智能值守系统在蟹味菇工厂化栽培中的应用研究*

潘 辉 赵 静 查 磊 李正鹏 邵 峰

（1. 上海光明森源生物科技有限公司，上海 奉贤 201408；2. 上海市农业科学院食用菌研究所，上海 奉贤 201403；3. 上海垄上信息技术有限公司，上海 青浦 201708）

近年来，我国食用菌产业发展迅速，多个品类的食用菌已实现工厂化生产，如金针菇、真姬菇（包括蟹味菇、白玉菇、海鲜菇）、杏鲍菇、灰树花、鹿茸菇、香菇、双孢蘑菇等。虽然目前工厂化生产的大部分工序已实现了机械化、自动化，但在接种后的培养阶段仍需要技术员在现场巡查，并根据菌菇的长势和设备运行情况调整控制系统的参数，以利菌菇在合适的环境条件下生长，故而食用菌产品的质量稳定性取决于技术人员的经验和责任心。随着消费者对农产品品质、安全性需求的增强，生产者也迫切需要生产效率高、产量和品质管控精准、作业标准、能耗低的智能管理系统，以实现菌菇生产管理的集中化和标准化。

提高食用菌工厂的信息技术水平是实现食用菌产业高产值、高效益、高集约化的有效途径［1-2］。智能值守系统是一种通过平台技术、网络通信技术、自动化技术、手自一体技术实现集约化管理的现代化自动控制系统，具有多用户、多端口、分权限管理等特点，其统一的管控策略可实现标准化高效操作，自动控制匹配实时反馈、实时采集、实时联动，实现平台、PC端、移动端、现场以及人为干预操作的实时同步，从而达到无人工或少人工操作、作业标准且高效、管理精准的目的［3-4］。

菌菇智能值守系统主要以育菌、出菇2个生产主过程的环境精准化管控为目标，通过传感器实现实时监测，并联动通风、调温、调湿等设备，根据菌菇对生产环境的需求实现自动化管理，同时优化能耗管理，实现生产过程大数据管理的精准化、数字化、集中化。菌菇智能值守系统对食用菌工厂化生产实现优质高效、提高食用菌的出菇率和产量、减少人工成本、降低菌菇畸形率具有重要作用。

目前，蟹味菇工厂化生产的自动化操作系统仍以现场单间菇房控制模式为主，对技术人员的责任心和技术水平要求较高，不利于蟹味菇工厂化生产的智能化、标准化管理。鉴于此，我们引进智能值守系统开展蟹味菇生产试验，以期提高蟹味菇的工厂化生产管理水平，现将试验结果总结如下。

1 智能值守系统简介

1.1 智能值守系统的构建

智能值守系统的构建见图1。

图1 智能值守系统的构建

传感器在智能值守系统中扮演着重要角色，主要负责采集室内外的空气温湿度、出水和回水的水温、混合气体温度、室内二氧化碳浓度等数据。传感器通过RS485总线与控制主机连接，主机以毫秒级速度采集数据，以实时调控通风、加湿、光照、温控设备，并通过网络将所有设备的状态及传感器数据实时同步传到用户端。

1.2 智能值守系统的操作步骤

智能值守房间的参数可以通过手机端远程下发，下发后的任务会保存在控制主机中，主机实时运行最新保存的自动化任务。具体操作步骤如下（见图2）。（1）打开手机端食用菌智能值守小程序，进入“条件任务”项目（见图2a）。（2）在“条件任务”界面设置周期和开始时间，然后设置每天各项参数，设置完成后提交保存，系统会按照设定的程序运行（见图2b）。（3）管理人员在主界面上可以随时查看各项环境参数实时数据及各种设备的运行状态（见图2c）。（4）在主界面选择“传感数据”，可以查看周期内的环境参数记录图，便于统计分析（图2d）。管理人员还可在主界面选择“视频监控”，查看房间内菌菇的生长情况，选择“操作日志”进行工作记录。操作灵活便捷。

图2 智能值守系统的操作步骤

2 材料与方法

2.1 试验材料

供试材料为蟹味菇栽培菌瓶（850 mL），由上海光明森源生物科技有限公司按蟹味菇工厂化生产流程制备。

2.2 试验设计

试验设智能值守系统和传统人工值守2个处理，以传统人工值守为对照（ck）。接种后，将蟹味菇菌瓶置于23～25 ℃恒温条件下培养85 d。分别将培养成熟的蟹味菇菌瓶经自动化搔菌后搬入智能值守系统出菇房和传统人工值守出菇房（ck）。智能值守系统的调控方案见表1，传统人工值守出菇房（ck）由技术成熟的调控人员管理。记录蟹味菇各出菇关键时期的重要指标，试验数据采用SPSS 13.0进行统计分析。

表1 利用智能值守系统生产蟹味菇的调控方案

利用智能值守系统生产蟹味菇的调控方案见表1。

3 结果与分析

3.1 智能值守系统对蟹味菇环境参数的控制能力分析

3.1.1 智能值守系统对菇房温度的控制能力分析

各处理的温度点位差值变化和温度误差变化见图3。

图3 各处理的温度点位差值变化和温度误差变化

在两处理的菇房分别设置了上、中、下3个监测点，3个监测点温度的差值变化及监测温度与设定温度的差值变化见图3。由图3可以看出，智能值守系统出菇房各监测点温度差的波动明显小于传统人工值守出菇房（ck），智能值守系统出菇房监测点的温度与设定值的差值也低于传统人工值守出菇房（ck），说明智能值守系统对温度的控制能力较精确，且优于传统人工值守（ck）。

3.1.2 智能值守系统对菇房内CO2浓度的控制能力分析

各处理的CO2浓度点位差异变化见图4。

图4 各处理的CO2浓度点位差异变化

由图4可以看出，智能值守系统出菇房内CO2浓度差值的波动明显小于传统人工值守出菇房（ck），说明智能值守系统对菇房内CO2浓度的控制能力优于传统人工值守（ck）。

3.2 智能值守系统对蟹味菇出菇周期主要农艺性状的影响

智能值守系统对蟹味菇出菇周期主要农艺性状的影响见表2。

表2 智能值守系统对蟹味菇出菇周期主要农艺性状的影响

由表2 可知，在蟹味菇各生育关键期，智能值守系统处理蟹味菇的各项生长指标均优于传统人工值守（ck）。其中，智能值守系统处理蟹味菇的产量为243.2 g/瓶、较传统人工值守（ck）增加15.9 g/瓶，产品等级率（A、B、C 级）为99%、较传统人工值守（ck）提高9%，采收期较传统人工值守（ck）提前1 d。由此看来，利用智能值守系统生产蟹味菇不仅可提高菌菇的产量和品质，还可节约一定的能耗。

3.3 智能值守系统调控方案的细化和优化

智能值守系统在蟹味菇生产过程中多次运行后，形成了一整套相对固定且可以重复的调控方案（见表3）。后续每次生产，管理人员可提前确定系统调控方案，然后让其自动运行（在个别需要调整时期再进行微调），在菌菇整个生育周期管理人员只需关注设备运行是否稳定即可，省时省力。

表3 蟹味菇生产智能值守系统调控的优化方案

4 小结

试验结果表明，智能值守系统出菇房各监测点温度差的波动、温度与设定值的差值明显小于传统人工值守出菇房（ck），说明智能值守系统对温度的控制能力较精准，优于传统人工值守（ck）；智能值守系统出菇房内CO2浓度差值的波动明显小于传统人工值守出菇房（ck），说明智能值守系统对菇房内CO2浓度的控制能力优于传统人工值守（ck）；在蟹味菇各生育关键期，智能值守系统处理蟹味菇的各项生长指标均优于传统人工值守（ck），其中智能值守系统处理蟹味菇的产量为243.2 g/瓶、较传统人工值守（ck）增加15.9 g/瓶，产品等级率（A、B、C级）为99%、较传统人工值守（ck）提高9%，采收期较传统人工值守（ck）提前1 d。

试验结果还表明，利用智能值守系统生产蟹味菇，既能提高菌菇的产量和品质，还能节约一定的能耗，且智能值守系统操作便捷，管理人员每日根据蟹味菇的生长情况在手机端进行参数设置即可，系统能根据气温高低快速、精准地调节环境湿度。

另外，智能值守系统能根据大量菌菇生长阶段的照片和环境参数不断迭代学习，形成每个菇房的调控方案与建议。后期，我们将重点研究当菇房环境与系统设置出现较大偏差时，智能值守系统如何做到及时报警提示。