基于云计算的食用菌栽培环境参数自动监测系统*

刘 洋

（温州大学瓯江学院，浙江 温州 325035）

食用菌栽培是我国农业生产中一项主要产业，而食用菌栽培环境是决定食用菌能否发挥最大效益的关键影响因素[1]。目前的食用菌生产加工水平较低，食用菌加工生产均为一些小型工厂，没有良好的栽培环境，导致食用菌产业发展停滞不前，收益不乐观，为此研究基于云计算的食用菌栽培环境参数自动监控系统，合理化控制栽培环境参数，更好地提高食用菌产量和质量，提升行业经济效益[2]。

1 食用菌栽培环境参数监测

由于食用菌菌种的栽培环境决定食用菌生长状况，进而影响食用菌产生的经济效益，因此食用菌栽培与食用菌生长环境密不可分。不同生长阶段的食用菌对环境参数的需求不同，因此需要通过监控食用菌生长状态实时调控食用菌生长环境参数[3]。食用菌生长过程中，最重要的栽培环境参数就是空气质量，如温度、湿度以及二氧化碳浓度等。偏高的二氧化碳含量会影响食用菌生长，因此确保栽培环境空气中二氧化碳浓度均衡，对促进食用菌生长很有必要；合理的栽培环境湿度可促进食用菌基质沿纵向深入生长；栽培环境参数中的温度能够影响食用菌的质量及产量，适宜的温度可促进其生长速率，温度过高则会抑制生长，甚至死亡[4]。因此食用菌栽培环境参数监测系统可严格把控食用菌生长不同阶段的环境参数，为其生长提供最适宜环境参数，促进质量及产量提升。

2 食用菌栽培环境参数监测系统设计

2.1 物联网栽培环境参数采集终端

物联网栽培环境参数采集终端由终端控制器和终端协调器构成，其中终端控制器负责食用菌菌种栽培环境参数采集，终端协调器负责汇总分析终端控制器采集到的环境参数数据。所采集的栽培环境参数数据主要有温度、湿度、二氧化碳浓度、光照强度等，采集终端环境参数数据采集、转换以及算法如图1所示。

由图1可知，终端控制器中的主控制模块，遵循特定算法转换采集到的栽培环境数据实际值为系统程序设定值，并将数据输出到终端协调器进行数据汇总分析。为减少数据传输量，缩减采集终端工作负荷量，增强系统整体稳定性，依照1Byte、2Byte、4Byte汇总程序转化环境参数数据。

2.2 基于云计算的云监测信息服务平台

2.2.1 云计算服务模式

基于云计算构建的云环境可容纳数量庞大的数据信息，以便于为食用菌栽培随时提供栽培环境参数信息，用户无需花费大量资金在置办相关硬件设备以及数据监测应用软件上，只需要登录云计算客户端，购买相关服务内容便可以随时获取所需信息，无需设备运营维护、极大限度地降低运营成本且方式简单[5]。云计算服务模式结构图如图2所示。

由图2可知，软件服务层：利用互联网完成服务，客户端用户发出软件申请时，服务端会给客户端发送应用程序，服务供应商已提前将用户所需软件存储在应用程序中，用户接收程序后，依照制定要求完成登录、付费流程便可使用。在简便了使用流程的基础上最大限度节省成本，同时也避免了客户端系统不支持软件的现象产生。

云平台服务层：该层次为建立于互联网基础上的分布式研发服务平台，该层次供应商为客户端提供包含平台分层数据库的软、硬件资源，并存管基础数据以及应用程序等客户端资料。客户端秩序完成语言编码以及客户端之间数据传递。

基础设施服务层：该层由大规模集群服务器构成的虚拟资源池组成，将数量庞大的虚拟资源发送至客户端，服务于用户，便于用户在基础设施上完成云计算程序与检测任务。

2.2.2 云监测信息服务平台

基于云计算服务模式构建的云监测信息服务平台如图3所示。

如图3所示，消息中间件、Web云服务器、终端设备以及数据库共同构成了云监测信息服务平台。云监测信息服务平台主要工作是将物联网栽培环境参数采集终端采集汇总输出的食用菌栽培环境参数数据存储起来，并对其进行分析处理，利用基于ZigBee传输模式技术结合无线传感器网络实现食用菌栽培环境参数监测数据传输[6]。

2.3 基于ZigBee技术的食用菌栽培环境参数传输

2.3.1 无线传感网络

无线传感网络利用无线传感技术实现网络覆盖区域内的区域对象监控数据的无限传输，将烯烃检测数据传输给用户进行数据后续分析处理[7]。无线传感技术通过结合物理网传感技术和计算机信息技术构建现代化信息网络有效实现数据监控目标区域数据的采集、处理及传输，已经逐步扩大在农业生产领域中的应用范围。

2.3.2 系统数据传输设计需求

利用ZigBee技术实现食用菌栽培环境参数无线传感网络构建，可极大程度缩减系统成本，无线传感网络节点具体积较小特点，极其利于ZigBee技术在无线传感网络中顺利开展。也是未来食用菌栽培环境参数自动监测系统未来发展的整体方向。食用菌栽培环境参数自动化检测系统研究过程中，利用ZigBee技术结合无线传感网络有效实现食用菌栽培环境参数检测系统数据传输，辅助系统食用菌栽培环境参数数据监控管理，在有效完成食用菌质量及生长速率提升的基础上，缩减食用菌栽培成本，实现自动化检测、管理食用菌生长，促进食用菌产业可持续发展[8]。

由于应用ZigBee技术的无线传感网络节点会遍布食用菌栽培环境的各个角落，其中不乏一些地理位置偏僻区域，维护人员难以进入该节点位置维护，使得网络维护人员后期网络维护难度较大，导致节点受环境及外界因素影响而工作异常。因此在设计基于ZigBee技术的无线传感网络的软硬件时便充分考虑带网络节点的数据容错能力，降低无线传感网络工作异常现象，保证食用菌栽培环境参数监测数据不受环境因素影响，便于系统安全可靠运行[9]。为保证系统可以实现系统通用型统一管理，将无线传感网络的网络节点设置成批处理操作模式。通过合理布设终端节点方式设计系统，提升系统食用菌栽培环境参数监测准确性的同时，降低系统建设成本，增强无线传感网络在系统中的应用性能。针对无线传感网络节点具备的数量大密度高特点，以高集成度小型化为依据设置网络节点，便于系统实际应用中的操作，增强系统网络维护及管理效率。

3 结论

利用现代化技术研究基于云计算的食用菌栽培环境参数自动化监测系统，利用物联网结合云计算技术，对食用菌生长过程中每个阶段的栽培环境参数展开实时自动化监测，通过ZigBee技术实现环境参数监测数据传输，依据此数据将食用菌栽培环境参数调节为可促进食用菌生长，营造良好的食用菌生长环境。