Monitoraggio Remoto della Temperatura di Alveari di Api per la Produzione di Miele

La sfida del monitoraggio

Il monitoraggio è una necessità in tutti quelli che sono gli aspetti di una produzione automatizzata. Conoscere ciò che sta accadendo in qualsiasi processo è essenziale affinché gli operatori possano prendere decisioni informate e consapevoli in tempo reale. Esistono praticamente un numero infinito di processi. Dal taglio di parti metalliche da parte di una macchina CNC, ad un forno di polimerizzazione in una linea di verniciatura, fino alla produzione di miele in un apiario.

Aspetta, ma parliamo proprio un alveare di api? Sì, queste laboriose api producono un prodotto gustoso e nutriente consumato da milioni di persone ogni giorno: il miele. Inoltre, la cera d'api delle loro celle viene utilizzata per creare una grande varietà di prodotti, tra cui candele, saponi e detergenti. Ma forse ancora più importante, le api del miele impollinano la maggior parte delle piante in fiore, rendendo possibile la crescita di molti dei frutti, noci e verdure che mangiamo ogni giorno.

Sono anche responsabili dell'impollinazione delle colture utilizzate per nutrire il bestiame, il che porta direttamente alla produzione di latte e carne bovina. La responsabilità di miliardi di dollari di produzione alimentare e di nutrire il mondo poggia sulle loro piccole spalle. 

Un numero limitato di apicoltori commerciali gestisce centinaia o addirittura migliaia di colonie di api. Queste sono le organizzazioni che forniscono servizi di impollinazione su larga scala per vaste aree di terreno e per la produzione su larga scala di miele. Allo stesso modo in cui gli agricoltori praticano la rotazione delle colture, gli apicoltori possono spostare gli alveari odierni in modo che alcune colonie si concentrino sull'impollinazione mentre altre si concentrano sulla produzione di miele. Le api del miele sono considerate domestiche a causa della loro accettazione della gestione umana.

Mentre i grandi operatori commerciali ricevono grandi attenzioni, negli Stati Uniti, la maggior parte dell'apicoltura è gestita da singoli appassionati che gestiscono da uno a 25 alveari. Si stima che ci siano circa 100.000 apicoltori dilettanti negli Stati Uniti, ed il numero è in crescita. A livello mondiale, ci sono milioni di arnie private.

Indipendentemente dalle dimensioni dell'apiario, mantenere api produttive richiede un monitoraggio costante del loro ambiente. Le api del miele sono state importate dall'Europa nel 1700, quindi non sono native né del Nord America né degli inverni gelidi del Midwest americano.

Recentemente, un apicoltore dilettante nell'Ohio settentrionale si è rivolto alla Dewesoft per chiedere assistenza nel monitorare la gamma di temperatura e l'umidità del suo capanno per api e dei suoi 12 alveari individuali. Gli ingegneri di Dewesoft sono intervenuti immediatamente per fornire assistenza.  

Le api del miele sono creature sensibili che richiedono condizioni specifiche per produrre miele. Vivono e lavorano al meglio a temperature comprese tra 28° e 32° C (82° e 90° F) e con un'umidità relativa del 50-60%. Monitorare le condizioni all'interno dei loro alveari è quindi cruciale per ottenere il miglior raccolto possibile di miele quando arriva l'estate e per mantenerle in salute. Alveari freddi possono indicare una mancanza di attività, mentre un alveare caldo può essere segno di scarsa ventilazione o di un problema più grave come un'invasione di vespe. 

Le aziende apistiche commerciali spesso utilizzano alveari artificiali, il che rende ancora più importante il monitoraggio ambientale. Sta al custode mantenere un ambiente ideale per le loro piccole operaie e rispondere immediatamente ai cambiamenti. L'informazione è fondamentale, motivo per cui i custodi monitorano e registrano questi dati per lunghi periodi. Possono individuare tendenze e regolare costantemente le condizioni dell'alveare per una salute ottimale delle api e la produzione di miele.

Dopo aver analizzato la situazione, Dewesoft ha integrato un sistema che includeva un modulo di temperatura KRYPTON a 16 ingressi, due stazioni meteorologiche per temperatura e umidità ambiente, un computer industriale e due applicazioni software interconnesse. Con questo mix di hardware e software, hanno creato facilmente un sistema di monitoraggio della temperatura senza fili con avvisi in tempo reale.

L'Hardware di acquisizione dati

Il KRYPTON 16xTH è un modulo di acquisizione dati ultra-rugged con 16 canali di ingresso per la temperatura. Ciascuno dei 12 alveari è dotato di un sensore di temperatura a termocoppia tipo T lungo 15 cm (6 pollici). Tutti e 12 i sensori sono collegati al modulo KRYPTON utilizzando un filo per termocoppia tipo T.  

Il KRYPTON è stato scelto perché ha un range operativo di temperatura molto ampio, da -40° C/F fino a 85° C (185° F). Essendo classificato IP67 significa che è anche protetto dall'intrusione di liquidi, fumo e polvere. 

Il modulo KRYPTON si collega al computer DAQ (acquisizione dati) tramite un singolo cavo EtherCAT che trasferisce alimentazione, sincronizzazione e dati. Nel computer gira il software DAQ DewesoftX.

Due stazioni meteorologiche Modbus TCP (della DataNab) forniscono dati sulla temperatura ambiente e sull'umidità relativa. Oltre a fungere da monitor in tempo reale, inviano i loro dati tramite TCP al computer DAQ. Come mostrato sopra, una di esse era posizionata all'interno del capanno delle api, mentre l'altra si trovava all'esterno, in condizioni atmosferiche.

Con questa configurazione, i dati sulla temperatura per ciascun alveare, così come le informazioni sulla temperatura ambientale e sull'umidità in due diversi punti all'interno dell'apiario, vengono monitorati costantemente. Ma il custode delle api deve affrontare la neve invernale per controllare questi dati? Scopriamolo.

The software

Come già detto,il software di acquisizione dati DewesoftX viene eseguito su un computer DAQ all'interno del capanno, leggendo direttamente gli output dal modulo KRYPTON e dalle stazioni meteorologiche. DewesoftX è un software di acquisizione dati multifunzione che fornisce visualizzazioni grafiche e la memorizzazione flessibile sia dei dati ad alta velocità che a bassa velocità su disco.

Poiché l'obiettivo era quello di poter monitorare l'apiario in remoto, Dewesoft ha configurato il proprio software Historian. L' Historian è utilizzato per il monitoraggio da remoto e distribuito di qualsiasi processo, ovunque nel mondo. È un servizio software di database progettato per applicazioni di monitoraggio a lungo termine e permanente e scrive i dati su un database di serie temporali open source InfluxDB per applicazioni di monitoraggio a lungo termine.

DewesoftX invia i dati in tempo reale all' Historian tramite MQTT, un protocollo di rete da macchina a macchina. MQTT è particolarmente adatto per stabilire connessioni remote affidabili anche quando la larghezza di banda di rete è limitata. 

Parametri come vibrazione, temperatura, inclinazione, deformazione, pressione e altro possono essere archiviati in un servizio self-hosted o completamente gestito nel cloud. Unità di misura, database e client di visualizzazione comunicano all'interno del sistema Dewesoft Historian tramite il protocollo MQTT. Ciascun componente può essere eseguito su un browser web di computer, smartphone o tablet ovunque ci sia accesso a Internet.

Il computer, lo smartphone o il tablet utilizzato per monitorare i dati in remoto non richiede alcun software speciale. Tutto è accessibile tramite un browser web. Puoi vedere un'applicazione live dell'Historian in esecuzione su questo Historian server. 

Oltre all'hardware tradizionale di acquisizione dati Dewesoft che trasmette al software DewesoftX per l'elaborazione, i dispositivi IoT (Internet of Things) come NEMOSENSE possono trasmettere direttamente al server oltre a memorizzare internamente dati a lungo termine.

NEMOSENSE combina un dispositivo di acquisizione dati di vibrazione, un registratore dati e un accelerometro MEMS triassiale a basso rumore. È progettato per installazioni permanenti, per il monitoraggio delle condizioni di ponti, edifici, antenne e sì, persino alveari. I dati possono essere acquisiti anche a velocità ridotte per consentire la registrazione di dati per mesi o addirittura anni. 

Quindi, se le vibrazioni sono una preoccupazione, NEMOSENSE può essere aggiunto alla configurazione di test.

Il pacchetto Historian include anche Grafana, un'applicazione di visualizzazione open-source multi-piattaforma basata su web. Grafana fornisce grafici, diagrammi e avvisi che possono essere consultati da qualsiasi luogo tramite smartphone, tablet e computer. Grafana può anche essere configurato per inviare notifiche via e-mail se viene raggiunta una condizione di allarme, avvisando gli apicoltori al primo segno di problemi.

L'implementazione dell' Historian è semplice come scaricare il pacchetto software su un computer Windows o LINUX o su un servizio cloud come Amazon Web Services (AWS) o Microsoft Azure. Seguendo le istruzioni disponibili sul sito web di Dewesoft, è possibile configurare un Historian di base in meno di un'ora.

Conclusioni

La combinazione dei sistemi modulari DAQ di Dewesoft e l'Historian rappresenta una potente soluzione per il monitoraggio a lungo termine di varie condizioni in numerose applicazioni e settori. 

Progettata specificamente per lavorare insieme, la combinazione di hardware e software è facile da configurare e utilizzare. Che tu stia gestendo un impianto siderurgico, monitorando una centrale idroelettrica o assicurandoti che le tue api del miele superino un inverno nell'Ohio, i sistemi Dewesoft DAQs offrono una soluzione potente ma facile da usare.