食用菌栽培環(huán)境智能監(jiān)測預(yù)警技術(shù)系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)分析

高 虎

（?？谕胸悩房萍加邢挢?zé)任公司，海南 海口 570100）

經(jīng)過科研人員的大量實(shí)驗(yàn)?zāi)M以及實(shí)踐探索，相關(guān)人員順應(yīng)時代發(fā)展的潮流，構(gòu)建了一種科學(xué)完整的食用菌栽培環(huán)境智能監(jiān)測預(yù)警處理系統(tǒng)，通過緊密聯(lián)系環(huán)境因子傳感器、信息采集與傳輸結(jié)構(gòu)、云服務(wù)平臺及遠(yuǎn)程終端處理系統(tǒng)后，可以實(shí)時了解食用菌栽培狀態(tài)以及生長情況，為后期食用菌栽培處理工作的提高奠定了夯實(shí)的基礎(chǔ)。

1 食用菌栽培環(huán)境因素

1.1 溫度

在食用菌生長發(fā)育期間溫度是最主要的環(huán)境影響因子，而且菇房空氣溫度很容易給菌絲生長速度帶來一定的影響，從某種程度上來看這還會關(guān)系到生長速度以及子實(shí)體的數(shù)量與質(zhì)量。中國已知的食用菌有350多種，分別生活在不同的地區(qū)和生態(tài)環(huán)境中，而且食用菌在各生長階段對溫度要求也不同。

這就需要根據(jù)菌種的不同，生長階段的不同，及時采集監(jiān)控菇房內(nèi)外的溫度，觸發(fā)設(shè)備調(diào)節(jié)菇房內(nèi)的溫度，除此之外還要檢測采集菌棒內(nèi)部的溫度，避免菌絲生長期的燒菌和子實(shí)體發(fā)育期的發(fā)育不良。使其實(shí)現(xiàn)菇農(nóng)對食用菌智能栽培數(shù)據(jù)化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理。

1.2 濕度

水分是食用菌最重要組成部分，食用菌的各個生長階段對濕度要求是不同的。所以要根據(jù)菌種的差異和不同的生長階段，及時采集和控制菇房內(nèi)的濕度。必要時可以采用超聲波加潮汐式這樣的復(fù)合式控制濕度的辦法，控制好菇房的溫度是菇農(nóng)實(shí)現(xiàn)增長增收效率提升的關(guān)鍵。

1.3 空氣濃度

不同的食用菌品種，在其各個生長期需要不同的空氣濃度，或者菇農(nóng)為了培養(yǎng)特色品種也要調(diào)節(jié)空氣中的濃度?？諝鉂舛戎饕茄鯕夂投趸嫉谋戎?。這就要求空氣傳感器能及時根據(jù)菌種采集菇房內(nèi)的數(shù)據(jù)，通風(fēng)裝置及時調(diào)節(jié)菇房內(nèi)部的空氣濃度。

1.4 光照

不同的菌種在不同的生長階段需要的光照強(qiáng)度也不一樣。通過光照傳感器采集菇房的光照強(qiáng)度，云端控制光照的時長和強(qiáng)度。

2 蘑菇栽培環(huán)境監(jiān)測辦法

2.1 監(jiān)測對象

一般情況下，在實(shí)際的食用菌栽培監(jiān)測過程中，管理人員應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注食用菌栽培環(huán)境中的空氣濕度、空氣溫度、空氣濃度、光照以及基質(zhì)溫度等影響因素，在充分關(guān)注其具體的栽培特性后，應(yīng)深入蘑菇栽培基層內(nèi)部，通過實(shí)地調(diào)查等方式來收集食用菌栽培監(jiān)測的基本數(shù)據(jù)信息，進(jìn)而可以對食用菌栽培工作管理創(chuàng)造諸多有利條件。

2.2 監(jiān)測頻率和具體范圍

據(jù)有關(guān)資料顯示，此處以福建省漳州市某蘑菇栽培中心為主要研究對象，蘑菇栽培為一個長度6 m、寬度為3 m及肩高為2.5 m的空間結(jié)構(gòu)，每個蘑菇房的實(shí)際栽培棒數(shù)最多能達(dá)到1 500棒左右，為了及時獲取食用菌栽培環(huán)境的監(jiān)測信息，管理人員結(jié)合實(shí)際的情況建立7個蘑菇房環(huán)境監(jiān)測點(diǎn)來記錄相關(guān)的溫度、濕度等數(shù)據(jù)變化，對每次監(jiān)測數(shù)據(jù)信息進(jìn)行妥善分析后，得出不同菌種在不同生長階段所需要的具體數(shù)據(jù)。

3 食用菌栽培環(huán)境智能調(diào)控的系統(tǒng)設(shè)計

為了滿足食用菌栽培環(huán)境智能監(jiān)測技術(shù)工作的順利開展，工作人員采用智能監(jiān)測方法并和預(yù)警處理技術(shù)相結(jié)合后，在大數(shù)據(jù)時代背景下，利用互聯(lián)網(wǎng)處理系統(tǒng)對食用菌栽培環(huán)境進(jìn)行全方位的管控，在規(guī)范的監(jiān)測操作下，為食用菌養(yǎng)殖人員提供相對準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息，同時，部分食用菌栽培專家還在綜合運(yùn)營云平臺處理系統(tǒng)后，通過官網(wǎng)、微信公眾號以及內(nèi)部交流群向食用菌栽培人員提供大量的技術(shù)指導(dǎo)和支持。具體的食用菌栽培環(huán)境智能監(jiān)測預(yù)警技術(shù)結(jié)構(gòu)分析圖如圖1所示[1]。

圖1 食用菌栽培環(huán)境智能監(jiān)測調(diào)控技術(shù)結(jié)構(gòu)分析圖

4 硬件子系統(tǒng)的配置與優(yōu)化策略

4.1 選擇合理的溫度傳感器和濕度傳感器

相關(guān)人員應(yīng)投入適當(dāng)?shù)慕ㄔO(shè)資金，采購密封性能最佳、傳導(dǎo)性較好的溫度傳感器，在統(tǒng)一的封裝操作處理下與NTC熱敏電阻傳感器緊密連接，在妥善操作處理下，對食用菌環(huán)境的具體數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測，還能進(jìn)一步得出栽培基質(zhì)中的實(shí)際溫度，與此同時，還要提高對溫度傳感器基礎(chǔ)作用的重視度，充分利用NTC熱敏電阻，把溫度變化轉(zhuǎn)化為電壓變化，并借助放大器等基礎(chǔ)設(shè)備來實(shí)現(xiàn)AD信號向數(shù)字信號的轉(zhuǎn)化，繼而通過一定的方式進(jìn)行主機(jī)架構(gòu)的數(shù)據(jù)傳輸，在此過程中，應(yīng)使用圓柱形金屬網(wǎng)膜傳感器來使得大量空氣可以平穩(wěn)進(jìn)入。近年來，市面上較為常見的空氣濕度傳感器大多數(shù)為霍尼韋爾型，設(shè)計人員經(jīng)過激光微調(diào)操作處理，確保空氣濕度信息相對準(zhǔn)確，當(dāng)然，空氣傳感器工作原理類似于溫度傳感器的工作機(jī)理，主要以模擬量型為主，在AD轉(zhuǎn)換后進(jìn)行遠(yuǎn)程傳遞，科研人員經(jīng)過不斷完善和改進(jìn)，最后加強(qiáng)對轉(zhuǎn)換算法的應(yīng)用，進(jìn)而不斷地提高監(jiān)測數(shù)據(jù)的真實(shí)性。但就溫度傳感器和濕度傳感器尤其要注意，將這兩者平穩(wěn)地放入百葉箱，避免由于噴霧加濕氣給內(nèi)部結(jié)構(gòu)帶來一定的影響[2]。

4.2 完善和優(yōu)化智能監(jiān)測報警主機(jī)架構(gòu)

每一個智能監(jiān)測與報警器都會存在一個惟一的ID識別號碼，可以進(jìn)行基礎(chǔ)的GPS定位，還在跟蹤管理工作和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用。通過對整體架構(gòu)進(jìn)行分析，SIM卡槽是主機(jī)的重要組成部分，數(shù)據(jù)處理人員通過2G、3G、4G網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)GMS短信通訊處理，在和4條線路的傳感器進(jìn)行連接后，形成一個完整的監(jiān)測處理系統(tǒng)，方便食用菌栽培人員使用。除此之外，還要合理運(yùn)用主機(jī)鳴器報警特點(diǎn)，可以在主機(jī)內(nèi)部加設(shè)2 200 mA的鋰電池進(jìn)行突發(fā)狀況的斷電操作設(shè)施，在保證持航可以達(dá)到6.5 h以上后，提升監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，同時，也可以為主機(jī)配設(shè)8.1 cm*6.6 cm的液晶顯示器[3]，從而能夠同時將監(jiān)測數(shù)據(jù)、記錄電池容量以及信號強(qiáng)度呈現(xiàn)[4]。

4.3 軟件子系統(tǒng)的開發(fā)

從菇農(nóng)的視角上來看只要加強(qiáng)對手機(jī)客戶端的應(yīng)用，一定程度上能實(shí)現(xiàn)蘑菇子栽培環(huán)境職能檢測預(yù)警，還能充分掌握菇農(nóng)的實(shí)際情況，便于及時地觀看，如果在線的話，APP產(chǎn)品圖標(biāo)顯示的顏色為綠色，如果不在線的話，APP產(chǎn)品圖標(biāo)的顏色為灰色；還能了解環(huán)境溫濕度情況，及時查看實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)信息，獲取監(jiān)測數(shù)據(jù)信息，便于更好地進(jìn)行蘑菇栽培管理，使其獲得良好的管理效果。最重要的一點(diǎn)是能了解歷史檢測數(shù)據(jù)，且經(jīng)過數(shù)據(jù)分析不斷提高食用菌栽培管理水平，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)化管理[5]。

電腦客戶端的信息系統(tǒng)設(shè)計具備一定功能，由于是傳感器校正功能，在確保傳感器具有良好穩(wěn)定性能下，傳感器能實(shí)現(xiàn)對相關(guān)參數(shù)設(shè)置，還能校正檢測數(shù)值。這在確保傳感器準(zhǔn)確性，不斷地延長使用壽命方面是最主要的一種方式[6]。

5 食用菌栽培環(huán)境智能預(yù)警與調(diào)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的技術(shù)方案

隨著農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不斷發(fā)展，逐步擴(kuò)大應(yīng)用的范圍，使一些功能變得更加成熟化，尤其是傳感檢測和信息采集、遠(yuǎn)程傳輸、平臺服務(wù)和數(shù)據(jù)分析功能。但對于一些先進(jìn)的食用菌控制系統(tǒng)進(jìn)行分析，其功能非常健全，價格高，在使用環(huán)境這方面具有較高的要求[7]。所以有必要加大開發(fā)力度，實(shí)現(xiàn)對食用菌栽培環(huán)境智能化監(jiān)測預(yù)警與調(diào)控系統(tǒng)的開發(fā)，且所開發(fā)出的系統(tǒng)不僅要更加簡便，還要穩(wěn)定實(shí)用，一定程度上促進(jìn)蘑菇更好地生產(chǎn)，不斷提高勞動生產(chǎn)效率，讓菇品的價值得以展現(xiàn)[8]。

環(huán)境因子傳感器和信息采集以及傳感模塊、遠(yuǎn)程終端作為食用菌栽培環(huán)境智能監(jiān)測預(yù)警與調(diào)控系統(tǒng)最主要的組成部分，不管是環(huán)境因子傳感器輸出端還是信息采集，將其型連接傳輸模塊，且通過云服務(wù)平臺將信息采集與傳輸模塊分別與控制模塊和遠(yuǎn)程終端連接，環(huán)境因子傳感器負(fù)責(zé)對環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)采集，信息采集與傳輸模塊針對環(huán)境因子傳感器采集的環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)匯總，能將其上傳到云服務(wù)平臺中，而且從工作人員的角度上來看經(jīng)過遠(yuǎn)程終端登陸元服務(wù)平臺，控制模塊接收主要來自云服務(wù)平臺的指令，控制模塊連接與現(xiàn)場的電氣設(shè)備，且在控制模塊的控制下，其電氣設(shè)備能對環(huán)境參數(shù)實(shí)現(xiàn)調(diào)控。

其中空氣溫度傳感器和栽培基質(zhì)溫度傳感器以及空氣濕度傳感器作為環(huán)境因子傳感器。

云服務(wù)平臺包括的模塊非常多，不僅有數(shù)據(jù)存儲模塊和數(shù)據(jù)查詢模塊以及數(shù)據(jù)處理，還有分析模塊和預(yù)警模塊以及遠(yuǎn)程操作指令發(fā)送模塊等；且對于數(shù)據(jù)存儲模塊進(jìn)行分析，除了可以在實(shí)時檢測數(shù)據(jù)和報警數(shù)據(jù)應(yīng)用之外，還可應(yīng)用在指令數(shù)據(jù)中；數(shù)據(jù)查詢模塊便于對實(shí)時數(shù)據(jù)查詢；數(shù)據(jù)處理與分析模塊在處理與分析數(shù)據(jù)中非常的適用；遠(yuǎn)程操作指令發(fā)送模塊環(huán)節(jié)結(jié)合環(huán)境參數(shù)設(shè)定的報警閾值智能觸發(fā)操作指令，電氣設(shè)備能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。用戶管理模塊設(shè)置非常多，尤其是普通用戶賬號和區(qū)域管理員賬號以及總管理員賬號，普通用戶賬號由蘑菇栽培人員登錄相應(yīng)的平臺實(shí)現(xiàn)對技術(shù)系統(tǒng)管理部署和管理，區(qū)域管理員賬號主要由區(qū)域管理員就區(qū)內(nèi)蘑菇栽培專業(yè)戶部署技術(shù)系統(tǒng)管理，實(shí)現(xiàn)集中管理。對于參數(shù)設(shè)置模塊進(jìn)行分析，不管是在修改基本信息還是在啟動與關(guān)閉傳感器這方面都非常的適用。

對以上技術(shù)方案進(jìn)行分析，結(jié)合食用菌栽培技術(shù)需求，既要加強(qiáng)對智能監(jiān)測的應(yīng)用還要緊密地融合預(yù)警與調(diào)控相結(jié)合的路線，并加強(qiáng)對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)對菇房相關(guān)溫度的在線監(jiān)測，尤其是菇房空氣溫度和培養(yǎng)基質(zhì)溫度與空氣濕度，再加上有了移動通信作為支持，促進(jìn)栽培戶更好地栽培食用菌使其對食用菌栽培各個過程管理，實(shí)現(xiàn)食用菌技術(shù)專業(yè)在技術(shù)這方面對栽培戶提供支持，而且農(nóng)業(yè)局經(jīng)過充分了解食用菌生產(chǎn)的實(shí)際情況，在其信息這方面促進(jìn)農(nóng)民和技術(shù)專家之間互動。且充分地應(yīng)用發(fā)明技術(shù)，一定程度上使得食用菌栽培環(huán)境得到改善，促進(jìn)食用菌更好地生產(chǎn)，不斷提高產(chǎn)量，還能避免給栽培戶帶來生產(chǎn)風(fēng)險，降低勞動力生產(chǎn)強(qiáng)度，促進(jìn)勞動力生產(chǎn)效率提高。食用菌栽培環(huán)境智能監(jiān)測預(yù)警與調(diào)控系統(tǒng)不僅有環(huán)境因子傳感器、信息采集與傳輸模塊、云服務(wù)平臺模塊，還有控制模塊以及遠(yuǎn)程終端，環(huán)境因子傳感器的輸出端和信息采集連接傳輸模塊。

6 結(jié)束語

總而言之，食用菌栽培環(huán)境智能監(jiān)測預(yù)警技術(shù)系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)會受到外界各種環(huán)境因素的影響，企業(yè)的管理部門應(yīng)做好相應(yīng)的統(tǒng)籌規(guī)劃，在統(tǒng)一環(huán)境智能監(jiān)測預(yù)警處理方法后，對工作人員進(jìn)行專業(yè)的技術(shù)指導(dǎo)，避免存在安全事故。