CN114793763B - 一种羊肚菌栽培智能换膜系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种羊肚菌栽培智能换膜系统和方法，该系统包括框体，栽培的羊肚菌设于框体中，框体四周和顶部设有换膜单元；处理器和若干图像采集器，若干图像采集器采集羊肚菌不同时期的照片，处理器进行图像比对，根据比对结果判定羊肚菌生长期，控制换膜单元更换不同的膜；若干图像采集器设于框体内部周围。本发明在传统的遮阳棚覆盖地膜的基础上，改进了结构，设置了换模单元，能够在羊肚菌不同的生长状态和需求下切换不同的膜，且每一侧的膜都可以通过膜粘贴部更换，节约人力和物料成本，而且解决了覆盖地膜通风透气性差，浇水困难的问题。
Description
技术领域
本发明涉及种植领域，具体涉及一种羊肚菌栽培智能换膜系统和方法。
背景技术
羊肚菌的种植与其他需要菌棒种植的食用菌不同，菌棒种植的食用菌营养生长阶段和子实体生长阶段可以在不同的地方完成，容易控制光照强度。如灵芝、香菇等需要菌棒种植的食药用菌，在接种后，将菌棒放入培养室发菌，暗培养有利于菌丝体的生长，待发菌完毕后转场进行覆土栽培或码垛栽培出菇。在覆土栽培或码垛栽培的地方设置稍微强一些的光照条件，因为原基分化和子实体生长阶段需要光照刺激生长。
羊肚菌种植是通过撒播覆土种植，营养生长在土壤中完成发菌。一般将制成的栽培种揉碎至黄豆粒大小，均匀撒播于制好的畦面上，每亩撒播菌种150-200千克。在播种后的畦面覆土3cm～5cm，保证土壤湿润维持菌丝生长。
播种后搭建小拱棚覆黑膜或在地面覆黑膜，以保证菌丝体生长阶段光照强度低于15Lux，逐渐的在地表形成一层菌霜，菌霜逐渐退化，完成营养生长和营养物质的积累。原基分化阶段需要一定的光线刺激，光照强度为50-250Lux，使菌丝在地表扭结分化形成原基，原基阶段从最初的针尖状扭结期到羊肚菌菌柄和菌盖表型分化完成。原基分化完成到子实体生长成熟阶段，需要更强一些的光刺激以促进子实体生长发育，光照强度为200-1000Lux。在羊肚菌的整个种植生长阶段，光环境的控制至关重要，如果不根据羊肚菌的不同生长发育阶段实行光环境控制，可能会造成减产，甚至零收成。
目前，光环境控制的办法就是搭建遮阳棚，但由于遮阳棚搭建后控制光照强度较粗放，还需要进一步搭小拱棚覆膜或直接覆地膜以控制不同生长发育时期的光强度。营养生长阶段覆盖黑膜，原基分化阶段覆盖半透明黑膜，子实体生长阶段覆盖淡黑膜，从外面可以看清子实体生长情况。且在覆膜的过程中还得保证土壤水分和透气性，以便浇水和降低二氧化碳浓度，为了浇水方便以及空气流通，就需在膜上扎洞，并且地畦长宽不等，膜就需剪裁为不同的大小，所以这些膜基本使用一次后就不能重复利用。每次换膜都是对人工和膜材料的严重浪费。与此同时，覆盖地膜给浇水和通风透气带来了困难，导致土壤湿度和膜内二氧化碳浓度控制不易，对原基萌发以及羊肚菌最终产量带来影响。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种羊肚菌栽培智能换膜系统和方法，设置换膜系统的同时，在框内设置二氧化碳浓度传感器，当二氧化碳浓度高于0.1%时，框体四周更换留孔的膜增强空气流通；框内设置湿度传感器，当土壤湿度低于25%或者空气湿度低于80%时，灌溉系统相应部位进行雾化喷淋。
具体技术方案如下：
一种羊肚菌栽培智能换膜系统，包括框体，栽培的羊肚菌设于框体中，框体四周和顶部设有换膜单元；
处理器和若干图像采集器，若干图像采集器采集羊肚菌不同时期的照片，处理器进行图像比对，根据比对结果判定羊肚菌生长期，控制换膜单元更换不同的膜；若干图像采集器设于框体内部周围。
进一步地，换模单元包括若干平行设置的卷膜结构，卷膜结构上设有膜粘贴部，不同的卷膜结构粘贴不同的膜。
进一步地，换模单元包括容纳框，若干平行设置的卷膜结构设于容纳框中，设于四周的卷膜结构包括设于上端的电控滚轴，通过电控滚轴收纳或释放不同的膜，设于顶部的卷膜结构包括两侧电控滚轴，通过两侧电控滚轴收纳或释放不同的膜。
进一步地，容纳框中设有滑道，卷膜结构收纳或释放不同的膜时沿滑道运动。
进一步地，不同的膜包括黑白膜、半透明黑膜、淡黑膜、根据空气流通需求留孔的黑白膜、半透明黑膜、淡黑膜。
进一步地，系统还包括设于地表一定深度土壤中和框体内的湿度传感器，设于框体内的二氧化碳浓度传感器，以及设于框体内的带雾化喷水装置的灌溉系统；
处理器采集湿度传感器、二氧化碳浓度传感器数据；当土壤湿度低于25%或者空气湿度低于80%时，处理器控制灌溉系统进行喷淋；
当框体内CO2浓度高于0.1%时，处理器控制除顶部以外的换膜单元切换相应地带有孔的膜。
进一步地，处理器判定为营养生长阶段时，所有换模单元切换为黑白膜；处理器判定为营养生长向生殖生长转变，即萌发原基阶段时，所有换模单元切换为半透明黑膜；处理器判定为子实体生长阶段时，所有换模单元切换为淡黑膜。
本发明还涉及的一种羊肚菌栽培智能换膜方法，将四周和顶部设有换模单元的框体罩设于羊肚菌栽培大棚上，采集羊肚菌不同时期的照片，进行图像比对，根据比对结果判定羊肚菌生长期，控制换膜单元更换不同的膜；
采集湿度传感器、二氧化碳浓度传感器数据；当土壤湿度低于25%或者空气湿度低于80%时，灌溉系统相应部位进行喷淋；
当框体内CO2浓度高于0.1%时，换膜单元切换相应地带有孔的膜。
进一步地，处理器分别判断各个采集器采集的结果，当90%以上的采集器的判定结果为某时期的生长状态时，进行切换膜操作，否则不进行操作；
湿度传感器、二氧化碳浓度传感器均匀设置。
与现有技术相比，本发明的有益效果具体如下：
（1）本发明在传统的遮阳棚覆盖地膜的基础上，改进了结构，设置了换模单元，能够在羊肚菌不同的生长阶段切换不同的膜，且每一侧的膜都可以通过膜粘贴部更换，节约人力和物料成本。
（2）本发明通过采集图像进行比对，准确的识别出羊肚菌不同的生长发育阶段，及时进行换膜，更加智能，也能够准确判断换膜时机。
（3）本发明解决了覆盖地膜通风透气性差，浇水困难导致二氧化碳浓度和地表湿度控制不好的问题。由于本发明的换膜系统设置于羊肚菌栽培框体之上，即能有效控制光照强度，又便于排放灌溉设施和更换透气孔膜。达到有效控制二氧化碳浓度和湿度的效果。
（4）本发明与设施化工厂化羊肚菌栽培相比也体现了明显的优势。设施化羊肚菌栽培在光照和温度控制方面产生巨大的能耗，这部分能耗已经超过种植成本的三分之一。本发明的光照来源于太阳光，只是通过换膜调节不同的光照强度，种植季节一般选择为羊肚菌适宜生长的冬季，换膜系统对羊肚菌棚有一定的保温作用，既利于羊肚菌生长又不产生能耗。
附图说明
图1是本发明实施例的系统的正视图；
图2是本发明实施例的系统的侧视图；
图3是本发明实施例的四周的换模单元的侧视图；
图4是本发明实施例的四周的换模单元的单个卷膜结构放下膜后的结构示意图；
图5是本发明实施例的顶部的换模单元的侧视图；
图6是本发明实施例的顶部的换模单元的单个卷膜结构伸出膜遮挡后的结构示意图；
图7是本发明实施例的顶部的换模单元的俯视图；
图8是本发明实施例的系统框图；
图9是本实施例的可选择的传感器类型和安装位置。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
除非另外定义，本申请实施例中使用的技术术语或者科学术语应当为所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。“上”、“下”、“左”、“右”、“横”以及“竖”等仅用于相对于附图中的部件的方位而言的，这些方向性术语是相对的概念，它们用于相对于的描述和澄清，其可以根据附图中的部件所放置的方位的变化而相应地发生变化。
如图1、2所示，本实施例的羊肚菌智能栽培系统，包括框体1，框体可以是现有的遮阳棚的矩形框。栽培的羊肚菌设于框体1中，框体四周和顶部设有换膜单元，包括设于四周的第一换模单元2、第二换模单元3、第三换模单元4、第四换模单元6、以及设于顶部的第五换模单元5。第一换模单元2、第二换模单元3、第三换模单元4、第四换模单元6结构相同，尺寸根据框体需要调节。
如图3、4所示，第一换模单元2包括容纳框，6个平行设置的卷膜结构设于容纳框中，设于四周的卷膜结构包括设于上端的电控滚轴2.1，电控滚轴2.1通过微电机2.5控制，通过电控滚轴2.1收纳或释放不同的膜。卷膜结构上设有膜粘贴部，不同的卷膜结构夹持不同的膜。本实施例中，膜粘贴部可以是带粘结层的柔性边框2.2，柔性边框2.2可以卷入电控滚轴2.1两侧，一端与电控滚轴2.1两侧连接，另一端与底部杆体2.4连接，柔性边框2.2上设有粘结层，膜2.6可以站在柔性边框上，容纳框中设有滑道2.3，卷膜结构收纳或释放不同的膜时沿滑道2.3运动。卷膜结构的数量可以根据需要增减。
如图5、6、7所示，设于顶部的卷膜结构包括前端电控滚轴5.4和后端电控滚轴5.1，通过两侧电控滚轴收纳或释放不同的膜。
卷膜结构上设有膜粘贴部，不同的卷膜结构夹持不同的膜。本实施例中，膜粘贴部可以是带粘结层的柔性边框5.2，柔性边框5.2可以卷入前端电控滚轴5.4和后端电控滚轴5.1，一端与前端电控滚轴5.4连接，另一端与后端电控滚轴5.1连接，柔性边框5.2上设有粘结层，膜5.6可以站在柔性边框上，容纳框中设有滑道5.3，卷膜结构收纳或释放不同的膜时沿滑道5.3运动。
本领域技术人员可以知晓的是，顶部的卷膜结构的伸展方式还可以是类似于现有的天窗的结构，根据实际需求以及成本等考虑。
本实施例中，不同的膜包括现有的黑白膜、半透明黑膜、淡黑膜、根据空气流通需求留孔的黑白膜、半透明黑膜、淡黑膜。
本实施例中，黑白膜：白面朝外，黑面朝内，白面有较强的反光能力，黑面遮光，遮阴率为100%，膜下光照强度低于15Lux，黑白膜使用从羊肚菌播种到菌霜长满地表畦面。
半透明黑膜：具有一定的透光性，遮阴率80%-90%，在不同的外部光线环境下，综合晴天以及阴雨天，或者一天中的上午、正午和下午，膜下光照强度为50-300Lux之间，半透明黑膜使用从菌霜长满地表畦面到白色菌霜基本退去后，菌丝呈浅黄色时浇大水催菇，至原基形成阶段。
淡黑膜：具有一定的透光性，遮阴率70%-75%，在不同的外部光线环境下，综合晴天以及阴雨天，或者一天中的上午、正午和下午，膜下光照强度为200-1500Lux，淡黑膜使用时间为整个羊肚菌子实体发育时期，从原基形成之后到子实体采收完成。
顶部只使用三种膜，为黑白膜、半透明黑膜和淡黑膜，主要作用是控制光照强度。四周除使用这三种膜以外，还使用这三种的留孔膜，即黑白膜、半透明黑膜、淡黑膜、留孔黑白膜、留孔半透明黑膜、留孔淡黑膜，留孔方式为每隔10cm留一个2cm见方的孔洞。
留孔膜是为了增强棚内与外部空气流通，以便降低棚内CO2浓度时使用，当棚内CO2浓度高于0.1%时，棚体四周使用与顶部一致的留孔膜，增强空气流通，降低CO2浓度。
在羊肚菌种植过程中，应保持土壤湿度为25%-35%，空气湿度为80%-95%，在地表土壤和棚内放置湿度传感器监测土壤和空气湿度，当湿度低于羊肚菌最适生长湿度时，进行浇水，棚内安放雾化喷水装置的灌溉系统。灌溉系统可以是现有的雾化喷淋系统。
如图8所示，本实施例的系统还包括处理器、若干图像采集器101、显示器103，输入端设于显示器103上，可以是现有的按键或者触屏形式。
还包括设于地表5cm深度土壤中和框体内的若干湿度传感器，设于框体内的若干二氧化碳浓度传感器，以及设于框体内的带雾化喷水装置的灌溉系统。
处理器采集若干湿度传感器、若干二氧化碳浓度传感器数据；当土壤湿度低于25%或者空气湿度低于80%时，处理器控制灌溉系统进行喷淋。灌溉系统可以是现有的喷淋灌溉系统。
当棚内CO2浓度高于0.1%时，处理器控制框体四周的换膜单元切换相应地带有孔的膜。
本实施例可按图9的方式选择现有的传感器及安装位置。
图像采集器可以是现有的具有拍照或摄像功能的装置，数量不限，均匀的分布在框体内的四根框架上，以能够清楚拍摄到羊肚菌生长形态为准，处理器采集图像，按照羊肚菌预估的生长期，在设定的时间内，调用已存储的相应生长期的羊肚菌照片进行比对，比对模块可以是现有的图像识别模块，为了使得判定结果更加准确，可以设置人工校核模块，判定后将判定结果推送人工校核模块确认，人工确认后再进行换膜。
基于羊肚菌可能的生长不均匀的情况，处理器分别判断各个采集器采集的结果，当90%以上的采集器的判定结果为某时期的生长状态时，进行切换膜操作，否则不进行操作。为了使得结构准确，图像采集器的数量应当大于4个，其中，数量为偶数N时，半数以上是指N/2+1。
处理器判定为菌丝体生长阶段时，所有换模单元切换为黑白膜；处理器判定为原基分化阶段时，所有换模单元切换为半透明黑膜；处理器判定为子实体生长阶段时，所有换模单元切换为淡黑膜。
为了更好的进行操作，本实施例的系统还可以切换为人工操作模式，通过显示器上的控制按钮控制切换膜。
需要说明的是，应理解以上的各个模块的划分仅仅是一种逻辑功能的划分，实际实现时可以全部或部分集成到一个物理实体上，也可以物理上分开。且这些模块可以全部以软件通过处理元件调用的形式实现；也可以全部以硬件的形式实现；还可以部分模块通过处理元件调用软件的形式实现，部分模块通过硬件的形式实现。
这里所述的处理器可以是一种集成电路，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤或以上各个模块可以通过处理器元件中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本申请实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在可读存储介质中，或者从一个可读存储介质向另一个可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘Solid state disk(SSD))等。
上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(Network Processor，NP)等；还可以是数字信号处理器(DigitalSignalProcessing，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
本实施例还涉及的一种羊肚菌栽培换膜方法，按以下进行：
将四周和顶部设有换模单元的框体罩设于栽培的羊肚菌上，采集羊肚菌不同时期的照片，进行图像比对，根据比对结果判定羊肚菌生长期，控制换膜单元更换不同的膜。
当棚内CO2浓度高于0.1%时，棚体四周使用与顶部一致的留孔膜，增强空气流通，降低CO2浓度。
在羊肚菌种植过程中，应保持土壤湿度为25%-35%，空气湿度为80%-95%，在地表土壤和棚内放置湿度传感器监测土壤和空气湿度，但湿度低于羊肚菌最适生长湿度时，进行浇水，棚内安放雾化喷水装置的灌溉系统。
湿度传感器、二氧化碳浓度传感器均匀设置。
采集湿度传感器、二氧化碳浓度传感器数据；当土壤湿度低于25%或者空气湿度低于80%时，灌溉系统相应部位进行喷淋；
当框体内CO2浓度高于0.1%时，换膜单元切换框体四周相应地带有孔的膜。
处理器分别判断各个采集器采集的结果，当90%以上的采集器的判定结果为某时期的生长状态时，进行切换膜操作，否则不进行操作。
作为一种选择，本实施例可以设置为，当90%以上的二氧化碳浓度传感器数据为CO2浓度高于0.1%时，换膜单元切换相应地带有孔的膜。
土地表面的湿度传感器检测到当土壤湿度低于25%时，可以控制喷灌系统进行喷洒，也可以人工喷洒。其他位置的空气湿度低于80%时，可以控制喷灌系统进行喷洒，也可以人工喷洒。保证在羊肚菌种植过程中，保持土壤湿度为25%-35%，空气湿度为80%-95%。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种羊肚菌栽培智能换膜系统，其特征在于：包括框体，栽培的羊肚菌设于框体中，框体四周和顶部设有换膜单元；
处理器和若干图像采集器，若干图像采集器采集羊肚菌不同时期的照片，处理器进行图像比对，根据比对结果判定羊肚菌生长期，控制换膜单元更换不同的膜；若干图像采集器设于框体内部周围；
设于地表土壤中和框体内的湿度传感器，设于框体内的二氧化碳浓度传感器，以及设于框体内的带雾化喷水装置的灌溉系统；
处理器采集湿度传感器、二氧化碳浓度传感器数据；当土壤湿度低于25%或者空气湿度低于80%时，处理器控制灌溉系统进行喷淋；
当框体内CO2浓度高于0.1%时，处理器控制除顶部以外的换膜单元切换相应地带有孔的膜；
不同的膜包括黑白膜、半透明黑膜、淡黑膜、根据空气流通需求留孔的黑白膜、留孔半透明黑膜、留孔淡黑膜；其中，顶部使用黑白膜、半透明黑膜和淡黑膜，控制光照强度；四周使用黑白膜、半透明黑膜、淡黑膜、留孔黑白膜、留孔半透明黑膜、留孔淡黑膜；黑白膜：白面朝外，黑面朝内，白面有反光能力，黑面遮光，遮阴率为100%，膜下光照强度低于15Lux，黑白膜使用从羊肚菌播种到菌霜长满地表畦面；
半透明黑膜：具有透光性，遮阴率80%-90%，在不同的外部光线环境下，综合晴天以及阴雨天，或者一天中的上午、正午和下午，膜下光照强度为50-300Lux之间，半透明黑膜使用从菌霜长满地表畦面到白色菌霜基本退去后，菌丝呈浅黄色时浇大水催菇，至原基形成阶段；
淡黑膜：具有透光性，遮阴率70%-75%，在不同的外部光线环境下，综合晴天以及阴雨天，或者一天中的上午、正午和下午，膜下光照强度为200-1500Lux，淡黑膜使用时间为整个羊肚菌子实体发育时期，从原基形成之后到子实体采收完成；
处理器判定为营养生长阶段时，所有换模单元切换为黑白膜；处理器判定为营养生长向生殖生长转变，即萌发原基阶段时，所有换模单元切换为半透明黑膜；处理器判定为子实体生长阶段时，所有换模单元切换为淡黑膜。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：换模单元包括设于四周的第一换模单元、第二换模单元、第三换模单元、第四换模单元、以及设于顶部的第五换模单元；第一换模单元、第二换模单元、第三换模单元、第四换模单元结构相同；
换模单元包括若干平行设置的卷膜结构，卷膜结构上设有膜粘贴部，不同的卷膜结构粘贴不同的膜。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：第一换模单元包括容纳框，6个平行设置的卷膜结构设于容纳框中，设于四周的卷膜结构包括设于上端的电控滚轴，电控滚轴通过微电机控制，通过电控滚轴收纳或释放不同的膜；卷膜结构上设有膜粘贴部，不同的卷膜结构夹持不同的膜；
膜粘贴部是带粘结层的柔性边框，柔性边框卷入电控滚轴两侧，一端与电控滚轴两侧连接，另一端与底部杆体连接，柔性边框上设有粘结层，膜设于柔性边框上，容纳框中设有滑道，卷膜结构收纳或释放不同的膜时沿滑道运动。
4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：设于顶部的卷膜结构包括前端电控滚轴和后端电控滚轴，通过两侧电控滚轴收纳或释放不同的膜；
卷膜结构上设有膜粘贴部，不同的卷膜结构夹持不同的膜；膜粘贴部是带粘结层的柔性边框，柔性边框卷入前端电控滚轴和后端电控滚轴，一端与前端电控滚轴连接，另一端与后端电控滚轴连接，柔性边框上设有粘结层，膜设于柔性边框上，容纳框中设有滑道，卷膜结构收纳或释放不同的膜时沿滑道运动。
5.一种羊肚菌栽培智能换膜方法，其特征在于：适用于权利要求1-4任一项所述的系统，将四周和顶部设有换模单元的框体罩设于羊肚菌栽培大棚上，采集羊肚菌不同时期的照片，进行图像比对，根据比对结果判定羊肚菌生长期，控制换膜单元更换不同的膜；采集湿度传感器、二氧化碳浓度传感器数据；当土壤湿度低于25%或者空气湿度低于80%时，灌溉系统相应部位进行喷淋；当框体内CO2浓度高于0.1%时，换膜单元切换相应地带有孔的膜。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：处理器分别判断各个采集器采集的结果，当90%以上的采集器的判定结果为某时期的生长状态时，进行切换膜操作，否则不进行操作；湿度传感器、二氧化碳浓度传感器均匀设置。
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