杨 凡，郑小南，李富忠

（山西农业大学 软件学院，山西 晋中 030801）

0 引 言

我国的农业生产模式长期凭借经验管理，借助传统方法实现生产率的提升。然而，现阶段我国正逐步与发达国家缩小差距，农业越来越趋向于智能化、信息化，其中物联网技术发挥着重要作用。

目前，食用菌栽培的各个环节逐步实现机械化、自动化，但缺乏集成的技术将每个阶段的信息进行整合，在食用菌的科研投入上存在着较大的缺失，与食用菌相关的人才明显不足，农民等技术人员也需要学习新的技术，与之相关的信息化设备同样需要更新换代。

为推进食用菌从种植到收获的全过程信息化，本文通过物联网技术建立现代食用菌栽培系统，提高管理效率，降低生产风险。

1 农业物联网技术概述及食用菌栽培现状

物联网（Internet of things，IoT）概念的提出最早在1999年，2005年国际电信联盟的年度报告明确了物联网的概念，即通过射频识别、传感器、RS、GPS等信息感知设备，结合无线自组织通信网络，将互联网与物品构建联系，实现互联互通。

物联网是一种能够智能识别、定位、监管的智能化网络[1]。物联网在智慧农业中的应用是多种学科与新技术的融合，包含现代信息技术、生物工程技术、移动通信技术等。农业物联网技术即通过各种感知设备，在生产、种植、管理等环节进行信息的采集，再按照协议通过各类现代信息传输通道将农业信息进行传输、处理，最终通过智能化终端进行控制、管理、交易等[2-3]。

食用菌作为我国农业经济中的一项重要产业，其行业具有良好的生产效益。食用菌生产装备也从初始发展阶段到如今的稳定调整与创新阶段，生产方式由农业生产方式向工业生产方式发生全过程转变，但由于外界环境对食用菌栽培有着重要影响，其栽培过程面临诸多风险，因此为了保障食用菌的数量和质量，还应提供最适宜的温度、湿度、氧气浓度、光照强度等[4]。

2 需求方案设计

系统需结合各类现代信息化技术，依据食用菌不同生长阶段所需的生长条件，合理调控温度、湿度、CO2浓度，最大限度提升食用菌栽培环境[5]。

本系统满足以下需求。

（1）对气象条件如温度湿度等进行实时动态检测。气象数据的获取有利于栽培人员更好地了解种植对象的生长条件。

（2）对栽培环境参数进行实时动态监测。为保障食用菌处在最适环境下，相关技术人员可凭借移动设备远程操控。当某一参数较正常值发生变化时，预警机制启动并发送信号，如光照条件不足，技术人员可通过远程控制补光；缺水时通过控制灌溉设备浇水等。

（3）对栽培环境进行定点实时动态视频监控。种植人员可远程掌握食用菌的生长势，采取合理举措管理栽培，严格控制采摘时间。

（4）在系统建设时预留相应的接口，为食用菌安全溯源和电子商务系统的建立提供支持，真正做到便民惠民[6]。

3 基于农业物联网技术的食用菌栽培系统设计

本文系统包含的模块分为：栽培环境监测系统、远程控制终端、自动灌溉系统、远程网络视频监控系统、户外LED监测屏系统、智慧农业物联网综合服务平台、农产品安全追溯系统、移动终端客户端和微信公众号服务平台等，系统拓扑如图1所示。

图1 系统拓扑图

3.1 栽培环境监测系统

栽培环境监测系统涉及到诸多智能传感器，布控不同类型的传感器在不同位置，可以合理地监测到栽培环境的各项参数[7]，具体可选参数见表1所列。

表1 栽培环境参数

3.1.1 远程智能采集终端

远程智能采集终端将上述传感器采集到的温度、湿度、光照强度、CO2浓度等统一获取，借助移动基站传输至远程综合服务平台。这些数据在显示终端上即可查看，各个传感器的数值都显而易见，用户也可通过手机等移动设备对采集到的数据进行管理[8]。

3.1.2 温湿度传感器

温湿度传感器用于检测食用菌栽培大棚中空气的温度和湿度[9]。技术参数包括以下内容：

温度测量范围：-40～85 ℃；

温度测量精度：±0.5 ℃；

重复性：±0.1 ℃；

响应时间：5～30 s；

湿度测量范围：0～100%RH；

湿度测量精度：±0.1%RH；

重复性：±4.5%RH；

响应时间：8 s。

3.1.3 光照强度传感器

光照强度传感器通过硅蓝光伏探测器监测，它的优势显著，灵敏度高、测量范围广、精度高、防水性能好、安装便捷、易于远距离传输[10]，其技术参数如下：

光照度范围：0～65 535 Lux；

传感器内置16 bit A/D 转换器；

测量精度：±20%。

3.1.4 CO2浓度传感器

CO2浓度传感器采用世界上最小、最轻的NDIR技术CO2传感器模块，该模块用途广泛，能够安装至机器人、通风系统、控制器、汽车等地，也能安装至其余设备用来控制空气质量[11]，其技术参数为：

测量范围：0～5 000 ppm；

最大允许误差：5%FSD；

重复测试：3%FDS；

耗电：4 W；

存储与运行环境：-40～85 ℃。

3.1.5 语音自动播报终端

语音自动播报终端包含无线通信、TTS文本转语音等模块，会反馈监测到的环境数据，具有预警功能。通过无线网络接收来自栽培环境中心控制器发送的文字内容，进而转化为语音信息，使用喇叭播放并自动关闭功放电路[12]。

3.2 远程智能控制终端

食用菌栽培环境智能控制终端通过栽培环境中传感器获取到的空气温、湿度、光照度及CO2浓度等参数对设备进行调控，包括内外遮阳、风机、顶部通风、灌溉电磁阀和CO2气肥机等设备，借助数据传输模块与监控中心连接[13]。

3.3 自动灌溉系统

传统的人工灌溉方式，如大水漫灌无法合理控制灌水是否均匀，也无法保障及时灌水，这势必会造成水资源的浪费，对食用菌的生长产生不利影响。自动灌溉系统能够显著提高灌溉的精准性与高效性，通过已经运行好的程序自动控制灌水模块的开启与关闭，涉及到的管道线路以及设备全部布控到地下，大幅减少了人工作业。智能控制实现了节约资源、安全便捷的目的[14]。

3.4 远程网络视频监控系统

远程网络视频监控系统是基于网络和视频信号传输技术，对食用菌栽培过程中的生长情况进行全天视频监控的部分，包括网络型视频服务器、高分辨率摄像头。网络型视频服务器能够转换视频信号并传输，实现远程的网络视频服务[15]。用户上网即可远程查看食用菌生长状况，根据不同的权限多点在线监控。

3.5 户外LED监测屏系统

户外LED监测屏系统的功能是显示栽培地点的相关信息，包括食用菌简介、气象数据、温湿度等环境数据，如图2所示。

图2 户外LED监测屏

4 结 语

基于农业物联网技术的食用菌栽培系统集成了多个领域的先进技术和知识，相比传统人工种植，该系统提升了食用菌的质量与产量，并且使劳动生产率与资源利用率都有所提高，而生产工作者的劳动强度也大大减弱。农户与专家通过移动设备便可掌握食用菌生长的实时信息，及时管控外界条件，最大限度提升食用菌生长的环境因素。但食用菌种类多样，针对不同品种仍需提出不同的决策方案，还需结合专家系统收集更多的农技信息。