第1章 绪论

1.1 研究背景与意义

农家米酒是中国农耕文化与饮食智慧的结晶，其独特的风味和文化内涵在民间传承千年，不仅是节庆宴席的重要饮品，更承载着地域特色与民俗记忆。近年来，随着消费升级与传统文化复兴，农家米酒的市场需求持续增长，从家庭自酿向小规模作坊化生产转型的趋势日益明显。然而，米酒酿造作为典型的微生物发酵过程，对环境条件有着极为严苛的要求：温度的剧烈波动会影响酵母与霉菌的活性，导致糖转化效率下降或杂菌滋生；湿度过低可能使发酵原料脱水板结，过高则易引发腐败菌繁殖；氧气浓度、pH值的失衡会破坏菌群平衡，而二氧化碳与酒精浓度的异常变化更是发酵进程失控的直接信号。这些参数的细微变化都可能导致米酒风味劣变、酒精度不足甚至完全报废，给生产者带来经济损失。

长期以来，农家米酒酿造依赖“看天吃饭”的经验模式，生产者通过手感触摸判断温度、用眼观察发酵物料状态，这种粗放式管理不仅耗费大量人力，且难以捕捉参数的动态变化，尤其在多批次、多阶段酿造中，极易因人为判断偏差造成品质参差不齐。尽管部分作坊引入了简单的温湿度计等检测工具，但仍局限于单点测量、数据孤立的状态，无法实现多参数协同监测，更缺乏自动预警机制，往往在问题显现时已造成不可逆的损失。同时，不同品种的米酒（如甜酒、黄酒、烧酒）在发酵各阶段的参数阈值差异显著，传统设备难以灵活调整标准，适配性极差。

在这一背景下，将物联网技术引入农家米酒酿造领域，构建智能化环境监测系统具有重要的现实意义。物联网技术通过传感器、无线通信与数据处理的协同，能够打破传统监测的时空限制，实现全流程、多维度的参数感知与智能响应。该系统不仅能实时捕捉温度、湿度、氧气浓度、pH值、二氧化碳及酒精浓度的细微变化，通过灵活的阈值设置适配不同酿造阶段的需求，更能在参数超标时及时报警，为生产者争取调整时间；而WiFi数据上传功能则实现了远程监控与历史数据追溯，为工艺优化提供数据支撑。这一转变不仅能降低人工成本、减少生产损耗，更能通过标准化的环境管控提升产品品质稳定性，为农家米酒从地方特色产品走向规模化、品牌化市场奠定技术基础，在传承传统工艺的同时，推动其向现代化、精准化生产模式转型，兼具经济价值与文化保护意义。

1.2 国内外研究现状

在发酵食品领域，环境参数的精准调控是保障产品品质的核心，国内外针对物联网技术在发酵过程监测中的应用已开展了广泛研究。国外对发酵环境监测的探索起步较早，尤其在葡萄酒、啤酒等规模化发酵产业中，物联网技术的应用已较为成熟。例如，欧盟的“Smart Fermentation”项目通过部署多参数传感器网络，实现了葡萄酒发酵过程中温度、pH值、溶解氧的实时监测，并结合云端平台进行数据建模与工艺优化，其技术特点在于传感器的高精度集成与机器学习算法的深度融合，可通过历史数据预测发酵趋势，提前干预异常参数。在日本，清酒酿造中已采用基于ZigBee协议的无线传感器节点，实现温湿度与酒精浓度的联动监测，且系统具备自适应阈值调整功能，能根据不同发酵阶段自动切换参数标准，大幅提升了产品稳定性。

国内对传统发酵食品的物联网监测研究近年来发展迅速，聚焦于白酒、黄酒、食醋等品类的工艺升级。在白酒酿造领域，已有研究团队开发了基于STM32单片机的窖池环境监测系统，通过部署温度、湿度、二氧化碳传感器，实现数据的实时采集与本地存储，并借助GPRS模块上传至云平台，支持远程查看与超标报警，但该类系统多针对特定酿造环节，缺乏对发酵全周期多参数的协同监测。针对农家米酒，现有研究多处于技术适配阶段，如部分学者探索了将DHT11温湿度传感器与MQ-4酒精传感器应用于米酒发酵监测，通过Arduino控制器实现数据采集与本地报警，但存在参数监测维度有限（多未涉及pH值、氧气浓度）、阈值调整依赖代码修改而非硬件交互、数据传输多采用蓝牙等短距离方式等问题，难以满足农家作坊对远程监控与灵活操作的需求。此外，国内研究在低成本传感器的选型与校准、复杂发酵环境下信号抗干扰处理等方面仍需突破，以适应农家米酒小批量、多批次的生产特点。

总体而言，国内外研究已证实物联网技术在发酵环境监测中的可行性，但针对农家米酒酿造的特殊性，现有系统在多参数集成监测、阈值便捷设置、低成本远程传输等方面仍存在优化空间，亟需构建适配传统工艺与现代技术的专用监测方案。

1.3 研究内容与方法

本研究聚焦基于物联网的农家米酒酿造环境监测系统构建，研究内容包括多参数监测模块设计，选取适配传感器采集温度、湿度、氧气浓度、pH值、二氧化碳及酒精浓度；开发阈值设置与报警单元，通过按键实现参数阈值灵活调整，结合蜂鸣器与指示灯完成超标报警；搭建数据传输链路，利用WiFi模块实现数据向云端平台的实时上传。研究方式采用硬件集成与软件编程结合，先完成传感器选型与校准，再通过单片机实现各模块联动控制，编写数据处理与传输程序，最后通过模拟酿造环境测试系统稳定性与参数监测精度，优化软硬件协同性能。