[發明專利]一種智能蜂箱控制系統及方法

有效

• 申請號: 201710774279.2
• 申請日: 2017-08-31
• 公開（公告）號: CN107589769B
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發明（設計）人: 繆亞林;趙立怡
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: G05D27/02
• 分類號: G05D27/02;G05B19/042;A01K47/06;A01K59/02;H04M1/725
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 王珂瑜

1.一種智能蜂箱控制系統，其特征在于，包括依次連接的感知層（170）、應用層（150）和服務器（140），所述的感知層（170）設置于蜂箱機械結構（160）內；所述的感知層（170）包括相互連接的數據采集系統（120）和控制系統（130），所述的應用層（150）與服務器（140）通過網關進行連接通信；

所述的控制系統（130）包括依次連接的控制器（20）、驅動電路（28）和電機（25），所述的控制器（20）還與繼電器和串口轉WiFi模塊（30）連接，所述的繼電器分別連接有電熱絲（26）、加濕器（27）和風扇組（3），所述的控制器（20）與數據采集系統（120）連接；

所述應用層（150）中設置Android端作為WiFi STA，作為TCP客戶端；

所述的服務器（140）包括通信服務器（31）、數據服務器（32），通信服務器（31）與應用層（150）之間通過Wifi局域網連接；

所述的蜂箱機械結構（160）包括育蜂區（100）和設置在育蜂區（100）上部的產蜜區（200），所述的產蜜區（200）的上方是蜂蓋（300），產蜜區（200）與蜂蓋（300）之間為硬件板（600），育蜂區（100）與產蜜區（200）之間為隔王板（700），重力蜂脾（104）設置在硬件板（600）與隔王板（700）之間，即設置在產蜜區（200）內；

所述的蜂脾（104）上的所有六邊形蜂巢從中間分為兩部分，一部分固定在蜂框下側板（106）上，另一部分固定在蜂框上側板（105）上，下側板（106）的上方安裝有壓力板（110），所述的壓力板（110）的上方為上側板（105），且在壓力板（110）上固定安裝有兩個彈簧（109），所述的彈簧（109）使壓力板（110）始終承受向下壓力，在壓力板（110）與蜂框下側板（106）之間設置活動控制桿（107），活動控制桿（107）與旋轉軸（102）相連接；

所述的育蜂區（100）中安裝有數據采集系統（120）與控制系統（130）的硬件設備，在育蜂區（100）的兩個對角分別固定溫度傳感器A（11），溫度傳感器B（12），另兩個對角分別固定濕度傳感器A（15），濕度傳感器B（16），兩個在側面安裝風扇A（21），風扇B（22），風扇的一側安裝電熱絲（26），加濕器（27）固定在蜂箱底座（400）上；產蜜區（200）中也包括數據傳輸系統（120）與控制系統（130）的部分硬件設備，在育蜂區（100）與產蜜區（200）之間安裝壓力傳感器（19），電機（25）安裝在硬件板（600）之上，電機（25）與旋轉軸（101）和驅動電路（28）連接。

2.根據權利要求1所述的智能蜂箱控制系統，其特征在于，所述的數據采集系統（120）包括溫度傳感器組（1）、濕度傳感器組（2）和壓力傳感器（19），分別與控制器（20）相連接。

3.根據權利要求2所述的智能蜂箱控制系統，其特征在于，所述的溫度傳感器組1包括并列設置的四個溫度傳感器，溫度傳感器A（11），溫度傳感器B（12），溫度傳感器C（13），溫度傳感器D（14）；所述的濕度傳感器組2包括并列設置的四個濕度傳感器，濕度傳感器A（15），濕度傳感器B（16），濕度傳感器C（17），濕度傳感器D（18）。

4.根據權利要求1所述的智能蜂箱控制系統，其特征在于，所述的感知層（170）通過串口轉WIFI模塊（30）與應用層（150）連接，兩者之間通過TCP/IP協議進行通信。

5.根據權利要求1所述的一種智能蜂箱控制系統的控制方法，其特征在于，具體按照以下步驟實施：

步驟1：在應用層（150）中，設置Android端作為WiFi STA，作為TCP客戶端，將串口WiFi模塊（30）設置WiFi AP作為服務器，同時在串口轉WiFi模塊（30）建立WIFI熱點，WiFi熱點建立之后應用層（150）與該熱點建立連接，形成一個WiFi無線局域網；

步驟2：局域網建立之后，打開應用層上的設備控制按鈕（33），選擇手動或者自動模式后，數據采集系統（120）接受來自應用層（150）的數據采集指令，四個溫度傳感器、四個濕度傳感器和壓力傳感器（19）分別測量當前的溫度、濕度和重量的數據信息；

步驟3：將步驟2測量到的數據信息經過STM32F103ZET6 控制器（20）中的A/D模數采集模塊進行數據采集，將采集到的模擬量在STM32F103ZET6控制器（20）中進行數據轉換或者換算，分別得到溫度、濕度和重量的值；

步驟4：將步驟3中得到的數據信息輪流發送到串口轉WiFi模塊（30），串口轉WiFi模塊（30）通過Socket通信將得到的數據通過WiFi局域網發送到應用層（150）；

步驟5：應用層（150）接收一幀包含溫濕度、重量的數據，將獲取的流數據包轉換為字符串格式，通過subString方法對該字符串進行分割，獲取對應的溫濕度、重量值；

步驟6：將步驟5中獲取的溫濕度、重量信息顯示在Android界面上，根據當前的顯示信息，實現風扇、電機（25）、電熱絲（26）、加濕器（27）的控制，首先選擇手動按鈕，蜂農根據自身經驗值，啟動風扇、電機、加熱器、加濕器任何一個按鈕，通過Socket通信發送一幀數據經過串口轉WiFi模塊（30）到達STM32F103ZET6 20中，STM32F103ZET6 （20）解析發送的一幀數據對其進行分割獲取相應的控制信息，然后驅動繼電器（29）發送高低電平到相應的電機（25）、風扇、電熱絲（26）、加濕器（27），其中高電平是打開控制器，低電平是關閉控制器；

步驟7：當選擇自動按鈕后，手動模式按鈕失效，在應用層（150）界面設置最佳溫濕度信息以及重量閾值信息，然后發送自動按鈕的控制信號和最佳溫濕度以及重量閾值經過串口轉WiFi模塊（30）到STM32F103ZET6控制器（20），STM32F103ZET6控制器（20）解析獲取的數據并與當前溫濕度傳感器的平均值、壓力傳感器（19）的值進行對比；

步驟8：當四個溫度傳感器的平均值高于設定值時，STM32F103ZET6 控制器（20）輸出高電平，光耦的發光二極管發光，光耦的受光三極管接收到來自二極管的光后導通，PNP基極導通，集電極輸出電壓，集電極的高電壓使繼電器線圈得到額定電壓，吸和公共端與常閉端，進而實現風扇的開啟；而風扇的轉速的控制通過PID比例-積分-微分的控制方法設置脈寬調制PWM的占空比來實現，從而保證風扇轉速的平穩改變，即溫度偏離閾值較大時風扇轉速較快，風量較大，越接近閾值溫度風扇轉速越低，風量越小，從而實現對蜂箱內溫度的精準控制；當溫度低于設定值時，風扇轉速降低或關閉，電熱絲（26）導通發熱使蜂箱內溫度均勻上升；

步驟9：當蜂箱濕度低于設定值時，由STM32F103ZET6 控制器（20）驅動繼電器（29）處于高電平，吸和公共端與常閉端后控制加濕器（27）進行霧化，實現增加蜂箱內部的濕度，但是由于濕度難以使用閉環控制，所以當濕度較低時，固定加濕5分鐘的方式進行濕度調節；當濕度高于設定值時，開啟風扇和電熱絲（26），降低蜂箱濕度；

步驟10：壓力傳感器（19）安裝在育蜂區（100）與產蜜區（200）之間，當STM32F103ZET6控制器（20）獲取當前的壓力值后解析轉化為產蜜區（200）的重量，將該重量值與應用層（150）發送至STM32F103ZET6 控制器（20）上的設定值進行比較，當產蜜區（200）重量大于設定閾值時，STM32F103ZET6 控制器（20）發送3.3v高電壓到驅動電路（28）提升電壓電流值控制電機（25）旋轉，當電機（25）旋轉時帶動安裝在壓力板（110）與蜂框下側板（106）之間的控制桿（107）旋轉，使得所有的六邊形蜂巢處于打開的狀態，蜂蜜隨著蜂脾在重力作用下流到集蜜管（500）中流出箱外，隨著蜂蜜的流出，產蜜區（200）重量逐漸減小，當前重量小于設定閾值時，關閉蜂脾六邊形恢復正常的蜂脾結構。