季思維，胡福良

（1.浙江大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程與儀器科學(xué)學(xué)院，浙江 杭州 310058；2.浙江大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院，浙江 杭州310058）

1 背景分析

1.1 城市養(yǎng)蜂

在我國(guó)，在城市不斷發(fā)展的過(guò)程中，城市的污染變得嚴(yán)重，生態(tài)被破壞。隨著對(duì)環(huán)境保護(hù)重要性的認(rèn)識(shí)，居住在城市的人們不再只需要高樓林立、車(chē)水馬龍，而是更加關(guān)注自己的生存環(huán)境，并通過(guò)增加樹(shù)木花草的種植美化環(huán)境，改善空氣質(zhì)量。

除了對(duì)環(huán)境改善的需求，城市居民還對(duì)生活品質(zhì)的提高有很大的需求。居民們對(duì)各類保健品的關(guān)注不斷增加。越來(lái)越多的城市居民開(kāi)始規(guī)律地食用蜂蜜、蜂王漿等蜂產(chǎn)品來(lái)進(jìn)行保健。

除了對(duì)保健品的關(guān)注增加，城市居民還對(duì)生活的趣味需求有所增加。許多居民都開(kāi)始在家中飼養(yǎng)貓、狗、倉(cāng)鼠等動(dòng)物作為自己的寵物，來(lái)增加生活的趣味性，但是相對(duì)于飼養(yǎng)貓狗等寵物，我國(guó)城市中養(yǎng)蜂的居民實(shí)際上很少。

但是實(shí)際上，城市中飼養(yǎng)蜜蜂是有較大的可行性的。在國(guó)外，城市養(yǎng)蜂受到追捧， 法國(guó)巴黎，日本東京、大阪等國(guó)際化大城市，以及美國(guó)的大城小鎮(zhèn)，利用城市中心的高樓大廈養(yǎng)蜂，并收獲蜂蜜的方式越來(lái)越盛行。

而在我國(guó)，城市養(yǎng)蜂雖然沒(méi)有興起到家家戶戶都在自家養(yǎng)蜂，但是依然是有一定群體在城市內(nèi)進(jìn)行養(yǎng)蜂的。香港、北京等城市中都是有一定居民在城市養(yǎng)蜂的先例。

而隨著城市的發(fā)展，城市中的綠化程度也不斷提高，開(kāi)花的植被在城市中是不斷變多的，城市養(yǎng)蜂能夠?yàn)檫@些開(kāi)花的植被授粉。同時(shí)城市養(yǎng)蜂也能夠改善城市周邊的生態(tài)，讓城市出現(xiàn)鳥(niǎo)語(yǔ)花香、蜂飛蝶舞的和諧景象。因此城市養(yǎng)蜂是具有一定可行性的。

城市養(yǎng)蜂具有可行性，但是普及程度并不高，其中很大一個(gè)原因就是當(dāng)前普遍的蜂箱不夠方便、智能，為了讓城市養(yǎng)蜂可以普及，除了需要政府的宣傳和培訓(xùn)來(lái)提高城市居民的養(yǎng)蜂積極性以及養(yǎng)蜂技能，還需要一定的養(yǎng)蜂設(shè)備來(lái)對(duì)城市養(yǎng)蜂進(jìn)行可行的技術(shù)支持。

1.2 城市養(yǎng)蜂蜂種分析

目前城市養(yǎng)蜂的主要蜂種應(yīng)當(dāng)是中蜂。城鎮(zhèn)居民庭院養(yǎng)蜂，建議飼養(yǎng)中蜂，不提倡飼養(yǎng)意蜂。因?yàn)橹蟹淇梢圆杉阈情_(kāi)花的蜜源植物，不怎么需要飼喂；中蜂喜歡分泌新蠟來(lái)造脾，存蜜的巢房潔白美觀。這些都很適于那些蜂群數(shù)放養(yǎng)不多、進(jìn)蜜量不會(huì)很大的城鎮(zhèn)休閑養(yǎng)蜂戶。而如果飼養(yǎng)意蜂的話，一是城鎮(zhèn)綠化地或道路兩旁的蜜源植物不夠大宗，蜜蜂需要人們給予補(bǔ)助飼喂糖水；二是蜜蜂喜歡深顏色的巢脾，養(yǎng)蜂人需要貯存陳舊巢脾供蜜蜂繁殖和儲(chǔ)蜜，可是稍不留神，就會(huì)被蠟螟寄生，滋生巢蟲(chóng)。所以，有鑒于這2 點(diǎn)，意蜂都不適合業(yè)余養(yǎng)蜂者。因此在這次設(shè)計(jì)的過(guò)程中，主要設(shè)計(jì)的功能針對(duì)的就是中蜂的養(yǎng)殖。

針對(duì)以上所述幾點(diǎn)，并且結(jié)合我自身的專業(yè)，我想到了設(shè)計(jì)一個(gè)適合城市養(yǎng)蜂的綜合性蜂箱。以下是這個(gè)蜂箱的分析以及具體設(shè)計(jì)。

2 分析與設(shè)計(jì)

針對(duì)中蜂養(yǎng)殖的特點(diǎn)以及城市養(yǎng)殖蜜蜂的需求，我在設(shè)計(jì)中設(shè)置了以下幾點(diǎn)功能。

2.1 隔音層

由于中蜂對(duì)聲音十分敏感，當(dāng)中蜂受到聲音影響的震動(dòng)時(shí)，會(huì)離脾，出巢亂飛。而城市中的汽車(chē)噪聲、建筑噪聲等噪聲污染比較多。因此我在箱體外設(shè)置了一個(gè)隔音層。 隔音層的材料使用的是較為便宜的吸音棉。

2.2 自動(dòng)監(jiān)測(cè)蜂箱內(nèi)的情況以及溫度和濕度

根據(jù)城市養(yǎng)蜂的特點(diǎn)，有很大一部分人養(yǎng)蜂是因?yàn)轲B(yǎng)蜂的過(guò)程相對(duì)于傳統(tǒng)的家養(yǎng)寵物較為新鮮、有趣，因此很多人在養(yǎng)蜂的時(shí)候會(huì)經(jīng)常對(duì)蜂箱進(jìn)行開(kāi)箱觀察。這其實(shí)很容易驚擾到蜜蜂，不太提倡，但是為了滿足城市養(yǎng)蜂用戶的好奇心，我們依然需要設(shè)置一個(gè)可以記錄、監(jiān)測(cè)蜜蜂行為的設(shè)備。

另一方面，雖然中蜂易于養(yǎng)殖，但是依然需要對(duì)蜂箱溫度與濕度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。 綜上，我們?cè)诜湎涞脑O(shè)計(jì)中主要設(shè)置如下設(shè)備：（i） 能夠記錄蜂箱內(nèi)部圖像的紅外攝像儀；（ii） 溫濕度傳感器；（iii） 設(shè)置在蜂箱外的溫濕度顯示界面；（iv） 溫度過(guò)高的報(bào)警系統(tǒng)；（v） 用于存儲(chǔ)圖像信息的SD 卡；（vi） 可以實(shí)時(shí)接收、播放紅外攝像儀記錄圖像的家用電腦（由用戶自己準(zhǔn)備好）

同時(shí)，這些設(shè)備的操作使用單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2.3 調(diào)節(jié)蜂箱內(nèi)的溫度和濕度

由資料可知，蜜蜂的適宜生存溫度為32～35℃，由于我國(guó)大部分城市在夏天都為高溫天氣，因此需要針對(duì)夏天的高溫進(jìn)行處理。

由于夏天的溫度較高，蜜蜂會(huì)離巢、采水進(jìn)行降溫，這對(duì)蜂群的發(fā)展不利，因此需要對(duì)蜂箱及時(shí)進(jìn)行通風(fēng)和降溫。

我們已經(jīng)在之前設(shè)置隔音層，并且采用隔音棉的材質(zhì)，如果只有隔音棉會(huì)導(dǎo)致蜂箱內(nèi)悶熱。因此采用在蜂箱的4 個(gè)角設(shè)置通風(fēng)口加排風(fēng)扇的組合來(lái)對(duì)蜂箱進(jìn)行通風(fēng)降溫。 同時(shí)，為了避免蜜蜂被排風(fēng)扇誤傷，在風(fēng)扇的正反兩面都放置防護(hù)罩。其次，為了在風(fēng)扇使用的過(guò)程中降溫效率更高以及補(bǔ)充蜂箱內(nèi)的濕度，在底部的2 個(gè)風(fēng)扇處放置2 個(gè)較小的儲(chǔ)水盆。儲(chǔ)水盆的補(bǔ)水通過(guò)2 根穿過(guò)蜂箱的水管來(lái)完成。

圖2 排風(fēng)扇和水盆的位置分布

為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的運(yùn)作，方便城市居民在養(yǎng)蜂時(shí)的操作，在系統(tǒng)的設(shè)置中通過(guò)單片機(jī)中程序的設(shè)計(jì)，用溫度、濕度的數(shù)值來(lái)改變排風(fēng)扇的風(fēng)力大小，通過(guò)傳感器檢測(cè)儲(chǔ)水盆中水位的高低來(lái)控制開(kāi)關(guān)的開(kāi)斷進(jìn)行補(bǔ)水。當(dāng)然，排風(fēng)扇和儲(chǔ)水盆的設(shè)置肯定會(huì)與蜂室隔開(kāi)。

除了通風(fēng)、降溫之外，還可以通過(guò)覆蓋遮陰網(wǎng)等人為的操作來(lái)控制蜂箱內(nèi)的溫度，但由于這一部分的工作即使交給用戶來(lái)做也足夠方便，因此我們不在這里徒增成本。

同樣地，對(duì)于冬天時(shí)的溫度控制，只需要用戶自己使用保暖的棉被或者干草等包裹住蜂箱就可以。由于我們已經(jīng)設(shè)置了溫度傳感器以及溫度報(bào)警系統(tǒng)，當(dāng)溫度過(guò)高或者過(guò)低都會(huì)報(bào)警，以此就可以提醒用戶對(duì)保溫的設(shè)備進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑鰷p。

2.4 自動(dòng)取蜜

城市養(yǎng)蜂的一個(gè)較大的因素當(dāng)然是蜂蜜，而傳統(tǒng)的取蜜實(shí)際上對(duì)蜜蜂、養(yǎng)蜂人都不夠友好。在受到老師上課時(shí)介紹過(guò)的自動(dòng)取蜜機(jī)的啟發(fā)后，我在本次設(shè)計(jì)中也加入了自動(dòng)取蜜的設(shè)計(jì)。

自動(dòng)取蜜的原理圖如下：如圖3 所示，所有的蜂室都是對(duì)半錯(cuò)開(kāi)的。

當(dāng)不取蜜的時(shí)候，蜂巢由1 個(gè)開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)動(dòng)使得所有錯(cuò)開(kāi)的蜂室都構(gòu)成完整的蜂室，這時(shí)，蜜蜂會(huì)用蜂蠟填補(bǔ)好蜂室，并在其中儲(chǔ)存蜂蜜。而當(dāng)需要取蜂蜜的時(shí)候，就使用同樣的開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)動(dòng)使得蜂室錯(cuò)開(kāi)，從而使蜂蜜流出，并通過(guò)蜂房下的一些管子流到蜂箱外。這樣就可以在不打擾蜜蜂生活、方便用戶操作的情況下取得蜂蜜，如圖3。

圖3 自動(dòng)取蜜裝置

3 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

由于實(shí)際中購(gòu)買(mǎi)元件較為昂貴，因此首先使用仿真軟件來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。以下是實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能的仿真電路圖。

圖4 溫度傳感器、顯示器以及風(fēng)扇控制系統(tǒng)

圖5 儲(chǔ)水盆水位控制系統(tǒng)

在市場(chǎng)上已經(jīng)有許多商家在售賣(mài)，因此不再對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)，直接購(gòu)買(mǎi)并在蜂箱內(nèi)裝配。