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智能蜂箱监控系统的设计及应用研究

本文针对目前蜜蜂养殖过程中存在的问题提出了一种蜂箱智能监控系统的

设计，技术可行，经济适用，适合推广应用。

标签：智能蜂箱监控系统；设计；应用

0引言

近年来，农业物联网的研究和应用逐渐受到人民的关注，将现代的物联网技

术应用到农业生产和管理的过程已经成为一种趋势。目前蜜蜂养殖过程中缺乏对

蜂箱进行智能和监控的设备，无法快速方便地获取蜂箱内部环境和蜂蜜产量信

息，只能通过传统的开箱检测方式获取这些信息，不仅工作效率低还会干扰蜜蜂

正常的繁殖和产蜜活动。本文针对目前蜜蜂养殖过程中存在的问题提出了一套基

于GPRS的智能蜂箱监控系统的设计及功能应用方案，可以有效规避传统蜂箱监

控模式的弊端，未来将会大幅度提高蜂箱生产效率，惠及更多蜂农。

1系统组成

为了实现上述设计目标，本系统设计了现场采集传感终端、控制终端、无线

通信网络终端、监控中心系统平台四个主体部分，如图1所示：

2拟解决的途径

2.1传感终端。

蜂室环境信息采集单元主要由各种环境信息传感器组成，包括以下几类：

（1）温湿度传感器。

该传感器可用于对蜂室内温度和湿度的环境信息测量，具备专业的数字化集

成技术和温湿度测量技术，保证数据的真实有效性。传感器自身符合超低功耗设

计，采用单线串行接口连接方式，可直接与控制器连接实现数据传输。

（2）测重传感器。

该传感器用于对蜂室内蜂蜜重量的测量，具有抗偏载、拉压双用、易于固定

安装、全密封和价格便宜等特点，它的量程范围完全能够用于目标蜂箱的重力测

量。由于它的外形相对蜂箱较小，所以需要在它的上面安装一个托盘以此保证数

据的准确性。

通过这两大传感器可以实时采集蜂室内的空气温湿度以及蜂蜜重量等主要

数据，通过通信总线传送至控制终端。

2.2控制终端。

为了实现系统的远程控制功能，本设计采用了意法半导体公司必威体育精装版发布的

Cortex-M3系列微处理器STM32F103VET6，该芯片拥有512KB的Flash和64KB

的SRAM，主频高达72MHz，拥有众多的外设和总线接口，是一款高性能高性

价比的Cortex-M3微处理器。

分蜂行为判断及报警：自然分蜂是蜜蜂群体种群增殖的唯一方式，而养蜂

人在搜捕分蜂团中要付出较大代价，同时分蜂团飞走会给养蜂人带来较大的经济

损失。我们通过分散在蜂箱内部布置各温度检测点，并设置分蜂预警温度阈值，

将采集到的温度值与分蜂预警温度阈值进行比较，若温度探头采集的温度值大于

分蜂预警温度阈值，则可判断蜂巢内发生分蜂行为，并在手机客户端发出报警信

息，从而可有效避免分蜂带来的养蜂生产损失。

温湿度自动控制：由于蜂群需要生活在一个适宜的温度环境中，所以需要监

测蜂箱的温度，并及时进行调温。但考虑到蜂箱的运行成本。当温度过高时，一

般我们采取通风的方式来降温；而当温度过低时，则可通过给蜂箱加热的方式来

升温。而湿度控制则通过超声波雾化来进行。

蜂箱的重量采集：测重传感器的4-20mA标准信号经过信号调理电路转换成

电压信号，并放大到0-3.3V范围内，该信號需要经过模拟/数字转换器（ADC）

转换成数字信号才能够被主控芯片处理。我们采用STM32F103VET6微处理器内

置的ADC转换器，实现对测重传感器输出的标准信号的采集和转换。

设备状态监测：除了对蜜蜂生长环境进行控制外，控制器还负责实时监控各

个传感终端的状态监测，一旦出现设备故障会及时产生报警，通知监控中心操作

人员。

2.3无线通信网络终端。

本设计采用串口WiFi模块实现采集的蜂箱数据的无线传输，模块型号为

HLK-RM04。这款WiFi模块是由海凌科公司推出的一款低成本嵌入式WiFi模块，

该模块是基于串口的符合网络标准的嵌入式模块，内部已经移植有TCP/IP协议

栈]和WiFi协议栈，具备UART、WiFi和以太网这三种类型接口的数据转换。本

系统使用的是UART转WiFi功能，实现将采集的数据通过串口转WiFi的方式

发送给智能手机客户端。

2.4监控中心系统平台。

本系统采用嵌入式系统当中常用的TCP/IP协议