一种智能蜂箱控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种智能蜂箱控制系统，包括依次连接的感知层、应用层和服务器，感知层设置于蜂箱机械结构内。感知层包括相互连接的数据采集系统和控制系统，应用层与服务器通过网关进行连接通信。解决了现有蜜蜂养殖业中蜂蜜无法自动获取以及蜂箱环境信息依赖于蜂农经验，无法提供科学的养殖数据的问题。本发明专利技术还公开了改控制系统的控制方法。

An intelligent control system and method of beehive

The invention discloses an intelligent beehive control system, which comprises a perception layer, an application layer and a server connected in sequence, and the sensing layer is arranged in the mechanical structure of the beehive. The sensing layer includes a data acquisition system and a control system connected to each other. The application layer and the server connect through the gateway. It solves the problem that honey can not be automatically obtained in the bee breeding industry, and the environmental information of beehives depends on the experience of bee farmers, which can not provide scientific breeding data. The invention also discloses a control method for changing the control system.

【技术实现步骤摘要】
一种智能蜂箱控制系统及方法
本专利技术属于养殖业信息化
，具体涉及一种智能蜂箱控制系统，本专利技术还涉及该系统的控制方法。
技术介绍
近年来，养殖业物联网的研究和应用逐渐受到人们的关注，将现代物联网技术应用到养殖业生产和管理的过程中已经成为一种趋势。蜂蜜是很多人喜爱的一种纯天然食品，但是在蜂蜜酿造的过程中面临着很多难以解决的问题，一方面是传统的取蜜方法比较复杂，手工操作,耗时耗力且危险系数较高，同时也会影响蜜蜂的产蜜活动，这些问题严重制约着蜜蜂养殖业的发展。另一方面在蜜蜂养殖业中，养殖环境的好坏直接决定着蜜蜂的繁殖以及产蜜情况，所以必须改进传统的蜂农依靠肉眼以及生产经验判断蜜蜂生存情况，这些都是科学养殖中面临的亟待改进的问题。目前蜜蜂养殖过程中无法自动获取蜂蜜、缺乏对蜂箱进行智能监控的设备，无法快速的获取蜂箱内部环境信息，只能通过传统的开箱检测方式获取这些信息，不仅工作效率低下还会干扰蜜蜂正常的繁殖与产蜜活动，针对目前蜜蜂养殖业中存在的这种问题，通过将物联网技术(包括网络技术、感知技术、通信技术和嵌入式技术等)运用到智慧养蜂的过程中，实现蜂蜜的自动获取以及对养蜂环境的实时监测，具体来讲就是通过实时采集和控制蜂箱的重量、内部的温湿度等，通过无线网络实时传输采集的数据，最终通过智能手机实现对蜂箱环境的手动和自动控制。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种智能蜂箱控制系统，解决了现有蜜蜂养殖业中蜂蜜无法自动获取以及蜂箱环境信息依赖于蜂农经验，无法提供科学的养殖数据的问题。本专利技术所采用的技术方案是，一种智能蜂箱控制系统，包括依次连接的感知层、应用层和服务器，感知层设置于蜂箱机械结构内。感知层包括相互连接的数据采集系统和控制系统，应用层与服务器通过网关进行连接通信。本专利技术的特点还在于，数据采集系统包括温度传感器组、湿度传感器组和压力传感器，分别与控制器相连接。温度传感器组包括并列设置的四个温度传感器，温度传感器A，温度传感器B，温度传感器C，温度传感器D；湿度传感器组包括并列设置的四个湿度传感器，湿度传感器A，湿度传感器B，湿度传感器C，湿度传感器D。控制系统包括依次连接的控制器、驱动电路和电机，控制器还与继电器和串口转WiFi模块连接，继电器分别连接有电热丝,、加湿器和风扇组，控制器与数据采集系统连接。感应层通过串口转WIFI模块与应用层连接，两者之间通过TCP/IP协议进行通信。服务器包括通信服务器、数据服务器，通信服务器与应用层之间通过Wifi局域网连接。蜂箱机械结构包括育蜂区和设置在育蜂区上部的产蜜区，产蜜区的上方是蜂盖，产蜜区与蜂盖之间为硬件板，育蜂区与产蜜区之间为隔王板，重力蜂脾设置在硬件板与隔王板之间，即设置在产蜜区内。蜂脾上的所有六边形蜂巢从中间分为两部分，一部分固定在蜂框下侧板上，另一部分固定在蜂框上侧板上，下侧板的上方安装有压力板，压力板的上方为上侧板，且在压力板上固定安装有两个弹簧，弹簧使压力板始终承受向下压力，在压力板与蜂框下侧板之间设置活动控制杆，活动控制杆与旋转轴相连接。育蜂区中安装有数据采集系统与控制系统的硬件设备，在育蜂区的两个对角分别固定温度传感器A，温度传感器B，另两个对角分别固定湿度传感器，湿度传感器，两个在侧面安装风扇，风扇，风扇的一侧安装电热丝，加湿器固定在蜂箱底座上；产蜜区中也包括数据传输系统与控制系统的部分硬件设备，在育蜂区与产蜜区之间安装压力传感器，电机安装在硬件版之上，电机与旋转轴和驱动模块连接。本专利技术的另一目的是提供该智能蜂箱控制系统的控制方法。本专利技术的另一技术方案是一种智能蜂箱控制系统的控制方法，具体按照以下步骤实施：步骤1：在应用层中，设置Andriud端作为WiFiSTA,作为TCP客户端，将串口WiFi模块设置WiFiAP作为服务器，同时在串口转WiFi模块建立WIFI热点，WiFi热点建立之后应用层与该热点建立连接，形成一个WiFi无线局域网；步骤2：局域网建立之后，打开应用层上的设备控制按钮，选择手动或者自动模式后，数据采集系统接受来自应用层的数据采集指令，四个温度传感器、四个湿度传感器和压力传感器分别测量当前的温度、湿度和重量的数据信息；步骤3：将步骤2测量到的数据信息经过STM32F103ZET6控制器中的A/D模数采集模块进行数据采集，将采集到的模拟量在STM32F103ZET6控制器中进行数据转换或者换算，分别得到温度、湿度和重量的值；步骤4：将步骤3中得到的数据信息轮流发送到串口转WiFi模块，串口转WiFi模块通过Socket通信将得到的数据通过WiFi局域网发送到应用层；步骤5：应用层接收一帧包含温湿度、重量的数据，将获取的流数据包转换为字符串格式，通过subString方法对该字符串进行分割，获取对应的温湿度、重量值；步骤6：将步骤5中获取的温湿度、重量信息显示在Android界面上，根据当前的显示信息，实现风扇、电机、电热丝、加湿器的控制，首先选择手动按钮，蜂农根据自身经验值，启动风扇、电机、加热器、加湿器任何一个按钮，通过Socket通信发送一帧数据经过串口转WiFi模块到达STM32F103ZET6控制器中，STM32F103ZET6控制器解析发送的一帧数据对其进行分割获取相应的控制信息，然后驱动继电器发送高低电平到相应的电机、风扇、电热丝、加湿器，其中高电平是打开控制器，低电平是关闭控制器；步骤7：当选择自动按钮后，手动模式按钮失效，在应用层界面设置最佳温湿度信息以及重量阈值信息，然后发送自动按钮的控制信号和最佳温湿度以及重量阈值经过串口转WiFi模块到STM32F103ZET6控制器，STM32F103ZET6控制器解析获取的数据并与当前温湿度传感器的平均值、压力传感器的值进行对比；步骤8：当四个温度传感器的平均值高于设定值时，STM32F103ZET6控制器输出高电平，光耦的发光二极管发光，光耦的受光三极管接收到来自二极管的光后导通，PNP基极导通，集电极输出电压，集电极的高电压使继电器线圈得到额定电压，吸和公共端与常闭端，进而实现风扇的开启。而风扇的转速的控制通过PID比例-积分-微分的控制方法设置脉宽调制PWM的占空比来实现，从而保证风扇转速的平稳改变，即温度偏离阈值较大时风扇转速较快，风量较大，越接近阈值温度风扇转速越低，风量越小，从而实现对蜂箱内温度的精准控制。当温度低于设定值时，风扇转速降低或关闭，电热丝26导通发热使蜂箱内温度均匀上升；步骤9：当蜂箱湿度低于设定值时，由STM32F103ZET6控制器驱动继电器处于高电平，吸和公共端与常闭端后控制加湿器进行雾化，实现增加蜂箱内部的湿度，但是由于湿度难以使用闭环控制，所以当湿度较低时，固定加湿5分钟的方式进行湿度调节。当湿度高于设定值时，开启风扇和电热丝，降低蜂箱湿度；步骤10：压力传感器安装在育蜂区与产蜜区之间，当STM32F103ZET6控制器获取当前的压力值后解析转化为产蜜区的重量，将该重量值与应用层发送至STM32F103ZET6控制器上的设定值进行比较，当产蜜区重量大于设定阈值时，STM32F103ZET6控制器发送3.3v高电压到驱动电路提升电压电流值控制电机旋转，当电机旋转时带动安装在压力板与蜂框下侧板之间的控制杆旋转，使得所有的六边形蜂巢本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种智能蜂箱控制系统，其特征在于，包括依次连接的感知层(170)、应用层(150)和服务器(140)，所述的感知层(170)设置于蜂箱机械结构(160)内；所述的感知层(170)包括相互连接的数据采集系统(120)和控制系统(130)，所述的应用层(150)与服务器(140)通过网关进行连接通信。

【技术特征摘要】
1.一种智能蜂箱控制系统，其特征在于，包括依次连接的感知层(170)、应用层(150)和服务器(140)，所述的感知层(170)设置于蜂箱机械结构(160)内；所述的感知层(170)包括相互连接的数据采集系统(120)和控制系统(130)，所述的应用层(150)与服务器(140)通过网关进行连接通信。2.根据权利要求1所述的智能蜂箱控制系统，其特征在于，所述的数据采集系统(120)包括温度传感器组(1)、湿度传感器组(2)和压力传感器(19)，分别与控制器(20)相连接。3.根据权利要求2所述的智能蜂箱控制系统，其特征在于，所述的温度传感器组1包括并列设置的四个温度传感器，温度传感器A(11)，温度传感器B(12)，温度传感器C(13)，温度传感器D(14)；所述的湿度传感器组2包括并列设置的四个湿度传感器，湿度传感器A(15)，湿度传感器B(16)，湿度传感器C(17)，湿度传感器D(18)。4.根据权利要求1所述的智能蜂箱控制系统，其特征在于，所述的控制系统包括依次连接的控制器(20)、驱动电路(28)和电机(25)，所述的控制器(20)还与继电器和串口转WiFi模块(30)连接，所述的继电器分别连接有电热丝(26),、加湿器(27)和风扇组(3)，所述的控制器(20)与数据采集系统(120)连接。5.根据权利要求4所述的智能蜂箱控制系统，其特征在于，所述的感应层(170)通过串口转WIFI模块(30)与应用层(150)连接，两者之间通过TCP/IP协议进行通信。6.根据权利要求1所述的智能蜂箱控制系统，其特征在于，所述的服务器(140)包括通信服务器(31)、数据服务器(32)，通信服务器(31)与应用层(150)之间通过Wifi局域网连接。7.根据权利要求1所述的智能蜂箱控制系统，其特征在于，所述的蜂箱机械结构(160)包括育蜂区(100)和设置在育蜂区(100)上部的产蜜区(200)，所述的产蜜区(200)的上方是蜂盖(300)，产蜜区(200)与蜂盖(300)之间为硬件板(600)，育蜂区(100)与产蜜区(200)之间为隔王板(700)，重力蜂脾(104)设置在硬件板(600)与隔王板(700)之间，即设置在产蜜区(200)内。8.根据权利要求7所述的智能蜂箱控制系统，其特征在于，所述的蜂脾(104)上的所有六边形蜂巢从中间分为两部分，一部分固定在蜂框下侧板(106)上，另一部分固定在蜂框上侧板(105)上，下侧板(106)的上方安装有压力板(110)，所述的压力板(110)的上方为上侧板(105)，且在压力板(110)上固定安装有两个弹簧(109)，所述的弹簧(109)使压力板(110)始终承受向下压力，在压力板(110)与蜂框下侧板(106)之间设置活动控制杆(107)，活动控制杆(107)与旋转轴(102)相连接。9.根据权利要求7所述的智能蜂箱控制系统，其特征在于，所述的育蜂区(100)中安装有数据采集系统(120)与控制系统(130)的硬件设备，在育蜂区(100)的两个对角分别固定温度传感器A(11)，温度传感器B(12)，另两个对角分别固定湿度传感器(15)，湿度传感器(16)，两个在侧面安装风扇A(21)，风扇B(22)，风扇的一侧安装电热丝(26)，加湿器(27)固定在蜂箱底座(400)上；产蜜区(200)中也包括数据传输系统(120)与控制系统(130)的部分硬件设备，在育蜂区(100)与产蜜区(200)之间安装压力传感器(19)，电机(25)安装在硬件版(600)之上，电机(25)与旋转轴(101)和驱动模块(28)连接。10.一种智能蜂箱控制系统的控制方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1：在应用层(150)中，设置Andriud端作为WiFiSTA，作为TCP客户端，将串口WiFi模块(30)设置WiFiAP作为服务器，同时在串口转WiFi模块(30)建立WIFI热点，WiFi热点建立之后应用层(150)与该热点建立连接，形成一个W...

【专利技术属性】
技术研发人员：缪亚林，赵立怡，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61