基于數據挖掘的食用菌培養料發酵過程數據采集*

孫亞紅

（西安翻譯學院工程技術學院，陜西 西安 710105）

食用菌培養料發酵過程是食用菌栽培的關鍵環節，對食用菌產量影響較大[1]。利用食用菌培養料發酵的高溫殺死蟲卵、雜菌，對培養料進行高溫降解和軟化，以便于后期的裝袋和菌絲生長。食用菌培養料發酵過程需要保持60℃左右的高溫，還需要控制好各種培養料的含水量[2]。在發酵的過程中，如何進行溫度和濕度控制成為了關鍵問題。

1 食用菌培養料發酵過程

食用菌栽培方式有生料栽培、熟料栽培、半熟料栽培和發酵料栽培等。由于發酵料栽培的周期短、工序少、無需滅菌及裝袋、設備成本低等特點，適合規模化生產，成為被廣泛應用的栽培方式[3]。

1.1 準備工作

根據每種食用菌的特點設計好配方，配方原材料應盡量選擇無腐爛變質、蟲害、病菌的新料；特別是玉米芯、棉籽殼、麩子和豆秸等主料，盡量選擇當季生產的原料。配方原料可以根據當地的資源情況進行調整，只要符合配方的設計原則即可。如棉籽殼、玉米芯就比較適合平菇的栽培，其營養豐富、質地疏松，碳氮比和吸水性、透氣性均能滿足平菇栽培的需要。同時需選擇正規廠家生產的其它輔料，如石灰、石膏、克霉靈等輔料和藥品。所有的原材料均要粉碎后貯存在干燥通風的地方。可以通過添加麩皮等物質調節配方中碳氮比，通過磷肥等調節礦物質。

1.2 拌料建堆

首先對拌料建堆的場地和使用工具進行徹底消毒，拌料前先將所有的原料暴曬24 h，中途適當翻堆。然后將主料玉米芯、棉籽殼等加水預濕，可采用噴淋等方式幫助水分吸收，主料水分充足后，再加入麥麩、石膏等其他輔料和藥品，翻堆拌勻。培養料含水量控制在65%～70%，pH 7～8。含水量可以用經驗測量，用手握緊培養料手指縫有兩、三滴水落下即可，切記水分不能過大，合適的水分含量能節省后期每一次翻堆過程中的時間與成本。

1.3 翻堆降溫

當培養料中心溫度發酵到60℃時維持24 h后進行第1次翻堆，以后每天或隔一天進行1次翻堆，一共需翻堆5次左右，8 d～10 d完成發酵。每次翻堆都要將原料充分散開揮發掉有害氣體，盡量將內層的原料翻到外層，將未腐區的原料翻到高溫區進行腐熟。因為每次發酵的高溫區在表層以下15 cm～20 cm，所以溫度計測溫應以溫度計插入深度15 cm～20 cm為標準。當培養料內有大量肉眼可見白色放線菌產生后，說明發酵接近結束了。發酵好的培養料質地松軟，抓一把握在手里能成團，扔在地上立即散開，有發酵香味，說明發酵可以結束，隨后將培養料平鋪后降溫到20℃時，即可進行裝袋接種。

2 食用菌培養料發酵過程的數據采集

2.1 發酵過程的數據采集

食用菌培養料發酵溫度超過60℃時，需要進行翻堆。傳統的翻堆時間和次數都是根據經驗而確定的，而且測量溫度采用的多是插入溫度計進行測溫，由于料堆每一部分的發酵程度會有差異，溫度計測量的局部溫度并不能代表整個料堆的發酵情況。因此，精準控制溫度對料堆發酵翻堆、降溫的時間節點把握至關重要。利用溫度數據實時采用技術，結合計算機編程控制技術對料堆的溫度進行實時控制，及時準確地掌握料堆內部平均溫度，控制料堆的發酵質量。

食用菌培養料發酵料堆溫度數據采集是典型的多點溫度采集，需要在料堆中安置多個自動測溫的傳感器，采用DS18B20數字式溫度傳感器，在料堆內部進行多點溫度采集。

2.2 DS18B20數字溫度傳感器主要技術參數

DS18B20具有多點溫度采集功能，而且傳感器價格便宜，抗干擾能力強，十分適合堆料發酵的惡劣工作環境的現場測溫[4]。

1） 測量溫度范圍為-55℃～125℃，溫控精度±0.5℃；而且支持多點組網功能，由多個DS18B20并聯在單線上即可實現多點測溫。

2）供電為數據線供電，不用借助外部電源即可獲取電力；即使電源極性反接，傳感器溫度計也不會因為發熱而燒毀。

3）設置有自動報警電路，當采集溫度超過設定值時，可以實現自動報警、自動響應；并且包含有帶電可擦可編程只讀存儲器EEPROM (electrically erasable programmable read only memory，EEPROM)，在系統掉電以后，仍可保存分辨率及報警溫度的設定值，具有掉電保護功能。

2.3 溫控數據采集系統的設計與開發

料堆的溫控數據采集系統采用的硬件開發設備主要有單片機、NB擴展板；軟件系統有NB-IoT模擬器、IoT Studio集成開發工具；在華為公用云、Windows 7操作系統下進行采集系統開發設計和在線調試。

1）在華為云開發中心創建溫控數據采集系統項目，定義Profile、新建溫度控制服務和溫度傳感器服務并設置相應的屬性。

2） 編解碼插件開發，通過添加消息Report_Sensor來實現溫度數據的上報，添加消息Set_Temp實現溫度數據的下發。

3）將設備模型和編解碼插件關聯起來。

4）新增溫度傳感器，設備標識使用NB-IoT的IMEI號可以直接在擴展模塊上查看，或者連接擴展板。

2.4 溫度采集與控制軟件的開發

1） 構建應用名稱newsoft，勾選基礎功能模塊中的設備注冊、設備列表和規則。

2） 創建成功后編輯溫控應用。新建自定義頁面，菜單名稱為食用菌培養料發酵溫控系統，實現開發板上報數據和對開發板下發命令的功能。拖動選擇的溫度傳感器，對傳感器屬性（配置面板中添加創建時間和狀態的顯示）；傳感器監控（修改名稱為溫度監控，并關聯到在華為云開發中心創建溫控數據采集系統項目profile中，對應的服務和發生分別是sensor服務和luminance屬性）；命令下發（修改名稱為溫控開關，并關聯到profile中的溫控服務中的Set_Temp命令）；再次拖動一個設備監控組件到溫控管理頁面（修改名稱為溫度變化，顯示類型為圖表類型，再次關聯到profile中的sensor服務中的luminance屬性）。保存編輯后完成溫控應用創建。

3）調試測試應用。注冊設備，先刪除產品開發中調測的同IMEI號的設備。發送AT指令將設備入網，NB-IoT入網常用AT指令。通過串口助手給模組發指令完成模組重啟、模組附著網絡、查詢信號質量等指令。重啟模塊發送指令為AT+NRB，模塊返回程序如下。

觀察模塊返回結果，當查詢模塊射頻功能狀態指令、開啟射頻功能指令、查詢模塊信號強度指令、查詢網絡是否激活指令、查詢網絡是否注冊指令、查詢當前網絡連接狀態指令均返回“OK”時，表明完成設備的注冊。下發命令觀察開發板燈是否能夠正常點亮，點亮即表明調試測試應用正常。

4） 新建溫控規則。新建一條溫控規則Temp_ON，當溫度高于60℃時，報警提示，條件中添加行為，條件類型為設備類型，設備模型通過廠商名稱搜索。服務類型為sensor，設置觸發條件為溫度高于60℃，在動作中添加行為，選擇設備模型，設置動作為報警提示進行翻堆，同時下發提示燈打開命令。再新建一條規則Temp_OFF，當溫度低于60℃時，設備模型與上一條規則保持一致，再添加動作，設備類型同上動作為OFF。同時下發提示燈關閉命令。從而完成溫控的報警功能。

3 數據挖掘的知識推理技術

食用菌培養料發酵過程中的溫度、濕度、pH、氧氣含量等數據需要采集，可以科學控制食用菌培養料發酵過程，提高發酵的質量和效率。通過對這些數據的分析，還可以得到一些隱含的信息。如對培養料發酵過程中溫度、濕度信息的分析，得到某一地區對一些食用菌培養料發酵原材料使用上的偏好。數據挖掘過程一般需要通過知識推理技術來實現[5]，目前主要的推理方式有3種類型。

1）基于知識的推理：根據已經掌握的事實推導出新的事實的推理過程。目前的食用菌共享信息基本上都是基于已知知識進行推理，已知的事實對應于共享數據庫中的知識數據庫。如某一地區的食用菌培養料發酵過程中，即使采用了同一個配方，培養料發酵過程中采集的pH數據總是低于正常值。因此推斷，該地區可能有影響pH的因素，再根據已知的配方加入材料和當地的地下水流域和分布數據，推測pH過低的原因是水質問題，即拌料使用的水pH過低引起培養料發酵pH過低。

2）基于數據統計的推理：對已經有的大量特征數據進行統計，得出隱含信息的特征結論，從而得將隱含信息轉化為共享的顯式信息。如統計某個省食用菌培養料生產企業每年的產量和用量，根據統計的數據確定當年食用菌的品種和產量，并找出產量降低與培養料生產的關系。

3）基于常識的直覺推理：根據自身已知的常識進行思考推理的過程。如當看到料堆發酵過程溫度過高時，馬上就會想到進行翻堆，從而可以保證發酵料維持溫度的時間；并尋找溫度上升的關鍵原因，或者根據直覺或經驗判斷影響溫度升高的因素是什么。這種推理一方面是基于經驗和常識，另外也是一種自然的反應動作，但在計算機決策支持系統中實現比較困難。

4 結論

食用菌培養料發酵過程涉及的溫度、濕度、pH、氧氣含量等數據。通過數據挖掘技術可以幫助食用菌專家學者和決策層獲取更多的潛在有用信息，掌握更多的科學知識，控制培養料發酵過程，提高發酵的質量和效率。對發酵過程中的溫度數據進行采集和控制，實現了料堆溫度的自動報警功能。后期還需要對其它數據進行采集分析，進一步提高培養料發酵過程的自動化控制，以期推動食用菌產業的可持續發展。