食用菌菇房物联网系统组成与设备选型分析

蔡杰+杨立新+徐红星

摘要：结合湖北食用菌菇房室内环境需求，提出了食用菌菇房物联网系统建设方案，分析了系统组成与功能特色，并对系统设备组件性能要求进行了剖析。结果表明：该物联网系统系统能实现菌菇房环境智能控制，使菌菇房内环境始终保持在食用菌最佳生长环境状态。

关键词：食用菌；物联网；设备选型

中图分类号：S646

文献标识码：A文章编号：16749944（2017）21007402

1食用菌生长环境需求

食用菌分为菌丝体生长阶段和子实体生长阶段两个过程，不同品种、不同生长阶段对温湿度、氧气（二氧化碳）浓度、光照度等要求不同。食用菌生长环境总体要求是：适宜的温湿度、通气好、散射光照、适宜的酸碱度，具体要求如下。

1.1温度

温度的高低影响发菌的时间、出菇的时间和质量，因此温度决定着生产的成败和经济效益。一般菌丝体生长阶段温度要求较高，为20～26 ℃，子实体生长阶段要求的温度较低，一般为13～18 ℃。

1.2湿度

湿度可表现为栽培基料的含水量，一般为55%～60%，即干料与水的比例为1∶1.2～1.5。在发菌和出菇阶段，湿度主要是指空气的相对湿度，发菌期要求湿度在70%左右，出菇期要求在85%～95%，但不能低于65%，否则会影响子实体的形成，但如果湿度高于95%，就容易导致病害的发生。

1.3氧气（二氧化碳）含量

食用菌是异养型真核生物，它靠消耗氧气来分解栽培料中的有机质，以获取其生长所需要的营养物质；同时分解有机物质时会产生有害的二氧化碳。栽培管理时的通风换气既可满足食用菌对氧气的需要，又可排放代谢废物二氧化碳。食用菌菌丝对二氧化碳的耐受力较强，但出菇阶段如二氧化碳浓度过高的话就会影响子实体的发育，造成畸形菇。

1.4光照

多数食用菌菌丝体生长阶段，不需要光，弱光也无不良反应，强光则影响菌丝体生长。在子实体阶段则需要一定的散射光，不需要直射光。

1.5pH值

大多数食用菌喜欢偏酸环境。菌丝生长适宜的pH值为5～5.5，如大于7时则菌丝生长缓慢，大于8时则几乎停止生长（但草菇除外）。

2菌菇房物联网建设目标

建成一套实用、稳定、可靠、易安装维护、可扩展性强的菌菇房环境智能控制系统，满足菌菇房日常环境管理需要。当环境参数超出设定范围时，系统能自动启动相应环境调节设备而不需人为操作，达到智能控制环境目的，让菌菇房内环境参数始终保持在最佳生长环境状态，最大限度地减少生产质量事故的发生。

3菌菇房物联网系统组成与功能

菌菇房智能环境控制系统由环境信息传输子系统、环境智能控制子系统、监控管理平台子系统组成（表1）。其中环境信息传输子系统通过运用有线或无线通信技术与嵌入式测控技术，实现各监测环境参数的实时采集与传输。环境智能控制子系统通过所监测环境参数变化情况实现自动化、智能化和节能等综合环境控制。监控管理平台子系统实现对采集到环境信息的存储、分析与管理，系统主要实现如下功能。

3.1环境数据实时采集与传送

各类环境传感器能对菌菇房内温湿度、二氧化碳含量、光照、pH值等环境数据进行实时采集，并通过传输线路传送到环境监控主机或菌菇房管理者手机上，管理人员通过电脑、手机实时查看菌菇房内各项环境参数。

3.2异常信息报警

当监测的环境参数超过设定的临界值或范围时，系统能够通过控制器进行声光报警，同时采取短信方式，向至少3名指定人员发送报警信息。

3.3环境智能控制

当监测的环境参数超过设定的临界值或范围时，控制器能自动开启或关闭其所连接的环境调节设备（风机、增氧泵、湿帘等设备），当参数值回到指定范围，该动作自动关闭。

3.4远程查看与管理

管理人员能通过电脑、手机，远程登陆软件平台或手机app，实时查看菌菇房内各项环境参数，并管理其中环境调节设备。

4设备选型

4.1环境传感器

4.1.1温湿度传感器

可选用基于RS485总线技术工业、MODBUS-RTU协议，开发的低成本温湿度状态在线监测的实用型一体化传感器。例如，HV-SA-2HT型号温湿度传感器，可实现多点同时监测，组网并远传，适用于各种场所，尤其适用于农业大棚、城市照明等场所。支持二次开发，用户只需根据通讯协议即可使用任何串口通讯软件实现传感器数据的查询和设置。

4.1.2气体传感器

据调研，目前纯国产的气体传感器普遍存在测量数据精准度不高，使用时间一长容易产生数据漂移，需要重新校正等问题。建议可选用内置核心部分为进口品牌的国产传感器，注意要适用于高湿度环境，不受其他气体干扰，具备自动温度、湿度补偿、零点、满量程漂移补偿功能。

4.1.3光照度传感器、pH值传感器

可选用内置核心部分为进口品牌的国产传感器，注意要适用于高湿度环境，不受其他气体干扰，具备自动温度、湿度补偿、零点、满量程漂移补偿功能。

4.2环境控制器

采用模块化设计，硬件结构由可编程控制器、继电器、交流接触器等配电装置组成，传感器将物理参量转换为电压并完成信号的调理，再送入模块转换器，由下位单片机读取，单片机将数据通过485总线送给上位机，上位机设有显示功能，根据预先设置的参数决定要采取的措施，并将信息传给下位机，由下位机控制执行装置，也可以手机远程控制。

4.3数据采集传输设备

4.3.1数据通信控制器

可选用工业级RS232/485和TCP/IP之间协议转化器。该串口服务器可以方便地使得串口设备连接到以太网和Internet，实现串口设备的网络化管理。和同类产品相比，其显著特点是稳定性（可以全双工、不间断发送大批量数据而不丢失一字节）和适中的价格。

4.3.2远程网络数据传输器

可选用工业级RS232/485和TCP/IP之间协议转化器。该串口服务器可以方便地使得串口设备连接到以太网和Internet，实现串口设备的网络化管理。和同类产品相比，其显著特点是稳定性（可以全双工、不间断发送大批量数据而不丢失一字节）和适中的价格。

4.4系统软件和手机app

目前，湖北省科技信息研究院已組织开发省级农业物联网云服务平台及手机app，该平台适配性强，只需将所选传感器、控制器与平台进行数据接口开放对接即可使用。

参考文献：

[1] 王志国.基于PLC的智能温室环境控制系统设计[J].哈尔滨师范大学自然科学学报，2013（9）.

[2] 高智富.温室环境控制技术的现状及发展趋势[J].中国市场，2017（35）：106～108.

[3] 王俊杰.传感器与检测技术[M].北京：清华大学出版社，2011.endprint