Σχεδίαση και υλοποίηση αυτοματοποιημένης πλατφόρμας για την επίβλεψη μελισσοκομικής μονάδας.

Abstract

Τα τελευταία χρόνια παρουσιάζεται ιδιαίτερο ερευνητικό ενδιαφέρον για εφαρμογές που αφορούν στην επιστημονική μελέτη των μελισσών. Η ανάγκη για απομακρυσμένη επίβλεψη των μελισσοκομικών μονάδων οδήγησε στην ανάπτυξη ποικίλων συστημάτων τηλεμετρίας, χαρακτηριστικά παραδείγματα των οποίων είναι οι ζυγαριές και τα συστήματα καταγραφής και ανάλυσης της οπτικής πληροφορίας. Η ανάπτυξη των συστημάτων αυτών παρουσιάζει αυξημένες απαιτήσεις στην κατανάλωση ενέργειας, όπως και στην συγκέντρωση, ανάλυση και παρουσίαση των δεδομένων. Με τη συνεχή βελτίωση των ηλεκτρονικών εξαρτημάτων που αποτελούν ένα τέτοιο σύστημα είναι εφικτή η δημιουργία μιας κατασκευής η οποία θα εκτελεί αυτοματοποιημένες διεργασίες για την λήψη και αποστολή μετρήσεων. Στο πλαίσιο αυτό, ιδιαίτερου ενδιαφέροντος είναι τα συστήματα ανάλυσης οπτικής και ακουστικής πληροφορίας τα οποία είναι σε θέση να παρουσιάσουν μια πιο ολοκληρωμένη εικόνα για την κατάσταση της μελισσοκομικής μονάδας. Στόχος της παρούσας μεταπτυχιακής εργασίας είναι η δημιουργία μιας ολοκληρωμένης πλατφόρμας λήψης και μετάδοσης των απαραίτητων μετρήσεων μιας κυψέλης εντός κάποιας μελισσοκομικής μονάδας, όπως βάρος, θερμοκρασία και υγρασία. Σε πρώτο στάδιο έγινε η έρευνα και η απαραίτητη ανάλυση της λειτουργικότητας του τρόπου λήψης και μετάδοσης δεδομένων ώστε να αποτελέσει ένα ενεργειακά αυτόνομο σύστημα. Στην συνέχεια, έγιναν οι απαραίτητες αναλύσεις του σχεδιασμού της διάταξης και των ηλεκτρονικών ελέγχου ώστε να ακολουθούν μια τυποποιημένη μορφή αποφεύγοντας αστοχίες υλικού. Με την ολοκλήρωση της διάταξης υλοποιήθηκε η διεπαφή μεταξύ χρήστη και υλικού με χρήση γλωσσών προγραμματισμού HTML, PHP και MySQL, η οποία επιτρέπει την παρουσίαση των δεδομένων αλλά και την καταγραφή και εξαγωγή πλήρους ιστορικού. Τέλος, επιτεύχθηκε το πρώτο στάδιο της ακουστικής ανάλυσης της κυψέλης το οποίο αφορά την συλλογή ενός εφικτού και αντιπροσωπευτικού συνόλου δειγμάτων ώστε να δημιουργηθεί μια αυτοματοποιημένη διεργασία για την συχνοτική ανάλυση του ακουστικού ίχνους που παράγουν οι μέλισσες, προκειμένου για τον χαρακτηρισμό μιας αποικίας. Συνοπτικά, ο τρόπος συλλογής και μετάδοσης δεδομένων που αναπτύχθηκε χαρακτηρίζονται από υψηλό βαθμό αποτελεσματικότητας αλλά και ενεργειακής αυτονομίας σε σύγκριση με άλλες μεθόδους και διατάξεις που έχουν προταθεί για το σκοπό αυτό. Επίσης προκύπτουν ενδιαφέροντα συμπεράσματα όσον αναφορά την ταυτοποίηση των ηχητικών σημάτων που λήφθηκαν σε σύγκριση με την πραγματική κατάσταση των κυψελών και τις ερευνητικές δραστηριότητες που έχουν πραγματοποιηθεί στον συγκεκριμένο τομέα.

In recent years, the research and scientific community has shown great interest in applications that concern the scientific study of bees. The need in remote supervision of bee colonies has led to the development of a great variety of telemetry systems, characteristic examples of which are the bee scales and the visual analysis systems. The development of those systems show increased requirements in energy consumption, collection, analysis and data presentation. With continuous improvement of electronic components that constitute such a system it is possible to create a platform which will perform automated tasks for receiving and sending data. In this context, great interest is shown in visual and acoustic analysis systems which are able to present a complete overview of the bee colony status. Aim of this thesis is the development of an experimental platform that will be able to receive and transmit all the necessary measurements of a hive, such as weight, temperature and humidity prevailing in the respective beekeeping unit. The first step was the survey and the necessary analysis of the functionality of receiving and transmitting data so to be an energy autonomous system. Then the necessary analysis of the hardware design was made as well as the implementation of all electronic components to avoid hardware failure. With the completion of the experimental platform, the user interface was designed using HTML, PHP and MySQL which is not only able of presenting data but also recording and extracting history data. Finally, the first stage of acoustic analysis was achieved concerning the collection of a feasible and representative number of samples to develop an automated process for frequency analysis of the acoustic trace that bees produce, in order to characterize a colony. Briefly, the way of collecting and transmitting data points out a high degree of energy efficiency compared to other methods and platforms proposed so far. Some interesting facts arise as far as the identification of acoustic signals that collected in comparison with the real state of the hive and the already existing research activities.