Tecnologia

Sistema de monitoramento automatizado e informatizado de colmeias das abelhas: Apis-Melliferas, Meliponas e Solitárias

Sandra Regina Bernardes - Diretora comercial - Conceito Tecnologia Automação e Telefonia

INTRODUÇÃO
A Conceito Tecnologia desenvolveu o Hive Monitor, um produto com solução em software e hardware, para o controle e monitoramento de abelhas, foi desenvolvido especificamente para auxiliar os trabalhos de pesquisas com abelhas, com ou sem ferrão.

O Hive Monitor é um produto desenvolvido com base em microcontroladores, tecnologia de última geração. Sua principal característica é de trabalhar em rede de controle de sensores e atuadores com inteligência distribuída.

O primeiro produto foi idealizado em 2005 utilizando os sensores de contagem de abelhas Apis Melliferas desenvolvido pelo LD. Lionel Segui Gonçalves da USP de Ribeirão Preto-SP. A partir desse produto acrescentamos outros sensores que oferecem mais benefícios as pesquisas. O Hive Monitor atual além da contagem é capaz de coletar dados como temperatura, umidade e luminosidade. Acrescentamos ainda alguns atuadores para oferecer outros controles como o de manter a temperatura do ninho, através de uma resistência elétrica controlada.

Em Junho de 2009 o produto foi apresentado como poster no Encontro sobre Abelhas realizado em Ribeirão Preto-SP.

Temos algumas unidades de Hive Monitor auxiliando nos trabalhos de pesquisadores orientados dos professores Lionel Segui Gonçalves e Vera Lucia Imperatriz-Fonseca, ambos LD. da USP de Ribeirão Preto-SP em trabalhos com abelhas. No acompanhamento dos trabalhos com seus alunos fizemos ajustes e adaptações necessárias para perfeita adequação dos produtos as suas finalidades.

Chegamos a uma arte final de dois novos produtos mais equacionados e adequados ao ambiente de pesquisa, com relação ao encapsulamento e a instalação dos sensores de contagem de abelhas. Os sensores de contagens de abelhas por não ter nenhuma parte mecânica é feita por rotinas de software e a contagem é segura. Também é contado em separado, no sentido de saída ou de entrada das abelhas na colméia.

Nossa solução é por software com introdução de mais barreiras ópticas, que detectam o sentido do movimento da abelha, sem fazer nenhum impedimento físico ao transito dela, seja para sair ou entrar na colméia. Esse sensor resolve em 100% o caso das Apis-Melliferas e Abelhas Solitárias. Para as Miliponas, por ter diferentes tamanhos e alguns comportamentos dos sentinelas, desenvolvemos contagem em dois ambientes em separado, um ambiente intermediário de saída da colmeia e depois desse ambiente intermediário para a saída para o espaço aberto.

Os equipamentos, Hive Monitor, foram desenvolvidos com tecnologia LonWorks muito utilizada em automação no mundo. Além das caracteríticas aqui descritas, ele também tem sensores de proximidade de pessoas ou animais, podendo soar alarmes ou iluminação automaticamente.

Esse produto teve início de desenvolvimento, para atender aos requisitos feitos pelo Laboratório de Automação Agrícola (LAA) da Universidade de São Paulo, e na ocasião foi testado no Instituto de Biociências da USP e se mostrou bem adequado ao controle de colméias nos mais variados aspectos da apicultura.

Sendo um produto de tecnologia LonWorks abre a possibilidade de serem instalados em conjunto com outros dispositivos de forma modular e isso permite a alteração da rede de forma mais conveniente a cada um dos laboratórios ou salas que forem utilizadas. Como é uma geração avançada de automação predial, poderá agregar valores quando utilizado também para o controle de ar condicionado, iluminação, ocupação de pessoas no ambiente, entro outros controles de uma edificação predial.

DESCRIÇÃO DOS PRODUTOS E VISÃO GERAL DO SISTEMA

O Hive Monitor está disponível em dois modelos, um para atender a colmeias MELIPONAS e SOLITÁRIAS e outro para atender as colmeias APIS MELLIFERAS.

Cada um desses modelos foi desenvolvido para ser instalado de forma rápida e fácil, com um mínimo de ligações de fios. Um par para alimentar os circuitos e outro par de fios para fazer a ligação do barramento de rede de comunicação entre os Hive Monitors e o sistema de supervisão e controle instalado em um microcomputador. O computador utilizado para esse fim, poderá ser usado normalmente para outras tarefas.

Os equipamentos são montados em madeira, semelhante a da colméia, madeira natural, de reflorestamento e reciclável. É um produto ecologicamente correto. Os equipamentos eletrônicos e os sensores e atuadores foram dimensionados e embutidos no interior da própria caixa de madeira do produto. Para as colméias MELIPONAS e SOLITÁRIAS ele serve como base para a colméia e para as APIS-MELLIFERAS ele é encaixado no alvado da colméia.

Todos os eventos dos sensores e atuadores são registrados e armazenados no sistema Supervisório instalado no computador que trabalha associado aos produtos instalados, em rede de comunicação, semelhante a internet, no campo.

Trabalhamos com sistemas de supervisão que suportam vários pacotes para uma estação de trabalho, ou várias estações espalhadas pelo campus, ou ainda publicar diretamente na internet em website. Essas implementações são moduladas em conformidades com a necessidade da pesquisa.

O Hive Monitor deve ser instalado um por colméia e interligados uns com os outros pelos dois fios de barramento de rede LON. A instalação é simples e tem o acompanhamento de nossos técnicos especializados que fazem o treinamento adequado aos usuários, objetivando atingir sempre os melhores resultados dos nossos produtos.

A alimentação pode ser também feita por bateria de 12 VDC e com carregamento automático ou em alguns casos pode ser estudado a alimentação por painéis solares. Em Meliponários e Apiários deverá ser avaliado o melhor método para que as instalações sejam feitas, mantendo-se os instrumentos com a manutenção mais adequada possível, pois sendo instrumentos de medição, quanto mais estáveis suas instalações e fiação, as leituras serão feitas sem paradas e consequentemente será melhor e maior o número de amostragens para a pesquisa.

O Hive Monitor para colméias de Meliponas deve ser usado como uma base ou suporte para a colméia. Ele foi dimensionado para isso, e além disso, estando como base da colméia poderá ser utilizado para aquece-la, o ninho, em períodos de frio. Isso poderá facilitar a manutenção da vida na colméia

A Figura 3 dá uma pequena visão das partes eletrônicas acondicionadas na caixa suporte das colméias Meliponas. Na caixa para Apis-Melliferas a solução é semelhante.

Os sensores de temperatura, umidade etc, são montados de forma embutida também com fios saindo direto para dentro da colméia e podendo serem posicionados de acordo com o experimento do pesquisador.

Em um Apiário ou Meliponário, onde tenha mais de um Hive Monitor eles devem ser instalados em rede e ligados ao microcomputador que estará com o sistema de Supervisão e Controle dessa rede..

Os sinais dos sensores e atuadores, de cada um dos produtos instalados, chegam ao computador através do sistema supervisório VISTA. Esse sistema supervisório armazena todos os dados recolhidos do campo e monta planilhas de dados, com telas de navegação para que o pesquisador possa ver rapidamente os dados, de forma gráfica e com navegação amigável e intuitiva.

A interface que desenvolvemos para receber a rede LON e repassar para o sistema Supervisório é também uma interface para acessar dados diretamente na rede LON como sendo uma Interface entre o Homem e a Máquina, que chamamos de IHM. Nela além de toda a comunicação, também faculta acesso a informação e acesso a tabela de dados coletados dos HM.

A navegação é feita com toque dos dedos. Em alguns casos o usuário poderá utiliza-la para alguma observação de campo, para ajustes ou instalações de novos equipamentos.

Descrição dos Sensores

Apidômetro ou Melipômetro (A) conta abelhas entrando ou saindo da colméia para o espaço aberto ou da colmeia para o compartimento (A);

Conta o fluxo de entrada e saída das abelhas APIS MELLIFERAS da colmeia para o espaço aberto;

Conta o fluxo de entrada e saída das abelhas MELIPONAS ou SOLITÁRIAS da colmeia para o espaço fechado (A) externo a colmeia.

Apidômetro ou Melipômetro (B) conta abelhas entrando ou saindo da colméia para o espaço aberto ou passando do compartimento (A) para o espaço aberto;

Conta o fluxo de entrada e saída das abelhas APIS MELLIFERAS da colmeia para o espaço aberto;

Conta o fluxo de entrada e saída das abelhas MELIPONAS ou SOLITÁRIAS do espaço fechado (A) para o espaço aberto;

Conta o acumulado da contagem (A) e (B), que representa o número de abelhas fora da colmeia.

Sensor de temperatura e umidade

Sensor de temperatura encapsulado e condicionado é instalado dentro da colmeia para medir a sua temperatura interna;

O sensor de umidade, também encapsulado, mostra a umidade relativa do interior da colmeia.

Sensor de luminosidade

O sensor de luminosidade mostra a quantidade de lúmens fora da colmeia. Permite saber se é dia ou noite e qual intensidade da luz incidentes.

Sensor de presença

Detecta pessoas nas proximidades das colmeias, acionando um alarme na sua detecção e envia essa informação.

Descrição dos Atuadores

Saída Rele

Pode ser utilizado para realizar o acionamento de uma lâmpada ou de um alarme vinculado ao sensor de luminosidade e presença.

Dimerizador

Pode ser utilizado para controlar a potência de aquecimento de uma resistência ou intensidade luminosa de uma lâmpada.

INTERFACE HOMEM MÁQUINA (IHM)

Temos duas interfaces para o pesquisador usuário utilizar para ler os dados do HM ou dos HMs que estiverem instalados no laboratório.

A primeira é o software supervisório VISTA da TAC que deverá ser instalado em um computador DeskTop ou LapTop. Com ele o pesquisador poderá gravar em tempo real os dados dos sensores e atuadores em planilhas Excell e utilizar diretamente em suas experiências.

Além dessa possibilidade terá como analisar o desempenho do experimento, com outros recursos de avaliação e Log de valores, timescheduler, alarmes, entre outros.

A segunda é o L-VIS que é um equipamento completo para IHM. Ele é um equipamento de campo e que poderá ser utilizado como backup das informações de dados do campo, pois ele armazena em memória internas e poderá ser acessado por aplicativos FTP quando necessário.

É uma interface mais prática e de uso comum ligado a rede de controle LON diretamente, já o supervisório necessita de uma interface LON para receber as informações da rede LON e repassa-las para o sistema de software supervisório VISTA comentado nos parágrafos anteriores.

Dados coletados

O L-VIS, dispositivo de controle e monitoramento do Hive Monitor, gera diária e automaticamente planilhas em .csv (comma separated values) com os dados fornecidos pelos sensores. Eles são gravados no endereço do servidor FTP do L-VIS, já organizados em seções e sub seções separados por categoria. Assim, o pesquisador têm acesso direto aos dados salvos das medições dos sensores.

Outra opção seria o recebimento desses arquivos através de e-mails, enviados pelo próprio L-VIS, contendo como anexo esses arquivos .csv. Nesse caso, pode ser configurado e-mails diários, semanais, mensais ou conforme a ocorrência de algum evento em específico.

Todas essas possibilidades além de muitas outras, são possíveis com o supervisório VISTA, instalado no computador. Saídas diretas dos logs em gráficos gravados em períodos estabelecidos ou gráficos em tempo real (online), além de muitos outros recursos que ficam disponíveis no computador cujo o limite de armazenagem é o que tiver de espaço no HD disponível para estes registros.

Figura 1: Hive Monitor instalado no Alvado da Colmeia de Apis- Melliferas	Figura 2: Colmeia de Meliponas na base MELIPOMETRO
Figura 3: Caixa suporte da colmeia com o MELIPOMETRO, parte eletrônica e sensores internos.