CN208921178U - 一种基于电容传感器的蜜蜂监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于电容传感器的蜜蜂监测装置，包括机箱，机箱的前面板上设有多个蜜蜂通道且前面板的内部设有多条沿长度方向水平延伸的条状空腔，空腔分布于呈水平排列的蜜蜂通道的上方和下方，每个蜜蜂通道的上壁外侧表面均设有电极片一和电极片二，每个蜜蜂通道的下壁外侧表面均设有电极片三和电极片四，机箱内的中部设有主板外壳，主板外壳内设有电池和电路板，电路板上设有电源管理模块、若干个电容传感器、主控单片机和WIFI模块，机箱的底部设有电源接口和开关；本实用新型方便安装，成本低，且实现了蜜蜂进出的自动监测、数量统计、数据记录和蜂群状态预警等功能，能够通过无线网络、有线数据接口和液晶显示屏控制和读取数据。

Description

一种基于电容传感器的蜜蜂监测装置

技术领域

本实用新型涉及蜂蜜监测技术领域，具体涉及一种基于电容传感器的蜜蜂监测装置。

背景技术

随着人们对蜜蜂的研究逐渐深入，遗传育种、蜜蜂保护与生物安全、蜜蜂饲养与蜂业机械、昆虫授粉与生态、蜂产品、蜂产品质量安全研究与评价、蜂业经济与信息等学科被建立，观测蜂群状态成为这些研究的重要基础。

目前国内外用来监测、记录蜜蜂状态的方法比较局限。总体上分为人工记录和计算机图像处理两类方法。传统的人工观察记录较为繁琐、工作量大、可记录参数少、误差大，难以满足需求。现有基于计算机图像处理技术的计数方法通过计算机图像处理技术与机器视觉技术、模式识别技术、人工智能的结合应用，解决了人工方法的不足，具有较高效的计数检测等功能。但集成度低、不便于安装、成本高且能耗大，并且不能实现记录多种参数和评估蜂群状态的功能。因此需要提供一种蜜蜂监测装置，克服上述传统人工方法及计算机图像处理方法中的不足。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足提供一种基于电容传感器的蜜蜂监测装置，本基于电容传感器的蜜蜂监测装置方便安装，成本低，且实现了蜜蜂进出的自动监测、数量统计、数据记录和蜂群状态预警等功能，能够通过无线网络、有线数据接口和液晶显示屏控制和读取数据。

为实现上述技术目的，本实用新型采取的技术方案为：

一种基于电容传感器的蜜蜂监测装置，包括机箱，所述机箱为后端面开口的方形结构，所述机箱的前面板上设有多个阵列排布的蜜蜂通道且前面板的内部设有多条沿长度方向水平延伸的条状空腔，所述空腔分布于呈水平排列的蜜蜂通道的上方和下方，呈水平排列的若干个蜜蜂通道的上壁为空腔的下壁，呈水平排列的若干个蜜蜂通道的下壁为空腔的上壁，每个所述蜜蜂通道的上壁外侧表面均设有电极片一和电极片二且电极片一和电极片二分布在蜜蜂通道的延伸方向上，每个所述蜜蜂通道的下壁外侧表面均设有电极片三和电极片四且电极片三和电极片四分布在蜜蜂通道的延伸方向上，所述机箱内的中部设有主板外壳，所述主板外壳内设有电池和电路板，所述电路板上设有电源管理模块、若干个电容传感器、主控单片机和WIFI模块，所述机箱的底部设有电源接口和开关，所述电池和电源接口均通过电源管理模块和开关与主控单片机、电容传感器和WIFI模块电连接，所述电极片一、电极片二、电极片三和电极片四均与电容传感器电连接，所述电容传感器和WIFI模块均与主控单片机连接。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述机箱顶部设有液晶显示屏，所述液晶显示屏与主控单片机电连接。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述蜜蜂通道分布于主板外壳的两侧。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述机箱的拐角处设有固定孔，所述机箱用于通过固定孔固定在蜂箱进出口上。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述的机箱的底部还设有数据接口和传感器接口，所述数据接口和传感器接口均与主控单片机电连接。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述电源管理模块包括DW01电池管理芯片、LM2596S降压模块和AMS1117低压差线性稳压器，所述电源接口与LM2596S降压模块连接，LM2596S降压模块分别与DW01电池管理芯片和AMS1117低压差线性稳压器连接，DW01电池管理芯片分别与AMS1117低压差线性稳压器和电池连接，AMS1117低压差线性稳压器通过开关分别与主控单片机、电容传感器和WIFI模块电连接，所述电池为锂电池。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述的主控单片机采用STM32微控制器，所述电容传感器采用电容传感器芯片FDC2214，所述STM32微控制器与电容传感器芯片FDC2214通过I2C总线协议通信。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述WIFI模块采用ESP8266芯片，所述主控单片机用于通过WIFI模块与服务器无线连接。

本实用新型的有益效果为：本实用新型可以实现蜜蜂进出的监测、数量统计、数量记录和数据显示功能，还可以通过WIFI模块发送信息到服务器从而实现蜂群状态预警等功能，通过无线网络、有线数据接口和液晶显示屏控制和读取数据。无需人工观察记录，误差小。另容易安装，成本低，能耗小。还可以通过传感器接口外接不同种类的传感器，传感器设置在蜂箱内,实现蜂箱的温湿度、光照或气压的监测。

附图说明

图1为本实用新型的后视图。

图2为本实用新型的下视图。

图3为本实用新型的机箱前面板剖面图。

图4为本实用新型的蜜蜂通道局部剖面图。

图5为本实用新型的主板外壳内部结构示意图

图6为本实用新型的电路原理框图。

图7为本实用新型的电源管理模块的电路原理框图。

图8为本实用新型的计数流程图

具体实施方式

下面根据图1至图8对本实用新型的具体实施方式作出进一步说明：

参见图1，一种基于电容传感器的蜜蜂监测装置，包括机箱1，所述机箱1为后端面开口的方形结构，所述机箱1的前面板具有一定的厚度，前面板上设有多个阵列排布的蜜蜂通道2。参见图3，前面板的内部设有多条沿长度方向水平延伸的条状空腔10，所述空腔10分布于呈水平排列的蜜蜂通道2的上方和下方，呈水平排列的若干个蜜蜂通道2的上壁为空腔10的下壁，呈水平排列的若干个蜜蜂通道2的下壁为空腔10的上壁，每个所述蜜蜂通道2的上壁外侧表面(即条状空腔10的下壁)均设有电极片一11和电极片二12，参见图4，电极片一11和电极片二12分布在蜜蜂通道2的延伸方向上，每个所述蜜蜂通道2的下壁外侧表面(即条状空腔10的上壁)均设有电极片三13和电极片四14且电极片三13和电极片四14分布在蜜蜂通道2的延伸方向上，所述机箱1内的中部设有主板外壳3。参见图5，所述主板外壳3内安装有电池15和电路板16，所述电路板16上设有电源管理模块18、若干个电容传感器17、主控单片机19和WIFI模块20。参见图2，所述机箱1的底部设有电源接口8和开关9，所述电池15和电源接口8均通过电源管理模块18和开关9分别与主控单片机19、电容传感器17和WIFI模块20电连接，所述电极片一11、电极片二12、电极片三13和电极片四14均与电容传感器17电连接，参见图6，所述电容传感器17和WIFI模块20均与主控单片机19连接。

参见图1，本实施例的机箱1上的蜜蜂通道2的数量为16个，电极片一11、电极片二12、电极片三13和电极片四14均为16个，电容传感器17为16个，一个电容传感器17连接一个蜜蜂通道2匹配的4个电极片，每个蜜蜂通道2均匹配4个电极片，即电极片一11、电极片二12、电极片三13和电极片四14(如图4所示)。电极片一11和电极片三13为一对电极片，电极片三13和电极片四14为一对电极片，电极片一11和电极片三13位于电极片三13和电极片四14的前侧。

本实施例中，参见图1，所述机箱1顶部设有液晶显示屏4，所述液晶显示屏4与主控单片机19电连接。

本实施例中，参见图1和图2，所述蜜蜂通道2分布于主板外壳3的两侧。

本实施例中，参见图1，所述机箱1的拐角处设有固定孔5，所述机箱1用于通过固定孔5固定在蜂箱进出口上。

本实施例中，参见图2，所述的机箱1的底部还设有数据接口6和传感器接口7，所述数据接口6和传感器接口7均与主控单片机19电连接。

本实施例中，参见图7，所述电源管理模块18包括DW01电池管理芯片、LM2596S降压模块、AMS1117低压差线性稳压器及相关电路，所述电源接口8与LM2596S降压模块连接，LM2596S降压模块分别与DW01电池管理芯片和AMS1117低压差线性稳压器连接，DW01电池管理芯片分别与AMS1117低压差线性稳压器和电池15连接，AMS1117低压差线性稳压器通过开关9分别与主控单片机19、电容传感器17和WIFI模块20电连接，所述电池15为锂电池。电源输入LM2596S降压模块和AMS1117低压差线性稳压器得到3.3V输出。电源接口8连接可用外部电源时，电源输入为外部电源，外部电源依次通过电源接口8、LM2596S降压模块和AMS1117低压差线性稳压器为电路板16上的其余元件供电，同时外部电源通过电源接口8、LM2596S降压模块和DW01电池管理芯片为电池15充电；无外部电源时，电池15依次通过DW01电池管理芯片和AMS1117低压差线性稳压器为电路板16上的其余元件供电。

本实施例中，所述的主控单片机19采用STM32微控制器，具有数量统计和数量记录功能，所述电容传感器17采用电容传感器芯片FDC2214，所述STM32微控制器与电容传感器芯片FDC2214通过I2C总线协议通信。

本实施例中，WIFI模块20采用ESP8266芯片，功耗和成本较低，WIFI模块20用于与服务器无线连接。首次对WIFI连接进行设置后，主控单片机19将连接所需参数保存至其内部的FLASH存储区，实现自动连接。若自动连接失败，则在液晶显示屏4提示重新设置连接。

具体工作时，在需要监测的蜂箱进出口上固定本装置，即将机箱1的后端面固定在蜂箱进出口上，根据需求采用装置内部的电池15或外接直流稳压电源供电，打开开关9并提供可用WIFI信号后本装置可接入网络，与服务器连接并自动联网更新时间。蜜蜂进出蜂箱时会通过本装置的蜜蜂通道2，蜜蜂通道2的尺寸与蜜蜂大小相当，使得每次只能单只蜜蜂通过，设置多个蜜蜂通道2以避免大量蜜蜂同时进出通道而造成的拥堵。主控单片机19为STM32微控制器，电容传感器芯片型号为FDC2214，微控制器与FDC2214传感器通过I2C总线协议通信。本实用新型的一对电极片之间形成等效电容，与外接电容、电感构成震荡电路，系统总电容(C_A)由电容传感器17芯片FDC2214输入端外接电容(C_o)、感应区电极片的电容(C_E)、导线与引脚等引入的杂散电容(C_S)和蜜蜂电容(C_B)组成。即C_A＝C_o+C_E+C_E+C_B，由LC振荡频率公式：

计算出电容值。若蜜蜂先经过电极片二12和电极片四14，后经过电极片一11和电极片三13，即电极片二12和电极片四14之间的电容首先减小，电极片一11和电极片三13之间的电容随后减小，则判断蜜蜂离开蜂箱；反之蜜蜂先经过电极片一11和电极片三13，后经过电极片二12和电极片四14，即电极片一11和电极片三13之间的电容首先减小，电极片二12和电极片四14之间的电容随后减小，则判断蜜蜂进入蜂箱。这两种情况计数个数都增加1。若同时减小或增大，则判断为干扰，若干扰持续一定时间，主控单片机自动重新校正各电极片电容值。若设定时间蜂箱内的蜜蜂数量不在设定的范围内，则触发数量过多或过少警报并给出诊断信息，诊断信息记入日志后通过无线网络发送到服务器并可以显示在液晶显示屏4上。例如检测到傍晚蜜蜂归巢数量过少或早晨出巢蜜蜂数量过少等异常蜂群状态，以提醒用户及时采取措施。本实施例的计数流程图参见图8。

传感器接口7可以同时接入多个不同种类的传感器，使用前选择型号并启用。主控单片机19读取传感器接口7连接的相应型号传感器的传感数据，得出要监测的量，记录和显示监测数据并实时上传至服务器。传感器接口7可以接入的温湿度传感器获取蜂箱内部温度，温湿度传感器为Si7021模块，其设置在蜂箱内,通过I2C接口与主控单片机19连接。主控单片机19得到蜂箱内实时温度和湿度，监测并记录。若设定时间蜂箱内的温湿度不在设定的范围内，则触发温度或湿度警报，警报事件记入日志后通过无线网络发送到服务器并可以显示在液晶显示屏4上，提醒实施保温、降温、加湿、干燥等措施。传感器接口7可以接入环境监测模块获取蜂箱所在环境信息。传感器接口7还可接入环境光传感器MAX44009和集成温湿度及气压传感器的BME280对环境进行监测，MAX44009和BME280通过I2C接口与主控单片机19连接。若设定时间的环境温湿度、光照、气压不在设定的范围内，则触发环境警报，警报事件记入日志后通过无线网络发送到服务端并可以显示在液晶显示屏4上。

本实用新型的保护范围包括但不限于以上实施方式，本实用新型的保护范围以权利要求书为准，任何对本技术做出的本领域的技术人员容易想到的替换、变形、改进均落入本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于电容传感器的蜜蜂监测装置，其特征在于，包括机箱，所述机箱为后端面开口的方形结构，所述机箱的前面板上设有多个阵列排布的蜜蜂通道且前面板的内部设有多条沿长度方向水平延伸的条状空腔，所述空腔分布于呈水平排列的蜜蜂通道的上方和下方，呈水平排列的若干个蜜蜂通道的上壁为空腔的下壁，呈水平排列的若干个蜜蜂通道的下壁为空腔的上壁，每个所述蜜蜂通道的上壁外侧表面均设有电极片一和电极片二且电极片一和电极片二分布在蜜蜂通道的延伸方向上，每个所述蜜蜂通道的下壁外侧表面均设有电极片三和电极片四且电极片三和电极片四分布在蜜蜂通道的延伸方向上，所述机箱内的中部设有主板外壳，所述主板外壳内设有电池和电路板，所述电路板上设有电源管理模块、若干个电容传感器、主控单片机和WIFI模块，所述机箱的底部设有电源接口和开关，所述电池和电源接口均通过电源管理模块和开关与主控单片机、电容传感器和WIFI模块电连接，所述电极片一、电极片二、电极片三和电极片四均与电容传感器电连接，所述电容传感器和WIFI模块均与主控单片机连接。

2.根据权利要求1所述的基于电容传感器的蜜蜂监测装置，其特征在于，所述机箱顶部设有液晶显示屏，所述液晶显示屏与主控单片机电连接。

3.根据权利要求2所述的基于电容传感器的蜜蜂监测装置，其特征在于，所述蜜蜂通道分布于主板外壳的两侧。

4.根据权利要求3所述的基于电容传感器的蜜蜂监测装置，其特征在于，所述机箱的拐角处设有固定孔，所述机箱用于通过固定孔固定在蜂箱进出口上。

5.根据权利要求1所述的基于电容传感器的蜜蜂监测装置，其特征在于，所述的机箱的底部还设有数据接口和传感器接口，所述数据接口和传感器接口均与主控单片机电连接。

6.根据权利要求1所述的基于电容传感器的蜜蜂监测装置，其特征在于，所述电源管理模块包括DW01电池管理芯片、LM2596S降压模块和AMS1117低压差线性稳压器，所述电源接口与LM2596S降压模块连接，LM2596S降压模块分别与DW01电池管理芯片和AMS1117低压差线性稳压器连接，DW01电池管理芯片分别与AMS1117低压差线性稳压器和电池连接，AMS1117低压差线性稳压器通过开关分别与主控单片机、电容传感器和WIFI模块电连接，所述电池为锂电池。

7.根据权利要求1至6任一项所述的基于电容传感器的蜜蜂监测装置，其特征在于，所述的主控单片机采用STM32微控制器，所述电容传感器采用电容传感器芯片FDC2214，所述STM32微控制器与电容传感器芯片FDC2214通过I2C总线协议通信。

8.根据权利要求7所述的基于电容传感器的蜜蜂监测装置，其特征在于，所述WIFI模块采用ESP8266芯片，所述主控单片机用于通过WIFI模块与服务器无线连接。