很强的研究意义。

实施例2

本实施例的另一种用于在原生态环境下用于研究蜂巢全蜂房温度调控机制的蜂箱，其中，所述信号传输模块为DTK公司生产的型号DTK2617A—ZigBee的无线传输模块，通过此模块将温度信号传递给外部计算机，其他结构同实施例1。

Claims (10)

1.一种用于研究蜂巢全蜂房温度调控机制的蜂箱，包括箱盖(1)和箱体(5)，其特征在于，还包括若干巢框(6)，控制板(3)，及与控制板(3)用导线连接的蜂房温度采集电路板(8)和摄像头(9)；所述巢框(6)平行排列在箱体(5)内，每个巢框上设有两张巢础(7)，所述温度采集电路板(8)密封在该两张巢础(7)之间；所述温度采集电路板(8)上集成有大量NTC热敏电阻传感器，所述NTC热敏电阻传感器由NTC热敏电阻及其外部电路组成，所述NTC热敏电阻一一对应地嵌入巢础(7)的单元格底部。

2.根据权利要求1所述的一种用于研究蜂巢全蜂房温度调控机制的蜂箱，其特征在于，所述蜂房温度采集电路板的表面涂有防潮漆。

3.根据权利要求1所述的一种用于研究蜂巢全蜂房温度调控机制的蜂箱，其特征在于，所述控制板(3)包括单片机控制单元和信号传输模块，所述温度采集电路板(8)上还集成有多路切换开关、电压跟随器和模数转换器；所述单片机控制单元输出控制信号控制多路切换开关切换，所述NTC热敏电阻的电源输入端通过开关切换与电源相连；NTC热敏电阻传感器输出端通过电压跟随器连接至模数转换器的信号输入端，所述模数转换器的信号输出端连接至单片机信号输入端，所述单片机输出信号通过信号传输模块传输至外部计算机。

4.根据权利要求3所述的一种用于研究蜂巢全蜂房温度调控机制的蜂箱，其特征在于，所述信号传输模块为符合串口通信协议的有线传输模块，或为无线传输模块。

5.根据权利要求1所述的一种用于研究蜂巢全蜂房温度调控机制的蜂箱，其特征在于，所述摄像头(9)为红外摄像头。

6.根据权利要求1所述的一种用于研究蜂巢全蜂房温度调控机制的蜂箱，其特征在于，所述摄像头(9)的数量为若干个，均匀安装在正对巢础(7)的箱体内壁上。

7.根据权利要求1所述的一种用于研究蜂巢全蜂房温度调控机制的蜂箱，其特征在于，所述控制板(3)通过一块固定板固定后放置到箱体(5)上。

8.根据权利要求1所述的一种用于研究蜂巢全蜂房温度调控机制的蜂箱，其特征在于，所述控制板(3)上包裹有防冷凝水纸。

9.根据权利要求1所述的一种用于研究蜂巢全蜂房温度调控机制的蜂箱，其特征在于，所述控制板(3)与箱体(5)之间设有一隔离网(4)。

10.根据权利要求9所述的一种用于研究蜂巢全蜂房温度调控机制的蜂箱，其特征在于，所述隔离网(4)为不锈钢金属网，网眼大小为2mm×2mm。