食用菌菇房物聯網系統組成與設備選型分析

蔡杰+楊立新+徐紅星

摘要：結合湖北食用菌菇房室內環境需求，提出了食用菌菇房物聯網系統建設方案，分析了系統組成與功能特色，并對系統設備組件性能要求進行了剖析。結果表明：該物聯網系統系統能實現菌菇房環境智能控制，使菌菇房內環境始終保持在食用菌最佳生長環境狀態。

關鍵詞：食用菌；物聯網；設備選型

中圖分類號：S646

文獻標識碼：A文章編號：16749944（2017）21007402

1食用菌生長環境需求

食用菌分為菌絲體生長階段和子實體生長階段兩個過程，不同品種、不同生長階段對溫濕度、氧氣（二氧化碳）濃度、光照度等要求不同。食用菌生長環境總體要求是：適宜的溫濕度、通氣好、散射光照、適宜的酸堿度，具體要求如下。

1.1溫度

溫度的高低影響發菌的時間、出菇的時間和質量，因此溫度決定著生產的成敗和經濟效益。一般菌絲體生長階段溫度要求較高，為20～26 ℃，子實體生長階段要求的溫度較低，一般為13～18 ℃。

1.2濕度

濕度可表現為栽培基料的含水量，一般為55%～60%，即干料與水的比例為1∶1.2～1.5。在發菌和出菇階段，濕度主要是指空氣的相對濕度，發菌期要求濕度在70%左右，出菇期要求在85%～95%，但不能低于65%，否則會影響子實體的形成，但如果濕度高于95%，就容易導致病害的發生。

1.3氧氣（二氧化碳）含量

食用菌是異養型真核生物，它靠消耗氧氣來分解栽培料中的有機質，以獲取其生長所需要的營養物質；同時分解有機物質時會產生有害的二氧化碳。栽培管理時的通風換氣既可滿足食用菌對氧氣的需要，又可排放代謝廢物二氧化碳。食用菌菌絲對二氧化碳的耐受力較強，但出菇階段如二氧化碳濃度過高的話就會影響子實體的發育，造成畸形菇。

1.4光照

多數食用菌菌絲體生長階段，不需要光，弱光也無不良反應，強光則影響菌絲體生長。在子實體階段則需要一定的散射光，不需要直射光。

1.5pH值

大多數食用菌喜歡偏酸環境。菌絲生長適宜的pH值為5～5.5，如大于7時則菌絲生長緩慢，大于8時則幾乎停止生長（但草菇除外）。

2菌菇房物聯網建設目標

建成一套實用、穩定、可靠、易安裝維護、可擴展性強的菌菇房環境智能控制系統，滿足菌菇房日常環境管理需要。當環境參數超出設定范圍時，系統能自動啟動相應環境調節設備而不需人為操作，達到智能控制環境目的，讓菌菇房內環境參數始終保持在最佳生長環境狀態，最大限度地減少生產質量事故的發生。

3菌菇房物聯網系統組成與功能

菌菇房智能環境控制系統由環境信息傳輸子系統、環境智能控制子系統、監控管理平臺子系統組成（表1）。其中環境信息傳輸子系統通過運用有線或無線通信技術與嵌入式測控技術，實現各監測環境參數的實時采集與傳輸。環境智能控制子系統通過所監測環境參數變化情況實現自動化、智能化和節能等綜合環境控制。監控管理平臺子系統實現對采集到環境信息的存儲、分析與管理，系統主要實現如下功能。

3.1環境數據實時采集與傳送

各類環境傳感器能對菌菇房內溫濕度、二氧化碳含量、光照、pH值等環境數據進行實時采集，并通過傳輸線路傳送到環境監控主機或菌菇房管理者手機上，管理人員通過電腦、手機實時查看菌菇房內各項環境參數。

3.2異常信息報警

當監測的環境參數超過設定的臨界值或范圍時，系統能夠通過控制器進行聲光報警，同時采取短信方式，向至少3名指定人員發送報警信息。

3.3環境智能控制

當監測的環境參數超過設定的臨界值或范圍時，控制器能自動開啟或關閉其所連接的環境調節設備（風機、增氧泵、濕簾等設備），當參數值回到指定范圍，該動作自動關閉。

3.4遠程查看與管理

管理人員能通過電腦、手機，遠程登陸軟件平臺或手機app，實時查看菌菇房內各項環境參數，并管理其中環境調節設備。

4設備選型

4.1環境傳感器

4.1.1溫濕度傳感器

可選用基于RS485總線技術工業、MODBUS-RTU協議，開發的低成本溫濕度狀態在線監測的實用型一體化傳感器。例如，HV-SA-2HT型號溫濕度傳感器，可實現多點同時監測，組網并遠傳，適用于各種場所，尤其適用于農業大棚、城市照明等場所。支持二次開發，用戶只需根據通訊協議即可使用任何串口通訊軟件實現傳感器數據的查詢和設置。

4.1.2氣體傳感器

據調研，目前純國產的氣體傳感器普遍存在測量數據精準度不高，使用時間一長容易產生數據漂移，需要重新校正等問題。建議可選用內置核心部分為進口品牌的國產傳感器，注意要適用于高濕度環境，不受其他氣體干擾，具備自動溫度、濕度補償、零點、滿量程漂移補償功能。

4.1.3光照度傳感器、pH值傳感器

可選用內置核心部分為進口品牌的國產傳感器，注意要適用于高濕度環境，不受其他氣體干擾，具備自動溫度、濕度補償、零點、滿量程漂移補償功能。

4.2環境控制器

采用模塊化設計，硬件結構由可編程控制器、繼電器、交流接觸器等配電裝置組成，傳感器將物理參量轉換為電壓并完成信號的調理，再送入模塊轉換器，由下位單片機讀取，單片機將數據通過485總線送給上位機，上位機設有顯示功能，根據預先設置的參數決定要采取的措施，并將信息傳給下位機，由下位機控制執行裝置，也可以手機遠程控制。

4.3數據采集傳輸設備

4.3.1數據通信控制器

可選用工業級RS232/485和TCP/IP之間協議轉化器。該串口服務器可以方便地使得串口設備連接到以太網和Internet，實現串口設備的網絡化管理。和同類產品相比，其顯著特點是穩定性（可以全雙工、不間斷發送大批量數據而不丟失一字節）和適中的價格。

4.3.2遠程網絡數據傳輸器

可選用工業級RS232/485和TCP/IP之間協議轉化器。該串口服務器可以方便地使得串口設備連接到以太網和Internet，實現串口設備的網絡化管理。和同類產品相比，其顯著特點是穩定性（可以全雙工、不間斷發送大批量數據而不丟失一字節）和適中的價格。

4.4系統軟件和手機app

目前，湖北省科技信息研究院已組織開發省級農業物聯網云服務平臺及手機app，該平臺適配性強，只需將所選傳感器、控制器與平臺進行數據接口開放對接即可使用。

參考文獻：

[1] 王志國.基于PLC的智能溫室環境控制系統設計[J].哈爾濱師范大學自然科學學報，2013（9）.

[2] 高智富.溫室環境控制技術的現狀及發展趨勢[J].中國市場，2017（35）：106～108.

[3] 王俊杰.傳感器與檢測技術[M].北京：清華大學出版社，2011.endprint