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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Dispositivo para diagnóstico acústico de colônias de abelhas. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Casa, casa, passatempo A lucratividade das fazendas apícolas depende do desempenho das colônias de abelhas durante o período de coleta do mel. Grandes prejuízos econômicos para grandes apiários, com várias centenas de colméias, são causados, por exemplo, por enxameação descontrolada. Muitos métodos tecnológicos foram desenvolvidos para evitá-lo, mas todos eles são muito trabalhosos, exigem desmontagem das colmeias e intervenção na vida da colônia de abelhas. Para aplicar essas técnicas com sucesso, é muito importante determinar o estado biológico das abelhas de maneira oportuna e precisa. O dispositivo proposto ajudará a fazer isso. Tentativas de projetar um dispositivo para diagnóstico acústico do estado biológico de colônias de abelhas foram feitas repetidamente [1]. O princípio de operação dos dispositivos mais conhecidos é que uma banda de frequência estreita centrada na frequência de 240 Hz é isolada do ruído acústico criado pela colônia de abelhas por um filtro. Supõe-se que a presença de componentes com frequências próximas à especificada no espectro de ruído indica uma baixa atividade das abelhas. Mas os testes de tais dispositivos em condições reais não dão resultados positivos. A principal razão para seu trabalho insatisfatório é a escolha errada do critério para avaliar o estado da colônia de abelhas. O fato é que componentes com frequências próximas a 240 Hz estão sempre presentes no ruído gerado pelas abelhas. A sua intensidade depende não só do estado biológico da colónia (por exemplo, enxameação), mas também de outros fatores, como o número de abelhas na colmeia. Portanto, as leituras dos instrumentos que medem o valor absoluto da intensidade do ruído não são confiáveis, e os próprios instrumentos são inadequados para a prática apícola. Para que as leituras do aparelho dependam apenas do estado biológico da colônia de abelhas, é necessário avaliar a razão das intensidades de dois sinais de ruído de banda estreita isolados em diferentes regiões de frequência. Em [2] é mostrado que o estado ativo da colônia de abelhas (desenvolvimento da primavera, fluxo de mel) é caracterizado pela intensidade máxima dos componentes espectrais na faixa de frequência de 260...320 Hz. Com uma diminuição da atividade (enxameação, doença, ausência de rainha), o máximo do espectro muda para a região de 210...250 Hz. Tendo determinado em qual das faixas indicadas a intensidade do ruído é maior, pode-se julgar o estado das abelhas. O dispositivo de diagnóstico acústico proposto, operando neste princípio, está equipado com dois indicadores LED: "Sim" e "Não". Três modos de operação são fornecidos. O primeiro deles - "P" (estado passivo) - destina-se a identificar o estado de inatividade da colônia de abelhas, associado, por exemplo, a enxames, falta de espaço para criação ou sobrecarga do ninho com mel. Fraco em comparação com o indicador "Sim", o brilho do indicador "Não" significa que as abelhas inativas estão se acumulando na colméia e a colônia de abelhas entrará no estágio de enxame nos próximos dias. No modo "M" (recepção da rainha), é revelada a atitude da família em relação à abelha rainha transplantada, que pode ser aceita ("Sim") ou rejeitada ("Não"). O estado das abelhas invernantes é avaliado no modo "3" (invernada). É satisfatório se o indicador "Sim" estiver aceso, caso contrário, ruim. O esquema do dispositivo é mostrado na fig. 1. Um amplificador de dois estágios com controle automático de ganho, construído no chip DA1 (K157UD2), foi projetado para amplificar os sinais de áudio recebidos pelo microfone BM1. Um filtro passa-faixa passivo C3R2R4C5 é instalado entre os dois estágios do amplificador, passando frequências de 160 a 890 Hz.
O sinal da saída do op-amp DA1.2 é alimentado nas entradas dos filtros passa-banda e através do resistor R3 - na cápsula do telefone BF1 para controle auditivo. O mesmo sinal é enviado para o detector AGC (VD1). Uma mudança no nível de ruído leva a uma mudança na polarização nas portas dos transistores de efeito de campo VT1.1, VT1.2, na resistência de seus canais e na profundidade do feedback que os estágios do amplificador cobrem. Como resultado, quando a intensidade do ruído gerado pela colônia de abelhas flutua, a tensão do sinal na saída do amplificador é mantida inalterada. Dois filtros passa-banda extraem seções estreitas do espectro de ruído, a proporção dos níveis de sinal em que carrega informações sobre o estado das abelhas. Ambos os filtros são construídos de acordo com os mesmos esquemas nos microcircuitos DA2 e DA3. Os amplificadores operacionais de cada um deles são conectados de tal forma que formam giradores. As indutâncias equivalentes dos giradores são circuitos oscilatórios paralelos com capacitores C9 e C10. O fator de qualidade dos circuitos e a largura de banda de cada filtro dependem dos valores dos resistores R8 e R9. Com os resistores sintonizados R11, R13, R15 e R18 (dependendo da posição da chave SA1), os filtros são sintonizados nas frequências indicadas na tabela.
Com a ajuda dos resistores R12 e R14, o fator de qualidade máximo dos circuitos é alcançado: com os jumpers X1 e X2 removidos, os filtros devem estar na borda de auto-excitação. Os sinais filtrados por meio de retificadores de meia onda nos diodos VD2 e VD3 são alimentados nas entradas de um amplificador diferencial baseado nos transistores VT2 e VT3, que serve como um nó de comparação. Os circuitos coletores dos transistores incluem LEDs HL1 ("Não") e HL2 ("Sim"), cujo brilho comparativo indica o estado da colônia de abelhas. O esquema da fonte de alimentação do dispositivo é mostrado na fig. 2, e a numeração dos elementos continua desde a Fig. 1. Duas baterias GB1 e GB2 são instaladas aqui. Cada um consiste em quatro baterias D-0,26. O dispositivo é ligado por um interruptor de botão SB1. O consumo de corrente não excede 25 mA e as baterias totalmente carregadas são suficientes para 2000 sessões de medição com duração de 5 s.
O gatilho nos transistores VT4, VT5 de diferentes estruturas é usado para controlar a tensão das baterias. Um exemplo é a queda de tensão no LED HL4, sinalizando a inclusão do dispositivo. Quando a tensão total das baterias GB1 e GB2 está acima de 7 V, a queda de tensão no resistor R30 excede o exemplar, os transistores VT4 e VT5 estão fechados, o LED HL5 está desligado. Quando a tensão da bateria está abaixo do especificado o acionador muda de estado, seus transistores abrem, o LED HL5 sinaliza a necessidade de carregar as baterias. A unidade de carregamento da bateria da rede elétrica é feita de acordo com o esquema mais simples com um capacitor de extinção C21. Também inclui uma ponte de diodos VD4 e resistores R24 - R31. Durante o carregamento, o LED HL3 acende. A recuperação total da capacidade da bateria leva 14 horas. O design do dispositivo pode ser qualquer. É importante garantir que seja fácil de usar e transportar. Na versão do autor, tem dimensões de 260x180x70 mm e pesa 1,4 kg. Um gerador 3H e um milivoltímetro CA são necessários para configurar a ferramenta de varredura. O milivoltímetro é conectado à saída do primeiro filtro passa-faixa (pino 13 do chip DA2) e a um fio comum. Após a remoção do jumper X1, o resistor de compensação R12 entra no filtro no modo de geração, corrigindo a ocorrência de oscilações pelo desvio da agulha do milivoltímetro. Uma ligeira virada do eixo do resistor R12 na direção oposta interrompe a geração. A saída do gerador 3H é conectada ao terminal esquerdo do resistor R8 de acordo com o circuito e, operando com a chave SA1 e os trimmers R11 e R15, sintonize o filtro nas frequências indicadas na tabela. Comece a sintonizar com o resistor R11 ajustando a chave SA1 para a posição "3". Nas posições "M" e "P" a posição encontrada do eixo deste resistor não muda. Ao conectar um milivoltímetro ao pino 13 do microcircuito DA3 e remover o jumper X2, de maneira semelhante, usando o resistor trimmer R14, a geração e sua interrupção são alcançadas no segundo filtro. Em seguida, o filtro é sintonizado nas frequências desejadas com os trimmers R13 (SA1 - na posição "3" ou "M") e R18 (na posição "P"). Depois de concluída a configuração, os jumpers X1 e X2 são instalados no lugar. O funcionamento do dispositivo como um todo pode ser verificado aplicando um sinal gerador 3H a uma pequena cabeça dinâmica e colocando-a ao lado do microfone BM1. Ao ajustar a frequência do oscilador, o brilho máximo dos LEDs HL1 e HL2 deve corresponder às frequências de sintonia dos filtros correspondentes e depender pouco do volume do som. Para verificar o estado da colônia de abelhas, o microfone do aparelho é colocado sobre uma tela cobrindo os quadros com abelhas. Um travesseiro isolante é colocado em cima para amortecer o ruído externo. O aparelho é ligado por alguns segundos, observando os leds HL1 e HL2. O diagnóstico no modo "M" é realizado após a colocação da abelha rainha na colmeia na "gaiola de Titov". Após cerca de meia hora, você pode determinar se é aceito pelas abelhas. Literatura
Autor: I. Bakomchev, Ulyanovsk
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