基于溫濕度傳感器的食用菌培養(yǎng)室環(huán)境設(shè)計.pdf

中國食用菌 EDIBLE FUNGI OF CHINA中國食用菌 Vol 39 No 12 DOI 10 13629 ki 53 1054 2020 12 049 中國食用菌 2020 39 12 218 220 224 EDIBLE FUNGI OF CHINA CN53 1054 Q ISSN 1003 8310 基于溫濕度傳感器的食用菌培養(yǎng)室環(huán)境設(shè)計 肖俊華 陳凡亮 南昌大學(xué)共青學(xué)院 江西 九江 332020 摘要 合適的溫度和濕度是食用菌生長的重要因素 溫濕度是培養(yǎng)室環(huán)境控制的重要參數(shù) 通過介紹培養(yǎng)室溫 濕度傳感器的工作原理 造型和安裝方式 提出了培養(yǎng)室生產(chǎn)環(huán)境的設(shè)計思路 以金針菇工廠化生產(chǎn)為例 詳 細介紹了基于溫濕度傳感器的培養(yǎng)室環(huán)境設(shè)計方法 提升了食用菌栽培的現(xiàn)代化和科學(xué)化管理水平 關(guān)鍵詞 溫濕度傳感器 培養(yǎng)室 環(huán)境設(shè)計 中圖分類號 S646 9 文獻標志碼 A 文章編號 1003 8310 2020 12 0218 04 Environmental Design of Edible Fungi Cultivation Room Based on Temperature and Humidity Sensor XIAO Jun hua CHEN Fan liang Gongqing College of Nanchang University Jiujiang 332020 China Abstract Appropriate temperature and humidity are important factors for the growth of edible fungi and the control of tempera ture and humidity is an important parameter for the environmental control of edible fungi cultivation room The working princi ple modeling and installation method of temperature and humidity sensor in edible fungi cultivation room were introduced and the design idea of production environment of edible fungi cultivation room was given Taking Flammulina velutipes factory pro duction as an example the environmental design method of edible fungi cultivation room based on temperature and humidity sensor is introduced in detail The modern and scientific management level of edible fungi cultivation was improved Key words temperature and humidity sensor edible fungi cultivation room environmental design 基金項目 2016年江西省高等學(xué)校教學(xué)研究省級一般課題 JXJG 2016 31 5 作者簡介 肖俊華 1981 女 碩士 講師 主要從事環(huán)境設(shè)計 景觀設(shè)計方面研究 E mail xiaojunhua198103 收稿日期 2020 11 16 隨著社會和技術(shù)進步 食用菌栽培正向著工廠 化 規(guī)模化的方向發(fā)展 1 許多食用菌已經(jīng)開始在 現(xiàn)代化的大棚和工廠廠房中栽培 外界環(huán)境 氣候 的變化對食用菌生長的影響慢慢變小 從廣義上理 解 培養(yǎng)室是指栽培食用菌所用的大棚 房屋甚至 山洞等場所 而狹義上專指在食用菌工廠化生產(chǎn)過 程中所使用的廠房 在這種廠房中 人們可以自由 控制食用菌生長的環(huán)境 控制光照 通風和溫濕 度 給各種食用菌創(chuàng)造一個適于生長的小環(huán)境 2 通過各種傳感器采集食用培養(yǎng)室環(huán)境信息并進行控 制 從而人為地控制培養(yǎng)室環(huán)境以有利于食用菌的 生長 培養(yǎng)室克服了外界不利環(huán)境帶來的影響 這對 食用菌栽培至關(guān)重要 3 特別是對于培養(yǎng)室的溫濕度 控制 是保障食用菌正常生長的重要因素 溫濕度 控制是典型的自動化控制問題 4 用人工經(jīng)驗控制的 精度和準確性不高 不可控因素較大 而且經(jīng)驗和 技術(shù)是一種事后控制 往往發(fā)現(xiàn)問題時已經(jīng)造成了 一定的不良反應(yīng) 不具有實時性 因此 通過對培養(yǎng)室中的溫濕度這一重要環(huán)境 信息進行控制 提出采用溫濕度傳感器來解決培養(yǎng) 室溫濕度環(huán)境信息的采集問題 力求安全 穩(wěn)定地 采集 傳輸培養(yǎng)室溫濕度數(shù)據(jù) 保障整個培養(yǎng)室環(huán) 境控制系統(tǒng)的正常運行 第39卷 第12期 1 培養(yǎng)室溫濕度傳感器 1 1 溫濕度傳感器的工作原理 溫濕度傳感器是一種疊加了溫度和濕度2 種測 量功能的數(shù)據(jù)采集元件 用于采集環(huán)境中的溫度和 濕度信號 其中溫度信號是通過熱敏元件來完成 多采用熱電阻 resistance temperature detector 和熱 電偶 thermocouple 元件 而濕度信號是通過濕敏 元件 主要有電阻式 電容式兩大類 5 溫濕度傳感 器通過元件材料的物理或化學(xué)性質(zhì)變化 將環(huán)境中 的溫濕度轉(zhuǎn)化成有用的電信號 再經(jīng)過傳感器內(nèi)部 自帶的運算放大 視覺識別 visual identity 轉(zhuǎn)換 等數(shù)字處理電路 將數(shù)字電信號轉(zhuǎn)換成標準模擬的 電流或電壓信號輸出 與相應(yīng)的儀表和控制電器連 接后 這種輸出的模擬信號就可以用于溫濕度的自 動化控制 1 2 培養(yǎng)室溫濕度傳感器的選型 培養(yǎng)室環(huán)境溫濕度的控制要求較高 食用菌生 長環(huán)境需要較大的空氣濕度和陰暗的環(huán)境 由于工 作環(huán)境的特殊性 培養(yǎng)室內(nèi)安裝的溫濕度傳感器的 要求也與一般工業(yè)控制的傳感器要求有所不同 1 培養(yǎng)室濕度較大 潮濕的環(huán)境對傳感器的元 件的性能有一定的要求 如熱電阻傳感器中常用的 電阻材料有鎳 銅和鉑等 6 在潮濕環(huán)境下 鉑金屬 本身的化學(xué)穩(wěn)定性較好 電信號輸出也更加線性 因此應(yīng)采用鉑金電阻的傳感器 同時 也可以考慮 采用激光傳感器 紅外傳感器和微波傳感器等不受 潮濕環(huán)境影響的傳感器 但除了傳感器元件的防潮 外 傳感器配套電子元件的防潮也需要加以重視 在培養(yǎng)室潮濕環(huán)境下 經(jīng)常會噴水保溫 雖然傳感 器是非密封性的 但為了保護測量的準確度 裸露 在外的傳感器也需要有對傳輸電路板 顯示器等有 相應(yīng)的防水保護裝置 2 對培養(yǎng)室的溫度和濕度控制來說 一般食用 菌生長并不需要過高的精度控制 溫濕度在一個大 致的范圍內(nèi)即可 因此 使用相對濕度RH為 5 的精度的傳感器就已足夠 該精度也在25 下的測 量值 符合食用菌生長要求的環(huán)境溫度 可控制的 溫度變化范圍為 0 1 濕度控制屬于 RH 80 100 的高濕段 適合食用菌生長的空氣濕度范圍 3 在培養(yǎng)室使用時 還需要考慮傳感器的維護 和使用壽命 由于溫濕度傳感器需要裸露在外進行 測量 培養(yǎng)室內(nèi)有濕氣和上下料時的灰塵 也會有 消毒 殺蟲時的化學(xué)試劑腐蝕 這些都會造成傳感 器電氣元件測量精度的下降 產(chǎn)生時間 溫濕度數(shù) 據(jù)的漂移 一般每隔半年需要校對一次傳感器的精 度 使用2年左右的傳感器要考慮老化問題 及時 更換或重新標定有效期 1 3 培養(yǎng)室溫濕度傳感器的安裝 濕度傳感器是非密封性的 為保護測量的準確 度和穩(wěn)定性 應(yīng)盡量避免在酸性 堿性及含有機溶 劑的環(huán)境中使用 也避免在粉塵較大的環(huán)境中使用 為正確反映欲測空間的濕度 還應(yīng)避免將傳感器安 放在離墻壁太近或空氣不流通的死角處 如果被測 的房間太大 就應(yīng)放置多個傳感器 有的濕度傳感 器對供電電源要求比較高 否則將影響測量精度 或者傳感器之間相互干擾 甚至無法工作 使用時 應(yīng)按照技術(shù)要求提供合適的 符合精度要求的供電 電源 傳感器需要進行遠距離信號傳輸時 要注意 信號的衰減問題 當傳輸距離超過 200 m 以上時 建議選用頻率輸出信號的濕度傳感器 培養(yǎng)室如果安裝了溫濕度傳感器 那也一定會 有一套與之匹配的自動化控制或監(jiān)控系統(tǒng) 用于接 收溫濕度傳感器采集的信號并進行調(diào)控 為保障濕 度傳感器采集數(shù)據(jù)的準確性 需要選擇正確的安裝 位置和安裝方式 在培養(yǎng)室內(nèi)平面空間一般20 m 2 30 m 2 安裝一個溫濕度傳感器 立體空間垂直 3 m 5 m安裝一個傳感器 傳感器之間要有間隔 安裝 的位置要避免在培養(yǎng)室的拐角 門口和通風口旁邊 也避免安裝在培養(yǎng)室加熱升溫 噴淋和電機等有振 動的設(shè)備附近 在安裝方式上根據(jù)培養(yǎng)室的實地情 況 可以采用壁掛式安裝 避免淋水 也便于后期 的維護和管理 2 培養(yǎng)室生產(chǎn)環(huán)境的設(shè)計 2 1 培養(yǎng)室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計思路 由于傳感器技術(shù)的進步和食用菌工廠化栽培的 需要 培養(yǎng)室栽培環(huán)境的自動化控制技術(shù)也日臻成 熟 在食用菌工廠化栽培的培養(yǎng)室內(nèi) 除了溫濕度 傳感器外 還安裝有光照強度 二氧化碳濃度 pH 檢測等多種傳感器 實現(xiàn)對食用菌栽培全過程的環(huán) 境監(jiān)控管理 由于采用了溫濕度傳感器采集數(shù)據(jù) 當傳感器 監(jiān)測到溫濕度數(shù)值超過設(shè)定參數(shù)值范圍時 就自動 通過發(fā)送控制信號 啟動制冷或加熱 進行通風或 啟動加濕器工作 以調(diào)節(jié)培養(yǎng)室內(nèi)的溫度和濕度 肖俊華等 基于溫濕度傳感器的食用菌培養(yǎng)室環(huán)境設(shè)計 219 中國食用菌 EDIBLE FUNGI OF CHINA中國食用菌 Vol 39 No 12 下轉(zhuǎn)第224頁 給各種食用菌生長提供最佳的生長環(huán)境 這種監(jiān)控 和調(diào)節(jié)都是實時自動完成的 已經(jīng)有部分監(jiān)控系統(tǒng) 達到了智能化控制的水平 2 2 基于溫濕度傳感器的培養(yǎng)室環(huán)境設(shè)計 以工廠化比較成熟的金針菇生產(chǎn)為例 金針菇 工廠化生產(chǎn)主要的工藝流程有前期的培養(yǎng)料制備 裝瓶 滅菌 接種和菌絲培養(yǎng)等環(huán)節(jié) 后期還有催 蕾 出菇管理和采收包裝等環(huán)節(jié) 每個階段都有相 應(yīng)的溫濕度傳感器 2 2 1 培養(yǎng)料制備環(huán)境設(shè)計 在培養(yǎng)料制備階段 無論采用那種配方 都需 要對培養(yǎng)料進行充分的攪拌 采用攪拌機進行攪拌 時 需要對原材料進行預(yù)濕浸透水分 還需要控制 加水的水溫 在攪拌機內(nèi)壁安裝溫濕度傳感器 將 注水溫度控制在15 20 控制培養(yǎng)料含水量保持 在65 左右 以保障攪拌的效果 同時 還可以安 裝 pH 傳感器 控制培養(yǎng)料中的 pH 6 6 7 0 之間 通過這些傳感器可以精確控制攪拌過程 保障生產(chǎn) 出合格標準含水量的培養(yǎng)料 2 2 2 滅菌與接種環(huán)境設(shè)計 金針菇的工廠化栽培多采用全自動化的機械裝 瓶方式 裝瓶后采用高壓滅菌 以減少雜菌污染 滅菌時的溫度由高壓滅菌設(shè)備控制 培養(yǎng)料瓶從滅 菌鍋中搬出時溫度很高 需要冷卻至20 C 25 C才 能接種 溫度太高會造成菌種發(fā)育變異 溫度太低 也會影響菌絲生長速度 利用栽培瓶的余熱加快菌 比定殖速度是工廠化生產(chǎn)常用的方法 在冷卻室使 用溫濕度傳感器控制冷卻溫度在合理的范圍內(nèi) 即 可以利用余熱 又能夠保證低溫接種要求 工廠化 栽培已經(jīng)多采用自動接種機在無菌車間接種 2 2 3 菌絲培養(yǎng) 接完種后的栽培瓶在安裝有溫濕度傳感器的發(fā) 菌室發(fā)菌 發(fā)菌室環(huán)境溫度控制在 20 2 空 氣相對濕度控制在65 左右 金針菇發(fā)菌期間的溫 度管理十分重要 溫度過高容易產(chǎn)生雜菌 菌絲變 黃萎縮 高于34 時金針菇菌絲會停止生長 而溫 度過低也會造成發(fā)菌后期菌絲生長緩慢 但人工栽 培中往往會因自然環(huán)境溫度的過高或過低 直接影 響金針菇的發(fā)菌 人工培養(yǎng)很難均衡地保持理想的 發(fā)菌溫度 因此 可以利用溫濕度傳感器監(jiān)測發(fā)菌室內(nèi)的 空氣環(huán)境溫濕度 并對采用到的數(shù)據(jù)進行分析運算 經(jīng)過模擬電子和數(shù)字電子 analog and digital 轉(zhuǎn)換 送入單片機處理 驅(qū)動加熱或制冷設(shè)備工作 從而 實現(xiàn)發(fā)菌室環(huán)境溫濕度的自動智能調(diào)節(jié) 而且還可 以把現(xiàn)場采集到的數(shù)據(jù)通過有線 無線 3G 2G無 線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)街锌財?shù)據(jù)平臺 用戶從終端可以遠程 查看培養(yǎng)室現(xiàn)場的溫濕度實時數(shù)據(jù) 并使用遠程控 制功能 利用繼電器控制設(shè)備或模擬輸出模塊對培 養(yǎng)室的加熱 加濕 制冷 通風等設(shè)備進行遠程操 作 當然 也可以安裝二氧化碳傳感器 光照傳感 器等進行氧氣和光照的控制 從而形成一整套自動 通風排放系統(tǒng) 自動加濕系統(tǒng)和自動升溫降溫系統(tǒng) 全方位保障發(fā)菌質(zhì)量 2 2 4 搔菌和催蕾 菌絲滿瓶后即可進行搔菌 現(xiàn)在已經(jīng)采用專用 的搔菌機進行作業(yè) 搔菌后隨即進行催蕾 溫度控 制10 13 給予足夠低溫刺激 并輔之以弱散光 刺激和新鮮的空氣增加氧 促使金針菇原基的形成 這一過程中需要分段設(shè)定溫濕度傳感器的參數(shù) 在 開始的前三天一般設(shè)置空氣相對濕度保持在 90 95 使菌絲恢復(fù)生長 后期再設(shè)定傳感器濕度參 數(shù)到85 90 2 2 5 均育和抑制 金針菇均育是抑制處理的過渡階段 此時的溫 濕度傳感器設(shè)置溫度應(yīng)控制在 8 1 空氣相對 濕度設(shè)定在85 90 以促菇蕾在低溫環(huán)境中分化 分枝 此時的傳感器溫度設(shè)定十分重要 目前不同 企業(yè)在實際生產(chǎn)中對抑制溫度的控制有高有低 但 多在3 8 之間 一般金針菇菌柄長至0 5 cm 1 0 cm時即可進行抑制培養(yǎng) 無論采用吹風抑制還是光 照抑制方法 都需要實時控制環(huán)境的溫度 濕度參 數(shù) 避免溫度變化對金針菇品質(zhì)的影響 2 2 6 子實體生長與采收 金針菇子實體生長時的空氣相對濕度控制在 80 90 栽培瓶內(nèi)的濕度控制在70 左右 子實 體生長最適溫度控制在10 15 環(huán)境濕度和栽培 瓶濕度都可以通過傳感器采集 給環(huán)境自動控制系 統(tǒng)向噴霧設(shè)備發(fā)送控制信號 調(diào)節(jié)環(huán)境濕度 避免 因環(huán)境濕度過低影響金針菇生長或者過高造成爛菇 等情況 同理也可以利用傳感器采集的溫度數(shù)據(jù)來 調(diào)節(jié)生長溫度 當金針菇長出栽培瓶3 cm時要進行套筒 以促 使菌柄增長 當菌柄長度達到15 cm左右時即可進 行采收 但在采收前要降低空氣濕度到70 80 濕度過大會造成金針菇含水量超常出現(xiàn)黏液 不利 220 中國食用菌 EDIBLE FUNGI OF CHINA中國食用菌 Vol 39 No 12 于金針菇的保鮮 2 2 7 包裝 存儲與運輸 由于是工廠化生產(chǎn) 后期的金針菇包裝要與子 實體生長時的溫度一致 控制在 10 15 的范圍 內(nèi) 在包裝車間安排的多點溫濕度傳感器可以實時 監(jiān)控包裝溫度 對包裝車間的環(huán)境自動監(jiān)控 而包 裝好的金針菇產(chǎn)品隨后就進入了冷鏈存儲和運輸?shù)?環(huán)節(jié) 在冷庫存儲的溫度為1 4 相對濕度在控 制在60 65 這也是冷鏈運輸時的保鮮溫濕度范 圍 這些溫濕度數(shù)據(jù)的采集都可以應(yīng)用溫濕度傳感 器來完成 3 結(jié)論 培養(yǎng)室應(yīng)用溫濕度傳感器來進行生產(chǎn)環(huán)境的自 動化控制 有效利用了傳感器技術(shù) 自動化控制和 計算機技術(shù) 能夠自動采集培養(yǎng)室的溫度 濕度 并且自帶通訊接口 可以和計算機系統(tǒng)共同構(gòu)成菇 房環(huán)境自動監(jiān)控系統(tǒng) 對食用菌栽培的不同階段進 行實時溫濕度控制 為食用菌工廠化栽培提供技術(shù) 支撐 幫助食用菌產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)科學(xué)化 標準化和現(xiàn)代 化的栽培管理 參考文獻 1 木村榮一 中國食用菌工廠化栽培待克服的技術(shù)難點 J 食藥用菌 2018 26 1 18 22 2 任海霞 任鵬飛 宮志遠 等 工廠化食用菌菌渣栽培草 菇試驗 J 食藥用菌 2018 25 6 378 380 387 3 張曉文 王志冉 周增產(chǎn) 等 集裝箱設(shè)施化菇房的研發(fā) 與應(yīng)用 J 食用菌 2020 42 3 67 71 74 4 董楸煌 李海蕓 邱榮斌 等 灰樹花菇房多點溫濕度監(jiān) 測系統(tǒng)設(shè)計 J 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報 2017 52 2 121 127 134 5 蔡杰 楊立新 徐紅星 食用培養(yǎng)室物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)組成與設(shè) 備選型分析 J 綠色科技 2017 55 21 74 76 6 孫炎 黃文斌 一種鉑電阻溫度傳感器的密封性設(shè)計 J 傳感技術(shù)學(xué)報 2020 33 7 967 973 上接第220頁 12 馬三保 王義 楊利平 等 解析神東礦區(qū)生態(tài)建設(shè)及 新品種巨菌草試種表現(xiàn) J 華北自然資源 2020 19 6 108 109 13 張雙雙 陳曉斌 林冬梅 等 菌草菌物飼料開發(fā)利用 研究進展 J 飼料工業(yè) 2017 38 12 62 64 14 鐘華 李莉 秦雪 等 以草代木栽培香菇技術(shù)初探 J 耕作與栽培 2020 40 5 19 22 26 15 林冬梅 林占熺 蘇德偉 等 種植菌草對沙質(zhì)荒漠化 土壤養(yǎng)分 酶活性及微生物的影響 J 河南農(nóng)業(yè)科學(xué) 2017 46 5 61 65 16 賈永紅 路彥霞 曹秀明 等 廊坊師范學(xué)院引種巨菌 草及越冬試驗 J 廊坊師范學(xué)院學(xué)報 自然科學(xué)版 2016 16 4 41 43 53 17 李玉帥 趙曉登 陳騰達 巨菌草在食用菌培養(yǎng)中的應(yīng) 用 J 農(nóng)村科學(xué)實驗 2020 57 6 54 55 18 宋昭昭 賈雨雷 黃在興 等 一株巨菌草內(nèi)生生防菌 的分離 鑒定及其基因組測序分析 J 草業(yè)科學(xué) 2019 36 3 632 639 19 杜森有 陳朋剛 陜西省延安市巨菌草的引進與產(chǎn)業(yè)化 進展調(diào)查 J 畜牧與飼料科學(xué) 2019 40 2 66 68 20 盧政輝 巨菌草代料栽培秀珍菇配方篩選試驗 J 福建農(nóng) 業(yè)科技 2018 49 4 19 22 21 李娜 紫芝菌草栽培特性 化學(xué)成分及其多糖的研究 D 福州 福建農(nóng)林大學(xué) 2011 22 林占熺 菌草技術(shù)與生態(tài)治理 M 福州 福建科學(xué)技術(shù)出 版社 2019 23 黃世宏 菌草之夢 M 北京 紅旗出版社 2013 24 楊本壽 秦慶穎 楊瑾屏 以巨菌草為主料半人工林下 栽培云南白參技術(shù)探索 J 農(nóng)業(yè)開發(fā)與裝備 2017 23 11 178 25 蔡楊星 曹秀明 薛志香 等 菌草栽培猴頭菌配方篩 選 J 北方園藝 2017 41 11 148 152 26 闕玉林 陳先西 菌草代料栽培雙孢蘑菇技術(shù)總結(jié) J 中 國食用菌 2008 27 5 64 66 27 方白玉 柯野 鄭秋樺 菌草栽培麒麟菇的培養(yǎng)基配方 篩選 J 食用菌 2007 29 3 28 29 28 陳君琛 沈恒勝 湯葆莎 等 食用菌菌糠再利用技術(shù) 研究 J 中國農(nóng)學(xué)通報 2006 23 11 410 412 29 Dimakatso Bontle Kokoropo 菌草菌糟作為生物肥料對巨 菌草生長的影響 D 福州 福建農(nóng)林大學(xué) 2017 30 楊麗秋 范錦琳 劉欣怡 等 菌草對靈芝生長狀況及 營養(yǎng)成分的影響 J 福建農(nóng)業(yè)學(xué)報 2017 32 5 508 511 31 王豫生 周畢芬 菌草技術(shù)發(fā)明與發(fā)展的社會學(xué)價值 J 福建農(nóng)林大學(xué)學(xué)報 哲學(xué)社會科學(xué)版 2006 54 1 1 5 32 白騰飛 棗樹木質(zhì)部栽培食藥用菌的研究 D 延安 延安 大學(xué) 2017 33 胡保明 程雪梅 史曉婧 利用香菇菌糠栽培草菇技 術(shù) J 食用菌 2005 27 4 30 31 34 王彩云 熊祖華 丁明 阿魏菇菌糠栽培姬松茸技術(shù) J 新疆農(nóng)業(yè)科技 2004 26 1 37 35 曾日秋 湯浩 盧川北 等 不同培養(yǎng)料栽培榆黃蘑試 驗 J 食用菌 2003 25 5 40 36 范文閣 甄進才 閆志華 夏季利用菌糠棚栽草菇技 術(shù) J 食用菌 2001 23 4 23 224