基于云計算的食用菌栽培環境參數自動監測系統*

劉 洋

（溫州大學甌江學院，浙江 溫州 325035）

食用菌栽培是我國農業生產中一項主要產業，而食用菌栽培環境是決定食用菌能否發揮最大效益的關鍵影響因素[1]。目前的食用菌生產加工水平較低，食用菌加工生產均為一些小型工廠，沒有良好的栽培環境，導致食用菌產業發展停滯不前，收益不樂觀，為此研究基于云計算的食用菌栽培環境參數自動監控系統，合理化控制栽培環境參數，更好地提高食用菌產量和質量，提升行業經濟效益[2]。

1 食用菌栽培環境參數監測

由于食用菌菌種的栽培環境決定食用菌生長狀況，進而影響食用菌產生的經濟效益，因此食用菌栽培與食用菌生長環境密不可分。不同生長階段的食用菌對環境參數的需求不同，因此需要通過監控食用菌生長狀態實時調控食用菌生長環境參數[3]。食用菌生長過程中，最重要的栽培環境參數就是空氣質量，如溫度、濕度以及二氧化碳濃度等。偏高的二氧化碳含量會影響食用菌生長，因此確保栽培環境空氣中二氧化碳濃度均衡，對促進食用菌生長很有必要；合理的栽培環境濕度可促進食用菌基質沿縱向深入生長；栽培環境參數中的溫度能夠影響食用菌的質量及產量，適宜的溫度可促進其生長速率，溫度過高則會抑制生長，甚至死亡[4]。因此食用菌栽培環境參數監測系統可嚴格把控食用菌生長不同階段的環境參數，為其生長提供最適宜環境參數，促進質量及產量提升。

2 食用菌栽培環境參數監測系統設計

2.1 物聯網栽培環境參數采集終端

物聯網栽培環境參數采集終端由終端控制器和終端協調器構成，其中終端控制器負責食用菌菌種栽培環境參數采集，終端協調器負責匯總分析終端控制器采集到的環境參數數據。所采集的栽培環境參數數據主要有溫度、濕度、二氧化碳濃度、光照強度等，采集終端環境參數數據采集、轉換以及算法如圖1所示。

由圖1可知，終端控制器中的主控制模塊，遵循特定算法轉換采集到的栽培環境數據實際值為系統程序設定值，并將數據輸出到終端協調器進行數據匯總分析。為減少數據傳輸量，縮減采集終端工作負荷量，增強系統整體穩定性，依照1Byte、2Byte、4Byte匯總程序轉化環境參數數據。

2.2 基于云計算的云監測信息服務平臺

2.2.1 云計算服務模式

基于云計算構建的云環境可容納數量龐大的數據信息，以便于為食用菌栽培隨時提供栽培環境參數信息，用戶無需花費大量資金在置辦相關硬件設備以及數據監測應用軟件上，只需要登錄云計算客戶端，購買相關服務內容便可以隨時獲取所需信息，無需設備運營維護、極大限度地降低運營成本且方式簡單[5]。云計算服務模式結構圖如圖2所示。

由圖2可知，軟件服務層：利用互聯網完成服務，客戶端用戶發出軟件申請時，服務端會給客戶端發送應用程序，服務供應商已提前將用戶所需軟件存儲在應用程序中，用戶接收程序后，依照制定要求完成登錄、付費流程便可使用。在簡便了使用流程的基礎上最大限度節省成本，同時也避免了客戶端系統不支持軟件的現象產生。

云平臺服務層：該層次為建立于互聯網基礎上的分布式研發服務平臺，該層次供應商為客戶端提供包含平臺分層數據庫的軟、硬件資源，并存管基礎數據以及應用程序等客戶端資料。客戶端秩序完成語言編碼以及客戶端之間數據傳遞。

基礎設施服務層：該層由大規模集群服務器構成的虛擬資源池組成，將數量龐大的虛擬資源發送至客戶端，服務于用戶，便于用戶在基礎設施上完成云計算程序與檢測任務。

2.2.2 云監測信息服務平臺

基于云計算服務模式構建的云監測信息服務平臺如圖3所示。

如圖3所示，消息中間件、Web云服務器、終端設備以及數據庫共同構成了云監測信息服務平臺。云監測信息服務平臺主要工作是將物聯網栽培環境參數采集終端采集匯總輸出的食用菌栽培環境參數數據存儲起來，并對其進行分析處理，利用基于ZigBee傳輸模式技術結合無線傳感器網絡實現食用菌栽培環境參數監測數據傳輸[6]。

2.3 基于ZigBee技術的食用菌栽培環境參數傳輸

2.3.1 無線傳感網絡

無線傳感網絡利用無線傳感技術實現網絡覆蓋區域內的區域對象監控數據的無限傳輸，將烯烴檢測數據傳輸給用戶進行數據后續分析處理[7]。無線傳感技術通過結合物理網傳感技術和計算機信息技術構建現代化信息網絡有效實現數據監控目標區域數據的采集、處理及傳輸，已經逐步擴大在農業生產領域中的應用范圍。

2.3.2 系統數據傳輸設計需求

利用ZigBee技術實現食用菌栽培環境參數無線傳感網絡構建，可極大程度縮減系統成本，無線傳感網絡節點具體積較小特點，極其利于ZigBee技術在無線傳感網絡中順利開展。也是未來食用菌栽培環境參數自動監測系統未來發展的整體方向。食用菌栽培環境參數自動化檢測系統研究過程中，利用ZigBee技術結合無線傳感網絡有效實現食用菌栽培環境參數檢測系統數據傳輸，輔助系統食用菌栽培環境參數數據監控管理，在有效完成食用菌質量及生長速率提升的基礎上，縮減食用菌栽培成本，實現自動化檢測、管理食用菌生長，促進食用菌產業可持續發展[8]。

由于應用ZigBee技術的無線傳感網絡節點會遍布食用菌栽培環境的各個角落，其中不乏一些地理位置偏僻區域，維護人員難以進入該節點位置維護，使得網絡維護人員后期網絡維護難度較大，導致節點受環境及外界因素影響而工作異常。因此在設計基于ZigBee技術的無線傳感網絡的軟硬件時便充分考慮帶網絡節點的數據容錯能力，降低無線傳感網絡工作異常現象，保證食用菌栽培環境參數監測數據不受環境因素影響，便于系統安全可靠運行[9]。為保證系統可以實現系統通用型統一管理，將無線傳感網絡的網絡節點設置成批處理操作模式。通過合理布設終端節點方式設計系統，提升系統食用菌栽培環境參數監測準確性的同時，降低系統建設成本，增強無線傳感網絡在系統中的應用性能。針對無線傳感網絡節點具備的數量大密度高特點，以高集成度小型化為依據設置網絡節點，便于系統實際應用中的操作，增強系統網絡維護及管理效率。

3 結論

利用現代化技術研究基于云計算的食用菌栽培環境參數自動化監測系統，利用物聯網結合云計算技術，對食用菌生長過程中每個階段的栽培環境參數展開實時自動化監測，通過ZigBee技術實現環境參數監測數據傳輸，依據此數據將食用菌栽培環境參數調節為可促進食用菌生長，營造良好的食用菌生長環境。