CN105717957B - 用于熊蜂养殖的点源温控饲养装置及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于熊蜂养殖的点源温控饲养装置及控制方法，该装置包括饲养蜂具、加热单元以及温度巡检控制单元；所述饲养蜂具包括一个或多个饲养单元，且每一个所述饲养单元上设有多个育王室、一个糖液盒以及一个熊蜂运动场；所述加热单元包括多个正温度系数PTC陶瓷加热探头，且每一所述育王室的底部均设有一所述PTC陶瓷加热探头；所述温度巡检控制单元通过构建二维模糊控制律将该加热温度控制在预设温度范围内。本发明提供的用于熊蜂养殖的点源温控饲养装置及方法可以实现将熊蜂蜂王产卵区域的温度保持在恒定范围，进而可提高熊蜂蜂王的产卵率和出群率，降低死亡率，并且还可以实现节约能源。
Description
技术领域
本发明涉及熊蜂的饲养繁殖技术领域，尤其涉及一种用于熊蜂养殖的点源温控饲养装置及控制方法。
背景技术
随着现代农业的发展和科学技术的进步，设施农业得到飞速发展，我国设施农业面积已达到250万公顷，约占全球设施农业总面积的85％。但由于设施温室相对较为封闭，缺乏自然授粉的昆虫，使虫媒植物特别是反季节作物(蔬菜和水果)的授粉受到严重影响，当前生产主要采用激素喷花、人工点花等方式授粉，畸形率高、劳动强度大、药物残留严重、农产品品质较低。
熊蜂作为一类多食性的社会昆虫，是多种虫媒植物，尤其是豆科、茄科以及濒危植物的重要授粉者，在大多数情况下被证明远比蜜蜂授粉更为有效。作为现代设施园艺农业的一项重要配套技术，熊蜂授粉省时省工，不仅符合无公害农业生产要求，而且对授粉作物产量的提高、果实品质的改进具有重要作用。为满足巨大的市场需求，加强熊蜂工厂化生产环节的装备开发，解决熊蜂周年繁育蜂巢保温存在的关键问题，实现规模批量生产，降低熊蜂生产成本，满足用户功能需求具有重要的实现意义。
为维持熊蜂蜂巢子脾最适宜的温度，现有技术中常采取的措施有：缩小巢门、紧缩蜂巢、减少脾距和蜂巢上部添加辅助保温物以及地火垅加温、电热加温和蜂箱供水加热，例如采用在蜂箱内安装电热器的具体方式等。但是，利用电加热器或电热丝等方式进行蜂巢加热容易造成蜂箱内氧气的过度消耗，进而影响到蜂群正常的饲养环境，很大程度上影响了熊蜂的繁育速度、育蜂质量和出群率；虽然可将成熟的空调技术引入生产过程，但却较易造成资源与能源的浪费。
发明内容
基于上述内容，本申请所要解决的技术问题是：如何针对上述现有的熊蜂养殖装置的温控方式所存在的缺陷，提供一种科学合理且节约能源的熊蜂养殖点源温控装置及方法，避免大环境加热造成能源浪费，力求精细控制。
为解决上述技术问题，本发明一方面提出了一种用于熊蜂养殖的点源温控饲养装置，所述装置包括饲养蜂具、加热单元以及温度巡检控制单元；
所述饲养蜂具包括一个或多个饲养单元，且每一个所述饲养单元上设有多个育王室、一个糖液盒以及一个熊蜂运动场；
所述加热单元包括多个正温度系数PTC陶瓷加热探头，且每一所述育王室的底部均设有一所述PTC陶瓷加热探头；
所述温度巡检控制单元与所述加热单元相连，用于巡检控制所述加热单元的加热温度，并将该加热温度控制在预设温度范围内。
优选地，每一所述育王室的底部与对应的PTC陶瓷加热探头完全吻合，形成无缝隙连接结构。
优选地，所述装置还包括：
保温安装底座：用于承载所述饲养蜂具和所述加热单元。
优选地，所述温度巡检控制单元包括巡检记录仪、内置快闪存储器FLASH、内置继电器、通讯模块以及计算机；
所述巡检记录仪用于以巡检的方式监测所述多个PTC陶瓷加热探头中的预设PTC陶瓷加热探头的加热温度；
所述内置快闪存储器FLASH用于存储所述预设PTC陶瓷加热探头的加热温度；
所述内置继电器用于根据所述预设PTC陶瓷加热探头的加热温度对所述多个PTC陶瓷加热探头的加热温度进行巡检控制；
所述内置快闪存储器FLASH和所述内置继电器均位于所述巡检记录仪中；
所述通讯模块用于实现所述巡检记录仪与所述计算机之间的通讯。
优选地，每一个所述饲养单元为四位一体设计，设有四个育王室，且所述糖液盒位于所述熊蜂运动场的中心位置，所述四个育王室设置在所述熊蜂运动场的周围。
优选地，PTC陶瓷加热探头还包括封装套、K型热电偶以及固定卡；
所述封装套用于将PTC陶瓷加热片、K型热电偶以及固定卡进行封装成型。
优选地，所述熊蜂运动场的顶端设置有活动面网。
优选地，所述育王室的顶端设置有透明、透气的塑料盒盖。
另一方面，本发明还提供了一种如上述任意一种的用于熊蜂养殖的点源温控饲养装置的控制方法，所述方法包括：
所述温度巡检控制单元以巡检的方式监测所述多个PTC陶瓷加热探头中的预设PTC陶瓷加热探头的加热温度；
所述温度巡检控制单元根据所述预设PTC陶瓷加热探头的加热温度对所述多个PTC陶瓷加热探头的加热温度进行巡检控制，以将所述加热温度控制在预设温度范围内。
优选地，所述温度巡检控制单元根据所述预设PTC陶瓷加热探头的加热温度对所述多个PTC陶瓷加热探头的加热温度进行巡检控制，包括：
所述温度巡检控制单元根据所述预设PTC陶瓷加热探头中的每个PTC陶瓷加热探头的加热温度偏差与加热温度偏差变化率构建二维模糊控制律；
其中，所述加热温度偏差与加热温度偏差变化率分别为所述每个PTC陶瓷加热探头的加热温度与设定温度的偏差和所述偏差的变化率，所述二维模糊控制率中的隶属度分布函数为高斯性函数；
所述温度巡检控制单元根据所述二维模糊控制率对所述多个PTC陶瓷加热探头的加热温度进行巡检控制。
本发明针对现有的熊蜂养殖装置的温控方式所存在的缺陷，通过利用陶瓷材料PTC热敏电阻的阻温特性及依赖关系，采用PTC陶瓷加热探头，并通过温度巡检控制单元控制各加热探头的加热温度，可以实现将熊蜂蜂王产卵区域的温度保持在恒定范围，进而可提高熊蜂蜂王的产卵率和出群率，降低死亡率，并且还可以实现节约能源。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了本发明一个实施例的用于熊蜂养殖的点源温控饲养装置的结构框图；
图2示出了本发明一个实施例的饲养蜂具的俯视图；
图3示出了本发明一个实施例的饲养蜂具的正视图；
图4示出了本发明另一个实施例的PTC陶瓷加热探头的结构示意图；
图5示出了本发明一个实施例的用于熊蜂养殖的点源温控饲养装置的控制方法流程图；
图6示出了本发明另一个实施例的用于熊蜂养殖的点源温控饲养装置的控制方法流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1示出了本发明一个实施例的用于熊蜂养殖的点源温控饲养装置的结构框图；如图1所示，本实施例的装置包括饲养蜂具100、加热单元200以及温度巡检控制单元300；温度巡检控制单元300与加热单元200相连，用于巡检控制加热单元200的加热温度，并将该加热温度控制在预设温度范围内；
具体地，图2示出了本发明一个实施例的饲养蜂具的俯视图；图3示出了本发明一个实施例的饲养蜂具的正视图；如图2、图3所示，本实施例的饲养蜂具100包括一个或多个饲养单元，例如图2、图3中示出的3个饲养单元；其中，每一个所述饲养单元上设有多个育王室111、一个糖液盒112以及一个熊蜂运动场113；
加热单元200包括多个正温度系数PTC陶瓷加热探头210，且每一育王室的底部均设有一PTC陶瓷加热探头。
本实施例的用于熊蜂养殖的点源温控饲养装置采用PTC陶瓷加热探头，并通过温度巡检控制单元巡检控制各加热探头的加热温度，可以实现将熊蜂蜂王产卵区域的温度保持在恒定范围，进而可提高熊蜂蜂王的产卵率和出群率，降低死亡率，并且还可以实现节约能源。
图4示出了本发明另一个实施例的PTC陶瓷加热探头的结构示意图；如图4所示，作为本实施例的优选，加热单元200中每一个PTC陶瓷加热探头210还可以进一步包括耐高温导热硅胶材料制成的封装套211、不锈钢圆形固定卡214以及预设长度的K型热电偶216，该封装套211将PTC陶瓷加热片212、固定卡214以及K型热电偶216封装成PTC陶瓷加热探头。
本实施例中的每一育王室的底部均与对应的PTC陶瓷加热探头形成无缝隙连接结构，以遵循仿生学的设计理念。
进一步地，温度巡检控制单元300还可以进一步包括以ARM微处理器为核心的巡检记录仪、大容量的内置快闪存储器FLASH、内置继电器、通讯模块以及计算机(图中未示出)；
其中，所述的巡检记录仪可进行加热温度数据的数字显示、棒图显示、实时曲线和追忆曲线等数据采集、处理与分析，动态显示高温(H、HH)、低温(L、LL)的报警功能；大容量的内置快闪存储器FLASH可通过U盘快速地将FLASH中的数据转储到计算机，且采样时间(记录间隔)可在0.1s-50s之间灵活设定，也可另选为1min、5min、10min、30min和60min；内置继电器输出，通过温度上限、温度下限的设定，即可对PTC加热探头进行巡检控制。同时也可将内置继电器通过485光电隔离通讯模块与计算机连接，即可通过数据下载与处理软件实现数据动态显示、高效处理和拓展分析。
所述的巡检记录仪用于以巡检的方式监测所述多个PTC陶瓷加热探头中的预设PTC陶瓷加热探头的加热温度；所述的内置快闪存储器FLASH用于存储所述预设PTC陶瓷加热探头的加热温度；所述的内置继电器用于根据所述预设PTC陶瓷加热探头的加热温度对所述多个PTC陶瓷加热探头的加热温度进行巡检控制；所述内置快闪存储器FLASH和所述内置继电器均位于所述巡检记录仪中；其中，所述通讯模块用于实现所述巡检记录仪与所述计算机之间的通讯。
作为本实施例的优选，上述每一个饲养单元上均可设置四个育王室(参见图2、图3)，且可将糖液盒112设置于熊蜂运动场113的中心位置，四个育王室均设置在熊蜂运动场113的周围、且对称分布于明槽116的两侧，该明槽116可用于容纳糖液盒112。
其中，明槽116的宽度为70mm，且该明槽116的、沿着中心轴线两侧78mm设置有饲养蜂具安装线；
在此基础上，每个饲养单元之间的距离为170mm；相邻的两个育王室之间至少留有5mm的活动距离。
本实施例中，熊蜂运动场113的顶端还优选地设置有活动面网(图2、图3中育王室的最顶端)，用于实时查看蜂王饲养状态；此外，每个育王室111的顶端还可设置有透明、透气的塑料盒盖，且其内侧留有预设尺寸的蜂王出入口117(蜂路)，以便蜂王进入熊蜂运动场113。
在此基础上，本实施例的装置还可以优选地包括保温安装底座115，用于承载饲养蜂具100和加热单元200。进一步地，保温安装底座115的材料优选为挤塑型聚苯乙烯泡沫塑料。
可选地，糖液盒112与熊蜂运动场113之间通过环形锁扣118连接。
本实施例的用于熊蜂养殖的点源温控饲养装置可以满足熊蜂养殖装备要求及生物学特性，根据仿生学的设计理念，提供了无缝隙衔接的熊蜂饲养蜂具，进一步地提高了熊蜂养殖技术水平。
图5示出了本发明一个实施例的用于熊蜂养殖的点源温控饲养装置的控制方法流程图；如图5所示，利用上述用于熊蜂养殖的点源温控饲养装置，本实施例的温度控制方法包括：
S1：所述温度巡检控制单元以巡检的方式监测所述多个PTC陶瓷加热探头中的预设PTC陶瓷加热探头的加热温度；
S2：所述温度巡检控制单元根据所述预设PTC陶瓷加热探头的加热温度对所述多个PTC陶瓷加热探头的加热温度进行巡检控制，以将所述加热温度控制在预设温度范围内。
本实施例的用于熊蜂养殖的点源温控饲养装置的控制方法可针对实际熊蜂养殖生产过程中的控制对象(温控点)比较多的特点，选取饲养单元中心位置的育王室作为被控对象，采用巡检控制方法，实现对多个加热探头的集中管理与分散控制，进而提高了控制精度、缩短了调节时间。
图6示出了本发明另一个实施例的用于熊蜂养殖的点源温控饲养装置的控制方法流程图。如图6所示，作为本实施例的优选，步骤S2可进一步包括：
S21：所述温度巡检控制单元根据所述预设PTC陶瓷加热探头中的每个PTC陶瓷加热探头的加热温度偏差与加热温度偏差变化率构建二维模糊控制律；
其中，所述加热温度偏差与加热温度偏差变化率分别为所述每个PTC陶瓷加热探头的加热温度与设定温度的偏差和所述偏差的变化率，所述二维模糊控制率中的隶属度分布函数为高斯性函数；
S22：所述温度巡检控制单元根据所述二维模糊控制率对所述多个PTC陶瓷加热探头的加热温度进行巡检控制。
本实施例的方法针对熊蜂养殖场被控对象数量较多的情况，摒弃了传统的单点对单点的控制方式，以便克服现场布线复杂、施工困难、维护不便的问题，将模糊控制算法应用于熊蜂养殖点源温控装置，实现对现场每个控制对象的集中管理与监视。
本实施例中，采用每个控制节点的温度偏差和偏差变化率作为输入，构建二维模糊控制器。模糊控制器的输入为测量温度与设定温度的偏差e以及e的变化率 其中，T为系统采样时间间隔。
模糊控制器输入t、和输出p对应的模糊子集为：{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}，用以分别表示负大，负中，负小，零，正小，正中，正大，其隶属度分布取为高斯型函数：根据模糊控制算法推理规则，其输出形式为：
用代数模型表示即为：其中，其中f(·)是非线性函数，k1、k2相当于模糊控制比例因子；k3为系统总比例因子。据此，在熊蜂养殖过程中，只需考虑温度偏差和温度偏差变化率即能对其进行有效监控和管理。
下面以两个具体例子说明本发明的用于熊蜂养殖的点源温控饲养装置及控制方法的有益效果。
实例1：为更好地了解系统性能和实际温控运行效果，在实验室搭建测温平台，对不同阶梯温度及温控模式进行测验，选用80个饲养点，分别利用K型热电偶对PTC加热片表面温度、熊蜂蜂王饲养盒饲养区域表面温度进行记录，前者用于对温控所需阶梯温度进行调节，后者主要作为指导熊蜂育王时产卵的参考温度，也即是所需的生产温度。当测控温度设置为31-32℃、33-34℃和37-38℃时，产卵区域饲养盒的表面温度分别为(27.4±0.6)℃、(28.5±0.6)℃和(29.8±0.8)℃，测试期间的实验室环境温度为23.8℃。综合实验结果表明，该装置能满足熊蜂养殖所需的温控要求。
实例2：选择北京某熊蜂养殖场，按照养殖设备需求加工了一套本发明提供的用于熊蜂养殖的点源温控饲养装置进行试验，试验时间为2014年8月8日至9月19日，并与传统的空调控温方式进行对比。试验结果分析表明，点源温控的产卵率、死亡率和转群率分别是68.8％、37.5％和62.5％；而传统的空调控温的产卵率、死亡率和转群率分别是50％、50％和50％。经比较可知，本实施例的基于点源进行温控的熊蜂养殖的温控装置能有效提高熊蜂育王的产卵率和转群率，降低死亡率。
如果按照熊蜂养殖所需的饲养温度29-31℃，育王规模为1000只的饲养车间计算，选用2P(1.8kW)空调控温，每天24h的耗电量约为43.2kwh；选用点源温控饲养装置饲养，单个饲养点的实际使用功率为1.25W，饲养规模为1000只熊蜂的生产车间24h的耗电量为36kwh，其能节约用电16.7％。
本实施例的用于熊蜂养殖的点源温控饲养装置及控制方法通过点源温控方式进行温度控制的优点主要体现在：
仅需针对蜂王产卵区域进行温度调控，不需对饲养大环境及环境温度进行调节，降低了生产过程中的电量消耗和能源消费，降低了生产成本，有效提高了能源使用率；同时可根据养殖过程、生长状况和生产安排进行调整，提高了熊蜂产卵率和出群率、降低了死亡率，充分发挥了熊蜂的生物学性能，实现了精细养殖、精准管控。
以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种用于熊蜂养殖的点源温控饲养装置，其特征在于，包括饲养蜂具、加热单元以及温度巡检控制单元；
所述饲养蜂具包括一个或多个饲养单元，且每一个所述饲养单元上设有多个育王室、一个糖液盒以及一个熊蜂运动场；
所述加热单元包括多个正温度系数PTC陶瓷加热探头，且每一所述育王室的底部均设有一所述PTC陶瓷加热探头；
所述温度巡检控制单元与所述加热单元相连，用于巡检控制所述加热单元的加热温度，并将该加热温度控制在预设温度范围内；
每一所述育王室的底部与对应的PTC陶瓷加热探头完全吻合，形成无缝隙连接结构。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
保温安装底座：用于承载所述饲养蜂具和所述加热单元。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述温度巡检控制单元包括巡检记录仪、内置快闪存储器FLASH、内置继电器、通讯模块以及计算机；
所述巡检记录仪用于以巡检的方式监测所述多个PTC陶瓷加热探头中的预设PTC陶瓷加热探头的加热温度；
所述内置快闪存储器FLASH用于存储所述预设PTC陶瓷加热探头的加热温度；
所述内置继电器用于根据所述预设PTC陶瓷加热探头的加热温度对所述多个PTC陶瓷加热探头的加热温度进行巡检控制；
所述内置快闪存储器FLASH和所述内置继电器均位于所述巡检记录仪中；
所述通讯模块用于实现所述巡检记录仪与所述计算机之间的通讯。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，每一个所述饲养单元为四位一体设计，设有四个育王室，且所述糖液盒位于所述熊蜂运动场的中心位置，所述四个育王室设置在所述熊蜂运动场的周围。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，PTC陶瓷加热探头还包括封装套、K型热电偶以及固定卡；
所述封装套用于将PTC陶瓷加热片、K型热电偶以及固定卡进行封装成型。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述熊蜂运动场的顶端设置有活动面网。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述育王室的顶端设置有透明、透气的塑料盒盖。
8.一种如权利要求1至7任一项所述的用于熊蜂养殖的点源温控饲养装置的控制方法，其特征在于，包括：
所述温度巡检控制单元以巡检的方式监测所述多个PTC陶瓷加热探头中的预设PTC陶瓷加热探头的加热温度；
所述温度巡检控制单元根据所述预设PTC陶瓷加热探头的加热温度对所述多个PTC陶瓷加热探头的加热温度进行巡检控制，以将所述加热温度控制在预设温度范围内。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述温度巡检控制单元根据所述预设PTC陶瓷加热探头的加热温度对所述多个PTC陶瓷加热探头的加热温度进行巡检控制，包括：
所述温度巡检控制单元根据所述预设PTC陶瓷加热探头中的每个PTC陶瓷加热探头的加热温度偏差与加热温度偏差变化率构建二维模糊控制律；
其中，所述加热温度偏差与加热温度偏差变化率分别为所述每个PTC陶瓷加热探头的加热温度与设定温度的偏差和所述偏差的变化率，所述二维模糊控制率中的隶属度分布函数为高斯性函数；
所述温度巡检控制单元根据所述二维模糊控制率对所述多个PTC陶瓷加热探头的加热温度进行巡检控制。
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