城市微型食用菌工厂控制系统设计与应用_李佳丹.pdf

南 方 农 业 S o u t h C h i n a A g r i c u l t u r e 第 1 5 卷 第 2 2 期 V o l 1 5 N o 2 2 2 0 2 1 年 8 月 A u g 2 0 2 1 植 物 工 厂 作 为 一 种 通 过 高 精 度 控 制 设 施 内 生 态 环 境 的 高 效 农 业 生 产 系 统 成 为 破 解 自 然 资 源 紧 缺 现 状 变 革 劳 动 关 系 挣 脱 初 级 农 业 市 场 低 迷 困 境 的 有 力 实 践 也 为 现 代 都 市 人 群 开 辟 了 一 道 通 往 自 然 连 结 生 态 关 联 科 学 的 宝 贵 路 径 引 领 未 来 农 业 的 发 展 方 向 近 些 年 植 物 工 厂 的 普 及 率 大 幅 提 高 但 也 存 在 诸 多 问 题 如 投 入 成 本 高 包 括 初 装 成 本 设 施 成 本 和 物 联 网 成 本 还 有 运 营 和 维 护 成 本 高 包 括 人 工 光 源 和 环 境 控 制 等 能 耗 大 其 次 是 标 准 化 规 范 化 程 度 低 集 成 度 不 高 增 加 了 人 工 操 作 难 度 目 前 市 场 上 的 规 模 化 植 物 工 厂 基 本 处 于 亏 损 状 态 主 要 靠 政 府 补 贴 维 持 产 业 化 发 展 存 在 诸 多 瓶 颈 我 国 每 年 废 弃 的 集 装 箱 有 3 0 万 个 左 右 若 利 用 废 弃 的 集 装 箱 进 行 改 造 打 造 城 市 微 型 植 物 工 厂 投 放 在 社 区 等 城 市 公 共 空 间 及 闲 置 空 间 不 但 可 以 提 高 资 源 利 用 率 降 低 植 物 工 厂 建 设 和 运 行 成 本 还 能 突 破 城 市 用 地 局 限 符 合 智 慧 农 业 未 来 社 区 发 展 趋 势 和 消 费 潮 流 成 为 农 业 发 展 的 新 思 路 前 景 广 阔 相 较 于 大 型 智 慧 温 室 集 装 箱 式 植 物 工 厂 具 有 模 块 组 合 灵 活 清 洁 安 全 移 动 方 便 投 入 门 槛 低 应 用 范 围 广 等 优 势 且 系 统 集 成 和 产 品 组 件 模 块 化 便 于 运 输 和 收 稿 日 期 2 0 2 1 0 4 3 0 基 金 项 目 宁 波 市 农 业 科 学 研 究 院 院 长 基 金 项 目 2 0 2 1 N K Y P 0 0 5 作 者 简 介 李 佳 丹 1 9 8 6 女 浙 江 嵊 州 人 博 士 助 理 研 究 员 主 要 从 事 农 业 信 息 化 研 究 E m a i l v a n e l j d 1 6 3 c o m 为 通 信 作 者 E m a i l x z h 7 2 0 0 1 6 3 c o m 李 佳 丹 詹 柴 王 凯 等 城 市 微 型 食 用 菌 工 厂 控 制 系 统 设 计 与 应 用 J 南 方 农 业 2 0 2 1 1 5 2 2 2 1 2 4 2 9 城 市 微 型 食 用 菌 工 厂 控 制 系 统 设 计 与 应 用 李 佳 丹 詹 柴 王 凯 徐 志 豪 宁 波 市 农 业 科 学 研 究 院 农 村 发 展 和 信 息 研 究 所 浙 江 宁 波 3 1 5 0 4 0 摘 要 随 着 科 技 的 发 展 农 业 生 产 方 式 不 断 变 革 垂 直 农 场 和 植 物 工 厂 应 运 而 生 代 表 着 国 内 外 农 业 发 展 的 高 级 阶 段 植 物 工 厂 的 普 及 和 商 业 化 推 广 受 制 于 高 投 入 成 本 高 运 行 能 耗 和 市 场 接 受 度 等 因 素 亟 需 进 一 步 挖 掘 符 合 市 场 需 求 的 产 品 和 盈 利 模 式 本 项 目 以 集 装 箱 为 载 体 通 过 5 G 物 联 网 智 能 改 造 设 计 开 发 一 款 城 市 微 型 食 用 菌 工 厂 可 用 于 银 耳 蟹 味 菇 花 菇 等 高 附 加 值 的 食 用 菌 生 产 具 有 节 能 环 保 管 控 智 能 完 全 无 人 值 守 灵 活 布 点 等 优 势 同 时 可 融 合 亲 子 教 育 休 闲 观 光 等 项 目 实 现 植 物 工 厂 的 产 业 化 发 展 符 合 智 慧 农 业 未 来 社 区 发 展 趋 势 和 消 费 潮 流 市 场 潜 力 巨 大 介 绍 城 市 微 型 食 用 菌 工 厂 的 总 体 设 计 配 置 空 调 通 风 系 统 栽 培 系 统 补 光 系 统 智 能 控 制 系 统 和 物 联 网 远 程 监 测 系 统 并 进 行 了 无 人 值 守 下 的 银 耳 生 产 测 试 发 现 出 菇 良 好 表 明 集 装 箱 食 用 菌 工 厂 可 成 功 用 于 食 用 菌 生 产 关 键 词 植 物 工 厂 食 用 菌 集 装 箱 设 计 应 用 中 图 分 类 号 T P 3 9 3 文 献 标 志 码 B D O I 1 0 1 9 4 1 5 j c n k i 1 6 7 3 8 9 0 x 2 0 2 1 2 2 0 0 5 2 1安 装 本 研 究 设 计 开 发 城 市 微 型 食 用 菌 工 厂 可 用 于 种 植 银 耳 蟹 味 菇 花 菇 等 高 附 加 值 的 菌 类 作 物 这 些 菌 类 作 物 对 温 湿 度 和 空 气 质 量 等 环 境 要 求 非 常 严 格 微 型 食 用 菌 工 厂 能 满 足 其 在 冬 夏 炎 热 或 寒 冷 区 域 的 部 署 实 现 从 菌 种 到 收 割 完 全 无 人 值 守 情 况 下 的 周 年 生 产 本 研 究 为 测 试 集 装 箱 式 食 用 菌 工 厂 应 用 于 食 用 菌 栽 培 的 适 应 性 选 择 鲜 银 耳 开 展 栽 培 试 验 鲜 银 耳 是 一 种 营 养 价 值 高 的 药 食 两 用 菌 类 其 含 水 量 极 高 组 织 脆 嫩 但 菌 体 外 表 缺 少 保 护 极 易 产 生 水 分 损 失 营 养 价 值 下 降 微 生 物 感 染 等 问 题 极 大 地 限 制 了 鲜 银 耳 的 储 运 销 售 和 消 费 1 2 因 此 实 现 地 产 鲜 银 耳 的 周 年 持 续 稳 定 生 产 不 仅 能 够 满 足 城 市 居 民 对 安 全 高 品 质 农 产 品 的 需 求 而 且 能 助 推 新 鲜 食 用 菌 产 业 的 可 持 续 发 展 1 总 体 设 计 方 案 城 市 微 型 食 用 菌 工 厂 采 用 标 准 的 4 0 尺 集 装 箱 高 柜 进 行 改 造 配 置 空 调 通 风 系 统 栽 培 系 统 补 光 系 统 智 能 控 制 系 统 和 物 联 网 远 程 监 测 系 统 采 用 定 制 菌 棒 进 行 食 用 菌 种 植 食 用 菌 生 长 所 需 的 养 分 由 菌 棒 提 供 集 装 箱 内 只 需 搭 设 栽 培 架 和 L E D 补 光 单 元 无 需 另 外 配 置 水 肥 系 统 采 用 总 线 方 式 接 入 湿 度 传 感 器 空 调 模 块 风 机 集 控 面 板 摄 像 头 气 象 站 空 调 面 板 二 氧 化 碳 发 生 器 加 湿 器 智 能 空 开 等 设 备 并 通 过 5 G 边 缘 网 关 实 现 本 地 化 的 数 据 接 入 设 备 识 别 自 动 策 略 记 录 保 存 通 过 云 存 储 实 现 云 端 集 中 管 控 历 史 记 录 分 析 智 能 策 略 下 发 等 功 能 空 间 设 计 如 图 1 所 示 图 1 集 装 箱 食 用 菌 工 厂 设 计 图 1 1 结 构 化 数 据 和 图 像 视 频 数 据 融 合 一 体 化 硬 件 配 置 包 括 5 G 边 缘 主 机 通 讯 模 块 交 换 机 气 象 站 室 内 温 湿 度 传 感 器 摄 像 头 空 调 模 块 加 湿 器 风 机 和 智 能 空 开 等 可 实 现 数 据 实 时 监 测 图 片 自 动 抓 拍 记 录 实 时 浏 览 计 入 一 体 化 融 合 接 入 通 过 5 G 实 现 云 端 同 步 进 行 实 时 控 制 和 视 频 反 馈 无 需 额 外 配 置 图 像 视 频 管 理 终 端 数 据 采 集 存 储 服 务 器 等 1 2 多 柜 共 享 一 个 控 制 网 关 下 的 低 延 时 管 控 主 机 采 用 5 G 边 缘 主 机 N A Y O T A 公 司 集 软 硬 件 一 体 采 用 浏 览 器 访 问 平 台 免 除 下 载 软 件 的 步 骤 满 足 多 种 协 议 类 型 能 够 快 速 方 便 地 接 入 各 种 类 型 设 备 以 及 对 接 B I M V R 等 平 台 具 有 强 大 的 兼 容 性 和 开 放 性 支 持 多 机 热 备 自 动 切 换 主 机 故 障 自 动 切 换 到 备 份 主 机 自 定 义 数 据 清 洗 具 备 上 下 行 的 私 有 协 议 二 次 开 发 功 能 5 G 的 应 用 实 现 云 端 同 步 进 行 实 时 控 制 和 视 频 反 馈 适 应 多 个 种 植 柜 的 高 效 数 据 传 输 和 自 动 控 制 1 3 内 置 成 长 模 型 满 足 随 时 移 动 的 快 捷 部 署 通 过 5 G 边 缘 网 关 可 以 实 时 同 步 各 种 成 长 模 型 李 佳 丹 詹 柴 王 凯 徐 志 豪 城 市 微 型 食 用 菌 工 厂 控 制 系 统 设 计 与 应 用 2 2南 方 农 业 S o u t h C h i n a A g r i c u l t u r e 第 1 5 卷 第 2 2 期 V o l 1 5 N o 2 2 2 0 2 1 年 8 月 A u g 2 0 2 1 并 有 效 进 行 集 中 管 控 满 足 未 来 多 品 类 的 生 产 策 略 及 多 级 营 销 管 控 2 食 用 菌 生 产 测 试 银 耳 是 一 种 优 质 的 药 食 两 用 菌 其 中 所 含 有 的 活 性 成 分 银 耳 多 糖 可 通 过 刺 激 效 应 使 巨 噬 细 胞 分 泌 细 胞 因 子 进 而 调 节 机 体 免 疫 系 统 和 相 关 免 疫 通 路 在 免 疫 调 节 降 血 糖 降 血 脂 抗 癌 和 护 肝 等 方 面 具 有 显 著 效 果 3 4 鲜 银 耳 含 水 量 高 具 有 较 高 的 营 养 价 值 和 较 好 的 口 感 产 品 附 加 值 较 高 但 在 采 收 后 极 易 变 质 银 耳 的 生 产 周 期 为 3 5 4 0 d 对 栽 培 环 境 的 敏 感 性 强 目 前 的 生 产 方 式 主 要 为 小 规 模 家 庭 作 坊 式 栽 培 但 农 户 对 环 境 条 件 的 调 控 手 段 比 较 有 限 需 要 频 繁 进 入 栽 培 房 观 察 仅 凭 经 验 和 体 感 进 行 人 工 喷 雾 及 开 窗 通 风 管 理 不 及 时 常 会 出 现 银 耳 发 育 不 良 畸 形 和 病 变 等 情 况 甚 至 2 3 h 就 可 能 出 现 大 的 生 理 性 病 变 导 致 栽 培 失 败 本 研 究 利 用 设 计 开 发 的 5 G 智 能 种 植 箱 见 图 2 通 过 场 景 设 置 实 现 设 备 批 量 控 制 定 时 控 制 循 环 控 制 通 过 智 能 设 置 实 现 设 备 之 间 的 条 件 控 制 设 备 之 间 的 联 动 控 制 事 件 预 警 在 银 耳 不 同 生 长 阶 段 提 供 最 适 宜 的 成 长 环 境 银 耳 选 择 菌 株 T r 2 1 品 种 该 品 种 深 受 江 浙 地 区 的 消 费 者 青 睐 多 熬 汤 食 用 图 2 集 装 箱 食 用 菌 工 厂 外 观 图 2 1 生 长 数 据 库 建 设 2 1 1 T r 2 1 银 耳 生 长 模 型 数 据 古 田 银 耳 T r 2 1 是 兴 华 真 菌 研 究 所 从 家 栽 香 灰 菌 株 1 号 与 家 栽 银 耳 芽 孢 分 离 单 株 0 2 号 配 对 筛 选 得 到 的 一 个 性 状 优 良 的 变 异 单 株 5 T r 2 1 优 良 菌 株 全 生 育 期 3 5 4 2 d 具 有 朵 形 美 耳 片 较 白 产 量 高 品 质 好 抗 逆 性 强 等 优 点 生 物 学 转 化 率 达 1 3 4 可 作 为 银 耳 工 厂 化 栽 培 的 主 要 推 广 品 种 T r 2 1 银 耳 多 销 往 江 浙 地 区 用 来 熬 汤 食 用 而 东 北 地 区 消 费 者 则 偏 爱 将 T r 0 1 银 耳 凉 拌 T r 2 1 银 耳 生 长 模 型 数 据 库 信 息 列 于 表 1 表 1 T r 2 1 银 耳 生 长 数 据 库 生 长 期 发 菌 期 出 耳 期 子 实 体 展 片 期 成 熟 期 生 长 周 期 d 9 1 2 3 4 1 4 1 7 1 0 农 艺 操 作 无 需 光 照 和 通 风 菌 丝 生 长 适 宜 温 度 1 9 2 5 空 气 相 对 湿 度 5 5 6 5 日 通 风 3 4 次 每 次 1 0 m i n 每 天 轻 度 喷 水 1 3 次 空 气 相 对 湿 度 保 持 在 7 5 8 0 1 3 1 6 d 菌 丝 满 袋 进 行 扩 穴 并 撕 掉 胶 布 覆 盖 无 纺 布 加 大 喷 水 量 在 2 3 d 内 迫 使 原 基 吐 黄 水 相 应 减 少 水 量 喷 水 应 在 通 风 之 后 等 菇 房 降 至 2 5 以 下 进 行 待 菇 蕾 长 至 4 c m 左 右 拿 掉 无 纺 布 停 水 1 d 后 重 新 喷 水 加 大 喷 水 量 同 时 注 意 菇 房 通 风 空 气 相 对 湿 度 9 0 9 5 日 通 风 3 4 次 每 次 3 0 m i n 停 止 喷 水 控 制 温 度 日 通 风 3 4 次 每 次 3 0 m i n 采 收 期 随 温 度 升 高 而 提 前 成 熟 3 5 d 生 产 农 艺 性 状 菌 落 直 径 8 1 0 c m 白 色 带 黑 斑 颜 色 呈 浅 黄 色 至 米 黄 色 色 泽 不 均 一 耳 片 富 有 弹 性 朵 型 较 圆 正 紧 实 度 好 分 叉 少 淡 黄 色 原 基 形 成 至 朵 大 8 1 2 c m 耳 片 松 展 色 白 朵 大 1 0 1 4 c m 耳 片 舒 展 无 小 耳 蕾 蒂 头 黄 耳 片 下 垂 呈 米 黄 色 弹 性 强 形 似 牡 丹 或 菊 花 单 朵 鲜 重 9 0 1 5 0 g 最 大 2 5 0 g 2 1 2 银 耳 生 长 环 境 数 据 菌 棒 基 质 栽 培 银 耳 主 要 受 温 度 湿 度 C O 2 浓 度 和 光 照 四 个 环 境 因 素 的 影 响 菌 棒 放 入 集 装 箱 食 用 菌 工 厂 之 后 便 进 入 出 耳 期 室 温 控 制 在 2 3 需 定 时 喷 雾 加 湿 确保空气湿度维持在 8 5 9 3 每天通风 3 4 次 每 次 2 0 3 0 m i n 光 照 以 自 然 光 为 主 子 实 体 展 片 期 室 温 控 制 在 2 5 增 加 喷 雾 加 湿 频 率 空 气 湿 度 控 制 在 9 0 9 5 每 日 通 风 2 3 次 光 照 以 自 然 光 为 主 采 2 3收 前 7 d 室 温 控 制 在 2 0 2 3 停 湿 造 型 湿 度 控 制 在 8 0 8 5 适 当 增 加 通 风 次 数 每 天 4 5 次 通 过 L E D 灯 适 当 补 光 6 银 耳 栽 培 的 环 境 因 素 调 控 要 求 见 表 2 表 2 银 耳 栽 培 的 环 境 因 素 调 控 出 耳 期 子 实 体 展 片 期 采 收 期 温 度 2 3 2 5 2 0 2 3 湿 度 8 5 9 3 9 0 9 5 8 0 8 5 C O 2 浓 度 0 0 4 0 0 6 0 0 3 光 照 强 度 l x 4 0 0 5 0 0 4 0 0 5 0 0 5 0 0 6 0 0 2 2 无 人 值 守 下 的 食 用 菌 生 产 该 产 品 于 2 0 2 0 年 8 月 开 展 第 一 批 银 耳 种 植 投 入 3 0 0 根 菌 棒 每 根 菌 棒 出 三 朵 菇 生 产 周 期 为 2 0 2 0 年 8 月 5 日 至 9 月 6 日 出 菇 良 好 银 耳 生 产 远 程 监 控 图 像 见 图 3 种 植 试 验 及 运 营 结 果 表 明 集 装 箱 食 用 菌 工 厂 可 以 成 功 用 于 食 用 菌 生 产 为 城 市 微 型 植 物 工 厂 技 术 发 展 拓 宽 思 路 图 3 银 耳 生 产 远 程 监 控 图 像 3 商 业 化 营 销 模 式 探 讨 3 1 多 功 能 产 品 开 发 针 对 不 同 应 用 场 景 以 集 装 箱 式 植 物 工 厂 为 核 心 载 体 开 发 多 种 集 装 模 块 化 组 合 栽 培 设 施 以 种 植 为 主 要 功 能 做 加 法 如 搭 载 休 闲 水 吧 咖 啡 吧 和 观 景 台 等 休 闲 空 间 还 能 进 行 家 居 办 公 商 业 种 植 实 验 室 的 融 合 满 足 细 分 市 场 的 差 异 化 需 求 同 时 不 断 优 化 节 能 设 施 装 备 的 集 成 应 用 通 过 加 载 太 阳 能 光 伏 板 雨 水 蓄 水 降 低 投 入 和 运 行 成 本 实 现 零 消 耗 零 能 耗 的 无 人 值 守 系 统 推 动 集 装 箱 植 物 工 厂 的 产 业 化 智 能 化 多 功 能 化 可 定 制 化 发 展 3 2 多 品 类 种 植 策 略 集 装 箱 食 用 菌 工 厂 全 封 闭 或 半 封 闭 的 生 产 环 境 可 以 有 效 防 止 害 虫 和 病 原 菌 的 入 侵 减 少 杀 虫 剂 杀 菌 剂 等 化 学 农 药 的 使 用 确 保 食 用 菌 的 安 全 满 足 都 市 居 民 对 绿 色 安 全 高 品 质 农 产 品 的 需 求 在 银 耳 自 动 化 生 产 模 型 的 基 础 上 拓 展 金 针 菇 蟹 味 菇 花 菇 白 玉 菇 等 食 用 菌 品 类 在 网 关 引 入 A I 控 制 模 型 满 足 多 品 类 的 种 植 策 略 3 3 多 场 景 推 广 应 用 随 着 社 会 的 发 展 人 民 生 活 水 平 的 提 高 社 区 新 鲜 直 售 教 学 实 验 科 研 科 普 休 闲 体 验 及 园 艺 康 养 的 需 求 旺 盛 利 用 城 市 微 型 食 用 菌 工 厂 实 现 城 市 居 住 环 境 下 的 智 慧 种 植 简 化 种 植 养 护 过 程 高 效 利 用 空 间 满 足 都 市 人 群 的 多 功 能 需 求 同 时 可 实 现 远 洋 货 李 佳 丹 詹 柴 王 凯 徐 志 豪 城 市 微 型 食 用 菌 工 厂 控 制 系 统 设 计 与 应 用 下 转 第 2 9 页 2 4南 方 农 业 S o u t h C h i n a A g r i c u l t u r e 第 1 5 卷 第 2 2 期 V o l 1 5 N o 2 2 2 0 2 1 年 8 月 A u g 2 0 2 1 推 行 新 型 经 营 主 体 全 程 机 械 化 综 合 农 事 服 务 中 心 新 型 经 营 主 体 信 息 化 社 会 化 作 业 服 务 等 社 会 化 服 务 新 模 式 保 持 农 业 机 械 化 率 高 于 重 庆 市 平 均 水 平 5 以 上 参 考 文 献 1 蒋 佩 荪 何 忠 敖 方 源 等 重 庆 市 潼 南 区 农 田 宜 机 化 改 造 推 动 农 业 机 械 化 发 展 的 实 践 与 思 考 J 农 业 工 程 2 0 1 9 9 9 1 6 1 8 2 叶 志 强 何 春 媛 皮 竟 等 重 庆 市 农 业 科 技 创 新 战 略 探 讨 J 湖 北 农 业 科 学 2 0 1 4 5 3 1 2 2 9 4 4 2 9 4 7 2 9 5 4 3 李 娜 农 业 科 技 创 新 与 现 代 农 业 协 同 发 展 研 究 J 吉 林 工 程 技 术 师 范 学 院 学 报 2 0 1 7 3 3 2 4 6 4 赵 连 明 重 庆 市 农 业 科 技 创 新 资 源 配 置 效 率 及 影 响 因 素 研 究 J 中 国 农 业 资 源 与 区 划 2 0 1 8 3 9 7 9 2 9 8 5 薛 鹏 飞 刘 爽 林 青 宁 中 国 农 业 科 研 人 才 空 间 分 布 及 其 对 农 业 高 质 量 发 展 的 影 响 J 中 国 农 业 科 技 导 报 2 0 2 1 2 3 4 1 1 0 责 任 编 辑 敬 廷 桃 上 接 第 2 4 页 轮 边 防 哨 所 高 山 海 岛 海 军 舰 艇 等 场 景 的 周 年 高 效 稳 定 产 出 满 足 少 量 群 体 的 新 鲜 植 物 自 给 需 求 具 有 重 要 的 经 济 和 战 略 意 义 参 考 文 献 1 康 峻 菡 胥 义 基 于 扩 散 型 T T I 与 鲜 银 耳 品 质 关 联 模 型 的 建 立 及 验 证 J 中 国 农 学 通 报 2 0 2 0 3 6 3 2 1 3 0 1 3 9 2 罗 爱 玲 鲜 银 耳 贮 藏 保 鲜 技 术 研 究 D 福 州 福 建 农 林 大 学 2 0 1 4 3 谌 淑 平 李 明 智 董 楠 等 不 同 食 用 菌 多 糖 复 配 物 对 R A W 2 6 4 7 巨 噬 细 胞 的 免 疫 调 节 作 用 J 食 品 工 业 科 技 2 0 2 1 4 2 1 7 3 6 9 3 7 5 4 李 依 霖 姜 明 谭 明 琪 食 用 菌 多 糖 的 药 用 价 值 研 究 进 展 J 宁 夏 农 林 科 技 2 0 2 0 6 1 5 2 4 2 6 3 9 5 孔 旭 强 柳 婷 刘 云 超 等 古 田 银 耳 T r 0 1 和 T r 2 1 的 生 理 生 化 特 征 及 生 产 农 艺 性 状 比 较 J 食 用 菌 学 报 2 0 1 9 2 6 4 0 3 9 4 9 6 杨 际 伟 张 福 山 姚 钢 鹰 等 银 耳 栽 培 物 联 网 环 境 监 控 系 统 的 设 计 与 实 现 J 安 徽 农 学 通 报 2 0 2 0 2 6 7 1 4 1 1 4 3 责 任 编 辑 易 婧 2 9