智能值守系統在蟹味菇工廠化栽培中的應用研究*

潘 輝 趙 靜 查 磊 李正鵬 邵 峰

（1. 上海光明森源生物科技有限公司，上海 奉賢 201408；2. 上海市農業科學院食用菌研究所，上海 奉賢 201403；3. 上海壟上信息技術有限公司，上海 青浦 201708）

近年來，我國食用菌產業發展迅速，多個品類的食用菌已實現工廠化生產，如金針菇、真姬菇（包括蟹味菇、白玉菇、海鮮菇）、杏鮑菇、灰樹花、鹿茸菇、香菇、雙孢蘑菇等。雖然目前工廠化生產的大部分工序已實現了機械化、自動化，但在接種后的培養階段仍需要技術員在現場巡查，并根據菌菇的長勢和設備運行情況調整控制系統的參數，以利菌菇在合適的環境條件下生長，故而食用菌產品的質量穩定性取決于技術人員的經驗和責任心。隨著消費者對農產品品質、安全性需求的增強，生產者也迫切需要生產效率高、產量和品質管控精準、作業標準、能耗低的智能管理系統，以實現菌菇生產管理的集中化和標準化。

提高食用菌工廠的信息技術水平是實現食用菌產業高產值、高效益、高集約化的有效途徑［1-2］。智能值守系統是一種通過平臺技術、網絡通信技術、自動化技術、手自一體技術實現集約化管理的現代化自動控制系統，具有多用戶、多端口、分權限管理等特點，其統一的管控策略可實現標準化高效操作，自動控制匹配實時反饋、實時采集、實時聯動，實現平臺、PC端、移動端、現場以及人為干預操作的實時同步，從而達到無人工或少人工操作、作業標準且高效、管理精準的目的［3-4］。

菌菇智能值守系統主要以育菌、出菇2個生產主過程的環境精準化管控為目標，通過傳感器實現實時監測，并聯動通風、調溫、調濕等設備，根據菌菇對生產環境的需求實現自動化管理，同時優化能耗管理，實現生產過程大數據管理的精準化、數字化、集中化。菌菇智能值守系統對食用菌工廠化生產實現優質高效、提高食用菌的出菇率和產量、減少人工成本、降低菌菇畸形率具有重要作用。

目前，蟹味菇工廠化生產的自動化操作系統仍以現場單間菇房控制模式為主，對技術人員的責任心和技術水平要求較高，不利于蟹味菇工廠化生產的智能化、標準化管理。鑒于此，我們引進智能值守系統開展蟹味菇生產試驗，以期提高蟹味菇的工廠化生產管理水平，現將試驗結果總結如下。

1 智能值守系統簡介

1.1 智能值守系統的構建

智能值守系統的構建見圖1。

圖1 智能值守系統的構建

傳感器在智能值守系統中扮演著重要角色，主要負責采集室內外的空氣溫濕度、出水和回水的水溫、混合氣體溫度、室內二氧化碳濃度等數據。傳感器通過RS485總線與控制主機連接，主機以毫秒級速度采集數據，以實時調控通風、加濕、光照、溫控設備，并通過網絡將所有設備的狀態及傳感器數據實時同步傳到用戶端。

1.2 智能值守系統的操作步驟

智能值守房間的參數可以通過手機端遠程下發，下發后的任務會保存在控制主機中，主機實時運行最新保存的自動化任務。具體操作步驟如下（見圖2）。（1）打開手機端食用菌智能值守小程序，進入“條件任務”項目（見圖2a）。（2）在“條件任務”界面設置周期和開始時間，然后設置每天各項參數，設置完成后提交保存，系統會按照設定的程序運行（見圖2b）。（3）管理人員在主界面上可以隨時查看各項環境參數實時數據及各種設備的運行狀態（見圖2c）。（4）在主界面選擇“傳感數據”，可以查看周期內的環境參數記錄圖，便于統計分析（圖2d）。管理人員還可在主界面選擇“視頻監控”，查看房間內菌菇的生長情況，選擇“操作日志”進行工作記錄。操作靈活便捷。

圖2 智能值守系統的操作步驟

2 材料與方法

2.1 試驗材料

供試材料為蟹味菇栽培菌瓶（850 mL），由上海光明森源生物科技有限公司按蟹味菇工廠化生產流程制備。

2.2 試驗設計

試驗設智能值守系統和傳統人工值守2個處理，以傳統人工值守為對照（ck）。接種后，將蟹味菇菌瓶置于23～25 ℃恒溫條件下培養85 d。分別將培養成熟的蟹味菇菌瓶經自動化搔菌后搬入智能值守系統出菇房和傳統人工值守出菇房（ck）。智能值守系統的調控方案見表1，傳統人工值守出菇房（ck）由技術成熟的調控人員管理。記錄蟹味菇各出菇關鍵時期的重要指標，試驗數據采用SPSS 13.0進行統計分析。

表1 利用智能值守系統生產蟹味菇的調控方案

利用智能值守系統生產蟹味菇的調控方案見表1。

3 結果與分析

3.1 智能值守系統對蟹味菇環境參數的控制能力分析

3.1.1 智能值守系統對菇房溫度的控制能力分析

各處理的溫度點位差值變化和溫度誤差變化見圖3。

圖3 各處理的溫度點位差值變化和溫度誤差變化

在兩處理的菇房分別設置了上、中、下3個監測點，3個監測點溫度的差值變化及監測溫度與設定溫度的差值變化見圖3。由圖3可以看出，智能值守系統出菇房各監測點溫度差的波動明顯小于傳統人工值守出菇房（ck），智能值守系統出菇房監測點的溫度與設定值的差值也低于傳統人工值守出菇房（ck），說明智能值守系統對溫度的控制能力較精確，且優于傳統人工值守（ck）。

3.1.2 智能值守系統對菇房內CO2濃度的控制能力分析

各處理的CO2濃度點位差異變化見圖4。

圖4 各處理的CO2濃度點位差異變化

由圖4可以看出，智能值守系統出菇房內CO2濃度差值的波動明顯小于傳統人工值守出菇房（ck），說明智能值守系統對菇房內CO2濃度的控制能力優于傳統人工值守（ck）。

3.2 智能值守系統對蟹味菇出菇周期主要農藝性狀的影響

智能值守系統對蟹味菇出菇周期主要農藝性狀的影響見表2。

表2 智能值守系統對蟹味菇出菇周期主要農藝性狀的影響

由表2 可知，在蟹味菇各生育關鍵期，智能值守系統處理蟹味菇的各項生長指標均優于傳統人工值守（ck）。其中，智能值守系統處理蟹味菇的產量為243.2 g/瓶、較傳統人工值守（ck）增加15.9 g/瓶，產品等級率（A、B、C 級）為99%、較傳統人工值守（ck）提高9%，采收期較傳統人工值守（ck）提前1 d。由此看來，利用智能值守系統生產蟹味菇不僅可提高菌菇的產量和品質，還可節約一定的能耗。

3.3 智能值守系統調控方案的細化和優化

智能值守系統在蟹味菇生產過程中多次運行后，形成了一整套相對固定且可以重復的調控方案（見表3）。后續每次生產，管理人員可提前確定系統調控方案，然后讓其自動運行（在個別需要調整時期再進行微調），在菌菇整個生育周期管理人員只需關注設備運行是否穩定即可，省時省力。

表3 蟹味菇生產智能值守系統調控的優化方案

4 小結

試驗結果表明，智能值守系統出菇房各監測點溫度差的波動、溫度與設定值的差值明顯小于傳統人工值守出菇房（ck），說明智能值守系統對溫度的控制能力較精準，優于傳統人工值守（ck）；智能值守系統出菇房內CO2濃度差值的波動明顯小于傳統人工值守出菇房（ck），說明智能值守系統對菇房內CO2濃度的控制能力優于傳統人工值守（ck）；在蟹味菇各生育關鍵期，智能值守系統處理蟹味菇的各項生長指標均優于傳統人工值守（ck），其中智能值守系統處理蟹味菇的產量為243.2 g/瓶、較傳統人工值守（ck）增加15.9 g/瓶，產品等級率（A、B、C級）為99%、較傳統人工值守（ck）提高9%，采收期較傳統人工值守（ck）提前1 d。

試驗結果還表明，利用智能值守系統生產蟹味菇，既能提高菌菇的產量和品質，還能節約一定的能耗，且智能值守系統操作便捷，管理人員每日根據蟹味菇的生長情況在手機端進行參數設置即可，系統能根據氣溫高低快速、精準地調節環境濕度。

另外，智能值守系統能根據大量菌菇生長階段的照片和環境參數不斷迭代學習，形成每個菇房的調控方案與建議。后期，我們將重點研究當菇房環境與系統設置出現較大偏差時，智能值守系統如何做到及時報警提示。