智能值守系統(tǒng)在蟹味菇工廠化栽培中的應(yīng)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(nóng)業(yè)科學(xué)院食用菌研究所，上海 奉賢 201403；3. 上海壟上信息技術(shù)有限公司，上海 青浦 201708）

近年來，我國食用菌產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，多個品類的食用菌已實(shí)現(xiàn)工廠化生產(chǎn)，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(chǎn)的大部分工序已實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化、自動化，但在接種后的培養(yǎng)階段仍需要技術(shù)員在現(xiàn)場巡查，并根據(jù)菌菇的長勢和設(shè)備運(yùn)行情況調(diào)整控制系統(tǒng)的參數(shù)，以利菌菇在合適的環(huán)境條件下生長，故而食用菌產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性取決于技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)和責(zé)任心。隨著消費(fèi)者對農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)、安全性需求的增強(qiáng)，生產(chǎn)者也迫切需要生產(chǎn)效率高、產(chǎn)量和品質(zhì)管控精準(zhǔn)、作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、能耗低的智能管理系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)菌菇生產(chǎn)管理的集中化和標(biāo)準(zhǔn)化。

提高食用菌工廠的信息技術(shù)水平是實(shí)現(xiàn)食用菌產(chǎn)業(yè)高產(chǎn)值、高效益、高集約化的有效途徑［1-2］。智能值守系統(tǒng)是一種通過平臺技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、自動化技術(shù)、手自一體技術(shù)實(shí)現(xiàn)集約化管理的現(xiàn)代化自動控制系統(tǒng)，具有多用戶、多端口、分權(quán)限管理等特點(diǎn)，其統(tǒng)一的管控策略可實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化高效操作，自動控制匹配實(shí)時反饋、實(shí)時采集、實(shí)時聯(lián)動，實(shí)現(xiàn)平臺、PC端、移動端、現(xiàn)場以及人為干預(yù)操作的實(shí)時同步，從而達(dá)到無人工或少人工操作、作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)且高效、管理精準(zhǔn)的目的［3-4］。

菌菇智能值守系統(tǒng)主要以育菌、出菇2個生產(chǎn)主過程的環(huán)境精準(zhǔn)化管控為目標(biāo)，通過傳感器實(shí)現(xiàn)實(shí)時監(jiān)測，并聯(lián)動通風(fēng)、調(diào)溫、調(diào)濕等設(shè)備，根據(jù)菌菇對生產(chǎn)環(huán)境的需求實(shí)現(xiàn)自動化管理，同時優(yōu)化能耗管理，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程大數(shù)據(jù)管理的精準(zhǔn)化、數(shù)字化、集中化。菌菇智能值守系統(tǒng)對食用菌工廠化生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高效、提高食用菌的出菇率和產(chǎn)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(chǎn)的自動化操作系統(tǒng)仍以現(xiàn)場單間菇房控制模式為主，對技術(shù)人員的責(zé)任心和技術(shù)水平要求較高，不利于蟹味菇工廠化生產(chǎn)的智能化、標(biāo)準(zhǔn)化管理。鑒于此，我們引進(jìn)智能值守系統(tǒng)開展蟹味菇生產(chǎn)試驗(yàn)，以期提高蟹味菇的工廠化生產(chǎn)管理水平，現(xiàn)將試驗(yàn)結(jié)果總結(jié)如下。

1 智能值守系統(tǒng)簡介

1.1 智能值守系統(tǒng)的構(gòu)建

智能值守系統(tǒng)的構(gòu)建見圖1。

圖1 智能值守系統(tǒng)的構(gòu)建

傳感器在智能值守系統(tǒng)中扮演著重要角色，主要負(fù)責(zé)采集室內(nèi)外的空氣溫濕度、出水和回水的水溫、混合氣體溫度、室內(nèi)二氧化碳濃度等數(shù)據(jù)。傳感器通過RS485總線與控制主機(jī)連接，主機(jī)以毫秒級速度采集數(shù)據(jù)，以實(shí)時調(diào)控通風(fēng)、加濕、光照、溫控設(shè)備，并通過網(wǎng)絡(luò)將所有設(shè)備的狀態(tài)及傳感器數(shù)據(jù)實(shí)時同步傳到用戶端。

1.2 智能值守系統(tǒng)的操作步驟

智能值守房間的參數(shù)可以通過手機(jī)端遠(yuǎn)程下發(fā)，下發(fā)后的任務(wù)會保存在控制主機(jī)中，主機(jī)實(shí)時運(yùn)行最新保存的自動化任務(wù)。具體操作步驟如下（見圖2）。（1）打開手機(jī)端食用菌智能值守小程序，進(jìn)入“條件任務(wù)”項(xiàng)目（見圖2a）。（2）在“條件任務(wù)”界面設(shè)置周期和開始時間，然后設(shè)置每天各項(xiàng)參數(shù)，設(shè)置完成后提交保存，系統(tǒng)會按照設(shè)定的程序運(yùn)行（見圖2b）。（3）管理人員在主界面上可以隨時查看各項(xiàng)環(huán)境參數(shù)實(shí)時數(shù)據(jù)及各種設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)（見圖2c）。（4）在主界面選擇“傳感數(shù)據(jù)”，可以查看周期內(nèi)的環(huán)境參數(shù)記錄圖，便于統(tǒng)計分析（圖2d）。管理人員還可在主界面選擇“視頻監(jiān)控”，查看房間內(nèi)菌菇的生長情況，選擇“操作日志”進(jìn)行工作記錄。操作靈活便捷。

圖2 智能值守系統(tǒng)的操作步驟

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)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(chǎn)流程制備。

2.2 試驗(yàn)設(shè)計

試驗(yàn)設(shè)智能值守系統(tǒng)和傳統(tǒng)人工值守2個處理，以傳統(tǒng)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(yǎng)85 d。分別將培養(yǎng)成熟的蟹味菇菌瓶經(jīng)自動化搔菌后搬入智能值守系統(tǒng)出菇房和傳統(tǒng)人工值守出菇房（ck）。智能值守系統(tǒng)的調(diào)控方案見表1，傳統(tǒng)人工值守出菇房（ck）由技術(shù)成熟的調(diào)控人員管理。記錄蟹味菇各出菇關(guān)鍵時期的重要指標(biāo)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 13.0進(jìn)行統(tǒng)計分析。

表1 利用智能值守系統(tǒng)生產(chǎn)蟹味菇的調(diào)控方案

利用智能值守系統(tǒng)生產(chǎn)蟹味菇的調(diào)控方案見表1。

3 結(jié)果與分析

3.1 智能值守系統(tǒng)對蟹味菇環(huán)境參數(shù)的控制能力分析

3.1.1 智能值守系統(tǒng)對菇房溫度的控制能力分析

各處理的溫度點(diǎn)位差值變化和溫度誤差變化見圖3。

圖3 各處理的溫度點(diǎn)位差值變化和溫度誤差變化

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

3.1.2 智能值守系統(tǒng)對菇房內(nèi)CO2濃度的控制能力分析

各處理的CO2濃度點(diǎn)位差異變化見圖4。

圖4 各處理的CO2濃度點(diǎn)位差異變化

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

3.2 智能值守系統(tǒng)對蟹味菇出菇周期主要農(nóng)藝性狀的影響

智能值守系統(tǒng)對蟹味菇出菇周期主要農(nóng)藝性狀的影響見表2。

表2 智能值守系統(tǒng)對蟹味菇出菇周期主要農(nóng)藝性狀的影響

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

3.3 智能值守系統(tǒng)調(diào)控方案的細(xì)化和優(yōu)化

智能值守系統(tǒng)在蟹味菇生產(chǎn)過程中多次運(yùn)行后，形成了一整套相對固定且可以重復(fù)的調(diào)控方案（見表3）。后續(xù)每次生產(chǎn)，管理人員可提前確定系統(tǒng)調(diào)控方案，然后讓其自動運(yùn)行（在個別需要調(diào)整時期再進(jìn)行微調(diào)），在菌菇整個生育周期管理人員只需關(guān)注設(shè)備運(yùn)行是否穩(wěn)定即可，省時省力。

表3 蟹味菇生產(chǎn)智能值守系統(tǒng)調(diào)控的優(yōu)化方案

4 小結(jié)

試驗(yàn)結(jié)果表明，智能值守系統(tǒng)出菇房各監(jiān)測點(diǎn)溫度差的波動、溫度與設(shè)定值的差值明顯小于傳統(tǒng)人工值守出菇房（ck），說明智能值守系統(tǒng)對溫度的控制能力較精準(zhǔn)，優(yōu)于傳統(tǒng)人工值守（ck）；智能值守系統(tǒng)出菇房內(nèi)CO2濃度差值的波動明顯小于傳統(tǒng)人工值守出菇房（ck），說明智能值守系統(tǒng)對菇房內(nèi)CO2濃度的控制能力優(yōu)于傳統(tǒng)人工值守（ck）；在蟹味菇各生育關(guān)鍵期，智能值守系統(tǒng)處理蟹味菇的各項(xiàng)生長指標(biāo)均優(yōu)于傳統(tǒng)人工值守（ck），其中智能值守系統(tǒng)處理蟹味菇的產(chǎn)量為243.2 g/瓶、較傳統(tǒng)人工值守（ck）增加15.9 g/瓶，產(chǎn)品等級率（A、B、C級）為99%、較傳統(tǒng)人工值守（ck）提高9%，采收期較傳統(tǒng)人工值守（ck）提前1 d。

試驗(yàn)結(jié)果還表明，利用智能值守系統(tǒng)生產(chǎn)蟹味菇，既能提高菌菇的產(chǎn)量和品質(zhì)，還能節(jié)約一定的能耗，且智能值守系統(tǒng)操作便捷，管理人員每日根據(jù)蟹味菇的生長情況在手機(jī)端進(jìn)行參數(shù)設(shè)置即可，系統(tǒng)能根據(jù)氣溫高低快速、精準(zhǔn)地調(diào)節(jié)環(huán)境濕度。

另外，智能值守系統(tǒng)能根據(jù)大量菌菇生長階段的照片和環(huán)境參數(shù)不斷迭代學(xué)習(xí)，形成每個菇房的調(diào)控方案與建議。后期，我們將重點(diǎn)研究當(dāng)菇房環(huán)境與系統(tǒng)設(shè)置出現(xiàn)較大偏差時，智能值守系統(tǒng)如何做到及時報警提示。