ITUB20151192A1 - "APPARATUS FOR AUTOMATIC MANAGEMENT OF A CULTIVATION RECIPE FOR THE PRODUCTION, IN HYDROPONIC TECHNOLOGY, OF VEGETABLES INTENDED FOR HUMAN FOOD" - Google Patents
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Classifications
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- A—HUMAN NECESSITIES
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Description
Descrizione dell?invenzione industriale dal titolo: APPARATO A GESTIONE AUTOMATICA DI UNA RICETTA DI COLTIVAZIONE PER LA PRODUZIONE, IN TECNOLOGIA IDROPONICA, DI VEGETALI DESTINATI ALL?ALIMENTAZIONE UMANA; Description of the industrial invention entitled: AUTOMATIC MANAGEMENT APPARATUS OF A CULTIVATION RECIPE FOR THE PRODUCTION, IN HYDROPONIC TECHNOLOGY, OF VEGETABLES INTENDED FOR HUMAN FOOD;
La presente invenzione riguarda sostanzialmente il settore della produzione di vegetali, sia in applicazioni indoor che outdoor. The present invention substantially relates to the vegetable production sector, both in indoor and outdoor applications.
Pi? specificamente, ? relativa ad un apparato o macchina automatica per la produzione, in tecnologia idroponica, di vegetali destinati all?alimentazione umana, realizzabile anche in versione in ambiente asettico, per impiego ad uso personale, residenziale e commerciale, con gestione automatica computerizzata del ciclo vegetale e di tutti i parametri climatici e nutrizionali. La macchina si basa su una Ricetta di Coltivazione predefinita che viene gestita elettronicamente, applicata automaticamente in tempo reale, dalla semina al raccolto, anche con l?uso di retroazioni automatiche basate su algoritmi di autocorrezione in funzione delle reali ed effettive condizioni di crescita, per garantire il comando e controllo elettronico totale della crescita vegetale. La macchina ? quindi in grado di assicurare la migliore crescita vegetale, per prodotti di alta qualit?, in tempi predeterminati garantendo tutti i parametri ambientali e di crescita. Gli algoritmi utilizzati calcolano le correzioni in funzione dell?acquisizione a mezzo sensori delle condizioni di crescita. Pi? specifically,? relating to an apparatus or automatic machine for the production, in hydroponic technology, of vegetables intended for human consumption, which can also be produced in an aseptic environment, for use for personal, residential and commercial use, with automatic computerized management of the vegetable cycle and all climatic and nutritional parameters. The machine is based on a predefined Cultivation Recipe that is managed electronically, applied automatically in real time, from sowing to harvest, also with the use of automatic feedback based on self-correction algorithms according to the real and effective growing conditions, to guarantee total electronic command and control of plant growth. The car ? therefore able to ensure the best plant growth, for high quality products, in predetermined times, guaranteeing all environmental and growth parameters. The algorithms used calculate the corrections as a function of the sensor acquisition of the growth conditions.
Utilizzando la macchina automatica oggetto dell?invenzione, la coltivazione di vegetali ? resa possibile a qualunque consumatore finale senza che sia necessaria alcuna competenza agraria. Con questa macchina ? possibile coltivare in casa i vegetali di proprio interesse rendendo possibile la loro raccolta esattamente al momento in cui devono essere consumati per una alimentazione sana, di qualit?, a metri zero. La macchina ? destinata sia al privato cittadino che alle attivit? commerciali che fanno uso di vegetali nella somministrazione di alimenti e/o bevande. Using the automatic machine object of the invention, the cultivation of vegetables? made possible for any final consumer without the need for any agricultural expertise. With this car? It is possible to grow the vegetables of your interest at home, making it possible to harvest them exactly at the moment in which they must be consumed for a healthy, quality diet at zero meters. The car ? intended for both private citizens and activities? commercial companies that use vegetables in the administration of food and / or drinks.
E? opportuno notare che le coltivazioni agroalimentari sono solitamente effettuate in modo tradizionale in pieno campo; in questo modo, per? sono soggette ed affette dall?inquinamento ambientale e dai mutamenti climatici che oggigiorno si manifestano frequentemente ed intensamente e per questo le coltivazioni necessitano di trattamenti chimici e fitosanitari per poter sostenere la produzione. AND? It should be noted that agri-food crops are usually carried out in the traditional way in the open field; in this way, for? they are subject and affected by environmental pollution and climatic changes that nowadays occur frequently and intensely and for this reason the crops require chemical and phytosanitary treatments to be able to sustain production.
Le produzioni agroalimentari effettuate in serra, di contro, utilizzano serre di tipo tradizionale (tunnel in plastica o simili) ed in alcuni casi impiegano anche la tecnologia idroponica. Questa tipologia di coltivazione agroalimentare in serra spesso utilizza anche sistemi di riscaldamento (ma non di raffreddamento), in rari casi pu? essere parzialmente gestita con assistenza di PC e molto spesso ricorre comunque a trattamenti chimici o fitosanitari per combattere malattie. The agri-food productions carried out in greenhouses, on the other hand, use traditional greenhouses (plastic tunnels or similar) and in some cases also employ hydroponic technology. This type of agri-food cultivation in greenhouses often also uses heating systems (but not cooling), in rare cases it can? be partially managed with the assistance of CP and very often resort to chemical or phytosanitary treatments to fight diseases.
La presente invenzione si basa sul fatto che, per ottenere produzioni di alta qualit? senza uso di trattamenti chimici, occorre creare un ambiente di crescita che prescinda dall?ambiente esterno e dalle sue contaminazioni e che, per garantire la corretta crescita dei vegetali, ? necessaria una ?Ricetta di Coltivazione?, studiata e corretta in tempo reale sulla base della effettiva crescita del vegetale, che giorno per giorno applichi le giuste condizioni climatiche e nutrizionali garantendo che la crescita avvenga nel rispetto dei parametri naturali ottimali per la specie considerata. The present invention is based on the fact that, in order to obtain high quality productions? without the use of chemical treatments, it is necessary to create a growth environment that is independent of the external environment and its contamination and which, in order to guarantee the correct growth of plants,? a? Cultivation Recipe? is required, studied and corrected in real time on the basis of the actual growth of the plant, which day by day applies the right climatic and nutritional conditions ensuring that growth takes place in compliance with the optimal natural parameters for the species in question.
Questo pu? essere fatto utilizzando la macchina automatica oggetto di invenzione, che ? atta a creare il microclima ideale per le colture, prescindendo dalle condizioni ambientali esterne, nonch? a comandare e controllare tutto quanto necessario alla corretta crescita dei vegetali per mezzo della Ricetta di Coltivazione elettronica, specifica per ogni specie di interesse. This can? be done using the automatic machine object of the invention, which? able to create the ideal microclimate for crops, regardless of external environmental conditions, as well as? to command and control everything necessary for the correct growth of plants by means of the Electronic Cultivation Recipe, specific for each species of interest.
Sono attualmente note delle macchine che mantengono fresche per qualche giorno piante coltivate in vivaio situato altrove: si tratta in sostanza di ?conservatori?. Sono altres? note delle serre per la coltivazione idroponica che, pur utili per la coltivazione, non realizzano una macchina in grado di coltivare in modo automatico con gestione integrale ed integrata di tutte le fasi di coltivazione, come l?apparato oggetto della presente invenzione. Machines are currently known that keep plants grown in a nursery located elsewhere fresh for a few days: they are essentially "conservatories". Are they also? notes of greenhouses for hydroponic cultivation which, although useful for cultivation, do not realize a machine capable of cultivating automatically with integral and integrated management of all the cultivation phases, such as the apparatus object of the present invention.
Sono infine noti kit hobbistici fai-da-te per la costruzione amatoriale di miniserre anche in tecnologia idroponica per la coltivazione domestica; detti oggetti sono per hobbisti e non hanno alcun funzionamento automatico. Finally, do-it-yourself hobby kits are known for the amateur construction of mini-greenhouses also in hydroponic technology for home cultivation; these objects are for hobbyists and have no automatic operation.
Non risulta essere nota, quindi, una macchina completamente automatica in grado di produrre vegetali, in tecnologia idroponica, installabile all?interno di abitazioni o strutture commerciali, per soddisfare le necessit? giornaliere di produzione e che includa una Ricetta di Coltivazione a garanzia dei risultati. It does not appear to be known, therefore, a completely automatic machine capable of producing vegetables, in hydroponic technology, which can be installed inside homes or commercial structures, to meet the needs? daily production and that includes a Cultivation Recipe to guarantee results.
SOMMARIO DELL?INVENZIONE SUMMARY OF THE INVENTION
Scopo della presente invenzione ? realizzare una macchina di coltivazione in tecnologia idroponica (cio? senza impiego di terra), in grado di gestire in modo automatico tutte le fasi di coltivazione, dal semenzaio fino al raccolto, monitorando e controllando in tempo reale tutti i parametri tramite opportuni sensori e comandando opportuni attuatori a garanzia del risultato, nel rispetto di una Ricetta di Coltivazione applicata in modo automatico impiegando soluzioni con azionamento e controllo elettronico. Purpose of the present invention? create a cultivation machine in hydroponic technology (i.e. without the use of earth), able to automatically manage all the cultivation phases, from the seedbed to the harvest, monitoring and controlling all parameters in real time through appropriate sensors and controlling appropriate actuators to guarantee the result, in compliance with a Cultivation Recipe applied automatically using solutions with electronic drive and control.
La Ricetta di Coltivazione, tradotta in un processo elettronico automatico, ? parte essenziale dell?invenzione. The Cultivation Recipe, translated into an automatic electronic process,? essential part of the invention.
Va sottolineato, inoltre, che per la crescita di un vegetale nel rispetto delle sue condizioni ideali di vita e per arrivare ad un prodotto di alta qualit?, ? necessario creare un ambiente in cui siano garantite le giuste condizioni climatiche, un corretto livello di illuminamento giorno/notte ed una specifica alimentazione nutrizionale. It should also be emphasized that for the growth of a vegetable in compliance with its ideal living conditions and to arrive at a high quality product? It is necessary to create an environment in which the right climatic conditions, a correct level of illumination day / night and a specific nutritional diet are guaranteed.
Oggetto dell?invenzione ? la realizzazione di un apparato (o macchina) che comprende una o pi? camere di crescita, all?interno delle quali sia garantito un clima per ogni giorno/notte della specie vegetale che si vuole coltivare. Questo si ottiene, secondo il trovato, prevedendo un apparato comprendente, in combinazione: Object of the invention? the realization of an apparatus (or machine) that includes one or more? growth chambers, inside which a climate is guaranteed for each day / night of the plant species to be cultivated. This is achieved, according to the invention, by providing an apparatus comprising, in combination:
- Mezzi per il trattamento dell?aria che prevedono il controllo di temperatura, umidit? relativa e contaminazione; - Means for the treatment of the air that foresee the control of temperature, humidity? relative and contamination;
- Almeno una camera di crescita, di dimensioni che sono funzione della capacit? produttiva desiderata; - At least one growth chamber, of dimensions that are a function of the capacity? desired production;
- Mezzi per l?illuminamento di detta camera di crescita, dotati di intensit? e densit? spettrale idonee alla coltivazione di vegetali; e - Means for the illumination of said growth chamber, equipped with intensity? and density? spectral suitable for growing vegetables; And
- Mezzi per l?alimentazione dei vegetali coltivati con tecnologia di fertirrigazione, di qualit? e quantit? specifica per la specie vegetale coltivata. - Means for the feeding of vegetables grown with fertigation technology, of high quality? and quantity? specific for the cultivated plant species.
Detti mezzi per il trattamento dell?aria nella camera di crescita includono anche la possibilit? di controllare la velocit? dell?aria (oltre che la sua temperatura ed umidit?) ed ? prevista anche la possibilit? di addizionare CO2. Said means for the treatment of the air in the growth chamber also include the possibility? to control the speed? of the air (as well as its temperature and humidity) and? also provided for the possibility? to add CO2.
Un altro scopo dell?invenzione ? la gestione completamente automatica di quella che si definisce Ricetta di Coltivazione, che, per ogni momento di vita della pianta, dalla semina al raccolto, consente in modo automatico il comando e controllo di tutte le parti costituenti l?apparato di coltivazione che si descrive. Another purpose of the invention? the completely automatic management of what is defined as a Cultivation Recipe, which, for each moment of the plant's life, from sowing to harvest, automatically allows the command and control of all the constituent parts of the described cultivation apparatus.
Secondo l?invenzione ? anche possibile prevedere di realizzare la macchina in versione asettica, prevedendo dei mezzi per la sterilizzazione dell?aria e della Soluzione Nutritiva al fine di eliminare ogni tipo di contaminazione. According to the invention? It is also possible to provide the machine in an aseptic version, providing means for sterilizing the air and the Nutritive Solution in order to eliminate any type of contamination.
Secondo il trovato, sulla base delle condizioni ideali di vita vegetale, note in letteratura per ogni differente specie, viene predisposta e codificata la Ricetta di Coltivazione. According to the invention, on the basis of the ideal conditions of plant life, known in the literature for each different species, the Cultivation Recipe is prepared and codified.
La Ricetta di Coltivazione include, per ogni momento della vita vegetale, dalla semina al raccolto, i parametri climatici e nutrizionali necessari alla coltivazione e crescita del vegetale di interesse, oltre alla predizione di crescita attesa in funzione dello stadio fenologico della coltivazione. Tutti i parametri previsti dalla Ricetta di Coltivazione sono applicati dalla macchina in tempo reale e la crescita fenologica ? acquisita e monitorata da sensori. Secondo il trovato, la crescita reale acquisita dai sensori ? confrontata con i valori di predizione, utilizzando specifici algoritmi, al fine di generare le retroazioni necessarie a garantire il risultato finale di crescita. The Cultivation Recipe includes, for each moment of plant life, from sowing to harvest, the climatic and nutritional parameters necessary for the cultivation and growth of the plant of interest, as well as the forecast of expected growth according to the phenological stage of cultivation. Are all the parameters foreseen by the Cultivation Recipe applied by the machine in real time and the phenological growth? acquired and monitored by sensors. According to the invention, the real growth acquired by the sensors? compared with the prediction values, using specific algorithms, in order to generate the feedbacks necessary to guarantee the final growth result.
Una migliore comprensione dell?invenzione si avr? con la presente descrizione e con riferimento alle figure allegate che illustrano, a puro titolo esemplificativo e non gi? limitativo, una preferita forma di realizzazione. A better understanding of the invention will take place. with the present description and with reference to the attached figures which illustrate, purely by way of example and not already? limiting, a preferred embodiment.
La Figura 1 ? uno schema a blocchi generale della Macchina oggetto di invenzione; Figure 1? a general block diagram of the machine object of the invention;
La Figura 2 ? uno schema a blocchi della Camera di Crescita; Figure 2? a block diagram of the Growth Chamber;
La Figura 3 ? uno schema a blocchi dell?Unit? di Fertirrigazione; Figure 3? a block diagram of the Unit? of Fertigation;
La Figura 4 ? uno schema a blocchi dell?Unit? di Climatizzazione; Figure 4? a block diagram of the Unit? of Air conditioning;
Figura 5 ? uno schema a blocchi dell?Unit? di Illuminamento; Figure 5? a block diagram of the Unit? of Illuminance;
La Figura 6 ? uno schema a blocchi dell?Unit? di Gestione Ricetta di Coltivazione; Figure 6? a block diagram of the Unit? Cultivation Recipe Management;
Le Figure 7A e 7B mostrano la configurazione della Macchina in un esempio realizzativo, dotato di due camere di crescita; Figures 7A and 7B show the configuration of the Machine in an embodiment, equipped with two growth chambers;
La Figura 8 ? uno schema a blocchi della Camera di Crescita dell?esempio realizzativo; Figure 8? a block diagram of the Growth Chamber of the implementation example;
La Figura 9 ? uno schema a blocchi dell?Unit? di fertirrigazione dell?esempio realizzativo; Figure 9? a block diagram of the Unit? of fertigation of the realization example;
La Figura 10 ? uno schema a blocchi dell?Unit? di climatizzazione dell?esempio realizzativo, basata sull?impiego di celle di Peltier; Figure 10? a block diagram of the Unit? air conditioning of the example, based on the use of Peltier cells;
La Figura 11 ? uno schema a blocchi dell?Unit? di illuminamento dell?esempio realizzativo; Figure 11? a block diagram of the Unit? of illumination of the realization example;
La Figura 12 ? uno schema a blocchi dell?Unit? Gestione della Ricetta di Coltivazione dell?esempio realizzativo; Figure 12? a block diagram of the Unit? Management of the Cultivation Recipe of the realization example;
La Figura 13 ? uno schema a blocchi dell?Unit? di climatizzazione dell?esempio realizzativo, basata sull?impiego di accumuli di acqua riscaldata/refrigerata. Figure 13? a block diagram of the Unit? conditioning system of the example, based on the use of heated / chilled water accumulations.
DESCRIZIONE DELL?INVENZIONE DESCRIPTION OF THE INVENTION
Come gi? accennato, la presente invenzione ? atta ad effettuare la coltivazione automatica, in tecnologia idroponica, di organismi vegetali, come ad esempio frutta e verdura commestibili per uso umano. How already? mentioned, the present invention? suitable for carrying out the automatic cultivation, in hydroponic technology, of plant organisms, such as edible fruit and vegetables for human use.
La Ricetta di Coltivazione ? codificata in mezzi di elaborazione che includono un software in grado, in funzione dei requisiti real-time previsti nella Ricetta, di comandare e controllare tutte le parti costituenti la macchina per ottenere la crescita vegetale prevista e predeterminata. The Cultivation Recipe? encoded in processing means which include software capable, according to the real-time requirements provided in the Recipe, to command and control all the constituent parts of the machine to obtain the predetermined and predetermined plant growth.
La macchina (Figura 1) comprende in combinazione: almeno una camera di crescita 1 (Figura 2), almeno un?unit? di fertirrigazione 4 (Figura 3), almeno un?unit? di climatizzazione 3 (Figura 4), almeno un?unit? di illuminamento 2 (Figura 5), almeno un?unit? di gestione ricetta di coltivazione GRC (Figura 6) che include un?interfaccia uomo-macchina HMI ed dei dispositivi senza fili (wifi) e/o cablati (wired) per il comando e controllo da remoto ovvero tramite PC, tablet, notebook, smartphone, ecc? The machine (Figure 1) comprises in combination: at least one growth chamber 1 (Figure 2), at least one unit? of fertigation 4 (Figure 3), at least one? of air conditioning 3 (Figure 4), at least one? of illuminance 2 (Figure 5), at least one? cultivation recipe management GRC (Figure 6) which includes an HMI human-machine interface and wireless (wifi) and / or wired (wired) devices for remote command and control or via PC, tablet, notebook, smartphone , etc?
Nell?esempio illustrato, la camera di crescita 1 (Figura 2) ? realizzata da una struttura chiusa, accessibile frontalmente per le attivit? di semina e raccolta. Alla base della camera di crescita 1 ? installato il substrato 7 per la semina e l?accrescimento delle piante, che ? collegato all?unit? di fertirrigazione 4 sia per l?adduzione della Soluzione Nutritiva che per il recupero del drenaggio della stessa. Sulla parte superiore della camera di crescita 1 ? installata l?unit? di illuminamento 2 che, collegata all?unit? GRC di gestione della Ricetta di Coltivazione, fornisce il giusto livello di illuminamento giorno/notte. La camera di crescita 1 ? dotata di apposite aperture per l?immissione di aria trattata e controllata dal punto di vista climatico, nonch? delle aperture necessarie alla ripresa della stessa; dette aperture per l?adduzione e la ripresa sono connesse all?unit? di climatizzazione 3 tramite opportuni condotti. L?aria, trattata e controllata secondo l?invenzione, pu? essere immessa, in funzione della soluzione scelta, indifferentemente dalla base, dal soffitto o da uno dei lati della camera 1 ed essere ripresa dal lato opposto. In the example shown, the growth chamber 1 (Figure 2)? made from a closed structure, accessible from the front for activities? of sowing and harvesting. At the base of the growth chamber 1? installed the substrate 7 for sowing and growing plants, which? connected to the unit? of fertigation 4 both for the adduction of the Nutritive Solution and for the recovery of its drainage. On top of the growth chamber 1? installed the unit? of illuminance 2 which, connected to the unit? GRC for the management of the Cultivation Recipe, provides the right level of illumination day / night. Growth chamber 1? equipped with special openings for the introduction of treated and controlled air from the climatic point of view, as well as? of the openings necessary for the resumption of the same; said openings for adduction and recovery are connected to the unit? air conditioning 3 through suitable ducts. The air, treated and controlled according to the invention, can be introduced, depending on the chosen solution, indifferently from the base, from the ceiling or from one of the sides of chamber 1 and be taken from the opposite side.
All?interno della camera di crescita 1, sono installati tutti i sensori necessari all?acquisizione delle condizioni reali di crescita e connessi con l?unit? GRC di gestione della Ricetta di Coltivazione. Inside the growth chamber 1, all the sensors necessary for the acquisition of the real growth conditions and connected with the unit are installed. GRC for the management of the Cultivation Recipe.
L?unit? di fertirrigazione 4 (Figura 3) comprende: almeno un serbatoio contenente la Soluzione Nutritiva; una o pi? pompe necessarie per l?esecuzione delle irrigazioni all?interno della camera di crescita 1, ovvero per l?alimentazione del substrato e delle connessioni con il substrato per il recupero della Soluzione Nutritiva in eccesso (drenaggio); almeno un serbatoio di contenimento del drenaggio con eventuale pompa di rilancio; almeno una unit? di trattamento UVC per la sterilizzazione delle acque utilizzate, connessa al serbatoio per il recupero del drenaggio della Soluzione Nutritiva. Il serbatoio della Soluzione Nutritiva pu? essere riempito manualmente od automaticamente da un deposito di stoccaggio oppure pu? essere connesso ad un mixer automatico di preparazione della Soluzione Nutritiva a partire da macroelementi e microelementi, contenuti indifferentemente all?interno od all?esterno della macchina. L?unit? di fertirrigazione 4 ? strutturata per poter effettuare tutte le differenti tecniche di coltivazione idroponica. The unit? of fertigation 4 (Figure 3) includes: at least one tank containing the Nutritive Solution; one or more? pumps necessary for the execution of irrigations inside the growth chamber 1, or for the feeding of the substrate and of the connections with the substrate for the recovery of the excess Nutritive Solution (drainage); at least one drainage containment tank with possible booster pump; at least one unit? UVC treatment for the sterilization of the water used, connected to the tank for the recovery of the nutrient solution drainage. The tank of the Nutritive Solution can? be filled manually or automatically from a storage deposit or can? be connected to an automatic mixer for the preparation of the Nutritive Solution starting from macroelements and microelements, contained indifferently inside or outside the machine. The unit? of fertigation 4? structured to be able to carry out all the different hydroponic cultivation techniques.
L?unit? di climatizzazione 3 (Figura 4) immette aria trattata all?interno della camera di crescita 1 con cui ? connessa e - attraverso le necessarie connessioni riprende dalla stessa camera 1 l?aria per il suo ricircolo. Nella preferita forma di realizzazione dell?invenzione, l?unit? di climatizzazione 3 pu? lavorare a circuito chiuso o con l?uso parziale o totale di aria esterna e pu? integrare l?aria utilizzata addizionando CO2 in accordo con quanto previsto dalla Ricetta di Coltivazione. L?unit? di climatizzazione 3 comprende: dei dispositivi in grado di aspirare l?aria dalla camera di crescita 1 con velocit? controllata, dei dispositivi di sterilizzazione dell?aria, dei dispositivi di umidificazione/deumidificazione dell?aria, di dispositivi di riscaldamento/raffreddamento dell?aria e di dispositivi per l?immissione a velocit? controllata -dell?aria cos? trattata - all?interno della camera di crescita 1. Sono inclusi nell?unit? di climatizzazione 3 dei sensori per il controllo automatico dei parametri di funzionamento e per questo la stessa unit? 3 ? collegata con l?unit? gestione GRC della Ricetta di Coltivazione. The unit? air conditioning unit 3 (Figure 4) introduces treated air into the growth chamber 1 with which? connected and - through the necessary connections it takes the air back from the same chamber 1 for its recirculation. In the preferred embodiment of the invention, the unit? of air conditioning 3 pu? work in a closed circuit or with the partial or total use of external air and can? integrate the air used by adding CO2 in accordance with the provisions of the Cultivation Recipe. The unit? of air conditioning 3 includes: of the devices able to suck the air from the growth chamber 1 with speed? controlled, air sterilization devices, air humidification / dehumidification devices, air heating / cooling devices and speed introduction devices. controlled -of the air cos? treated - inside the growth chamber 1. Are included in the unit? of air conditioning 3 of the sensors for the automatic control of the operating parameters and for this the same unit? 3? connected with the unit? GRC management of the Cultivation Recipe.
L?unit? di illuminamento 2 (Figura 5) comprende dei dispositivi ottici per garantire, in funzione dei comandi provenienti dall?unit? GRC di gestione della Ricetta di Coltivazione, il corretto illuminamento all?interno della camera di crescita 1 al giusto livello di intensit? e densit? spettrale, idoneo alla coltivazione di vegetali. I mezzi utilizzati per l?emissione della luce possono essere di qualsiasi natura e specie, purch? rispondenti ai requisiti sopraindicati. The unit? lighting 2 (Figure 5) includes optical devices to ensure, according to the commands coming from the unit? GRC for the management of the Cultivation Recipe, the correct illumination inside the growth chamber 1 at the right level of intensity? and density? ghostly, suitable for growing vegetables. The means used for the emission of light can be of any nature and species, as long as? meeting the above requirements.
L?unit? gestione GRC della Ricetta di Coltivazione (Figura 6) ? una unit? di elaborazione realizzata con qualsiasi soluzione tecnologica adatta allo scopo, nella quale ? memorizzata la Ricetta di Coltivazione ed implementato un applicativo atto a comandare e controllare tutte le unit? costituenti la macchina oggetto della presente invenzione, affinch? sia eseguita correttamente la Ricetta di Coltivazione, cio? vengano mantenuti correttamente i parametri climatici e nutrizionali in essa previsti. The unit? GRC management of the Cultivation Recipe (Figure 6)? a unit? of processing carried out with any technological solution suitable for the purpose, in which? memorized the Cultivation Recipe and implemented an application able to command and control all the units? constituting the machine object of the present invention, so that? the Cultivation Recipe is performed correctly, that is? the climatic and nutritional parameters provided for therein are correctly maintained.
Sulla base delle informazioni acquisite dai sensori di temperatura, umidit?, immagini, ecc. previsti nelle camere di crescita 1, l?unit? GRC di gestione della Ricetta di Coltivazione calcola, mediante specifici algoritmi e con riferimento alla predizione di crescita, le correzioni da applicare in tempo reale ai parametri climatici e nutrizionali, per ottenere i risultati attesi. Based on the information acquired by the sensors of temperature, humidity, images, etc. provided in the growth chambers 1, the unit? GRC for the management of the Cultivation Recipe calculates, using specific algorithms and with reference to the growth prediction, the corrections to be applied in real time to the climatic and nutritional parameters, to obtain the expected results.
Secondo il trovato ? previsto che l?unit? GRC di gestione della Ricetta di Coltivazione sia collegata a dispositivi wire o wireless, per poterla comandare e controllare da remoto, per mezzo di dispositivi elettronici portatili e/o fissi, come ad esempio PC, tablet, smartphone, ecc. According to the found? expected that the unit? GRC for the management of the Growing Recipe is connected to wire or wireless devices, to be able to remotely command and control it, by means of portable and / or fixed electronic devices, such as PCs, tablets, smartphones, etc.
DESCRIZIONE DI UNA PREFERITA FORMA DI REALIZZAZIONE DESCRIPTION OF A PREFERRED EMBODIMENT
Nell?esempio realizzativo che si descrive, a solo titolo illustrativo e non limitativo, la macchina ? stata dimensionata per la produzione di 2 piante/giorno e quindi utilizza 2 camere di crescita ognuna di capacit? pari a 43 piante, considerato che il ciclo del vegetale preso a riferimento ? pari circa a 43 giorni, per quanto previsto nella Ricetta di Coltivazione utilizzata nell?esempio realizzativo. Nel caso che si descrive si ? sperimentata la coltivazione di insalate, ma l?invenzione ? applicabile per tutte le piante da foglia quali, insalate, rucola, spezie, ecc? In the exemplary embodiment which describes, for illustrative and non-limiting purposes only, the machine? has been sized for the production of 2 plants / day and therefore uses 2 growth chambers each of capacity? equal to 43 plants, considering that the vegetable cycle taken as a reference? equal to about 43 days, as provided in the Cultivation Recipe used in the example. In case you describe it? experimented the cultivation of salads, but the invention? applicable for all leafy plants such as, salads, rocket, spices, etc?
La configurazione dell?apparato pu? ovviamente essere modificata, sia per dimensioni che per soluzioni, secondo le esigenze, mantenendo inalterato il concetto inventivo che ? alla base dell?invenzione. The configuration of the apparatus can? obviously be modified, both in terms of size and solutions, according to the needs, while maintaining the inventive concept that? at the base of the invention.
La configurazione che si illustra, che rappresenta un esempio realizzativo a titolo esemplificativo e non esaustivo, ? mostrata nelle Figure 7A e 7B. The configuration illustrated, which represents an exemplary and non-exhaustive example,? shown in Figures 7A and 7B.
Alla base della macchina ? posizionata l?unit? di fertirrigazione 4, al primo livello (inferiore) ? posizionata la prima camera di crescita 1 ed al livello superiore la seconda camera di crescita 1. Sul fronte della macchina, le camere di crescita 1 sono accessibili per mezzo di rispettivi sportelli apribili. Sul fronte della macchina ? anche posizionato un display touch screen 6 per l?interfaccia operativa uomo-macchina HMI, un comando panic button di sicurezza ed un buzzer di segnalazione allarmi, tutti connessi con l?unit? GRC di gestione della Ricetta di Coltivazione. At the base of the car? positioned the unit? of fertigation 4, at the first (lower) level? positioned the first growth chamber 1 and on the upper level the second growth chamber 1. On the front of the machine, the growth chambers 1 are accessible by means of respective openable doors. On the front of the car? also positioned a touch screen display 6 for the HMI man-machine operating interface, a safety panic button command and an alarm signaling buzzer, all connected with the unit? GRC for the management of the Cultivation Recipe.
Sul tetto della macchina ? predisposto un semaforo di segnalazione dello stato di operativit?, nonch? una stazione meteo per l?acquisizione dei parametri ambientali esterni ed un dispositivo Wi-Fi per la connessione con unit? portatili e/o fisse di controllo remoto. On the roof of the car? prepared a semaphore to signal the state of operation ?, as well as? a weather station for the acquisition of external environmental parameters and a Wi-Fi device for connection with unit? portable and / or fixed remote control.
Sulla parte inferiore, ad esempio laterale sinistra, della macchina sono installate delle unit? di alimentazione per la conversione AC/DC della potenza elettrica. On the lower part, for example the left side, of the machine are some units installed? power supply for AC / DC conversion of electrical power.
Sulla parte inferiore posteriore della macchina ? installata l?unit? GRC di gestione Ricetta di Coltivazione realizzata preferibilmente utilizzando un microcontrollore ad alte prestazioni. On the bottom rear of the car? installed the unit? GRC management recipe of cultivation preferably made using a high performance microcontroller.
Sulla parte posteriore della macchina, per ogni camera di crescita 1, ? installata un?unit? di climatizzazione 3, mentre all?interno di ogni camera di crescita 1 ? installato sulla parte inferiore il substrato 7 di coltivazione e sulla parte superiore l?unit? di illuminamento 2. On the rear of the machine, for each growth chamber 1,? installed a? unit? air conditioning 3, while inside each growth chamber 1? installed on the lower part the cultivation substrate 7 and on the upper part the unit? of illuminance 2.
Ognuna delle due camere di crescita 1 (Figura 8) ? costituita sostanzialmente da una struttura chiusa accessibile dal lato frontale per le attivit? di semina e raccolta. Alla base di ogni camera di crescita 1 ? presente una vasca nella quale sono installati, nell?esempio illustrato, 43 porta substrato (uno per ciascuna pianta da coltivare) ed i relativi substrati di coltivazione. Sulla parte superiore delle camere di crescita 1 ? installata la rispettiva unit? di illuminamento 2. Each of the two growth chambers 1 (Figure 8)? substantially constituted by a closed structure accessible from the front side for the activities? of sowing and harvesting. At the base of each growth chamber 1? there is a tank in which, in the example illustrated, 43 substrate holders (one for each plant to be cultivated) and the relative cultivation substrates are installed. On top of the growth chambers 1? installed the respective unit? of illuminance 2.
L?unit? di fertirrigazione 4 (Figura 9), nell?esempio realizzativo che si descrive, comprende un serbatoio contenente la Soluzione Nutritiva e due pompe (una per ogni camera di crescita 1) necessarie per l?esecuzione delle irrigazioni. The unit? of fertigation 4 (Figure 9), in the exemplary embodiment that is described, includes a tank containing the Nutritive Solution and two pumps (one for each growth chamber 1) necessary for the irrigation.
Il sistema di irrigazione prescelto ? preferibilmente di tipo ebb & flow, ovvero si impiega la tecnica di allagamento e svuotamento. Si utilizza una Soluzione Nutritiva a base di acqua e sali minerali, contenuta nel serbatoio dell?unit? di fertirrigazione 4, per l?alimentazione dei vegetali da produrre. Al momento in cui la Ricetta di Coltivazione richiede una irrigazione, l?unit? GRC di gestione comanda ciascuna pompa sommersa (una per ogni camera di crescita), posizionata all?interno della vasca contenente la Soluzione Nutritiva, attivandola per inviare alla vasca di coltivazione all?interno della camera di crescita 1 la quantit? di Soluzione Nutritiva necessaria ad effettuare l?allagamento dei substrati di crescita 7 che contengono le piante. Non appena la pompa viene disattivata dall?unit? GRC di gestione, cessa di erogare liquidi e la vasca di coltivazione si vuota per gravit? e la Soluzione Nutritiva di recupero viene stoccata, dopo trattamento di sterilizzazione a mezzo lampade UV-C, nel serbatoio di partenza realizzando un sistema a ciclo chiuso. Si noti che tale trattamento di sterilizzazione ? obbligatorio solo nella versione ?asettica? della macchina, mentre nella versione standard ? opzionale. The chosen irrigation system? preferably of the ebb & flow type, i.e. the flooding and emptying technique is used. Do you use a Nutritive Solution based on water and mineral salts, contained in the tank of the unit? of fertigation 4, for feeding the vegetables to be produced. When the Cultivation Recipe requires irrigation, the unit? GRC management controls each submersible pump (one for each growth chamber), positioned inside the tank containing the Nutritive Solution, activating it to send the quantity to the cultivation tank inside the growth chamber 1. of Nutrient Solution necessary to flood the growth substrates 7 that contain the plants. As soon as the pump is turned off by the unit? GRC management, ceases to deliver liquids and the cultivation tank is emptied by gravity? and the recovery Nutritive Solution is stored, after sterilization treatment by means of UV-C lamps, in the starting tank creating a closed cycle system. Note that such sterilization treatment? mandatory only in the? aseptic? of the machine, while in the standard version? optional.
La frequenza e la durata delle irrigazioni sono determinate dalla Ricetta di Coltivazione. The frequency and duration of irrigations are determined by the Cultivation Recipe.
L?unit? di climatizzazione 3 (Figura 10) ? realizzata ad esempio utilizzando delle celle di Peltier, sia per la generazione del caldo che del freddo necessario al controllo climatico, alimentate elettricamente e connesse ad appropriati e dimensionati dissipatori, mentre il sistema di ventilazione dell?aria utilizza ventilatori elettrici. La configurazione realizzata per le sperimentazioni prevede che l?aria sia immessa dalla parete di sinistra delle camere di crescita 1; questa aria, spinta da quattro ventilatori (due per ogni camera di crescita 1), passa attraverso una piastra forata che permette la generazione di un plateau d?aria uniforme in uscita. L?aria attraversa la camera e viene ripresa sulla parete destra della camera di crescita 1 (cio? quella opposta alla parete di entrata), dove passa ed esce attraverso una seconda piastra forata. L?aria uscente proveniente dal lato destro percorre la parete posteriore della camera di crescita 1 per essere poi ripresa dal lato sinistro. Nella parte posteriore della camera sono posizionati i dissipatori utilizzati per il controllo termico, che sono lambiti dal flusso d?aria di cui sopra. Una lampada UV-C provvede alla sterilizzazione continua dell?aria uscente, mentre un sistema di nebulizzazione ad acqua implementa il controllo di umidit? all?interno della camera di crescita 1. The unit? air conditioning system 3 (Figure 10)? made for example using Peltier cells, both for the generation of heat and cold necessary for climate control, electrically powered and connected to appropriate and sized heat sinks, while the air ventilation system uses electric fans. The configuration created for the experiments foresees that the air is introduced from the left wall of the growth chambers 1; this air, pushed by four fans (two for each growth chamber 1), passes through a perforated plate which allows the generation of a uniform outlet air plateau. The air passes through the chamber and is taken up on the right wall of the growth chamber 1 (that is, the one opposite the inlet wall), where it passes and exits through a second perforated plate. The outgoing air from the right side travels through the rear wall of the growth chamber 1 and is then taken up by the left side. In the rear part of the chamber there are the heat sinks used for thermal control, which are lapped by the above-mentioned air flow. A UV-C lamp provides for the continuous sterilization of the outgoing air, while a water nebulization system implements the humidity control. inside the growth chamber 1.
Una delle possibili alternative all?impiego delle celle di Peltier, ? ad esempio quella di realizzare l?unit? di climatizzazione 3 (Figura 13) impiegando due serbatoi di accumulo distinti: uno per l?acqua riscaldata ed uno per l?acqua refrigerata. L?acqua riscaldata viene scaldata preferibilmente tramite delle resistenze elettriche gestire da un controllore di tipo noto con comando del tipo ON/OFF per mantenere la temperatura nell?intervallo desiderato. L?acqua refrigerata viene raffreddata preferibilmente da un gruppo frigorifero gestito da un controllore di tipo noto con comando del tipo ON/OFF per mantenere la temperatura nell?intervallo desiderato. Detti serbatoi sono collegati ad un radiatore che, controllando la velocit?/quantit? di fluido caldo e/o freddo, tramite pompe a portata variabile e/o tramite pompe a portata fissa associate a valvole dosatrici, consente di controllare la temperatura dell?aria della camera di crescita 1 in accordo con la Ricetta di Coltivazione. One of the possible alternatives to the use of Peltier cells,? for example that of creating the unit? air conditioning system 3 (Figure 13) using two distinct storage tanks: one for heated water and one for chilled water. The heated water is preferably heated by means of electrical resistances managed by a known type controller with ON / OFF type control to maintain the temperature in the desired range. The chilled water is preferably cooled by a refrigeration unit managed by a known type controller with ON / OFF type control to maintain the temperature in the desired range. These tanks are connected to a radiator which, by controlling the speed / quantity? of hot and / or cold fluid, through variable displacement pumps and / or through fixed displacement pumps associated with dosing valves, allows to control the air temperature of the growth chamber 1 in accordance with the Cultivation Recipe.
E? appena il caso di notare che, al posto dell?acqua riscaldata e/o di quella refrigerata, possono essere usati altri liquidi termo-vettori adatti allo scopo. AND? it is hardly necessary to note that, instead of heated and / or chilled water, other thermo-carrier liquids suitable for the purpose can be used.
L?unit? di illuminamento 2 (Figura 11) ? realizzata utilizzando illuminazione artificiale. The unit? of illuminance 2 (Figure 11)? made using artificial lighting.
Per motivi sperimentali e di verifica, sono state implementate due differenti soluzioni: una per la camera di crescita inferiore ed una per la camera di crescita superiore. For experimental and verification reasons, two different solutions have been implemented: one for the lower growth chamber and one for the upper growth chamber.
La camera di crescita 1 inferiore ? realizzata con una illuminazione artificiale basata su lampade a fluorescenza distribuite opportunamente al fine di massimizzare la luce utile per le piante e minimizzare la luce persa; trattasi di lampade particolari prescelte per emettere alla densit? spettrale ottimale per la crescita vegetale. The lower growth chamber 1? realized with an artificial lighting based on fluorescent lamps appropriately distributed in order to maximize the useful light for the plants and minimize the lost light; these are particular lamps chosen to emit at the density? optimal spectral for plant growth.
La camera di crescita 1 superiore, invece, ? equipaggiata con illuminatori a LED, di alta potenza, prescelti per emettere esclusivamente sulle lunghezze d?onda proprie per la coltivazione di vegetali. Per questo obiettivo sono state utilizzate due differenti tipologie di LED, uno nella banda del rosso ed uno nella banda del blu; queste due tipologie sono state selezionate per ottenere una emissione nella banda del rosso ad una specifica lunghezza d?onda ed una emissione nella banda del blu ad una specifica lunghezza d?onda. Le lunghezze d?onda sono state prescelte per ottimizzare i processi di fotosintesi. The upper 1 growth chamber, on the other hand,? equipped with high-power LED illuminators, chosen to emit exclusively on their own wavelengths for growing vegetables. Two different types of LEDs were used for this purpose, one in the red band and one in the blue band; these two types have been selected to obtain an emission in the red band at a specific wavelength and an emission in the blue band at a specific wavelength. The wavelengths have been chosen to optimize the photosynthesis processes.
L?unit? GRC di gestione della Ricetta di Coltivazione (Figura 12) ? una unit? di elaborazione realizzata preferibilmente utilizzando un microcontrollore real-time ad alte prestazioni, dotato delle interfacce necessarie per il comando e controllo di tutte le unit? fin qui descritte. Questo microcontrollore ? connesso con un?interfaccia uomo-macchina HMI realizzata con un monitor touch screen comprensivo di elaboratore (? una soluzione integrata che prevede un touchscreen, la relativa elettronica di comando e controllo e l?interfaccia verso il microcontrollore) ed ? connesso anche ad un dispositivo Wi-Fi per la connessione wireless con dispositivi remoti, portatili e/o fissi. The unit? GRC for the management of the Cultivation Recipe (Figure 12)? a unit? processing carried out preferably using a high-performance real-time microcontroller, equipped with the necessary interfaces for the command and control of all the units? described so far. This microcontroller? connected with an HMI man-machine interface made with a touch screen monitor including a computer (it is an integrated solution that includes a touchscreen, the relative command and control electronics and the interface to the microcontroller) and? also connected to a Wi-Fi device for wireless connection with remote, portable and / or fixed devices.
La Ricetta di Coltivazione ? codificata nel firmware del microcontrollore: un software applicativo, sviluppato allo scopo, provvede all?interfaccia di tutte le unit? costituenti la macchina ed al comando e controllo di queste in accordo, giorno per giorno dalla semina al raccolto, con i requisiti previsti nella Ricetta di Coltivazione. The Cultivation Recipe? encoded in the firmware of the microcontroller: an application software, developed for the purpose, provides the interface of all the units? constituting the machine and the command and control of these in accordance, day by day from sowing to harvest, with the requirements set out in the Cultivation Recipe.
Detto software applicativo provvede anche alla determinazione delle retroazioni calcolate da appositi algoritmi, per confronto fra la predizione di crescita e la crescita reale. Said application software also determines the feedbacks calculated by specific algorithms, by comparison between the growth prediction and the real growth.
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