基于温湿度传感器的食用菌培养室环境设计.pdf

中国食用菌 EDIBLE FUNGI OF CHINA中国食用菌 Vol 39 No 12 DOI 10 13629 ki 53 1054 2020 12 049 中国食用菌 2020 39 12 218 220 224 EDIBLE FUNGI OF CHINA CN53 1054 Q ISSN 1003 8310 基于温湿度传感器的食用菌培养室环境设计 肖俊华 陈凡亮 南昌大学共青学院 江西 九江 332020 摘要 合适的温度和湿度是食用菌生长的重要因素 温湿度是培养室环境控制的重要参数 通过介绍培养室温 湿度传感器的工作原理 造型和安装方式 提出了培养室生产环境的设计思路 以金针菇工厂化生产为例 详 细介绍了基于温湿度传感器的培养室环境设计方法 提升了食用菌栽培的现代化和科学化管理水平 关键词 温湿度传感器 培养室 环境设计 中图分类号 S646 9 文献标志码 A 文章编号 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 基金项目 2016年江西省高等学校教学研究省级一般课题 JXJG 2016 31 5 作者简介 肖俊华 1981 女 硕士 讲师 主要从事环境设计 景观设计方面研究 E mail xiaojunhua198103 收稿日期 2020 11 16 随着社会和技术进步 食用菌栽培正向着工厂 化 规模化的方向发展 1 许多食用菌已经开始在 现代化的大棚和工厂厂房中栽培 外界环境 气候 的变化对食用菌生长的影响慢慢变小 从广义上理 解 培养室是指栽培食用菌所用的大棚 房屋甚至 山洞等场所 而狭义上专指在食用菌工厂化生产过 程中所使用的厂房 在这种厂房中 人们可以自由 控制食用菌生长的环境 控制光照 通风和温湿 度 给各种食用菌创造一个适于生长的小环境 2 通过各种传感器采集食用培养室环境信息并进行控 制 从而人为地控制培养室环境以有利于食用菌的 生长 培养室克服了外界不利环境带来的影响 这对 食用菌栽培至关重要 3 特别是对于培养室的温湿度 控制 是保障食用菌正常生长的重要因素 温湿度 控制是典型的自动化控制问题 4 用人工经验控制的 精度和准确性不高 不可控因素较大 而且经验和 技术是一种事后控制 往往发现问题时已经造成了 一定的不良反应 不具有实时性 因此 通过对培养室中的温湿度这一重要环境 信息进行控制 提出采用温湿度传感器来解决培养 室温湿度环境信息的采集问题 力求安全 稳定地 采集 传输培养室温湿度数据 保障整个培养室环 境控制系统的正常运行 第39卷 第12期 1 培养室温湿度传感器 1 1 温湿度传感器的工作原理 温湿度传感器是一种叠加了温度和湿度2 种测 量功能的数据采集元件 用于采集环境中的温度和 湿度信号 其中温度信号是通过热敏元件来完成 多采用热电阻 resistance temperature detector 和热 电偶 thermocouple 元件 而湿度信号是通过湿敏 元件 主要有电阻式 电容式两大类 5 温湿度传感 器通过元件材料的物理或化学性质变化 将环境中 的温湿度转化成有用的电信号 再经过传感器内部 自带的运算放大 视觉识别 visual identity 转换 等数字处理电路 将数字电信号转换成标准模拟的 电流或电压信号输出 与相应的仪表和控制电器连 接后 这种输出的模拟信号就可以用于温湿度的自 动化控制 1 2 培养室温湿度传感器的选型 培养室环境温湿度的控制要求较高 食用菌生 长环境需要较大的空气湿度和阴暗的环境 由于工 作环境的特殊性 培养室内安装的温湿度传感器的 要求也与一般工业控制的传感器要求有所不同 1 培养室湿度较大 潮湿的环境对传感器的元 件的性能有一定的要求 如热电阻传感器中常用的 电阻材料有镍 铜和铂等 6 在潮湿环境下 铂金属 本身的化学稳定性较好 电信号输出也更加线性 因此应采用铂金电阻的传感器 同时 也可以考虑 采用激光传感器 红外传感器和微波传感器等不受 潮湿环境影响的传感器 但除了传感器元件的防潮 外 传感器配套电子元件的防潮也需要加以重视 在培养室潮湿环境下 经常会喷水保温 虽然传感 器是非密封性的 但为了保护测量的准确度 裸露 在外的传感器也需要有对传输电路板 显示器等有 相应的防水保护装置 2 对培养室的温度和湿度控制来说 一般食用 菌生长并不需要过高的精度控制 温湿度在一个大 致的范围内即可 因此 使用相对湿度RH为 5 的精度的传感器就已足够 该精度也在25 下的测 量值 符合食用菌生长要求的环境温度 可控制的 温度变化范围为 0 1 湿度控制属于 RH 80 100 的高湿段 适合食用菌生长的空气湿度范围 3 在培养室使用时 还需要考虑传感器的维护 和使用寿命 由于温湿度传感器需要裸露在外进行 测量 培养室内有湿气和上下料时的灰尘 也会有 消毒 杀虫时的化学试剂腐蚀 这些都会造成传感 器电气元件测量精度的下降 产生时间 温湿度数 据的漂移 一般每隔半年需要校对一次传感器的精 度 使用2年左右的传感器要考虑老化问题 及时 更换或重新标定有效期 1 3 培养室温湿度传感器的安装 湿度传感器是非密封性的 为保护测量的准确 度和稳定性 应尽量避免在酸性 碱性及含有机溶 剂的环境中使用 也避免在粉尘较大的环境中使用 为正确反映欲测空间的湿度 还应避免将传感器安 放在离墙壁太近或空气不流通的死角处 如果被测 的房间太大 就应放置多个传感器 有的湿度传感 器对供电电源要求比较高 否则将影响测量精度 或者传感器之间相互干扰 甚至无法工作 使用时 应按照技术要求提供合适的 符合精度要求的供电 电源 传感器需要进行远距离信号传输时 要注意 信号的衰减问题 当传输距离超过 200 m 以上时 建议选用频率输出信号的湿度传感器 培养室如果安装了温湿度传感器 那也一定会 有一套与之匹配的自动化控制或监控系统 用于接 收温湿度传感器采集的信号并进行调控 为保障湿 度传感器采集数据的准确性 需要选择正确的安装 位置和安装方式 在培养室内平面空间一般20 m 2 30 m 2 安装一个温湿度传感器 立体空间垂直 3 m 5 m安装一个传感器 传感器之间要有间隔 安装 的位置要避免在培养室的拐角 门口和通风口旁边 也避免安装在培养室加热升温 喷淋和电机等有振 动的设备附近 在安装方式上根据培养室的实地情 况 可以采用壁挂式安装 避免淋水 也便于后期 的维护和管理 2 培养室生产环境的设计 2 1 培养室环境监控系统设计思路 由于传感器技术的进步和食用菌工厂化栽培的 需要 培养室栽培环境的自动化控制技术也日臻成 熟 在食用菌工厂化栽培的培养室内 除了温湿度 传感器外 还安装有光照强度 二氧化碳浓度 pH 检测等多种传感器 实现对食用菌栽培全过程的环 境监控管理 由于采用了温湿度传感器采集数据 当传感器 监测到温湿度数值超过设定参数值范围时 就自动 通过发送控制信号 启动制冷或加热 进行通风或 启动加湿器工作 以调节培养室内的温度和湿度 肖俊华等 基于温湿度传感器的食用菌培养室环境设计 219 中国食用菌 EDIBLE FUNGI OF CHINA中国食用菌 Vol 39 No 12 下转第224页 给各种食用菌生长提供最佳的生长环境 这种监控 和调节都是实时自动完成的 已经有部分监控系统 达到了智能化控制的水平 2 2 基于温湿度传感器的培养室环境设计 以工厂化比较成熟的金针菇生产为例 金针菇 工厂化生产主要的工艺流程有前期的培养料制备 装瓶 灭菌 接种和菌丝培养等环节 后期还有催 蕾 出菇管理和采收包装等环节 每个阶段都有相 应的温湿度传感器 2 2 1 培养料制备环境设计 在培养料制备阶段 无论采用那种配方 都需 要对培养料进行充分的搅拌 采用搅拌机进行搅拌 时 需要对原材料进行预湿浸透水分 还需要控制 加水的水温 在搅拌机内壁安装温湿度传感器 将 注水温度控制在15 20 控制培养料含水量保持 在65 左右 以保障搅拌的效果 同时 还可以安 装 pH 传感器 控制培养料中的 pH 6 6 7 0 之间 通过这些传感器可以精确控制搅拌过程 保障生产 出合格标准含水量的培养料 2 2 2 灭菌与接种环境设计 金针菇的工厂化栽培多采用全自动化的机械装 瓶方式 装瓶后采用高压灭菌 以减少杂菌污染 灭菌时的温度由高压灭菌设备控制 培养料瓶从灭 菌锅中搬出时温度很高 需要冷却至20 C 25 C才 能接种 温度太高会造成菌种发育变异 温度太低 也会影响菌丝生长速度 利用栽培瓶的余热加快菌 比定殖速度是工厂化生产常用的方法 在冷却室使 用温湿度传感器控制冷却温度在合理的范围内 即 可以利用余热 又能够保证低温接种要求 工厂化 栽培已经多采用自动接种机在无菌车间接种 2 2 3 菌丝培养 接完种后的栽培瓶在安装有温湿度传感器的发 菌室发菌 发菌室环境温度控制在 20 2 空 气相对湿度控制在65 左右 金针菇发菌期间的温 度管理十分重要 温度过高容易产生杂菌 菌丝变 黄萎缩 高于34 时金针菇菌丝会停止生长 而温 度过低也会造成发菌后期菌丝生长缓慢 但人工栽 培中往往会因自然环境温度的过高或过低 直接影 响金针菇的发菌 人工培养很难均衡地保持理想的 发菌温度 因此 可以利用温湿度传感器监测发菌室内的 空气环境温湿度 并对采用到的数据进行分析运算 经过模拟电子和数字电子 analog and digital 转换 送入单片机处理 驱动加热或制冷设备工作 从而 实现发菌室环境温湿度的自动智能调节 而且还可 以把现场采集到的数据通过有线 无线 3G 2G无 线网络传输到中控数据平台 用户从终端可以远程 查看培养室现场的温湿度实时数据 并使用远程控 制功能 利用继电器控制设备或模拟输出模块对培 养室的加热 加湿 制冷 通风等设备进行远程操 作 当然 也可以安装二氧化碳传感器 光照传感 器等进行氧气和光照的控制 从而形成一整套自动 通风排放系统 自动加湿系统和自动升温降温系统 全方位保障发菌质量 2 2 4 搔菌和催蕾 菌丝满瓶后即可进行搔菌 现在已经采用专用 的搔菌机进行作业 搔菌后随即进行催蕾 温度控 制10 13 给予足够低温刺激 并辅之以弱散光 刺激和新鲜的空气增加氧 促使金针菇原基的形成 这一过程中需要分段设定温湿度传感器的参数 在 开始的前三天一般设置空气相对湿度保持在 90 95 使菌丝恢复生长 后期再设定传感器湿度参 数到85 90 2 2 5 均育和抑制 金针菇均育是抑制处理的过渡阶段 此时的温 湿度传感器设置温度应控制在 8 1 空气相对 湿度设定在85 90 以促菇蕾在低温环境中分化 分枝 此时的传感器温度设定十分重要 目前不同 企业在实际生产中对抑制温度的控制有高有低 但 多在3 8 之间 一般金针菇菌柄长至0 5 cm 1 0 cm时即可进行抑制培养 无论采用吹风抑制还是光 照抑制方法 都需要实时控制环境的温度 湿度参 数 避免温度变化对金针菇品质的影响 2 2 6 子实体生长与采收 金针菇子实体生长时的空气相对湿度控制在 80 90 栽培瓶内的湿度控制在70 左右 子实 体生长最适温度控制在10 15 环境湿度和栽培 瓶湿度都可以通过传感器采集 给环境自动控制系 统向喷雾设备发送控制信号 调节环境湿度 避免 因环境湿度过低影响金针菇生长或者过高造成烂菇 等情况 同理也可以利用传感器采集的温度数据来 调节生长温度 当金针菇长出栽培瓶3 cm时要进行套筒 以促 使菌柄增长 当菌柄长度达到15 cm左右时即可进 行采收 但在采收前要降低空气湿度到70 80 湿度过大会造成金针菇含水量超常出现黏液 不利 220 中国食用菌 EDIBLE FUNGI OF CHINA中国食用菌 Vol 39 No 12 于金针菇的保鲜 2 2 7 包装 存储与运输 由于是工厂化生产 后期的金针菇包装要与子 实体生长时的温度一致 控制在 10 15 的范围 内 在包装车间安排的多点温湿度传感器可以实时 监控包装温度 对包装车间的环境自动监控 而包 装好的金针菇产品随后就进入了冷链存储和运输的 环节 在冷库存储的温度为1 4 相对湿度在控 制在60 65 这也是冷链运输时的保鲜温湿度范 围 这些温湿度数据的采集都可以应用温湿度传感 器来完成 3 结论 培养室应用温湿度传感器来进行生产环境的自 动化控制 有效利用了传感器技术 自动化控制和 计算机技术 能够自动采集培养室的温度 湿度 并且自带通讯接口 可以和计算机系统共同构成菇 房环境自动监控系统 对食用菌栽培的不同阶段进 行实时温湿度控制 为食用菌工厂化栽培提供技术 支撑 帮助食用菌产业实现科学化 标准化和现代 化的栽培管理 参考文献 1 木村荣一 中国食用菌工厂化栽培待克服的技术难点 J 食药用菌 2018 26 1 18 22 2 任海霞 任鹏飞 宫志远 等 工厂化食用菌菌渣栽培草 菇试验 J 食药用菌 2018 25 6 378 380 387 3 张晓文 王志冉 周增产 等 集装箱设施化菇房的研发 与应用 J 食用菌 2020 42 3 67 71 74 4 董楸煌 李海芸 邱荣斌 等 灰树花菇房多点温湿度监 测系统设计 J 甘肃农业大学学报 2017 52 2 121 127 134 5 蔡杰 杨立新 徐红星 食用培养室物联网系统组成与设 备选型分析 J 绿色科技 2017 55 21 74 76 6 孙炎 黄文斌 一种铂电阻温度传感器的密封性设计 J 传感技术学报 2020 33 7 967 973 上接第220页 12 马三保 王义 杨利平 等 解析神东矿区生态建设及 新品种巨菌草试种表现 J 华北自然资源 2020 19 6 108 109 13 张双双 陈晓斌 林冬梅 等 菌草菌物饲料开发利用 研究进展 J 饲料工业 2017 38 12 62 64 14 钟华 李莉 秦雪 等 以草代木栽培香菇技术初探 J 耕作与栽培 2020 40 5 19 22 26 15 林冬梅 林占熺 苏德伟 等 种植菌草对沙质荒漠化 土壤养分 酶活性及微生物的影响 J 河南农业科学 2017 46 5 61 65 16 贾永红 路彦霞 曹秀明 等 廊坊师范学院引种巨菌 草及越冬试验 J 廊坊师范学院学报 自然科学版 2016 16 4 41 43 53 17 李玉帅 赵晓登 陈腾达 巨菌草在食用菌培养中的应 用 J 农村科学实验 2020 57 6 54 55 18 宋昭昭 贾雨雷 黄在兴 等 一株巨菌草内生生防菌 的分离 鉴定及其基因组测序分析 J 草业科学 2019 36 3 632 639 19 杜森有 陈朋刚 陕西省延安市巨菌草的引进与产业化 进展调查 J 畜牧与饲料科学 2019 40 2 66 68 20 卢政辉 巨菌草代料栽培秀珍菇配方筛选试验 J 福建农 业科技 2018 49 4 19 22 21 李娜 紫芝菌草栽培特性 化学成分及其多糖的研究 D 福州 福建农林大学 2011 22 林占熺 菌草技术与生态治理 M 福州 福建科学技术出 版社 2019 23 黄世宏 菌草之梦 M 北京 红旗出版社 2013 24 杨本寿 秦庆颖 杨瑾屏 以巨菌草为主料半人工林下 栽培云南白参技术探索 J 农业开发与装备 2017 23 11 178 25 蔡杨星 曹秀明 薛志香 等 菌草栽培猴头菌配方筛 选 J 北方园艺 2017 41 11 148 152 26 阙玉林 陈先西 菌草代料栽培双孢蘑菇技术总结 J 中 国食用菌 2008 27 5 64 66 27 方白玉 柯野 郑秋桦 菌草栽培麒麟菇的培养基配方 筛选 J 食用菌 2007 29 3 28 29 28 陈君琛 沈恒胜 汤葆莎 等 食用菌菌糠再利用技术 研究 J 中国农学通报 2006 23 11 410 412 29 Dimakatso Bontle Kokoropo 菌草菌糟作为生物肥料对巨 菌草生长的影响 D 福州 福建农林大学 2017 30 杨丽秋 范锦琳 刘欣怡 等 菌草对灵芝生长状况及 营养成分的影响 J 福建农业学报 2017 32 5 508 511 31 王豫生 周毕芬 菌草技术发明与发展的社会学价值 J 福建农林大学学报 哲学社会科学版 2006 54 1 1 5 32 白腾飞 枣树木质部栽培食药用菌的研究 D 延安 延安 大学 2017 33 胡保明 程雪梅 史晓婧 利用香菇菌糠栽培草菇技 术 J 食用菌 2005 27 4 30 31 34 王彩云 熊祖华 丁明 阿魏菇菌糠栽培姬松茸技术 J 新疆农业科技 2004 26 1 37 35 曾日秋 汤浩 卢川北 等 不同培养料栽培榆黄蘑试 验 J 食用菌 2003 25 5 40 36 范文阁 甄进才 闫志华 夏季利用菌糠棚栽草菇技 术 J 食用菌 2001 23 4 23 224