图8 蜜蜂进出巢计数原理图
Fig. 8 Principle diagram of bees counting in and out of nest
2.2.3 蜂群声音采集单元该单元采用全指向的HC-4052专业麦克风，频率响应范围为20 Hz~20 kHz，灵敏度范围为（-46±2） dB，信噪比大于63 dB，咪头尺寸为4.0 mm×1.5 mm，能够方便地放入蜂箱中任何位置，有利于采集蜂群的声音。
蜂群声音采集任务包括配置WAVE头格式和目标数据写入两部分。WAVE是常用的音频文件格式，一个WAVE文件是由RIFF WAVE Chunk、Format Chunk、Fact Chunk（可选）和Data Chunk等若干个Chunk组成的。通过配置*.wav文件头格式来设定采样音频文件的格式。本系统音频文件按照16 bits、脉码调制录音（Pulse Code Modulation，PCM）模式、单通道、8 kHz采样频率、MIC接入方式进行采样，头文件采用小端模式，采集数据按照大端模式。将麦克风采样的数据添加到头文件的后面，形成wav音频文件。每个音频文件的采集时间为42 s（100页，其中页为内存管理大小单位），采用串行外设接口（SPI）协议，将该wav文件保存到本地SD存储卡后进行远程无线传输。
2.3 数据远程传输单元
为实现远程监测并达到无人值守的目的，需要将现场采集的数据实时传送给蜂农，以便实时了解蜂群状态。数据无线传输有多种方式，包括ZigBee、蓝牙、移动通信网络和Wi-Fi等，在传输距离和传输速度上各有优缺点。其中移动通信具有实时性强、可对设备进行远程控制、建设成本少低、监控范围广、具有良好的可扩展性、系统的传输容量大、数据传送速率高和通信费用低等特点及优势。由于蜂箱放置在户外，为保证数据可靠地传输，本系统采用厦门才茂通信科技有限公司的CM3150P GPRS DTU数据传输模块，包括移动GPRS网络和RS232串口，工业级设计，可实现TCP/UDP透明数据传输，完成监测数据远程无线传输和实时传送。
通过ZigBee模块进行现场蜂箱内温湿度数据的近距离传输与汇聚，无线收发模块将接收到的温湿度数据通过串口传给微控制器，微控制器将接收到的数据编码后，采用GPRS DTU模块进行远程数据发送，采用微控制器控制采集节点数据接收与GPRS模块远程数据发送，经GPRS模块远距离发送至计算机子系统。现场采用人机交互模块实时显示节点环境信息和设置工作参数，通过LCD显示模块实时显示来自所有子节点的采集数据，并进行数据校验和组包发送。
音频采用PCM压缩编码格式，ARM DSP达芬奇架构的高性能处理器配合相应的音频编解码功能模块进行音频数据处理，实时音频数据传输基于实时传输协议（Real-time Transport Protocol，RTP）和RTCP （RTP Control Protocol，RTCP） 控制协议，确保网络传输的实时性和稳定性。蜂箱内采用戴尔 OptiPlex 7060微型工控机连接微型麦克风，将微型麦克风放置在蜂箱内部，工控机使用客户端Python脚本程序，从微型麦克风每秒采集一次声音数据，并生成音频文件，存储在本地SD存储卡中进行实时缓存，而后通过Python进行WebSocket网络编程，实现客户端与服务器间的全双工通讯，进而通过无线网络实时与服务器上位机软件和数据库保持连接，并将生成的存储SD卡中的wav音频文件通过4G无线网络发送至服务器数据库中，实现蜂箱内蜜蜂声音文件的远程传输与存储。
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