基于云計算的食用菌栽培環(huán)境參數(shù)自動監(jiān)測系統(tǒng)*

劉 洋

（溫州大學甌江學院，浙江 溫州 325035）

食用菌栽培是我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中一項主要產(chǎn)業(yè)，而食用菌栽培環(huán)境是決定食用菌能否發(fā)揮最大效益的關鍵影響因素[1]。目前的食用菌生產(chǎn)加工水平較低，食用菌加工生產(chǎn)均為一些小型工廠，沒有良好的栽培環(huán)境，導致食用菌產(chǎn)業(yè)發(fā)展停滯不前，收益不樂觀，為此研究基于云計算的食用菌栽培環(huán)境參數(shù)自動監(jiān)控系統(tǒng)，合理化控制栽培環(huán)境參數(shù)，更好地提高食用菌產(chǎn)量和質量，提升行業(yè)經(jīng)濟效益[2]。

1 食用菌栽培環(huán)境參數(shù)監(jiān)測

由于食用菌菌種的栽培環(huán)境決定食用菌生長狀況，進而影響食用菌產(chǎn)生的經(jīng)濟效益，因此食用菌栽培與食用菌生長環(huán)境密不可分。不同生長階段的食用菌對環(huán)境參數(shù)的需求不同，因此需要通過監(jiān)控食用菌生長狀態(tài)實時調控食用菌生長環(huán)境參數(shù)[3]。食用菌生長過程中，最重要的栽培環(huán)境參數(shù)就是空氣質量，如溫度、濕度以及二氧化碳濃度等。偏高的二氧化碳含量會影響食用菌生長，因此確保栽培環(huán)境空氣中二氧化碳濃度均衡，對促進食用菌生長很有必要；合理的栽培環(huán)境濕度可促進食用菌基質沿縱向深入生長；栽培環(huán)境參數(shù)中的溫度能夠影響食用菌的質量及產(chǎn)量，適宜的溫度可促進其生長速率，溫度過高則會抑制生長，甚至死亡[4]。因此食用菌栽培環(huán)境參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)可嚴格把控食用菌生長不同階段的環(huán)境參數(shù)，為其生長提供最適宜環(huán)境參數(shù)，促進質量及產(chǎn)量提升。

2 食用菌栽培環(huán)境參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)設計

2.1 物聯(lián)網(wǎng)栽培環(huán)境參數(shù)采集終端

物聯(lián)網(wǎng)栽培環(huán)境參數(shù)采集終端由終端控制器和終端協(xié)調器構成，其中終端控制器負責食用菌菌種栽培環(huán)境參數(shù)采集，終端協(xié)調器負責匯總分析終端控制器采集到的環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)。所采集的栽培環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)主要有溫度、濕度、二氧化碳濃度、光照強度等，采集終端環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)采集、轉換以及算法如圖1所示。

由圖1可知，終端控制器中的主控制模塊，遵循特定算法轉換采集到的栽培環(huán)境數(shù)據(jù)實際值為系統(tǒng)程序設定值，并將數(shù)據(jù)輸出到終端協(xié)調器進行數(shù)據(jù)匯總分析。為減少數(shù)據(jù)傳輸量，縮減采集終端工作負荷量，增強系統(tǒng)整體穩(wěn)定性，依照1Byte、2Byte、4Byte匯總程序轉化環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)。

2.2 基于云計算的云監(jiān)測信息服務平臺

2.2.1 云計算服務模式

基于云計算構建的云環(huán)境可容納數(shù)量龐大的數(shù)據(jù)信息，以便于為食用菌栽培隨時提供栽培環(huán)境參數(shù)信息，用戶無需花費大量資金在置辦相關硬件設備以及數(shù)據(jù)監(jiān)測應用軟件上，只需要登錄云計算客戶端，購買相關服務內(nèi)容便可以隨時獲取所需信息，無需設備運營維護、極大限度地降低運營成本且方式簡單[5]。云計算服務模式結構圖如圖2所示。

由圖2可知，軟件服務層：利用互聯(lián)網(wǎng)完成服務，客戶端用戶發(fā)出軟件申請時，服務端會給客戶端發(fā)送應用程序，服務供應商已提前將用戶所需軟件存儲在應用程序中，用戶接收程序后，依照制定要求完成登錄、付費流程便可使用。在簡便了使用流程的基礎上最大限度節(jié)省成本，同時也避免了客戶端系統(tǒng)不支持軟件的現(xiàn)象產(chǎn)生。

云平臺服務層：該層次為建立于互聯(lián)網(wǎng)基礎上的分布式研發(fā)服務平臺，該層次供應商為客戶端提供包含平臺分層數(shù)據(jù)庫的軟、硬件資源，并存管基礎數(shù)據(jù)以及應用程序等客戶端資料。客戶端秩序完成語言編碼以及客戶端之間數(shù)據(jù)傳遞。

基礎設施服務層：該層由大規(guī)模集群服務器構成的虛擬資源池組成，將數(shù)量龐大的虛擬資源發(fā)送至客戶端，服務于用戶，便于用戶在基礎設施上完成云計算程序與檢測任務。

2.2.2 云監(jiān)測信息服務平臺

基于云計算服務模式構建的云監(jiān)測信息服務平臺如圖3所示。

如圖3所示，消息中間件、Web云服務器、終端設備以及數(shù)據(jù)庫共同構成了云監(jiān)測信息服務平臺。云監(jiān)測信息服務平臺主要工作是將物聯(lián)網(wǎng)栽培環(huán)境參數(shù)采集終端采集匯總輸出的食用菌栽培環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)存儲起來，并對其進行分析處理，利用基于ZigBee傳輸模式技術結合無線傳感器網(wǎng)絡實現(xiàn)食用菌栽培環(huán)境參數(shù)監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸[6]。

2.3 基于ZigBee技術的食用菌栽培環(huán)境參數(shù)傳輸

2.3.1 無線傳感網(wǎng)絡

無線傳感網(wǎng)絡利用無線傳感技術實現(xiàn)網(wǎng)絡覆蓋區(qū)域內(nèi)的區(qū)域對象監(jiān)控數(shù)據(jù)的無限傳輸，將烯烴檢測數(shù)據(jù)傳輸給用戶進行數(shù)據(jù)后續(xù)分析處理[7]。無線傳感技術通過結合物理網(wǎng)傳感技術和計算機信息技術構建現(xiàn)代化信息網(wǎng)絡有效實現(xiàn)數(shù)據(jù)監(jiān)控目標區(qū)域數(shù)據(jù)的采集、處理及傳輸，已經(jīng)逐步擴大在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領域中的應用范圍。

2.3.2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸設計需求

利用ZigBee技術實現(xiàn)食用菌栽培環(huán)境參數(shù)無線傳感網(wǎng)絡構建，可極大程度縮減系統(tǒng)成本，無線傳感網(wǎng)絡節(jié)點具體積較小特點，極其利于ZigBee技術在無線傳感網(wǎng)絡中順利開展。也是未來食用菌栽培環(huán)境參數(shù)自動監(jiān)測系統(tǒng)未來發(fā)展的整體方向。食用菌栽培環(huán)境參數(shù)自動化檢測系統(tǒng)研究過程中，利用ZigBee技術結合無線傳感網(wǎng)絡有效實現(xiàn)食用菌栽培環(huán)境參數(shù)檢測系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸，輔助系統(tǒng)食用菌栽培環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)監(jiān)控管理，在有效完成食用菌質量及生長速率提升的基礎上，縮減食用菌栽培成本，實現(xiàn)自動化檢測、管理食用菌生長，促進食用菌產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[8]。

由于應用ZigBee技術的無線傳感網(wǎng)絡節(jié)點會遍布食用菌栽培環(huán)境的各個角落，其中不乏一些地理位置偏僻區(qū)域，維護人員難以進入該節(jié)點位置維護，使得網(wǎng)絡維護人員后期網(wǎng)絡維護難度較大，導致節(jié)點受環(huán)境及外界因素影響而工作異常。因此在設計基于ZigBee技術的無線傳感網(wǎng)絡的軟硬件時便充分考慮帶網(wǎng)絡節(jié)點的數(shù)據(jù)容錯能力，降低無線傳感網(wǎng)絡工作異?，F(xiàn)象，保證食用菌栽培環(huán)境參數(shù)監(jiān)測數(shù)據(jù)不受環(huán)境因素影響，便于系統(tǒng)安全可靠運行[9]。為保證系統(tǒng)可以實現(xiàn)系統(tǒng)通用型統(tǒng)一管理，將無線傳感網(wǎng)絡的網(wǎng)絡節(jié)點設置成批處理操作模式。通過合理布設終端節(jié)點方式設計系統(tǒng)，提升系統(tǒng)食用菌栽培環(huán)境參數(shù)監(jiān)測準確性的同時，降低系統(tǒng)建設成本，增強無線傳感網(wǎng)絡在系統(tǒng)中的應用性能。針對無線傳感網(wǎng)絡節(jié)點具備的數(shù)量大密度高特點，以高集成度小型化為依據(jù)設置網(wǎng)絡節(jié)點，便于系統(tǒng)實際應用中的操作，增強系統(tǒng)網(wǎng)絡維護及管理效率。

3 結論

利用現(xiàn)代化技術研究基于云計算的食用菌栽培環(huán)境參數(shù)自動化監(jiān)測系統(tǒng)，利用物聯(lián)網(wǎng)結合云計算技術，對食用菌生長過程中每個階段的栽培環(huán)境參數(shù)展開實時自動化監(jiān)測，通過ZigBee技術實現(xiàn)環(huán)境參數(shù)監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸，依據(jù)此數(shù)據(jù)將食用菌栽培環(huán)境參數(shù)調節(jié)為可促進食用菌生長，營造良好的食用菌生長環(huán)境。