CN111343859A - 自动化竖直植物栽培系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种具有多层竖直布置的水平料盒结构的自动化植物栽培系统，该水平料盒结构均采用种子或植物胶囊，该自动化植物栽培系统具有由机载处理器控制的流体循环以及照明和通信网络。特别地，该系统包括料盒结构，该料盒结构具有在种子/植物的储藏器内的种子/植物的胶囊，种子/植物的储藏器在至少一个光源之间交替地布置，该至少一个光源在直接观察时基本上被隐藏。流体通道横跨料盒结构的长轴延伸，其中料盒结构适于与营养复合物植物生长栽培、水培植物生长栽培，气生植物生长栽培方法或其组合一起使用种子/植物胶囊。

Description

自动化竖直植物栽培系统

技术领域

本发明总体上涉及一种植物栽培系统，更具体地涉及一种具有多层竖直布置的水平结构的自动化植物栽培系统，该水平结构均采用种子或植物胶囊，该自动化植物栽培系统具有由机载处理器控制的流体循环以及照明和通信网络。

背景技术

在城市环境中，智能空间利用是降低家庭和办公室成本的关键。21世纪的电子技术对应用于室内的家具/电器布置的设计理念产生了深远的影响。当今的室内电子装置纤薄、紧凑、多功能并且网络化设计，以优化地面和墙壁的空间。通过互联网的装置连通性减少了对印刷材料的依赖，进一步清理了以前由书柜占用的地面和墙壁空间。

随着技术进步对设计实践的改变，室内电器和家具也使我们与自然隔离了。虽然在城市环境中室外花园和公园是常见的，但所有人都同意的是，在城市环境中花园室内空间迄今一直只是富人的特权。如今，由居民智慧(resident intelligence)管理的物联网(“IoT”)的问世使所有人都能负担得起室内园艺。在家庭和办公室植物栽培方面存在的历史性技术障碍(包括土壤、湿度、照明、昆虫、真菌、霉菌、藻类和气味控制)已被克服。如今，技术不仅使室内植物栽培成为可能，而且使大多数人都能负担得起。

发明内容

本发明涉及一种具有多层竖直布置的水平结构的自动化植物栽培系统，该水平结构均采用种子或植物胶囊，该自动化植物栽培系统具有由机载处理器控制的流体循环以及照明和通信网络。

一个实施例包括自动化竖直植物栽培系统，其包括用于植物栽培的料盒结构，该料盒结构包括：至少一个流体通道；具有反射器孔的光源，其在直接观察时基本被隐藏；以及至少两个种子/植物储藏器，每个种子/植物储藏器保持种子/植物胶囊，其中流体通道横跨光源孔延伸，并且每个种子/植物储藏器都允许流体进入所述储藏器。

另一个实施例包括自动化竖直植物栽培系统包括料盒结构，该料盒结构具有：种子/植物胶囊，其在种子/植物储藏器内，种子/植物储藏器交替地布置在至少一个光源之间，直接观察时至少一个光源基本上被隐藏；流体通道，其横跨料盒结构的长轴延伸，其中料盒结构适于种子/植物胶囊与营养复合物(nutrient composite)植物生长栽培、水培植物生长栽培、气培植物生长栽培方法或其组合一起使用。

此外，另一实施例包括自动化竖直植物栽培系统，该系统包括料盒结构，该料盒结构包括：至少一个种子/植物胶囊流体储藏器；流体通道；以及光源，其中，种子/植物储藏器具有用于容纳流体的内壁和作为光反射器的外壁。

通过以下对本发明的特定实施例(如附图所示的)的更详细的描述，本发明的前述和其他特征和优点将变得明显。

附图说明

可以通过在结合附图时参考详细描述和权利要求对本发明进行更透彻的理解，其中在整个附图中相同的附图标记指代相似的项目，并且：

图1A是根据实施例的自动化竖直植物栽培系统的示意图；

图1B是根据实施例的自动化竖直植物栽培系统的透视图；

图1C是根据实施例的自动化竖直植物栽培系统的正视图；

图1D是根据实施例的自动化竖直植物栽培系统的侧视图；

图2A是根据实施例的自动化竖直植物栽培系统的料盒结构的侧视图；

图2B是根据实施例的自动化竖直植物栽培系统的料盒结构的顶视图；

图2C是根据实施例的自动化竖直植物栽培系统的料盒结构的底视图；

图3A是根据实施例的自动化竖直植物栽培系统的料盒结构的动力输入部分的局部透视图；

图3B是根据实施例的自动化竖直植物栽培系统的料盒结构的流体进入部分的局部透视、局部分解图；

图4A是根据实施例的自动化竖直植物栽培系统的料盒结构的流体通道盖的顶视图；

图4B是根据实施例的自动化竖直植物栽培系统的料盒结构的流体通道盖的第一侧视图；

图4C是根据实施例的自动化竖直植物栽培系统的料盒结构的流体通道盖的第二侧视图；

图4D是根据实施例的自动化竖直植物栽培系统的料盒结构的流体通道盖的底视图；

图4E是根据实施例的自动化竖直植物栽培系统的料盒结构的第一端流体通道盖的顶视图；

图4F是根据实施例的自动化竖直植物栽培系统的料盒结构的第一端流体通道盖的第一侧视图；

图4G是根据实施例的自动化竖直植物栽培系统的料盒结构的第一端流体通道盖的第二侧视图；

图4H是根据实施例的自动化竖直植物栽培系统的料盒结构的第一端流体通道盖的底视图；

图4I是根据实施例的自动化竖直植物栽培系统的料盒结构的第二端流体通道盖的顶视图；

图4J是根据实施例的自动化竖直植物栽培系统的料盒结构的第二端流体通道盖的第一侧视图；

图4K是根据实施例的自动化竖直植物栽培系统的料盒结构的第二端流体通道盖的第二侧视图；

图4L是根据实施例的自动化竖直植物栽培系统的料盒结构的第二端流体通道盖的底视图；

图5A是根据实施例的自动化竖直植物栽培系统的料盒结构的剖视图；

图5B是根据实施例的具有植物/种子胶囊的自动化竖直植物栽培系统的料盒结构的剖视图；

图5C是根据实施例的自动化竖直植物栽培系统的料盒结构的顶视图；

图5D是根据实施例的图5C的料盒结构沿线5D-5D截取的剖视图；

图5E是根据实施例的图5C的料盒结构沿线5E-5E截取的剖视图；

图5F是根据实施例的图5C的料盒结构沿线5F-5F截取的剖视图；

图5G是根据实施例的图5C的料盒结构沿线5G-5G截取的剖视图；

图5I是根据实施例的自动化竖直植物栽培系统的另一料盒结构的顶视图；

图5J是根据实施例的图5I的料盒结构沿线5J-5J截取的剖视图；

图5K是根据实施例的图5I的料盒结构沿线5K-5K截取的剖视图；

图5L是根据实施例的图5I的料盒结构沿线5L-5L截取的剖视图；

图5M是根据实施例的图5I的料盒结构沿线5M-5M截取的剖视图；

图6A是根据实施例的用于自动化竖直植物栽培系统中的种子/植物胶囊的侧视图；

图6B是根据实施例的用于自动化竖直植物栽培系统中的种子/植物胶囊的侧剖视图；

图6C是根据实施例的用于自动化竖直植物栽培系统中的种子/植物胶囊的一部分的侧剖视图；

图6D是根据实施例的用于自动化竖直植物栽培系统中的种子/植物胶囊的侧视图；

图6E是根据实施例的用于自动化竖直植物栽培系统中的种子/植物胶囊的顶视图；

图6F是根据实施例的用于自动化竖直植物栽培系统中的水培种子/植物胶囊的侧视图；

图6G是根据实施例的用于自动化竖直植物栽培系统中的水培种子/植物胶囊的侧剖视图；

图6H是根据实施例的用于自动化竖直植物栽培系统中的水培种子/植物胶囊的一部分的侧剖视图；

图6I是根据实施例的用于自动化竖直植物栽培系统中的水培种子/植物胶囊的侧视图；

图6J是根据实施例的用于自动化竖直植物栽培系统中的水培种子/植物胶囊的顶视图；

图6K是根据实施例的用于自动化竖直植物栽培系统中的气培种子/植物胶囊的侧视图；

图6L是根据实施例的用于自动化竖直植物栽培系统中的气培种子/植物胶囊的侧剖视图；

图6M是根据实施例的用于自动化竖直植物栽培系统中的气培种子/植物胶囊的一部分侧剖视图；

图6N是根据实施例的用于自动化竖直植物栽培系统中的气培种子/植物胶囊的侧视图；

图6O是根据实施例的用于自动化竖直植物栽培系统中的气培种子/植物胶囊的顶视图；

图7A是根据实施例的自动化竖直植物栽培系统的照明装置的剖视图；

图7B是根据实施例的自动化竖直植物栽培系统的照明装置的侧视图；

图7C是根据实施例的自动化竖直植物栽培系统的另一照明装置的剖视图；

图7D是根据实施例的自动化竖直植物栽培系统的照明装置的侧视图；

图8A是根据实施例的自动化竖直植物栽培系统的料盒结构的透视图；

图8B是根据实施例的自动化竖直植物栽培系统的料盒结构的透视图；

图8C是根据实施例的自动化竖直植物栽培系统的料盒结构的透视图；

图8D是根据实施例的自动化竖直植物栽培系统的料盒结构的透视图；

图9A是根据实施例的自动化竖直植物栽培系统的料盒结构的透视图；

图9B是根据实施例的自动化竖直植物栽培系统的料盒结构的透视图；

图9C是根据实施例的自动化竖直植物栽培系统的料盒结构的透视图；

图9D是根据实施例的自动化竖直植物栽培系统的料盒结构的透视图；

图10A是根据实施例的自动化竖直植物栽培系统的料盒结构的剖视图；

图10B是根据实施例的自动化竖直植物栽培系统的料盒结构的剖视图；

图10C是根据实施例的自动化竖直植物栽培系统的料盒结构的剖视图；

图10D是根据实施例的自动化竖直植物栽培系统的料盒结构的剖视图；

图11A是根据实施例的自动化竖直植物栽培系统的料盒结构的透视图；

图11B是根据实施例的自动化竖直植物栽培系统的料盒结构的透视图；

图11C是根据实施例的自动化竖直植物栽培系统的料盒结构的透视图；

图11D是根据实施例的自动化竖直植物栽培系统的料盒结构的透视图；

图12A是根据实施例的用于自动化竖直植物栽培系统中的种子/植物胶囊的顶视图；

图12B是根据实施例的用于自动化竖直植物栽培系统中的种子/植物胶囊的底视图；

图12C是根据实施例的用于自动化竖直植物栽培系统中的种子/植物胶囊的一部分的第一端视图；

图12D是根据实施例的用于自动化竖直植物栽培系统中的种子/植物胶囊的第二端视图；

图12E是根据实施例的用于自动化竖直植物栽培系统中的种子/植物胶囊的侧视图；

图13A是根据实施例的种子/植物胶囊储藏器的流体入口的局部分解透视图；

图13B是根据实施例的种子/植物胶囊的流体入口的局部透视图；

图14A是根据实施例的种子/植物胶囊储藏器的流体入口的局部顶视图；

图14B是根据实施例的种子/植物胶囊的流体入口的局部底视图；

图15A是根据实施例的料盒内种子/植物胶囊的局部纵向剖视图；

图15B是根据实施例的料盒内种子/植物胶囊的另一局部纵向剖视图；

图15C是根据实施例的料盒内种子/植物胶囊的又一局部纵向剖视图；

图16A是根据实施例的种子/植物胶囊储藏器的流体入口和流体通道盖的局部分解透视图；

图16B是根据实施例的种子/植物胶囊的流体入口侧的局部透视图；

图17A是根据实施例的料盒内在流体供给入口处的种子/植物胶囊的局部纵向剖视图；

图17B是根据实施例的料盒内在料盒的流体排出侧的种子/植物胶囊的局部纵向剖视图；

图17C是根据实施例的料盒内在料盒的流体排出侧的种子/植物胶囊的局部纵向剖视图；

图18A是根据实施例的料盒内在流体供给入口处的种子/植物胶囊的局部纵向剖视图；

图18B是根据实施例的料盒内在料盒的流体排出侧的种子/植物胶囊的局部纵向剖视图；

图18C是根据实施例的料盒内在料盒的流体排出侧的种子/植物胶囊的局部纵向剖视图；

图19A是根据实施例的在料盒的供给通道内朝向种子/植物胶囊的储藏器观察的局部纵向剖视图；

图19B是根据实施例的在具有种子/植物胶囊的料盒内朝向料盒的流体供给通道观察的局部纵向剖视图；

图20A是根据实施例的通过壁与流体循环和电源/控制装置分开的多个料盒库的框图；

图20B是根据实施例的凹陷的壁龛内的料盒的内部空间剖视图；以及

图20C是根据实施例的包含料盒的壁龛内的水平剖视图。

具体实施方式

如上所述，本发明的实施例涉及一种具有多层沿竖直方向布置的水平结构的自动化植物栽培系统，这些水平结构均采用种子或植物胶囊，并且具有由机载处理器控制的流体循环以及照明和通信网络。

创新点

成功的植物栽培取决于在合适的环境中种植植物。室内栽培与大多数植物生长环境不适宜。由模拟植物的自然环境的可编程处理器支持的物联网技术的出现，使得如今的室内植物栽培成为可能。植物具有多样化的环境生长需求。当前技术水平的栽培机无法对单个栽培机内的不同植物之间进行区分，其中单个栽培机为所有植物提供相等的流体供给和光照水平、持续时间和光谱分布。

本发明通过如下克服了这些限制：将植物材料隔离在单个胶囊内部，而这些胶囊则置于为每个胶囊植物材料创造微环境的料盒的种子或植物储藏器内。每个胶囊可以机械地和/或电子地键控，从而仅允许使用授权的OEM装置。胶囊是可拆卸的，使用嵌入式电子存储装置递送，该电子存储装置包含的数据包括胶囊的唯一性ID、其植物材料、植物种植说明、生产日期和有效期。一旦将胶囊放置在种子或植物胶囊储藏器内，它将电接合。储存在胶囊存储装置中的数据将传输到栽培机的处理器。然后，处理器对胶囊进行鉴定，如果将胶囊被鉴定为OEM部件，则胶囊与栽培机的装置网络结合。处理器知道每个胶囊的ID、每个胶囊在料盒的种子或植物胶囊储藏器以及栽培网络组件中的整个料盒组件中的位置。在操作上，用户可以通过栽培机控制台和/或远程有线或无线通信装置与胶囊的植物的生长交互并控制胶囊的植物的种植。种子或植物胶囊可以包括防篡改设备(means)。这些设备可包括将胶囊从网络中分离出来以及控制胶囊的验证时间。胶囊的外表面之一上可附有指示器，以指示胶囊的内容物是否适合使用。指示器可检测胶囊内部的湿度状况和/或迄今为止胶囊经历的极端温度。胶囊设计可提供栽培方法的可变性，从而无需为每种栽培方法定制胶囊设计。

本发明的实施例可以在胶囊内部和植物根部结构上方使用流体入口。这样的入口位置防止流体开口被根部堵塞。也在胶囊内部的湿度传感器探头能够向处理器实时提供有关流体水平的输入。在胶囊内部的壁处，底面可朝着排出口倾斜，以排出胶囊中的流体。入口通道和排出通道均可以保留多通阀。在供给通道处进入料盒的流体可以在需要的地方和时间向单个种子或植物胶囊供给流体。类似地，胶囊内部的流体可以在需要的时间和地方通过排出通道单独排出。多通阀还可以具有一体式泵。这种组件可以在没有重力罐的情况下使用。

本发明使处理器能够为料盒的胶囊的多样性植物物种提供最佳的生长环境，如在母案申请15/589,845中或在具有本文所述的远程部件的分体栽培组件中教导的。后一实施例将具有种子或植物胶囊的料盒与电源、数据和流体循环系统的元件分开。这些元件可以包括流体罐、泵、管道、过滤装备、处理器、收发器、传感装置、电源管理部、存储装置和备用电源。当使用本地/远程栽培组件时，该组件的远程部件可以支持具有相同“后台”(back ofthe house)元件的若干个栽培机组件。本发明还描述了适合用于水培、气培和土壤/堆肥植物灌溉方法的种子或植物胶囊。

自动化竖直植物栽培系统

自动化竖直植物栽培系统(200)通过简化过程来使室内植物栽培自动化，否则则需要持续关注室内植物。本发明的创新设计理念以占据最小空间的富有吸引力的方式解决了将植物材料引入室内空间的挑战。

图1A示出了组件的设计理念和结构框架。该理念的关键元件是料盒。在讲料盒之前，对系统的流体循环、电源和控制系统的概述将有助于了解料盒的多层创新技术。

流体循环系统

图1A至图1D描绘了用于种子/植物胶囊(4)的系统的流体循环系统，该种子/植物胶囊包含由电子装置支撑的营养复合物(16)。入口截止阀(31)使流体(5)通过可选的滤杯(32)输送到容纳/溢流罐(7)。电动泵(6)将流体(5)提升到位于料盒(3)上方的重力罐(9)。在重力罐(9)处，可以将流体(5)充氧。另外，如果需要，可以调节流体(5)的温度。重力罐(9)中的流体传感器(45)监测罐的流体水平。至少一根管道(12)将重力罐(9)连接到植物料盒(3)。另外，至少一根溢流管道(39)将重力罐(9)连接到料盒中的溢流出口(33)、可选的滤杯(32)和溢流/容纳罐(7)。当重力罐处的流体(5)水平超过设定水平时，流体通过重力罐溢流旁路(23)直接流入可选的可拆卸滤杯(32)，然后从可拆卸滤杯流到容纳/溢流罐(7)。滤杯(32)收集流体(5)中的颗粒，并受到定期清洗。流体(5)通过重力流到每个料盒(3)。在每个料盒入口(25)处，阀(44)控制允许进入料盒(3)的流体(5)的量。与重力罐(9)一样，如果流体水平超过料盒(3)内部的设定水平，则溢流旁路出口(33)通过溢流管道(39)释放多余的液流回到可选的滤杯(32)或直接回到容纳/溢流罐(7)。可通过湿度/流体传感器(45)(如图1A和图3B所示)或通过组件控制器(41)响应于来自湿度/流体传感器(45)的信号来控制料盒阀(44)的操作。在这两种方法中，均会监测料盒(3)内部的流体水平。当流体水平降至低于设定水平时，传感器(45)会直接打开阀或通过组件控制器(41)间接打开阀，以使流体达到预设水平。当流体水平超过设定点流体水平但未达到溢流出口(10)时，流体将被植物(29)消耗并蒸发。当重力罐(9)中的流体(5)水平降至低于预设水平时，罐的流体传感器(35)直接打开入口截止阀(31)或通过组件控制器间接打开入口截止阀(31)，以允许流体(5)进入容纳/溢流罐(7)，同时启动泵(6)迫使水进入重力罐(9)。在不同的实施例中，流体循环系统不使用重力罐(9)而将流体直接输送到料盒(3)。另外，在不能与外部流体出口直接连通的不同实施例中，可以通过入口将流体直接或间接地倒入容纳罐。

由电子装置支持的系统的多功能流体循环系统能够通过将常规种子埋入在营养丰富的复合物中、通过水培或气培方法来栽培植物。图1A至图1D描绘了系统的集合式流体循环系统，其用于使用营养复合物的种子/植物胶囊(图6A至图6E)；用于具有混合在流体中的营养物的水培胶囊(图6F至图6J)，以及用于具有混合在流体中的营养物的气培胶囊(图6K至图6O)。图6F至图6J以高度和剖面形式描绘了水培种子/植物胶囊。将水培流体溶液通过在容纳/溢流罐(7)上方的进入口(110)或通过在滤杯入口(112)处的进入口倒入。

该系统通常直接连接到流体接入点。在无法使用流体接入点的情况下，将流体倒入系统集合式溢流/容纳罐中。

电源和控制系统

系统的流体(5)循环、照明(46)、声音(49)和通信(43)装置部分或全部由组件的控制器(41)供电并控制。大多数或所有装置的电压都是步降的(stepped down)(40)。

组件控制器职责包括但不限于：

A.管理装置的同步操作。

B.监测装置并根据需要创建数据集。

C.当组件装置出现异常时提醒用户。

D.遇到电力短缺时，方便备用电源连接。

E.提供诊断和故障排除报告。

F.监测环境条件，包括组件流体温度。

为了维持有利于植物生长环境条件，该组件的控制器(41)由具有存储器的处理器构成，该处理器部分或全部地控制由以下部分构成的装置网络：与本地或本地和远程装置进行通信的通信模块(43)、配电总线(59)、热探头/加热器(116)、照明装置(46)、泵(6)、充氧器(47)、阀(11)、光传感器(58)、湿度/流体水平传感器(45)、可选的备用电源模块(48)和/或音频模块(49)、以及本地或远程I/O通信模块(43)。经由直接安装于控制面板的本地界面实现系统的组件控制器的输入/输出，在组件壁(42)处或通过远程装置容易操作面板。可替代地，也可以使用无线远程装置或可以用无线远程装置来代替控制界面。

流体循环系统可以使用两种类型的传感器：在接触时感测湿度的基本类型；或者根据流体水平范围可变性编程的传感器。该系统包括可以是双向的阀，从而允许流体在一个入口进入而在相邻出口排放流体。系统组件的流体/湿度传感器(45)必须完全竖立(plumb)，以确保正常运行并且不受振动和/或流体搅动的影响。

一旦激活，系统组件控制器(41)查询其网络装置的操作状态。一旦确认所有装置都在线并且可以使用，则利用流体传感器(45)开始流体的循环过程。传感器将关于某些或所有包含流体的容器中的流体水平的输入发送到控制器。然后，控制器(41)启动流体循环系统。

当循环系统在线时，溢流/容纳罐的流体水平达到触发泵(6)将流体(5)提升到重力罐(9)的点。重力罐中的传感器与泵(9)通信，以使流体体积增加到预设水平。当重力罐处的流体达到预设点时，料盒的阀(44)打开以允许流体进入。一旦流体水平达到预设点，就通过来自湿度/流体传感器(45)的输入来停止流入料盒的流体。在流体流向料盒之前，可以通过在重力罐(9)处的充氧器(47)使流体(5)中的氧含量富集和/或通过热探头/加热器(116)调节流体(5)的温度。

图3A示出了料盒的电源连接和流体外部循环系统的局部视图。图3B示出了料盒的入口储藏器(37)内部的流体入口(8)、允许流体进入料盒的入口阀(44)、以及紧邻阀(44)的湿度/流体传感器(45)。阀和流体入口两者协同工作以控制料盒中的流体水平。任何进入的流体(5)都会通过料盒的溢流出口(33)排放到滤杯(32)或直接排入溢流罐(7)。在气培法的实施例中，可以使用双向阀使流体进入料盒，然后以循环方式将流体排放到溢流/容纳罐中。

图3A示出了料盒的流体入口的相反端。该相反端从电源/数据总线接收电能或电能/数据，将电能或电能/数据传输到料盒内部的装置或料盒上的装置以及下游装置。该相反端具有小隔间，可在需要时安装电源/调制器，并隐藏布线松弛。在料盒内部或料盒上的常见装置可包括阀、传感器、光模块、温度探头和光传感器。电能或电能/数据穿过流体通道盖在料盒中传输。图4A至图4L示出了具有其相应电能或电能/数据插座的盖。图4E至图4H示出了盖顶面和盖底面中的即插即用插座。电能或电能和数据从下方输入，并从上方传输到下一料盒或装置。在盖内部，将电能或电能/数据按路径发送以与图4A至图4D中所示的长电源盖连接，图4A至图4D还示出了照明装置插座53。在电能入口的相反端处的盖将电能传输到湿度/流体传感器、阀和可选的温度探头。图4I至图4L示出了盖，该盖的电能/数据针状连接器连接到流体入口储藏器(37)中的湿度/流体传感器(45)和阀(44)。

照明装置(46)按照控制器(41)的程序化时间表进行操作，或者可以手动操作。电能从流体通道盖(38)进入反射器的孔(56)。照明装置(46)的插座(53)位于流体通道盖(38)上。图7A至图7D示出了由“U”形元件组成的照明装置(46)，该“U”形元件的直立腿部的顶端具有横向向外延伸部(26)。这些延伸部用作照明装置(46)的悬挂点，以及在一侧的电能或电能/数据连接点。在下文中，光源(65)条(通常是LED)安置(cultured)在基板上，基板安装在散热器(27)上，散热器(27)具有翅片(63)以消散由光源(65)产生的热量。在一些实施例中，当需要时，无电源的吊架可以将热量传导到流体通道(22)中。

可以经由组件控制器(41)调节光源(65)的光谱分布。这样的调节能够在空间被占用期间提供舒适的照明，或者在空间没有占据者时或按时间表切换至生长光谱分布。也可以通过程序化预设输出模式调节光输出。照明装置(46)是可拆卸的、通过反射器组件被遮蔽以避免直接接触、并且通过低压供电以防止电击。

系统料盒

如图2A至图5M和图8A至图11D所示，料盒(3)是为植物材料提供结构支撑、充当流体容纳容器、并为植物提供照明的实施例。图5A至图5B示出了料盒的剖视图，其中图5A仅示出了结构，并且图5B示出了具有种子/植物胶囊(4)和照明装置(46)的剖视结构。该料盒通常由无孔材料制成，该无孔材料具有足够的刚性以在相对较长的跨度上支撑其重量、种子/植物胶囊(4)、流体(5)和照明装置(46)。替代地，料盒可以由具有衬里的无孔材料制成，以容纳流体。图2A至图2C所示的料盒(3)的最常见形式是矩形的。矩形料盒沿其长轴具有至少一个双壁(36)，以在壁之间形成流体通道(22)。料盒内壁(36)处的流体通道排入多个植物/种子胶囊储藏器(20)。如图5C和图5I以及图8A至图11D所示的这些储藏器交替地位于图7A至图7D所示的光反射器孔(55)之间。在料盒的短端之一(图3B)处，微型阀(44)控制流体(5)流入料盒(3)中。当流体(5)进入料盒(3)时，流体流入入口储藏器(37)，并从入口储藏器流到料盒流体通道(22)。然后，当料盒水平地竖立时，流体(5)流到料盒植物/种子胶囊储藏器(20)，在所有储藏器中保持相等的水平(高度)。直接或间接地经由组件控制器(41)控制的湿度/流体传感器(45)通过控制微型阀(44)的操作维持预设的流体水平。如图3B所示，湿度/流体传感器(45)可以与微型阀(44)集成在一起，或者在料盒流体入口(25)的相反端而远离微型阀(44)。将插入胶囊储藏器(20)中的植物/种子胶囊(4)浸入流体(5)中。使流体(5)的水平上升到种子(17)的竖直高度位置的正上方。图6K和图6L所示的气培法料盒的实施例包括具有支座(115)的管道网络(113)，管道网络(113)通过流体通道通向植物/种子储藏器。在植物/种子储藏器，流体雾化器(114)将流体的雾气喷到植物根部上。除使用重力罐外，气培法阀还可以与流体泵一起用作进水阀和排水阀。

料盒(3)的流体循环系统采用可拆卸的流体通道盖(38)，以保护循环系统免受污染，避免昆虫和蒸发。当不使用种子胶囊时，盖(106)提供相同的保护。在不使用照明装置或不需要向上照明的情况下使用光孔径开口盖(117)。

图5A至图5M和图7A至图7D以及图8A至图11D示出了照明装置如何集成到料盒的架构中。料盒的照明装置(46)位于植物/种子胶囊储藏器(20)之间。这些装置(46)基本上被反射器孔(55)遮挡而不能直接看到，反射器孔(55)也用作植物/种子胶囊储藏器(21)的外壁。反射器的短端抵靠料盒的流体通道(22)壁。电能通过嵌入流体通道盖(38)中的导体流向照明装置。照明装置搁置在位于料盒的两侧处的通道盖上，并且在一侧处的插入式插脚与流体通道盖的顶表面上的相应插座接合。

图7A至图7D和图8A至图11D示出了在顶点处部分敞开的反射器孔。从两端悬挂的照明装置光源(65)最佳位于反射器(55)的内部，以向上和向下投射照明。反射器(55)的顶点处的开口允许直射光照明植物(29)冠层的底部。反射器(55)的具有反射表面(57)的闭合部分捕获低角度光线，并将捕获的光线向下重新定向到下面料盒(3)的植物(29)冠层的顶部。反射器(55)表面可以部分或全部由高反射材料制成。

反射器孔(55)将分布光束图案限制为基本上落在植物(29)材料上并且不会偏离材料之外。当使用对人体暴露有害的光谱分布时，此功能非常重要。光源(65)的光谱波长可以限制为仅“生长光”光谱分布，或者也可以包括其他光谱分布。在这种设定中，可以在由系统控制器控制的调度器上设定光发射量。

反射器孔口(56)能够使空气从料盒(3)的底部流到顶部，从而冷却照明装置并消除热量分层。此外，照明装置(46)的无电源悬挂支腿能够通过将热量传导到流体通道(22)中来冷却装置。

在另一个实施例中，通过使两个光源对准大致相反的方向来提供双向照明。图7A至图7D示出了安装在反射器内部的照明装置上的两个光源，其中一个光源朝上对准，另一个光源朝下对准。相同的照明装置可以采用至少一个光源。该系统还可在重力罐附近采用照明装置。该装置的用途可包括对光带光谱模拟阳光的空间的照明，并用于居住者可能患上SAD(季节性情感障碍)的黑暗环境中。

系统植物/种子胶囊

植物/种子胶囊(4)是由无孔材料制成的外壳，并且顶部和底部都有开口。开口被密封(110)以隔离空气和湿气，在胶囊展开之前移除密封。胶囊包含相同或不同植物(29)物种的一个或若干个种子。种子(17)埋入营养复合物(16)中，并悬浮在支架材料(108)中，一旦种子(17)发芽，就能使根部结构为植物(29)建立牢固的握持。在水培或气培植物栽培方法中，种子的放置是不同的。图5K、图6G和图6L示出了植物/种子胶囊内部的种子，植物/种子胶囊放置在被缺乏营养成分的支架材料包围的袋(麻布袋)(107)中。严格控制采用非水培或非气培方法生产的营养复合物(16)，从而为植物(29)物种提供适当的营养平衡，并保护植物免受任何生命形式(包括处于休眠状态的)的影响。生产过程减少或去除了复合物中的湿度，在某些应用中还去除了空气。在使用营养复合物的胶囊的植物/种子胶囊(4)的底部，根部膜(15)允许流体(5)渗入胶囊中，并在种子(17)发芽时在使营养复合物(16)包含在胶囊内部的同时使根部系统穿透膜(15)。植物/种子胶囊(4)盖具有发芽通过端口(throughsproutport)，植物材料可以通过该端口发芽。一些植物/种子胶囊可以具有多个发芽开口。将胶囊插入胶囊的储藏器后，围绕胶囊顶壁的密封件(110)防止流体/湿气的渗透。

系统结构元件

该系统是包含机械、电气和植物材料的承重组件。图1A示出了关键结构构件。组件形式通常是正方形或矩形。支撑组件的结构构件至少包括在组件的外围的两个竖直构件和两个水平构件。框架底部的水平构件通常支撑泵(6)、容纳/溢流罐(7)、控制面板(41)和其他电气/电子装备。顶部的水平构件支撑重力罐(9)。植物料盒(3)横跨竖直构件，植物料盒(3)通过可调节的紧固件(105)锁扣在竖直构件上。可调节的紧固件使料盒可以自由地竖直行进，并使料盒固定在期望的位置处。料盒(3)在结构上为刚性的，从而补充组件的整体结构强度。竖直构件可以是不透明的，或者由透明的框架制成。通常，流体的竖直循环管道系统沿支撑构件的一端行进，同时电气/数据竖直循环系统沿另一端行进。可以在竖直构件的壁上放置有线或无线接口面板。组件设计等级用于满载，并且可包括悬挂组件的额定等级。

植物种子和幼苗胶囊(4)放置在料盒的胶囊容器(20)内部。可以提供具有以下一个或多个特征的胶囊(4)：

A.料盒(3)的键控机械式连接器。

B.料盒(3)的键控电气连接器。

C.料盒(3)的键控机电连接器。

D.使系统处理器能够识别植物胶囊(4)的类型和/或内容物的机械、电气或机电胶囊识别码。

E.使特定植物胶囊(4)的位置与料盒(3)中的植物容器腔相关联的机械和/或电子设备。

F.启动植物胶囊(4)的激活的机械和/或电子设备。

G.至少有一个密封件，其用来密封料盒(3)中的内容物，使其不与外部环境接触，直到准备激活为止。

H.从激活时刻开始跟踪胶囊(4)的操作时间的设备。

I.植物胶囊(4)中包含的营养富集胶囊，其可以富集能够使用定时释放机制分配的植物材料。胶囊能够是可拆卸和可更换的。

J.防霉菌、细菌和/或不期望的气味的防腐胶囊(4)，其可以使用定时释放机制进行分配。胶囊(4)能够是可拆卸和可更换的。

系统(200)的操作激活植物胶囊(4)。植物胶囊激活后，系统(200)的处理器会知道胶囊(4)的植物生长周期。这样，系统可以为植物提供最佳的养育。照料级别取决于系统(200)的实施例的复杂程度。例如但不限于，植物胶囊(4)可包含至少一个阀，该阀通过系统(200)的处理器控制进入植物胶囊容器(20)的流体量以及流体在植物胶囊容器停留的持续时间。处理器可以告知用户植物的生长周期，在检测到异常时发出警报，并且当植物材料可食用时建议可以如何使用植物材料。如果允许，则处理器也可以通信地联接至远程位置的装置，从而使用户参与其他系统(200)用户的建议、推广和聊天室。此外，该系统可以包括除湿器，以确保如从键控胶囊识别的特定植物的最佳湿度，从而优化该特定植物的生长周期。

植物胶囊(4)的尺寸和形状，以及植物胶囊的孔尺寸和植物胶囊的盖开口的数量可以变化。胶囊(4)可以制造为一次性使用，或者可以采用可移除的盖用于多次使用。在植物生长周期完成后，多次使用的胶囊(4)可以用新的种子袋(seed sack)或幼苗束代替用过的植物材料。可以基于预约来提供可操作的补充的胶囊(4)，其中处理器可以将胶囊重置为新的生长周期。类似地，当检测到未经授权使用胶囊(4)时，处理器可以停用胶囊(4)对植物生长周期的优化。在授权使用下，胶囊(4)内部的植物材料会以正确的光谱波长和持续时间获得最佳量的流体、营养和光。另外，可以使用感测装置或感测装置可为系统(200)的一部分并且与处理器通信，其中处理器可以响应于由感测装置提供的信息和数据来监视、警告并对入侵的害虫采取行动，以及识别植物叶子中不健康的变化。

另外的实施例可以包括小型飞行装置或无人机，其可以在在系统(200)和植物材料上方受控地或自主地飞行，感测盛开的花朵，然后对盛开的花朵授粉。另外，小型飞行装置或无人机在其在系统(200)和植物材料上方飞行时还可以感测植物叶子中的异常，并且将其发现发送给处理器。

图12A至图12E描绘了可以利用多种栽培方法的种子或植物胶囊的视图。

图12A示出了种子或植物胶囊(250)的顶视图，其中盖植物的孔(cap plant’saperture)(201)在胶囊(250)中央处开口，并且胶囊(250)的电能/数据接口(228)通过流体供给通道(206)侧(未示出)从胶囊的表面向外延伸。

图12B示出了胶囊250的底视图。在胶囊(250)的流体供给侧壁(219)处，胶囊阀凹部(233)、种子或植物胶囊杆(stem)管孔(235)以及电能或电能和数据管槽(chase)(225)形成容纳低压流体供给阀(214)的外壳，使阀管杆(215)(未示出)能够进入胶囊(250)(未示出)，并且电连接到示出为从胶囊的表面向外延伸的胶囊的电能或电能和数据接口(228)。在胶囊(250)的流体排出侧壁(218)处，当采用气培栽培方法时，排放端口贯通螺栓(211)将胶囊(250)的流体排出。进入胶囊的流体润湿植物的根部结构，然后排出并循环回到栽培机的容纳罐，然后流体定期重复其循环周期。当采用另一种栽培方法时，贯通排放螺栓(211)被排放端口盖(212)盖住。

图12C示出了供给通道(219)侧的胶囊(250)的外壁。胶囊壁中的凹部及其电能或电能和数据管槽(225)形成容纳低压流体供给阀(214)的外壳。在管槽上方，电子存储装置(223)可以嵌入胶囊的外壳中，或插入电能和数据接口(228)中。电子存储装置(223)可以集成到胶囊(250)的主体中，也可以在第二制造过程中牢固地附接到主体。

图12D通过流体排出通道(218)侧示出了胶囊(250)的外壁。在壁的底部，当采用气培栽培方法时，排放端口贯通螺栓(211)将胶囊(250)的流体排出。当采用其他栽培方法时，贯通螺栓(211)被盖住。在上文中，当流体水平超过阈值时，溢流端口贯通螺栓将流体排出至流体排出通道(205)。还示出了盖的植物孔(201)的轮廓。种子或植物胶囊盖(200)孔的大小和在盖顶表面上的位置可根据所选的植物材料而变化。

图12E示出了胶囊(250)的侧视图。胶囊的电能和数据接口(228)向外延伸超出胶囊的壁的在供给通道(219)侧的表面。在胶囊的相反侧的排出通道(218)的壁处，示出了在底部具有盖(212)的排放端口贯通螺栓(211)以及在上部的溢流端口贯通螺栓(210)。

图13A至图13B示出了低压阀(214)入口处的流体供给通道(206)和种子或植物胶囊流体供给侧壁(232)的局部透视图。

图13A示出了流体供给通道(206)、通道盖(222)电能/数据插座(224)、导体(230)、低压流体阀(214)及其电能或电能和数据管槽(225)以及阀的管杆(215)。阀(214)通过具有垫片(221)和螺母(226)的阀贯通螺栓(220)(未示出)固定至供给通道内壁。当感测装置(未示出)感测到种子或植物胶囊(250)内部的流体水平低时，从电能或电能和数据管槽(225)输入的电能激活低压阀(214)。阀的激活可以由处理器或本地感测装置引起。然后，流体穿过阀(214)和管杆(215)行进进入种子或植物胶囊(250)(未示出)。在种子或植物根部上方输送胶囊内部的流体以防止根部阻塞流体入口。该图和图15a的截面图所示的管杆(215)示出了该方案。在不同的实施例中(未示出)，流体可以从流体供给通道直接进入胶囊，从而实现相同的目的。

图13B示出了与流体供给通道(206)的内壁邻接的种子或植物胶囊(250)侧壁。在壁的底部处向上延伸的凹部容纳低压流体供给阀(214)以及电能或电能和数据管槽(225)。在管槽凹部上方，在壁中央处，“L”形胶囊的电能和数据接口(228)向外延伸。该接口在其“L”形接口支腿接合到通道盖(222)插座(224)中的情况下建立电能和数据连通以支持胶囊的操作。该接口可以具有电子存储装置(223)，该电子存储装置存储有关胶囊(250)内容物的相关信息，包括OEM身份验证数据。仅在栽培机处理器(未示出)对胶囊装置网络进行身份验证之后，才会激活支持植物栽培的胶囊装置网络。

图14A至图14B示出了流体供给通道的局部顶视图以及种子或植物胶囊的流体供给侧的局部底视图。

图14A示出了具有插座(224)的流体供给盖(222)。在该图中，插座(224)与种子或植物胶囊(250)的“L”形胶囊的电能和数据接口(228)接合。通道盖(222)可具有多个插座(228)，以接合不同类型的装置，包括诸如阀等功率输入装置；照明装置以及诸如热、流体pH水平、湿度和光传感器等感测装置。在种子或植物储藏器(217)的邻接流体供给通道内壁(207)的底部处，低压阀(214)接收电能或接收电能或来自电能和数据管槽(225)的电能。管槽可以是低压阀(214)组件的一体式部分。在种子或植物胶囊的储藏器(217)内，低压阀(214)通过管道的阀杆(215)将流体输送到种子或植物胶囊(250)中。阀杆进入位于胶囊的阀凹部(233)的种子或植物胶囊孔(235)，阀凹部(233)和胶囊孔(235)两者均在图14b中示出。管道的阀杆可以包括密封件/垫片(216)，以防止流体回流到种子或植物胶囊的储藏器(229)(未示出)中。

图14B示出了种子或植物胶囊底部(229)在流体供给(206)侧的局部视图。低压阀(215)管杆(215)通过位于胶囊的阀凹部(233)处的种子或植物胶囊孔(235)进入种子或植物胶囊(250)。“L”形胶囊的电能和数据接口(228)在供给通道(219)侧从胶囊的壁延伸出来。该接口向低压阀(214)供电，并且可以与该阀通信。存储器存储装置(223)可以嵌入在接口(228)内部或附于其上(未示出)。存储装置(223)对胶囊(250)进行验证，获取信息并优化胶囊的操作。

图15A至图15C示出了种子或植物胶囊的储藏器(236)内部的种子或植物胶囊(250)在流体供给通道(206)侧的局部纵向剖视图。由栽培机处理器(未示出)控制的低压阀(214)使流体从供给通道(206)流至种子或植物胶囊储藏器(236)，进入种子或植物胶囊(250)。流体穿过阀的贯通螺栓(220)至阀的管杆(215)而到达胶囊(250)，阀的管杆(215)从下方通过胶囊的杆管道孔(235)穿透种子或植物胶囊(250)。通过大气压力使胶囊内部的流体水平与供给通道(206)内部的流体水平相等。当操作阀(214)时，感测装置可以向处理器提供信号。在另一个实施例中，简单的机械装置例如浮阀(未示出)也可以控制向胶囊(250)供给的流入流体。胶囊的灌溉方法决定了向种子或植物胶囊灌溉的流体量和持续时间(250)。阀的管杆(215)可以具有管杆密封件/垫片(216)，也可以将这种密封件作为自密封膜设置在胶囊的杆管孔(235)的顶部。无论哪种方式，密封件或垫片都可以防止流体回流到种子或植物胶囊储藏器(236)中。通过具有阀贯通螺母(226)和垫片(221)的阀贯通螺栓(220)将阀(214)固定在流体供给通道(207)的内壁上。垫片(221)防止流体进入种子或植物储藏器(236)。示出了“L”形电能或电能和数据管槽(225)，其楔入在种子或植物胶囊的外表面(219)与流体供给通道内壁(207)之间。在该实施例中，管槽(225)与低压阀(214)是一体式的。在其他实施例中，管槽可以部分或全部附接到储藏器壁(214)。在其他实施例中，管槽可以构造为胶囊的组件的一部分。在将胶囊(250)放置在种子或植物胶囊的储藏器(236)内部后，管槽(225)与胶囊的电能和数据接口(228)配合，胶囊的电能和数据接口(228)又与流体供给盖(222)中的插座(224)配合。流经通道盖(222)的电力到达胶囊的嵌入式存储装置(223)。然后，将存储装置信息发送到处理器(未示出)，并且在验证之后，与胶囊(250)相关联的所有网络装置开始操作。在种子或植物胶囊(250)内部示出了根部结构支架(203)。支架为植物的根部提供了附接结构。支架可以具有容积开口以插入种子袋和/或其他定时释放添加剂。

图15B和图15C示出了种子或植物胶囊(250)在流体排出通道(205)侧的局部纵向剖视图。当低压阀(214)出故障时，与排出通道(205)邻接的种子或植物胶囊(250)壁的中间部分上方的溢流端口贯通螺栓(210)从胶囊中去除进入的流体。在这种情况下，溢出的流体通过通道(205)排出，返回到容纳罐(未示出)以进行再循环。当发生预料之外的流体循环时，处理器可以提醒用户有关事件，还可以识别故障的特定性质。在需要时，在溢流端口贯通螺栓(210)下方，排放端口贯通螺栓(211)从种子或植物胶囊(250)排出流体。通常在使用气培灌溉方法操作胶囊时使用此端口。在采用这种方法时，通过使流体循环并定期从胶囊中排出流体来使植物的根部(227)保持湿润。当使用其他方法时，可以通过使用排放端口盖(212)简单地将排放端口贯通螺栓(211)盖上。在种子发芽期间的所有灌溉方法中，胶囊内部的流体水平保持足够高，以促使种子发育其根部结构。采用具有阀管杆(215)的双端口系统的胶囊(250)设计是一项创新，使得能够用最常见的灌溉方法使用单个胶囊设计。

图16A和图16B示出了从种子或植物储藏器侧观察的流体供给通道的局部剖视图以及种子或植物囊在流体进入胶囊侧的侧视图。

图16A示出了抵靠种子或植物胶囊流体供给内壁(232)的流体进入台(245)，该流体进入台(245)具有流体入口管杆(215)和管道密封件/垫片(216)。从供给通道(206)进入的流体通过进入种子或植物胶囊(250)的流体入口管杆(215)上升。密封件/垫片(216)防止流体回流到供给通道(206)和/或储藏器(229)。料盒的管杆可以同时将流体输送到所有胶囊，或者可以在需要的地方和时间将流体输送到个别胶囊。

图16B示出了种子或植物胶囊(250)的供给侧面。流体入口台凹部(251)容纳流体入口台(245)。当将胶囊(250)放置在储藏器内部时，管杆(215)穿透胶囊(250)的内部。位于管道上的密封件/垫片(216)、胶囊或两者防止流体回流。胶囊可采用存储装置(231)以及胶囊电能和数据接口(228)(未示出)来控制胶囊的照明和流体循环。

图17A、图17B和图17C示出了横跨置于料盒内部的种子或植物胶囊的局部纵向剖视图。

图17A示出了始于流体供给通道(206)并且终止于种子或植物胶囊(250)内部的管杆(215)。膜密封件/垫片(216)位于管杆台(215)上。来自供给通道(206)的流体进入种子或植物的根部结构上方的胶囊(250)内部。这样做防止了根部阻塞流体供给端口。在胶囊(250)的流体供给侧壁内，可以将流体传感器探头(257)嵌入或附接到该壁上。探头实时地将关于胶囊(250)内部的湿度水平的数据传送给处理器，以确保最佳的植物生长流体水平。种子或植物胶囊底面(217)从流体通道供给侧朝向流体排出通道(205)侧倾斜。无论采用哪种栽培方法，均可以防止流体在胶囊内部滞留。胶囊(250)通过采用根部结构支架(203)将植物保持在位。这种3D结构使根部能够缠绕在结构膜周围并支撑大型植物的生长。

图17B和图17C示出了种子或植物胶囊(250)在流体排出通道(205)侧的局部纵向剖视图。当低压阀(214)(未示出)出故障时，与排出通道(205)邻接的种子或植物胶囊(250)壁的中间部分上方的溢流端口贯通螺栓(210)从胶囊中去除进入的流体。在这种情况下，溢出的流体通过通道(205)排出，返回到容纳罐(未示出)以进行再循环。当感测到预料之外的流体循环时，处理器可以提醒用户有关事件，还可以识别故障的特定性质。在需要时，在溢流端口贯通螺栓(210)下方，排放端口贯通螺栓(211)从种子或植物胶囊(250)排出流体。通常在使用气培灌溉方法操作胶囊时使用此端口。在采用这种方法时，通过使流体循环并定期从胶囊中排出流体来使植物的根部(227)保持湿润。当使用其他方法时，可以通过使用排放端口盖(212)简单地将排放端口贯通螺栓(211)盖上。在种子发芽期间的所有灌溉方法中，胶囊内部的流体水平保持足够高，以促使种子发育其根部结构。在该实施例中示出的种子或植物胶囊底面(217)是倾斜的，以使流体朝向排放端口贯通螺栓(211)流动。采用具有阀管杆(215)的双端口系统的胶囊(250)设计是一项创新，其使得能够用最常见的灌溉方法使用单个胶囊设计。

图18A、图18B和图18C示出了横跨嵌入料盒内部的种子或植物胶囊的局部纵向剖视图。

图18a示出了始于流体供给通道(206)并且终止于种子或植物胶囊(250)内部的管杆(215)。膜密封件/垫片(216)位于管杆台(215)上。来自供给通道(206)的流体进入种子或植物的根部结构上方的胶囊(250)的内部。这样做防止了根部阻塞流体供给端口。在胶囊(250)的流体供给侧壁内，可以将流体传感器探头(257)嵌入或附接到该壁上。在该实施例中，进入料盒的流体被引导到多通阀(252)(未示出)中。流体从多通阀通过流体供给管道(255)进入胶囊(250)中。阀(252)可具有一体式流体管道，该流体管道具有与流体通道盖(222)上的插座连接的电能和通信插座(224)。流体传感器探头(257)可以嵌入或附接至壁上。探头实时地将关于胶囊(250)内部的湿度水平的数据传送给处理器，以确保最佳的植物生长。种子或植物胶囊底面(217)从流体通道供给侧朝向流体排出通道(205)侧倾斜。无论采用哪种栽培方法，均可以防止流体在胶囊内部滞留。胶囊(250)通过采用根部结构支架(203)将植物保持在位。这种3D结构使根部能够缠绕在结构膜周围并支撑大型植物的生长。

图18B和图18C示出了种子或植物胶囊(250)在流体排出通道(205)侧的局部纵向剖视图。当低压阀(214)出故障时，与排出通道(205)邻接的种子或植物胶囊(250)壁的中间部分上方的溢流端口贯通螺栓(210)从胶囊中去除进入的流体。在这种情况下，溢出的流体通过通道(205)排出，返回到容纳罐(未示出)以进行再循环。当发生预料之外的流体循环时，处理器可以提醒用户有关事件，还可以识别故障的特定性质。在需要时，在溢流端口贯通螺栓(210)下方，排放端口贯通螺栓(211)从种子或植物胶囊(250)排出流体。通常在使用气培灌溉方法操作胶囊时使用此端口。在采用这种方法时，通过使流体循环并定期从胶囊中排出流体来使植物的根部(227)保持湿润。当使用其他方法时，可以通过使用排放端口盖(212)简单地将排放端口贯通螺栓(211)盖上。在种子发芽期间的所有灌溉方法中，胶囊内部的流体水平保持足够高，以促使种子发育其根部结构。在该实施例中示出的种子或植物胶囊底面(217)是倾斜的，以使流体朝向排放端口贯通螺栓(211)流动。采用具有阀管杆(215)的双端口系统的胶囊(250)设计是一项创新，其使得能够用最常见的灌溉方法使用单个胶囊设计。

图19A和图19B示出了穿过流体供给通道和料盒的纵向剖视图。

图19A示出了在料盒(248)流体入口侧的多通流体阀或具有泵(252)的多通流体阀。在需要时，流入料盒的流体被引导到多通阀(252)中，并从多通阀通过流体供给管道(255)分别进入种子或植物胶囊。多通阀(252)可位于流体通道(206)内部，并向流体通道盖(222)中的插座(224)供电并通信，或者由插座(224)供电并通信。多通阀(252)还可以具有一体式泵。当不使用重力流使流体流入料盒(248)时，可以包括泵。

图19B示出了在胶囊侧(232)的流体供给通道壁处的种子或植物胶囊的储藏器(236)。具有管杆(215)和管杆密封件/垫片(216)的流体入口台(245)能够在种子或植物胶囊(250)内部进行流体供给和流体保持。流体传感器探头(257)(未示出)可以嵌入或附接到胶囊储藏器(236)内部的流体入口台(245)的壁上。流体传感器探头可以通过胶囊的电能和数据接口(228)接收电能，并且当胶囊(250)位于胶囊的储藏器(236)内部时流体传感器探头可以进行双向通信。

图20A、图20B和图20C示出了栽培分离系统组件，而在所示的实施例中，料盒凹进壁龛中，其他电源和流体保持以及泵送装备从远程位置观察时被隐藏了。

图20A示出了两个料盒竖直阵列的框图，每一个料盒竖直阵列均具有四个料盒，这些料盒通过壁(249)从远程位置供电和供给流体。在该图中，处理器(243)和储液罐(249)从远程位置提供给多个栽培机。另外，其他系统部件可以与上述部件互换，并且可以远程放置。这些部件可包括备用电源、收发器、感测装置、充氧器、过滤装置和加热/冷却装备。

图20B示出了壁(249)龛，其具有占据凹入的壁龛空间的四个料盒(248)。料盒(248)示出了植物材料(244)、地板(239)和瓷砖天花板(238)。还示出了向下看向壁龛内部的料盒(248)的水平剖视图16c。

图20C示出了向下看向壁(249)龛内部的料盒(248)的水平剖视图。该实施例中的料盒(248)由四个壁安装支架(240)支撑，其中流体竖直循环管道(241)在料盒的一侧延伸，并且电能/数据导体(242)在另一侧竖直延伸。料盒(248)示出了五个种子或植物胶囊(250)，每个种子或植物胶囊具有单个植物孔(201)和四个料盒散热通风孔(246)。在该实施例中，两个系统都无法直接观察到。在不同的实施例中，料盒可以安装为抵靠由壁支架(未示出)支撑的壁。

展示本文阐述的实施例和示例是为了最好地解释本发明及其实际应用，从而使本领域普通技术人员能够制造和使用本发明。然而，本领域普通技术人员将认识到，仅出于例示和示例的目的给出了前面的描述和示例。所阐述的描述并非旨在穷举或将本发明限制为所公开的精确形式。根据以上的教导，在不背离权利要求的精神和范围的情况下可以进行许多修改和变化。

Claims (61)

1.一种自动化竖直植物栽培系统，包括：

料盒结构，其用于植物栽培，所述料盒结构具有外部电能和数据插座以及处理器；以及

种子或植物胶囊，其联接到电子存储器存储装置并与所述外部电能和数据插座中的一个电子地接合，存储在所述存储装置上的数据由所述处理器接收，其中，所述处理器接收并处理至少包括以下一种的数据：种子或植物胶囊的唯一地址标识、种子或植物胶囊加入其装置网络的授权、种子或植物胶囊在料盒中的位置、种子或植物胶囊的OEM验证、种子或植物胶囊的内容物、种子或植物胶囊的操作参数和说明、种子或植物胶囊的生产日期、以及种子或植物胶囊的有效期。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述种子或植物胶囊包含防篡改设备，以电子地禁用与被篡改的种子或植物胶囊相关联的电子存储器存储装置的操作。

3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述种子或植物胶囊的底面从流体供给侧端朝向流体排出侧端倾斜。

4.根据权利要求1所述的系统，其中，在所述种子或植物胶囊内部的湿度传感器探头测量湿度水平并将数据传送至所述处理器。

5.根据权利要求1所述的系统，其操作专用的流体阀，所述流体阀能够使流体从流体供给通道流入位于种子或植物胶囊储藏器内部的种子或植物胶囊中。

6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述种子或植物胶囊采用溢流流体出口端口和排放端口，从而能够在单个胶囊实施例中使用气培法和常规的栽培灌溉方法。

7.根据权利要求6所述的系统，其中，当采用气培栽培方法时，所述料盒的溢流/排出出口处的阀在种子发芽期间将流体保持在所述种子或植物胶囊中，然后通过所述排放端口将所述流体排出以使植物的根部周期性地通风。

8.根据权利要求6所述的系统，其中，当采用水培法或常规栽培方法时，将所述种子或植物胶囊的底部的排放端口堵塞。

9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述种子或植物胶囊包括位于外表面上的可见指示器，所述指示器显示胶囊植物材料是否处于良好状态。

10.一种竖直植物栽培系统，包括：

至少一个具有电子感测装置的料盒；以及

一个植物胶囊，其中，所述电子感测装置沿框架感测所述料盒的竖直安装位置，并将所述安装位置传送到所述料盒的处理器。

11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述处理器针对在所述框架内每个料盒的竖直位置和多个料盒之间的竖直距离，依次为每个料盒分配编号。

12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述处理器确定植物胶囊的内容物和在每个料盒中的位置。

13.一种自动化竖直内部栽培系统，包括：

自支撑的植物保持料盒，其具有从侧面观察时被隐藏的照明：以及

能够拆卸的种子或植物胶囊，其位于所述料盒的种子或植物胶囊储藏器内部，其中：

所述系统的电源管理部、处理和控制和/或流体循环装置中的至少一者位于远程位置。

14.根据权利要求13所述的系统，其中，所述系统的处理器或者处理器和控制器是建筑物的处理器或者处理器和控制器。

15.根据权利要求13所述的系统，其中，所述系统处理器部分地由所述建筑物的所述处理器或者处理器和控制器控制。

16.根据权利要求13所述的系统，其中，由所述隐藏的照明源产生的热量通过所述料盒的主体内部的开口排出。

17.根据权利要求13所述的系统，其中，所述种子或植物胶囊在所述胶囊内部包括位于所述种子或植物根部上方的至少一个流体入口，以将流体输送到下方的植物根部。

18.根据权利要求13所述的系统，其中，所述料盒结构包含流体通道、种子或植物储藏器、种子或植物胶囊和光源反射器的容积实施例，其中，所述通道包括多通流体循环阀，所述多通流体循环阀能够在所述料盒需要的时间和地方向单个胶囊提供流体。

19.一种自动化竖直植物栽培系统，包括：

料盒结构，其用于植物栽培，所述料盒结构包括：

至少一个流体通道，其沿所述料盒结构的长轴在双壁之间延伸；

发光源，在直接观察时所述发光源基本被隐藏；以及

至少两个彼此相邻的种子或植物储藏器，每个种子或植物储藏器包括底表面和从所述双壁延伸的两个侧壁，所述底表面和所述两个侧壁用于保持种子或植物胶囊并与所述至少一个流体通道流体连通，并且每个种子或植物储藏器包括所述侧壁的外表面，其中所述至少两个相邻的种子或植物储藏器中的每一个的一个外表面形成反射器，在所述反射器的顶点处具有开口，其中，所述发光源通过在所述顶点处的所述开口延伸到所述反射器中，并且所述一个外表面隐藏所述发光源，所述发光源照明所述发光源下方的植物。

20.根据权利要求19所述的系统，其中，所述发光源通过所述开口沿向上的方向照明所述发光源上方的植物。

21.根据权利要求19所述的系统，其中，反射器沿向下的方向引导光。

22.根据权利要求20所述的系统，其中，所述发光源与所述反射器一起操作，以同时沿向上的方向和向下的方向投射光。

23.根据权利要求19所述的系统，其中，所述料盒结构还包括集成到流体通道盖中的照明装置电能插座。

24.根据权利要求19所述的系统，其中，在所述反射器顶点处的所述开口被盖封闭。

25.根据权利要求19所述的系统，其中，所述光源照明光带谱模拟阳光的空间。

26.一种自动化竖直植物栽培系统，包括料盒结构，

所述料盒结构具有：

双壁，其在所述料盒结构的端壁之间延伸；

种子或植物储藏器，其具有在所述种子或植物储藏器中的能够移动的种子或植物胶囊，所述种子或植物储藏器交替布置在发光源之间，所述发光源在直接观察时基本上隐藏在所述料盒结构内部，每个种子或植物储藏器包括底表面和在所述双壁之间延伸的两个侧壁，每个种子或植物储藏器形成用于保持所述种子或植物胶囊的内容积并允许流体进入所述储藏器，并且每个种子或植物储藏器包括所述侧壁的外表面，其中两个相邻的种子或植物储藏器中的侧壁的外表面形成反射器，在所述反射器的顶点处具有开口，其中，所述发光源通过在所述顶点处的所述开口延伸到所述反射器中，并且所述外表面隐藏所述发光源，所述发光源照明所述发光源下方的植物并通过所述开口照明所述发光源上方的植物；以及

流体通道，其在每个双壁内横跨所述料盒结构的长轴延伸，其中一个流体通道是入口通道，另一个流体通道是出口流体通道，其中所述料盒结构用于利用营养复合物植物生长栽培、水培植物生长栽培、气培植物生长栽培方法或其组合的种子或植物胶囊中的一个。

27.根据权利要求26所述的系统，其中，在水培或气培植物生长栽培方法中使用的所述种子或植物胶囊被封闭在袋中，具有种子或植物胶囊的所述袋位于根部生长支架材料中。

28.根据权利要求27所述的系统，其中，在所述气培植物生长栽培方法中，所述系统还包括管道网络，所述管道网络置于所述流体通道内部并延伸到所述种子或植物储藏器中，在所述种子或植物储藏器中，与所述管道网络连接的雾化器将流体喷洒到在装有种子或植物胶囊的所述袋的底部处的所述根部生长支架材料上。

29.根据权利要求28所述的系统，其中，在气培植物生长栽培方法中，所述种子或植物储藏器将流体水平保持在所述种子或植物储藏器的位置上方，直到根部发育，然后将所述种子或植物储藏器排干，并且所述系统切换为通过所述管道网络将流体雾化并将喷洒在所述根部上。

30.根据权利要求26所述的系统，其中，处于压力下的流体直接从流体泵进入所述种子或植物储藏器，以在所述种子或植物储藏器内部积聚流体，并且所述处于压力下的流体通过至少一个出口阀排放至溢流罐。

31.根据权利要求26所述的系统，其中，至少一个阀使流体能够流入所述料盒中并从所述料盒排放出流体。

32.根据权利要求26所述的系统，其中，所述种子或植物胶囊能够从所述料盒结构拆卸。

33.一种自动化竖直植物栽培系统，包括：

料盒结构，其包括：

多个种子或植物胶囊流体储藏器；

多个种子或植物胶囊，其联接在所述多个种子或植物胶囊流体储藏器内；

流体输送通道，其形成在所述料盒结构的双壁之间，其中，所述流体输送通道内部的流体通过内部通道壁中的开口而与所述多个种子或植物胶囊连通，所述内部通道壁在流体通道与所述多个种子或植物胶囊储藏器之间；以及

多个光导结构，其从侧面观察时隐藏多个光源，所述光源照明所述光源下方的植物材料。

34.根据权利要求33所述的系统，其中，空气从所述料盒结构的底部通过所述光反射器的反射器孔流到所述料盒结构的顶部。

35.根据权利要求33所述的系统，其中，能够拆卸的通道流体盖包含电能导体、数据导体或电能和数据导体。

36.根据权利要求33所述的系统，其中，在没有种子或植物胶囊的情况下，所述种子或植物胶囊流体储藏器保持有盖。

37.根据权利要求33所述的系统，其中，由所述光源产生的热量通过在所述流体通道中或附近的所述照明装置结构的传导而使所述流体温度增加。

38.根据权利要求33所述的系统，其中，所述料盒结构中的插座使得能够向所述料盒结构外部、所述料盒结构上、所述料盒结构中、或前述位置的组合位置处的其他装置进行电能输送、数据输送或电能和数据输送。

39.根据权利要求33所述的系统，其中，在所述料盒结构的外部处的安装紧固件使得能够放置在具有至少一个兼容的机械连通装置的结构支撑框架内部。

40.根据权利要求33所述的系统，其中，所述种子或植物胶囊是由非多孔材料制成的外壳，在所述外壳的顶部和底部具有开口，所述外壳具有能够移除的密封件，以使所述外壳的内部相对于空气和湿气密封，在部署所述种子或植物胶囊之前将所述密封件移除。

41.一种自动化竖直植物栽培系统，包括：

料盒结构，其用于植物栽培，所述料盒结构包括：

多个植物容器，其具有光反射器孔和位于每个植物容器之间的隐藏光源；以及

胶囊，在所述胶囊中具有种子或植物，所述胶囊联接在每个植物容器内，其中，每个植物胶囊以机械地键控联接、电子地键控联接或和机电地键控联接中的一种键控联接到所述料盒结构。

42.根据权利要求41所述的系统，其中，所述胶囊具有唯一的电子标识，所述唯一的电子标识识别所述胶囊的特定内容物、胶囊类型或所述胶囊的特定内容物与所述胶囊类型的组合。

43.根据权利要求42所述的系统，其中，所述键控的胶囊将所述胶囊与所述料盒的胶囊容器中的特定位置相关联。

44.根据权利要求43所述的系统，其中，所述料盒内所述键控的胶囊的位置是在将所述胶囊插入所述植物容器中的一个内时自动识别的，或者是使用手持装置识别的。

45.一种自动化竖直植物栽培系统，包括：

料盒结构，其用于植物栽培，所述料盒结构包括：

多个植物容器，其具有光反射器孔和位于每个植物容器之间的隐藏光源；以及

胶囊，在所述胶囊中具有种子或植物，所述胶囊联接在每个植物容器内，其中，每个植物容器含有植物富集营养胶囊、抗细菌胶囊、抗真菌胶囊、阻挡不期望的气味的防腐胶囊及其组合中的至少一种。

46.根据权利要求45所述的系统，其中，所述植物富集营养胶囊、所述抗细菌胶囊、所述抗真菌胶囊、所述阻挡不期望的气味的防腐胶囊及其组合包括定时释放机制。

47.根据权利要求45所述的系统，其中，所述植物富集营养胶囊、所述抗细菌胶囊、所述抗真菌胶囊、所述阻挡不期望的气味的防腐胶囊及其组合是能够拆卸和能够更换的。

48.根据权利要求45所述的系统，其中，所述胶囊包括密封件，所述密封件用于使所述胶囊的内部相对于外部环境密封，并且所述胶囊响应于移除所述密封件并且所述胶囊被放置在所述料盒的所述植物容器中而被激活。

49.一种自动化竖直植物栽培系统，包括：

料盒结构，其用于植物栽培，所述料盒结构包括：

多个植物容器，其具有光反射器孔和位于每个植物容器之间的隐藏光源；

胶囊，在所述胶囊中具有种子或植物，所述胶囊联接在每个种子容器内；以及

至少一个阀，其保持在植物胶囊或料盒中，其中所述至少一个阀限制流体流入所述多个植物容器中。

50.根据权利要求49所述的系统，其中，所述至少一个阀控制流体的量以及所述流体在每个植物容器内停留的持续时间。

51.根据权利要求49所述的系统，还包括处理器，其中，所述处理器响应于所述胶囊的激活而控制指向所述胶囊的光源的持续时间强度和光谱分布。

52.根据权利要求51所述的系统，其中，所述胶囊是键控的并且所述料盒内所述键控的胶囊的位置是在将所述胶囊插入所述植物容器中的一个内时自动识别的，或者是使用手持装置识别的。

53.根据权利要求52所述的系统，还包括处理器，其中所述处理器接收关于插入在所述植物容器中的一个内的所述键控的胶囊的数据并确定植物生长周期。

54.根据权利要求53所述的系统，其中，所述处理器接收关于所述植物生长状态的数据，并且在所述植物生长周期期间向用户发送生长状态报告以及警报。

55.根据权利要求54所述的系统，其中，所述处理器与本地用户、远程用户、或者本地和远程用户通信。

56.根据权利要求55所述的系统，还包括至少一个音频装置以提供语言或音乐输出。

57.根据权利要求56所述的系统，其中，所述处理器包括人工智能能力，并且能够与所述用户进行电子或言语交互。

58.根据权利要求57所述的系统，其中，所述处理器响应于感测装置检测到所述胶囊的植物叶子中的害虫、不健康的变化或两者而向所述用户发出警报。

59.根据权利要求58所述的系统，其中，所述处理器在所述胶囊激活时以及之后向用户提供建议以处理或烹饪能够食用的植物材料。

60.根据权利要求49所述的系统，还包括小型飞行装置或无人机，所述小型飞行装置或无人机在所述胶囊的植物材料上方受控地或自主地飞行、感测盛开的花朵、然后对所述盛开的花朵授粉。

61.根据权利要求60所述的系统，其中，所述小型飞行装置或无人机在所述胶囊的植物材料上方飞行时还感测所述胶囊的植物叶片中的异常，并且将该信息发送给所述处理器。

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