CN107734964A - 植物生长装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种植物生长系统。所述植物生长系统包含控制系统，其被配置成用于在隔绝环境条件下，在植物生长装置内部的植物生长室中控制植物生长。所述控制系统包含：用于接收传感数据的数据输入装置，所述传感数据包括指示在所述隔绝环境条件下正在生长的植物的一种或多种物理参数的数据，和指示至少所述植物生长装置内部的一种或多种环境条件的数据；以及数据处理装置，其包含用于分析所述指示一种或多种环境条件的数据的第一分析装置，用于分析所述指示植物的一种或多种物理参数的数据的第二分析装置，并且确定植物的所述一种或多种参数中每一者的时间模式，并在鉴定到植物的所述一种或多种参数的预定变化后，产生至少包含流量数据的操作数据，用于操作与所述植物生长装置流体连通、用于在预定的生长流程下将多种营养物供应到所述植物生长室中的定量给料系统。

Description

植物生长装置和方法

技术领域

本发明属于植物生长领域，并涉及提供自动控制的植物生长环境的系统和方法。本发明对于室内植物生长应用来说尤其有用。

背景技术

在室内生长植物具有生长更快的优点，这是由于可能更好地控制了用于栽培植物的生长环境例如光、水、肥料、湿度。然而，在室内生长植物相对昂贵且复杂，特别是对于以前没有经验的外行来说，因为植物通常经过几个要求的条件不同的生长阶段。此外，在室内生长植物可能产生不想要的强烈气味。

已开发了各种不同技术用于促进室内生长植物的方法。例如，专利公开KR101426036B公开了一种家庭用智能植物生长设备，用于在家中简单地生长植物以使室内环境舒适且优雅，并且更具体来说，公开了一种家庭用智能植物生长设备，其通过实时检测植物生长环境和植物生长状态的信息，并将所述信息发送并提供给便携式装置，能够使用户更容易地管理植物以高效地生长植物。根据所述公开，技术要点是一种家庭用智能植物生长设备，其特征在于包含外壳、营养物溶液罐、营养物供应机构、加湿器、环境因子传感器、营养物传感器、生长传感器、控制基板和显示面板。

发明概述

在本领域中，对于室内植物生长的新技术存在着需求。本发明提供了新的系统和方法，其能够在充分且自动控制的生长环境中实现任何植物的最适生长，消除或至少显著减少对用户干预的需要。

众所周知，每种植物有其自身的生长过程，始于种子并终于产生花或后代的成熟植株。这种生长路径通常包括几个生长阶段，各自需要(特征在于)不同的环境条件，例如光照强度、光照光谱、昼夜时间、温度、湿度、水量、不同营养物的量和种类、pH和昼夜的空气组成。

生长阶段的确定对于植物的最适生长来说是关键的。每个生长阶段的开始和结束的精确确定能够更有效地控制生长过程。为了最适生长，处于营养阶段的植物与处于开花阶段的植物需要不同的环境条件。因此，通过检测并了解植物从一个阶段进展到另一个阶段的时间，能为所述植物提供在各个不同生长阶段中最适合于其生长的环境条件，在相对短的时间内产生更好的收获。

通常，生长阶段的确定通过用肉眼检查植物的各种不同的定性和定量参数和条件，以视觉和物理方式进行。这需要能够诊断生长阶段和决定最适环境生长条件的经验。除此之外，视觉和物理检查要求植物保持可用于两种检查。另一方面，缺少完全控制环境例如控制光、温度、湿度等在视觉和物理上可用的机构。

本发明解决了上述问题并为植物提供了完全隔绝环境的生长区域/区，使得环境条件的完全控制得以实现并匹配到每个特定生长阶段。应该理解，当在本申请中使用时，术语“隔绝环境的”或“完全隔绝环境的”意味着与外部环境条件包括光照、温度、湿度和空气组成完全隔离开。这种环境隔绝事实上将植物和植物生长区与周围环境屏蔽开，并且不允许植物参数的视觉观察/评估。

一方面，本发明提供了一种植物生长系统，其包含控制系统，所述控制系统被构造并可操作用于在隔绝环境条件下，在植物生长装置内部的植物生长室中控制植物生长。所述控制系统包括：

用于接收传感数据的数据输入装置，所述传感数据包含指示在所述隔绝环境条件下正在生长的植物的一种或多种物理参数的数据，和指示至少所述植物生长装置内部的一种或多种环境条件的数据；以及

数据处理装置，其包含用于分析所述指示一种或多种环境条件的数据的第一分析装置，用于分析所述指示植物的一种或多种物理参数的数据的第二分析装置，并且确定植物的所述一种或多种参数中每一者的时间模式，并在鉴定到植物的所述一种或多种参数的预定变化后产生至少包含流量数据的操作数据，用于操作与所述植物生长装置流体连通、用于在预定的生长流程下将多种营养物供应到所述植物生长室中的定量给料系统。

所述操作数据包含指示用于提供预定环境条件的一个或多个环境控制器的一种或多种操作参数的数据。

所述指示一种或多种环境条件的数据还可以包含所述植物生长装置的环境中(即其外部)的至少一种环境条件。

所述植物的物理参数包含在所述隔绝环境条件下在所述生长室上方的植物生长空间中生长的植物的维度、形状和色彩模式中的至少一者。在某些实施方式中，所述指示植物的一种或多种物理参数的输入数据包含图像数据，例如照片和/或视频。为此目的，将相机适当地安装在所述植物生长区内部，以提供正在生长的植物的照片和优选地视频。

所述指示一种或多种环境条件的输入数据可以包含所述生长室上方的植物生长空间中的一种或多种下述条件：光照，温度，湿度，指示二氧化碳含量的空气组成，气味。

此外，所述指示环境条件的输入数据可以包含所述植物生长室内部的至少一种环境条件，例如温度、pH、TDS/EC、液位。

所述植物生长系统还包括隔绝环境的外壳，其包含：被构造并且可操作以接收水基溶液的植物生长室，其用于在其中种植植物并限定所述生长室上方的植物生长空间；以及连接到所述植物生长室并且被构造且可操作用于将多种营养物中的每一种选择性递送到所述植物生长室中的定量给料系统，所述定量给料系统包含：具有多个以间隔关系排列的接头的平台，每个所述接头被构造成用于可拆卸地接受料筒的喷嘴；以及相应的多个阀，其被构造并且可操作用于选择性提供相应的接头与所述植物生长室之间的流体连通。

在某些实施方式中，所述料筒包含密封的流体营养物袋，其具有用于排出所述流体营养物的喷嘴，以及基本上刚性的外壳，其包围所述袋，使得所述喷嘴固定地突出到所述外壳之外，以确保所述突出的喷嘴被固定在匹配的接头中。

优选地，还提供了一种监测系统，其包含多个传感器，所述传感器被构造并可操作以监测并在预定的生长流程的基础上控制各种不同的环境条件，并用于监测正在生长的植物的一种或多种参数，以及产生指示所述参数的传感数据。

所述监测系统可以包含下述一者或多者：光源，光传感器，所述植物生长空间中的温度传感器，湿度传感器，二氧化碳传感器，所述生长室中的温度传感器，pH传感器，TDS/EC传感器，液位传感器，气味传感器，气候控制系统和气味中和系统。待控制的环境条件可以包含下述一者或多者：所述空间中的光强度，所述空间中的光谱，所述空间中的温度，所述空间中的湿度，所述空间中的空气组成，所述水基溶液的温度，所述水基溶液的pH，所述生长室中所述水基溶液的液位。

正如上面指明的，这种监测系统优选地包括成像仪(一个或多个相机)，其被构造并可操作以监测在所述隔绝环境条件下在所述生长室上方的植物生长空间中正在生长的植物的物理参数，所述物理参数包含所述正在生长植物的维度、形状和色彩中的至少一者。

优选地，所述构造使得所述生长室中的温度传感器、pH传感器和TDS/EC传感器被放置在单个有孔袋内部，所述有孔袋被构造成浸没在所述水基溶液中。此外，可以提供被放置在所述植物生长空间中所述植物生长室上方特定距离处的有孔框架，所述框架被构造并可操作以通过使所述植物的每个长出的枝条通过所述有孔框架中的一个孔，来增加所述植物的表面积。

所述系统还可以包括影响植物生长过程的一个或多个另外的工具。它们可以包括放置在所述植物生长空间中的风扇，所述风扇被构造并可操作以使所述植物的叶运动，从而提高植物生长的效率；照明器，例如背光照明器；等等。这些另外的工具可以被可控地操作，以根据植物生长流程改变它们的操作参数(例如光照强度)。所述植物生长流程可以在关于所述植物参数的输入数据的基础上更新/优化。

所述监测系统可以被构造并可操作以将所述水基溶液和所述植物生长空间维持在两种不同温度下。所述系统可以被构造成使得水入口在一侧连接到供水总管并在另一侧连接到所述植物生长室高于所述水基溶液的液位的点处。

所述水培植物生长室可以包含盖子，所述盖子被构造成可以部分位移，从而能够在不移除整个盖子的情况下接近在所述水基溶液内的所述植物的根。

所述系统还可以包括通讯装置，所述通讯装置被构造并可操作以与外部通讯装置通讯，所述外部通讯装置控制所述植物生长装置并跟踪植物生长。

所述系统可以被构造成用于在家中自组装。所述外壳可以具有对于其宽度、深度和高度来说，大体上分别不超过65、65和210cm的维度。所述外壳的限定了所述植物生长空间的内壁可以包含反光材料。

所述营养物定量给料系统可以包含泵(例如蠕动泵)或任何其他适合的机械和/或电子组件，其被构造并可操作以将营养物从所述营养物料筒转移到所述水栽植物生长室。例如，所述定量给料系统可以包括一个或多个流体连接器，用于使一种或多种营养物可控地流向所述植物生长室(即不必需通过泵送)。

可以使用多个花盆，每个花盆接触所述水栽生长室中的所述水基溶液，从而生长相应的多株植物。根据本发明的另一个广泛的方面，提供了一种在植物生长系统中使用的定量给料系统，用于将多种营养物中的每一种选择性递送到植物生长室中。所述定量给料系统包含：具有多个以间隔关系排列的接头的平台，每个所述接头被构造成用于可拆卸地接受料筒的喷嘴；以及相应的多个阀，其被构造并且可操作用于选择性提供相应的接头与所述植物生长室之间的流体连通。

所述多个接头可以包含至少两个不同几何形状的接头，用于分别接受不同几何形状的喷嘴。

根据本发明的又一个广泛的方面，提供了一种在上述定量给料系统中使用的装载流体营养物的料筒。所述料筒包括：密封的流体营养物袋，其具有用于排出所述流体营养物的喷嘴；以及基本上刚性的外壳，其包围所述袋，使得所述喷嘴固定地突出到所述外壳之外，以使所述突出的喷嘴能够被固定在相应的匹配接头中。

优选地，所述料筒被构造成使得所述喷嘴具有被构造成在将它固定到所述匹配接头后用于被穿孔的尖头部分。

在又一个广泛的方面中，本发明提供了一种植物生长装置，特别是用于家庭使用的。在某些实施方式中，所述装置包含：隔绝环境的外壳，其包括：被构造并且可操作以接收水基溶液用于在其中种植植物的水栽植物生长室；所述生长室上方的植物生长空间；以及监测系统，其被构造并可操作以监测所述植物的一种或多种物理参数，所述参数包括下述至少一者：在所述隔绝环境条件下在所述生长室上方的植物生长空间中正在生长的植物的维度，所述植物的形状和所述植物的色彩模式。

在某些其他实施方式中，所述装置包括：隔绝环境的外壳，其包括：植物生长室，其被构造并且可操作以接收水基溶液用于在其中种植植物；所述生长室上方的植物生长空间；以及放置在所述生长室中，用于监测所述水基溶液的一种或多种参数的传感单元，所述传感单元包含温度传感器、pH传感器和TDS/EC传感器中的至少两者，以及含有所述传感器的袋子，所述袋子被构造成将所述传感器暴露于所述袋子的外部用于它们的目标操作，并且可以在所述生长室内部和外部的其位置之间位移。

附图简述

为了更好地理解本文公开的主题并举例说明在实践中可以如何执行它，现在将参考附图描述仅仅作为非限制性实例的实施方式，在所述附图中：

图1是图示了根据本发明的植物生长系统的实施方式的框图；

图2A-2C是根据本发明的植物生长装置的实施方式的不同示意图；

图3是根据本发明的植物生长装置的实施方式的示意图；

图4是在本发明的植物生长系统中使用的定量给料系统的示意图；

图5是在本发明的定量给料系统中使用的营养物料筒的示意图；

图6示意性示例了根据本发明的植物生长装置的用于自组装的植物生长工具套件；

图7示意显示了由本发明的植物生长装置监测或管理的特点；

图8示意显示了根据本发明的植物生长装置的实施方式的某些主要部件；

图9示意显示了由所述植物生长装置生长的植物的不同阶段；

图10示意显示了运行用于监测和管理根据本发明的植物生长装置的专用应用程序的智能手机的屏幕截图；并且

图11示意描述了使用本发明的植物生长装置的方法。

实施方式的详细描述

为了更好地理解本发明并显示本发明可以如何实施，现在将纯粹示例性地参考附图进行。当详细地具体参考附图时，应该强调，示出的细节是示例性的并且仅仅是出于对本发明的优选实施方式进行说明性讨论的目的，提出它们的目的是提供本发明的原理和概念性特点的据信最有用且容易理解的描述。就此而言，并不试图以比基础性理解本发明所必需的更加详细的方式示出本发明的结构细节。从所述描述并结合附图，本领域技术人员可以明显看出本发明的几种形式如何可以在实践中体现。此外，应该理解，本文中使用的短语和术语是出于描述的目的，并且不应被当作限制本发明的范围。

参考图1，其示例显示了根据本发明的实施方式构造的植物生长系统100。系统100包括控制系统102，其被构造并可操作以用于在维持在隔绝环境条件下时控制植物生长装置200内的植物生长室中的植物生长。所述植物生长装置以及因此正在生长的植物被维持在其中的环境条件，将在下文更具体地描述。

控制系统102通常是基于计算机的系统，其具有各种不同的硬件/软件装置，包括尤其是数据输入装置104、处理器装置106和存储单元(在图中未具体示出)，并且通常还包括通过本领域中公知的有线或无线数据通讯协议与外部装置例如植物生长装置200通讯的通讯装置。

数据输入装置104被构造并且可操作以接收传感数据20，其至少包括指示当在隔绝环境条件下生长时植物的一种或多种物理参数的数据22，以及指示在隔绝的植物生长室中的一种或多种环境条件的数据24。传感数据20通常通过监测系统来获得，所述监测系统被放置在所述植物生长装置内并包括多个监测不同环境条件的传感器。任选地，通过在所述植物生长装置上或其附近的专用监测传感器，也可以向控制系统102提供另外的传感数据26，包括在所述植物生长装置周围环境中的环境条件。所有传感数据可以从植物生长装置200并可能从其周围，通过有线或无线通讯方法传送到控制系统102的输入装置104。

数据处理装置106被连接到数据输入装置104，用于接收传感数据20(至少是植物的物理参数22和环境条件的物理参数24)并对它进行处理和分析。为此目的，数据处理装置106包括被构造且可操作用于分析指示植物的一种或多种物理参数22的数据的第一分析装置/模块108，以及第二分析装置/模块110，其用于分析指示一种或多种环境条件24和可能的外部环境条件26的数据，并确定植物的一种或多种物理参数22中每一种的时间模式12，例如追踪物理参数22的值的变化。在鉴定到植物的一种或多种物理参数22的预定变化后，处理装置106产生操作数据14，其至少包括流量数据，用于操作与植物生长装置200流体连通的定量给料系统300，用于将多种营养物按照预定的生长流程供应到植物生长装置200中以给所述正在生长的植物供应营养，并因此保持追踪其生长阶段(幼苗、营养、开花、成熟等)。

由数据处理装置106产生的操作数据14也可以包括操作参数，以如下文进一步详细描述的控制一个或多个环境控制器350例如气候系统或光源的操作，用于提供最适于所述植物的当前生长阶段的预定环境条件。

如上所述，根据本发明，通过获取关于植物的物理条件、其尺寸包括其高度的数据来追踪植物的生长阶段，从种子到营养期到成熟植物。为此目的，控制系统102通过接收并分析传感数据20即植物的物理参数的值，检测/鉴定所述植物的当前生长阶段。因此，控制系统运行以维持现有的(当前的)给料方案，即它可能指示所述定量给料系统保持进入植物生长装置200的相同的营养物流速，或者产生多种营养物向植物生长装置200给料的不同配方，以便刺激、支持或加速植物从一个生长阶段向下一个阶段的转变。

此外，控制系统102连续地实时监测植物生长装置200内部的环境条件24，并在出现需要时产生指示所述环境条件的所需值的数据，以提高生长速率，诱导向下一个生长阶段的转变或简单地支持所述生长阶段。

在植物的隔绝环境条件下监测并包含在传感数据中的所述植物的物理参数22，包括下述至少一者：植物的维度(即植物的高度和/或宽度和/或枝条或叶的尺寸)；植物的形状；和植物的色彩模式。植物的色彩可以指示一种或多种矿物质或维生素的缺乏，并因此触发控制系统102为定量给料系统300产生适合的流量数据，以释放特定营养物或停止其释放。

关于植物的物理参数22的数据可以包括通过在植物生长装置200内部的适合的成像传感器例如相机或声学或光学传感器而获得的图像数据，或从所述图像数据衍生。所述来自于相机的作为照片或视频片段的图像由所述控制系统处理，以确定尤其是植物的形状或色彩模式。所述声学或光学传感器可以测量距物体的距离，例如测量所述植物的高度，其是具有最短测量距离的点，倘若所述传感器被放置在所述植物生长区域的顶上的话。

与植物生长装置200内部的环境条件相关的数据24通常包括两种传感信息，第一种来自于植物与其枝条和叶片生长在其中的空间，第二种是植物的根所在的区域。在第一种情况下，监测下述环境条件：光照(强度和/或光谱)，温度，湿度，指示二氧化碳含量的空气组成，以及气味。在第二种情况下，监测下述环境条件：温度，pH，溶液中的总溶解固体(TDS)，指示了溶液中的某些内含物的电导率(EC)，以及液位。如果生长方法是水栽即在水基溶液中种植植物的话，通常监测环境条件TDS和EC，所述水栽在隔绝环境中便于执行和控制。水栽是实施本发明的优选方法之一，尽管本发明不限于这种方法，并且可以使用其他方法来应用和实践，例如使用常规的土壤介质来种植植物。在后一种情况下，存在其他方法来监测土壤中的肥料成分，尽管在这里没有具体描述，但对于本领域技术人员来说是公知的。本发明在其说明性而非限制性实施方式中使用所述水栽法，仅仅是作为非限制性实例并出于简化的目的。

参考图2A-2C，其示出了符合本发明的一个实施方式的植物生长装置400的非限制性实例的不同侧视图。正如所示，植物生长装置400包括外壳402，其具有门404。外壳402对于其宽度、深度和高度来说，通常可以分别具有不超过65、65和210cm的维度，以使它能够容易地运输进出建筑物。正如提到的，装置400的主要用途之一是在家中种植植物，家里门入口限制了大型器具的可移动性。在外壳402内部存在三个主要区室，从下至上为下部区室406，用于容纳不同设备例如下文将会描述的定量给料系统和气候系统；在中间的区室408，用于容纳植物生长室410，例如被显示为其上放置有植物花盆412的水栽生长室，植物种子被放置在所述花盆中；以及上部区室414，其充当植物生长空间416，并包括监测环境条件24和植物的物理参数22的不同传感器，正如将在下文详细描述的。应该理解，在植物生长期间，除了特殊场合例如需要维护内部的某些操作系统之外，装置400总是保持门404关闭。因此，装置400提供了包括与外部的光、温度和空气完全隔绝的环境，以使生长空间416和生长室410完全由不同控制器例如下文描述的气候系统和光源控制。

植物生长室410被构造并可操作以在其中(在花盆412中)种植植物的种子。例如，如果生长方法是水栽，则生长室410被改造成适应于接收水基溶液，用于在所述溶液中种植植物。图2A从前侧和左侧示出了装置400的示例性内部部件。正如进一步说明的，装置400包括用于控制植物生长空间416中的空气温度的气候控制系统418，并且可能也能装备成控制空间416内的空气组成。装置400还包括气味中和器420，例如碳过滤器，用于纯化空间416内的空气并除去伴随着生长过程的强烈气味。在下部区室中，在植物生长室410前方也示出了定量给料系统422，并且将在下文详细描述。在空间416内，存在水平放置的灌木网424，其高度可以调节(也可以在图2B中看到)。灌木网424事实上是有孔框架，其被构造并可操作以在植物开始生出枝条后，通过使植物的每个长出的枝条通过所述有孔框架中的一个孔，来增加所述植物的表面积。通过这种方式，增强了所述植物的所有部分向生长环境例如光的暴露，并导致生长加速并更加有效。在植物生长室410中还提供了根访问窗口480。所述窗口允许对水基溶液内的植物根的视觉以及物理访问。

在图2B中示出了光照源426，这可以是LED源或任何其他光源，其可用于按照预定的光照流程照射所述植物，以在所有时候匹配植物的不同生长阶段并提供不论是强度还是光谱均为最适的光照。与所述光源整合的光传感器感应所述外壳内的光照情况并将传感数据发送到控制系统102，以使它可以产生光源输出的修改。可以整合不同的LED光照模块以在消耗低能量资源的同时确保生产率。有许多光照模块被用于在室内种植植物，某些模块特别适合于以成本效益高的方式在室内生长特定植物例如大麻(cannabis)。还示出了相机428，其作用已在上文部分描述。所述相机428能够在所有生长阶段通过照片或直播视频观察所述植物而不需打开门404，以使所述植物生长装置内部的环境在所有时候保持受控。此外，相机428获取的数据可以被处理以获得如上所述关于植物的色彩模式和尺寸的数据。此外，图像处理也可用于检测异常例如疾病或寄生虫，警告用户并调整生长条件以使损伤最小化。或者，通过对从种子种植之日起经过的时间进行计时的计时器，可以推演生长阶段。计时器也用于确定一天中的时间并安排植物生长装置的各个不同模块的自动激活。除此之外或代替来自于相机428的图像的图像处理，在所示的装置400中提供了高度传感器430，以获取关于植物的高度的信息。所述高度传感器可以是声学或光学传感器。植物高度的确定是植物可以从营养阶段转移到开花阶段的指示之一，因此所述信息是重要的并帮助控制系统102修改提供给定量给料系统422的流量数据。还包含了空气温度和湿度传感器432以感应这些环境条件。包含了风扇434以带出空气并使空气在内部流通，从而保持所述植物尽可能并且甚至最适地接近外部自然(移动的风)。通过所提供的水输入/输出436独立模式来保证新鲜的水供应。接头436也可以提供已使用一段时间并且需要更换的水的排出。在使用所述装置的日常工作、种植和生长过程中需要的普通工具箱438也可以被提供，例如挂在门404的内侧上。

如图2C中所示，除了水入口/出口436独立模式之外或代替它，所述装置可以提供有通往供水总管基础设施的水输入和输出接头440和442。市政水入口440位于生长室内水基溶液液位上方，以防止所述基础设施中的水的污染。图中还示出了控制水进出植物生长室410的递送的水泵，以及被构造成将所述装置连接到电的电源插座448。

参考图3，其中示出了装置400并图示了传感器盒444。传感器盒444将被构造以监测植物生长室410内的环境条件的所有传感器整合在一起。这些传感器、温度传感器、水位传感器、pH和TDS/EC在每个植物生长程序之前以及可能在此期间需要校准。因此，将它们一起整合在单个盒444中，便于应该对它们中的每一个所做的处理。所述传感器可以在仍处于装置400附近时接近，这提供了极大的方便和易管理性。

应该指出，装置400能够差异控制水和空气温度，并根据水和空气中分别的需要维持两个不同温度或温度范围。

如上所述，本发明还提供了新的定量给料系统(300，422)，其负责将所需量的多种营养物中的每一种选择性分配/递送到植物生长室410内的水基溶液中。参考图4，其示出了定量给料系统422。正如所示，所述定量给料系统包括平台464，其具有以定距离间隔关系排列的多个接头468，作为非限制性实例示出了5个这样的接头，并且每个接头被构造成用于可拆卸地接受料筒470的喷嘴。应该理解，每个接头可以被不同地构造以匹配同等数目的不同料筒喷嘴。然后将每个接头连接到背面上的阀472，其被构造并可操作用于选择性提供相应接头与植物生长室410之间的流体连通。例如，阀472可以连接到或构造成蠕动泵或电磁阀组件。在右侧示出了所述背面，其带有保护所述阀的盖子，该图的目的在于说明将阀/接头连接到软管(未示出)的5个不同输出450，用于将每个料筒的内含物递送到植物生长室。应该指出，每个料筒470携带特定营养物或营养物的混合物，并且一个或多个料筒也可以携带pH稳定剂，使得所述定量给料系统能够以由控制系统102自动指示的精确的时间安排和剂量同时或顺序地递送一种或多种营养物。

图5示意显示了可更换(可抛弃)的营养物料筒470。左侧的图示出了这种料筒的前侧面，而右侧的图是沿着轴B-B的纵向截面图。可更换的营养物料筒470可以作为一组料筒提供，其应该被定期更换；并且用于更换每个可更换营养物料筒的警示，可以通过装置400上的专用显示器或手持式装置例如运行适合的应用程序的智能手机提供给用户，正如将在下文进一步描述的。所述料筒包括密封的流体营养物袋474，其可能由铝或塑料制成，并具有用于排出流体营养物的喷嘴476。所述喷嘴可以具有尖头部分(未示出)，其密封所述营养物袋并被构造成在将它固定到匹配的接头后被穿孔。外壳478包围袋474，使得喷嘴476固定地突出到外壳478之外，以使所述突出的喷嘴能够被固定在匹配的接头468中。所述袋和外壳可以在452处彼此粘附。外壳478由刚性材料制成，以便能够容易地用手抓住料筒。所述料筒可以被构造成可通过重新装填重复使用，或者可以是完全可抛弃和可消耗的。

图6示意显示了符合本发明的另一个非限制性实施方式的植物生长装置的用于自组装的植物生长工具套件。植物生长工具套件500可以在线购买并运输给顾客。顾客可以通过网站或通过扫描植物生长工具套件包装500上的QR码，将应用程序下载到他的智能手机600。智能手机应用程序600包括如何组装植物生长装置510的说明书。或者，植物生长工具套件500可以在商店购买并按照印刷的用户手册组装。

图7和8进一步示意显示了通过植物生长装置510的监测系统监测或管理的特点，其中某些已在上文描述。如上所述，植物生长装置510能够通过传感器和检测器监测和控制植物生长装置510内部的环境，所述传感器和检测器根据与植物所处生长阶段相适应的预定方案的要求，来触发风扇、LED光照、过滤器、营养物和灌溉的激活。植物所处生长阶段可以通过植物生长装置内的图像传感器301的图像处理来确定。图像传感器301可以基于小的视频照相机。可以提取出参数例如植物的尺寸、它的形状和颜色以评估植物所处生长阶段，并根据结果调整所述装置以提供最适生长条件。

光检测器302监测由LED光照模块303产生的光的量。此外，在某些实施方式中，所述监测系统可以另外包括外部感应系统310，其用于感应植物生长装置的周围环境中的各种不同参数/条件，例如温度和湿度。这便于所述植物生长装置内环境条件的优化，同时保持其内部区域完全环境隔绝。

优选地，所述生长装置利用水栽生长方法。使用60升水箱304为植物供水。水位传感器305提供何时应该向水箱304添加水的指示。使用水混合器306将水与营养物溶液混合以提供营养物在水箱304中的均匀分布，并使用气泡石(airstone)增加进入水的氧气的量，这帮助维持卫生并向植物根提供氧气。使用排气扇，通过将现有的空气推出所述系统来进行系统中空气的再循环，所述空气在从装置外部移除之前通过气味中和过滤器307过滤。使用风扇使空气在装置内部均匀流通。使用湿度传感器检测湿度的量，并使用温度传感器检测装置内的温度并相应地激活风扇和冷却系统，以在所有时候达到最适条件。气味中和过滤器307可以基于可更换的活性炭过滤器。使用PH传感器308指示储水器304中的水内的PH水平。使用TDS/PPM传感器308来检测储水器304中的水内的营养物水平。微处理器309接收来自于所有传感器和检测器的输入，并且微型收发器将所述信息传送到智能手机应用程序并从智能手机应用程序接收命令。所述通讯可以基于WiFi、蓝牙或任何其他通讯协议。

所述装置具有放置在水中的3个不同传感器(pH、总溶解固体(TDS)和水温)。所述水中的传感器确定对水栽生长的植物来说最重要的事情——水的质量。所述装置可以根据从这些传感器提供的信息来分析水中有多少营养物，pH水平如何，并且所述装置可以据此改变它的其他设置例如风扇速度、分发到水的营养物的量等。所述装置包括采取可更换胶囊形式的自动给料模块，其根据从水中和装置中(即不在水箱内，装置中的传感器可以包括空气温度、空气湿度、光强度)的不同传感器接收的反馈自动给料营养物和pH平衡溶液。所述植物生长装置每次在做任何事情包括营养物和pH给料时，将所有这些不同参数考虑在内。

图9示意显示了通过所述植物生长装置生长的植物的不同阶段。首先，将种子种植在水栽种植区域401内。装置按照微处理器的预定流程自动激活照明、冷却、浇水和营养物以最适于培育种子。随着种子生长，微处理器调整装置的运行，用于长大的植物的最适培育。植物所处生长阶段可以通过植物生长装置内的图像传感器的图像处理来确定。所述图像传感器可以基于小型视频照相机。或者，通过对从种子种植之日起经过的时间进行计时的计时器，可以推演生长阶段。计时器也用于确定一天中的时间并安排植物生长装置的各个不同模块的自动激活。403是封闭装置，所述装置具有用于接收植物的门。优选地避免不按计划的开门，以便不扰乱植物的培育条件。所述装置和门是密封的并阻断外部光，以避免与所述装置内一直提供的最适培育条件的不想要的偏离。所述门具有锁，用户可以利用例如智能手机应用程序锁住或打开门。用户可以通过视频实时检查培育过程并观察植物，所述视频可以从装置内的视频照相机传送出来，并传送到用户的智能手机应用程序。装置的密封也是优选的，以避免不想要的气味离开所述装置。来自于所述装置的废气通过炭过滤气味中和过滤器过滤，以使从装置散出的不想要的气味最小化。

图10示意显示了用于监测和管理所述植物生长装置的智能手机应用程序的屏幕截图。所述智能手机应用程序提供生长装置内的植物的实时视频图。提供了来自于传感器的读数，例如湿度、pH、生长空间中的温度、生长室内的水中的温度水平。从所述传感器提取信息，并且也可以提供所选的培育流程，例如资源消耗(电力\水\营养物\气味中和过滤器等)。用户可以根据他的偏好重构所述设置。

图11示意描述了使用植物生长装置的方法。所述植物生长装置可以被折叠成小包装，并被设计成由外行通过用户手册或可以通过因特网访问的视频教程来搭建。因此，在步骤701中，所述包装可以在线购买并运输到顾客，或者，顾客可以在任何零售商店自己购买所述包装或要求运输和组装所述包装的服务。种子分开购买。在顾客组装所述包装后702，将植物生长装置连接到电插座，顾客将他的智能手机同步，以通过从因特网安装到他的智能手机上的装置管理应用程序与植物生长装置703通讯。用户预先设定种子的种类和品系的设置704和他对生长过程的偏好705——最适于所述植物还是成本效益高，用户可以按照他的选择的程序浏览生长所述植物所需的资源的量，所述资源是在这种生长过程中预期将要使用的电力和应该需要的营养物和过滤模块的量。根据用户选择的程序确定所述装置的持续维护——气味过滤器更换、水和营养物706。也可以利用图像分析实时评估植物的状况并调整栽培条件以适合其需求。用户也可以选择他愿意接收的将被推送到他的智能手机应用程序的关于生长过程的状态的定期通知。

尽管已结合特定实施方式对本发明进行了描述，但显然对于本领域技术人员来说，许多替选方案、修改和变化是显而易见的。因此，旨在涵盖落于随附的权利要求书的精神和广阔范围内的所有这些替选方案、修改和变化。本说明书中提到的所有出版物、专利和专利申请整体通过参考并入到本说明书中，其程度等同于每个单独的出版物、专利或专利申请被具体且个别地指明通过参考并入本文。

此外，本申请中任何参考文献的引用或确认，不应被解释为承认这个参考文献可用作本发明的现有技术。

Claims (33)

1.植物生长系统，其包含控制系统，所述控制系统被构造成用于在隔绝环境条件下，在植物生长装置内部的植物生长室中控制植物生长，所述控制系统包含：

用于接收传感数据的数据输入装置，所述传感数据包含指示在所述隔绝环境条件下正在生长的植物的一种或多种物理参数的数据，和指示至少所述植物生长装置内部的一种或多种环境条件的数据；以及

数据处理装置，其包含用于分析所述指示一种或多种环境条件的数据的第一分析装置，用于分析所述指示植物的一种或多种物理参数的数据的第二分析装置，并且确定植物的所述一种或多种参数中每一者的时间模式，并在鉴定到植物的所述一种或多种参数的预定变化后产生至少包含流量数据的操作数据，用于操作与所述植物生长装置流体连通、用于在预定的生长流程下将多种营养物供应到所述植物生长室中的定量给料系统。

2.权利要求1的系统，其中所述指示一种或多种环境条件的数据还包含所述植物生长装置的环境中的至少一种环境条件。

3.权利要求1或2的系统，其中所述操作数据包含指示用于提供预定环境条件的一个或多个环境控制器的一种或多种操作参数的数据。

4.权利要求1至3任一项的系统，其中在所述隔绝环境条件下在所述生长室上方的植物生长空间中正在生长的植物的所述一种或多种物理参数，包括下述至少一者：植物的维度，形状和色彩模式。

5.权利要求4的系统，其中所述指示植物的一种或多种物理参数的输入数据包含图像数据。

6.权利要求5的系统，其中所述图像数据包含所述植物的照片和视频中的至少一者。

7.前述权利要求任一项的系统，其中所述指示一种或多种环境条件的输入数据包含所述生长室上方的植物生长空间中的至少一种下述条件：光照，温度，湿度，指示二氧化碳含量的空气组成，气味。

8.前述权利要求任一项的系统，其中所述指示一种或多种环境条件的输入数据包含所述生长室内部的至少一种下述条件：温度，pH，TDS/EC，液位。

9.前述权利要求任一项的系统，其还包括：

隔绝环境的外壳，其包括：被构造并且可操作以接收水基溶液用于在其中种植植物的植物生长室，以及所述生长室上方的植物生长空间；和

连接到所述植物生长室并且被构造且可操作用于将多种营养物中的每一种选择性递送到所述植物生长室中的定量给料系统，所述定量给料系统包括：具有多个以定距离间隔关系排列的接头的平台，每个所述接头被构造成用于可拆卸地接受料筒的喷嘴；以及相应的多个阀，其被构造并且可操作用于选择性提供相应的接头与所述植物生长室之间的流体连通。

10.权利要求9的系统，其中所述料筒包含：密封的流体营养物袋，其具有用于排出所述流体营养物的喷嘴；基本上刚性的外壳，其包围所述袋，使得所述喷嘴固定地突出到所述外壳之外，以确保所述突出的喷嘴被固定在匹配的接头中。

11.权利要求9或10的系统，其还包括含有多个传感器的监测系统，所述传感器被构造并可操作以在预定的生长流程的基础上监测并控制各种不同的环境条件，并用于监测正在生长的植物的一种或多种参数，以及产生指示所述参数的传感数据。

12.根据权利要求9至11任一项的系统，其中所述监测系统包括下述一者或多者：光源，光传感器，所述植物生长空间中的温度传感器，湿度传感器，二氧化碳传感器，所述生长室中的温度传感器，pH传感器，TDS/EC传感器，液位传感器，气味传感器，气候控制系统和气味中和系统。

13.根据权利要求9至12任一项的系统，其中所述环境条件包含下述一者或多者：所述空间中的光强度，所述空间中的光谱，所述空间中的温度，所述空间中的湿度，所述空间中的空气组成，所述水基溶液的温度，所述水基溶液的pH，所述生长室中所述水基溶液的液位。

14.根据前述权利要求任一项的系统，其中所述监测系统包含至少一个成像仪，所述成像仪被构造并可操作以监测在所述隔绝环境条件下，在所述生长室上方的植物生长空间中正在生长的植物的所述一种或多种物理参数，所述物理参数包含下述至少一者：植物的维度，形状和色彩模式。

15.根据权利要求9至14任一项的系统，其中所述生长室中的所述温度传感器、pH传感器和TDS/EC传感器被放置在单个有孔袋内部，所述有孔袋被构造成浸没在所述水基溶液中。

16.根据权利要求9至15任一项的系统，其包括被放置在所述植物生长空间中所述植物生长室上方特定距离处的有孔框架，所述框架被构造并可操作以通过使所述植物的每个长出的枝条通过所述有孔框架中的一个孔，来增加所述植物的表面积。

17.根据权利要求9至16任一项的系统，其包括放置在所述植物生长空间中的风扇，所述风扇被构造并可操作以使所述植物的叶运动，从而提高植物生长的效率。

18.根据权利要求9至17任一项的系统，所述监测系统被构造并可操作以将所述水基溶液和所述植物生长空间维持在两种不同温度条件下。

19.根据权利要求9至18任一项的系统，其包括水入口，所述水入口被构造并可操作以在一侧连接到供水总管并在另一侧连接到所述植物生长室高于所述水基溶液的液位的点处。

20.根据权利要求9至19任一项的系统，其中所述植物生长室包含盖子，所述盖子被构造成能部分位移，从而能够在不移除整个盖子的情况下接近在所述水基溶液内的所述植物的根。

21.根据权利要求9至20任一项的系统，其包含通讯装置，所述通讯装置被构造并可操作以与外部通讯装置通讯，所述外部通讯装置被构造并可操作以控制所述植物生长装置并跟踪植物生长。

22.根据权利要求9至21任一项的系统，其被构造成用于在家中自组装。

23.根据权利要求9至22任一项的系统，其中所述外壳的维度，对于其宽度、深度和高度来说，基本上分别不超过65cm、65cm和210cm。

24.根据权利要求23的系统，其中所述外壳的限定了所述植物生长空间的内壁包含反光材料。

25.根据权利要求9至24任一项的系统，其中所述营养物定量给料系统包括计量泵，其被构造并可操作以将营养物从所述营养物料筒转移到所述植物生长室。

26.根据权利要求9至25任一项的系统，其中所述营养物定量给料系统包含一个或多个流体连接器，用于使一种或多种营养物可控地流向所述植物生长室。

27.根据权利要求9至26任一项的系统，其包含多个花盆，每个花盆接触所述生长室中的所述水基溶液，从而种植相应的多株植物。

28.在植物生长系统中使用的定量给料系统，用于将多种营养物中的每一种选择性递送到植物生长室中，所述定量给料系统包括：

具有多个以定距离间隔关系排列的接头的平台，每个所述接头被构造成用于可拆卸地接受料筒的喷嘴；以及

相应的多个阀，其被构造并且可操作用于选择性提供相应的接头与所述植物生长室之间的流体连通。

29.权利要求28的系统，其中所述多个接头包括至少两个不同几何形状的接头，用于分别接受不同几何形状的喷嘴。

30.用于装载流体营养物的料筒，所述料筒被构造成用于权利要求28的系统，所述料筒包括：密封的流体营养物袋，其具有用于排出所述流体营养物的喷嘴；基本上刚性的外壳，其包围所述袋，使得所述喷嘴固定地突出到所述外壳之外，以使所述突出的喷嘴能够被固定在相应的匹配接头中。

31.权利要求30的料筒，其中所述喷嘴具有被构造成在将它固定到所述匹配接头后用于被穿孔的尖头部分。

32.一种家庭用植物生长装置，所述装置包括：

隔绝环境的外壳，其包括：被构造并且可操作以接收水基溶液用于在其中种植植物的植物生长室；所述生长室上方的植物生长空间；和

监测系统，其被构造并可操作以监测所述植物的一种或多种物理参数，所述参数包括在所述隔绝环境条件下在所述生长室上方的植物生长空间中正在生长的植物的下述参数中的至少一者：植物的维度，形状和色彩模式。

33.家庭用植物生长装置，所述装置包括：

隔绝环境的外壳，其包含：水栽植物生长室，其被构造并且可操作以接收水基溶液用于在其中种植植物；所述生长室上方的植物生长空间；和

放置在所述生长室中，用于监测所述水基溶液的一种或多种参数的传感单元，所述传感单元包括温度传感器、pH传感器和TDS/EC传感器中的至少两者，以及含有所述传感器的袋子，所述袋子被构造成将所述传感器暴露于所述袋子的外部用于它们的目标操作，并且能在所述生长室内部和外部其位置之间位移。