TW201735780A - 用於植栽架的栽培自動滴灌系統 - Google Patents

Abstract

一種用於植栽架的栽培自動滴灌系統，透過離地栽培及模組化設置程序，以養液自動滴灌、介質的溫濕、重量感測值等監控裝置，達成搜集栽培作物其生理成長參數數據，提升作物栽培的穩定性，並可以減少設施栽培成本與耗能，增加單位面積之作物收穫，導向精緻與高產能的作物栽培之發展。

Description

用於植栽架的栽培自動滴灌系統

本發明是有關於一種用於植栽架的栽培自動滴灌系統，尤指使用重量感測值等監控裝置，可以減少設施栽培成本與耗能，增加單位面積之作物收穫量。

傳統的農業係採用集約式露地栽培方式，再輔以農藥、化學肥料或驅蟲劑，以利農作物生長，但農藥、化學肥料或驅蟲劑係為環境危害嚴峻的化學藥品。

盆器種植的優點在於可杜絕作物生長生育期間，蟲害或病害藉由土壤傳播的途徑，進而減少蟲害與病害交叉傳染的可能性。

但盆器種植仍具有缺點存在，其具有耗費人力、降低單位面積利用率與水資源的浪費之經濟層面的不利因素。有鑑於此，可供複數盆器設置的植栽架係應運而生，並配合溫室設施輔助，以縮短農作物的生長生育週期。

雖溫室可利於農作物生長生育，但於低緯度區域，夏季時溫室易因高溫蓄熱，而使農作物出現熱障礙。而於高緯度區域，於冬季時， 溫室會因日照不足，而使溫室的溫度過低，故無法提供農作物足以生長生育的溫度，且溫度變化大，不易控制農作物供水的時間及供水量。

近年來為求穩定農作物的市場經濟效應，進而衍生出棚架結構設施、水耕定植植栽、網室溫室架構與立體化植栽塔架，其中中華民國專利I326200，應用於水耕植栽養液槽之溫度控制，設有過濾器、冷卻組、溫度感應器與電熱加熱器等，調控水耕蔬菜植株根部溫度；I503074為一種水耕栽培作物的重量量測裝置及其量測方法，將重量感測器設置於水耕植栽盤下方，在植栽生長的過程中持續監控水耕植栽作物之重量；I510183係透過一作物高度感知單元(光電感測器)往復掃描感知作物成長高度，以回饋調整其懸吊式燈架高度，符合植株與光源適當距離；M499755為一種植物栽培系統，其包含養液溫度控制、濕度與光線感測、二氧化碳濃度偵測與無線收發模組等；M471135為一種植物根部環控栽培系統，其包含溫度控制裝置、環境感測模組(有溫濕度感測、氧氣、二氧化碳濃度、PH值與微生物數量偵測)與回收過濾系統等，可針對根部環控與栽培。歸納上述之專利分析，其生理監測方面大部份應用於水耕植株栽培，均未解決耗費大量能源之問題。

本發明係提供一種用於植栽架的栽培自動滴灌系統，其包含：一植栽架為一A型植栽架，植栽架具有至少一格板、至少一集合部、多個植栽容器、多個供液管、多個注入管、至少一引流管、主供液管、至少一間隔板、至少一支撐架與重量感測裝置。

本發明在植栽架上設置一植栽生理監控系統：係由複數個土壤溫度感測器、濕度感測器，設置於立體式植栽總成之前、中、後端的栽培袋與水路管線中，透過感知生理參數的反饋，以利後續栽培管理，調整水份與養液比例。本發明之重量感測裝置下方設置在一平板上，其上方設置一平板以承載植栽塔架之重量，重量感測裝置在未受力狀態時，應變規未變形，在受力狀態時，應變規已變形，重量感測裝置採用似懸臂梁之設計，若上方施以荷重則應變規之電路會感測其變化量，透過其電路晶片之運算，可得知其載重物之重量數值。當重量感測裝置感測到植栽重量下限值時，供液裝置啟動開始滴灌，當重量感測裝置感測到植栽塔架之重量上限值時，供液裝置停止滴灌。上述自動滴灌時間控制裝置，配合植栽生理監控系統中，搭配其養液自動調配滴灌，再利用橫向之一引流管將水與養液傳輸。並且藉由植栽生理監控系統偵測感知，其栽培作物水份、養液需求量資訊整合，以調整水份、養液比例輸出。最後透過滴定細管相對應插入於栽培袋之介質中，進行定時定量滴灌作業。

1‧‧‧植栽架

10‧‧‧格板

100‧‧‧容置孔

101‧‧‧凸緣

102‧‧‧流道

11‧‧‧集合部

110‧‧‧出液接頭

12‧‧‧植栽容器

13‧‧‧注入管

14‧‧‧供液管

15‧‧‧引流板

16‧‧‧供液管

17‧‧‧引流管

18‧‧‧重量感測裝置

19‧‧‧支撐架

2‧‧‧液體供應管路裝置

20‧‧‧供液裝置

21‧‧‧主供液管

22‧‧‧供液管路

3‧‧‧植栽架

30‧‧‧層架

300‧‧‧層

301‧‧‧吸風孔

302‧‧‧集合部

303‧‧‧出液接頭

305‧‧‧設置孔

90‧‧‧應變規

91‧‧‧平板

92‧‧‧平板

第1圖為本發明之一種用於植栽架的栽培自動滴灌系統。

第2圖為本發明之用於植栽架的栽培自動滴灌系統第實施例之立體外觀示意圖。

第3圖為本發明之用於植栽架的栽培自動滴灌系統之立體分解示意圖。

第4圖為一格板、一集合部與一引流板之剖面示意圖。

第5圖為一格板、一集合部與一引流板及出液接頭之剖面示意圖。

第6圖為至少一植栽架的栽培自動滴灌系統與至少一植栽架裝設於一溫室之設置示意圖

第7圖為本發明之用於植栽架的栽培自動滴灌系統之第二實施例之立體外觀示意圖。植栽架的栽培自動滴灌系統

第8圖為本發明之植栽塔架滴灌時間與重量之關係圖。

第9A圖及第9B圖為本發明之重量感測裝置。

第10圖為植栽架滴灌控制流程圖。

第11A圖為對照表一的示意圖。

第11B圖為對照表二的示意圖。

第12A圖為局部塔架溫溼度感測模組。

第12B圖為溫室環境溫濕度感測模組。

第13圖為實施例測試單元。

請配合參考第1圖與第2圖所示，本發明係一種用於植栽架的栽培自動滴灌系統之第一實施例，該系統包含至少一植栽架1、至少一供液裝置20與至少一主供液管21。

請配合參考第2圖與第3圖所示，植栽架1為一A型植栽架，植栽架1具有至少一格板10、至少一集合部11、多個植栽容器12、一液體供應管路裝置2、至少一引流板15、至少一支撐架19與重量感測裝置18，該重量感測裝置18分別設置於支撐架19的下方，一液體供應管路裝置2更包含多 個供液管14、多個注入管13、至少一引流管17、一供液管16。

請配合參考第2圖，第3圖與第4圖所示，格板10係呈傾斜狀。於本實施例中，二格板10係呈對稱傾斜狀之支架，各格板10具有多個容置孔100，容置孔100係呈層狀分布。各格板10的一面的四周側具有凸緣101。

各集合部11係設於各格板10的底端，集合部11的底端具有一出液接頭110，出液接頭110呈一彎曲狀，使得在彎曲處有液體存在，出液接頭110的彎曲處係避免鼓風機於抽氣時，液體回流至集合部11，或者於出液接頭110設置逆止閥，以避免出液接頭110內之外界氣體被抽入集合部11。出液接頭110係耦接至少一集液裝置，舉例而言，該集液裝置能夠為一泵浦或一真空抽取裝置。

各植栽容器12係設於各容置孔100處。各供液管14係設於格板10處，並且相鄰於植栽容器12。各注入管13的一端係耦接供液管14，各注入管13的另一端係延伸至植栽容器12的頂端。各供液管14係進一步耦接一供液管16後再連接至一供液裝置20，以使供液裝置20供應液體給各供液管14。

請配合參考第5圖所示，各引流板15係設於凸緣101上，以使得引流板15與格板10之間具有一間隔，該間隔係形成一流道102，集合部11與流道102相通，流道102係可將各植栽容器12多餘之液體經由容置孔100引導流入集合部11。

請配合參考第6圖所示，為至少一滴灌系統與至少一植栽架裝設於一溫室之設置之實施例，其中供液裝置20提供液體至四支供液管路22，該四支供液管路22，再將液體分配至各A型植栽架1上，本實施例共有 六組A型植栽架1配置。

請配合參考第7圖所示，本發明為一種用於植栽架的栽培自動滴灌系統之第二實施例。該植栽架3具有至少一層架30，層架30係呈一傾斜狀，於本實施例中，二層架30係呈傾斜狀。層架30為一階層結構，可為保麗龍或塑膠材料一體成型，層架30的各層300具有多個設置孔305與至少一吸風孔301。層架30的底端具有一集合部302。集合部302的底端具有一出液接頭303。層架30的一面具有一引流板31，以使層架30的內部與引流板31之間形成有一間隔，該間隔係形成一流道，流道係相通集合部302。該引流板31及流道，如第7圖所示。該設置孔305係能供一介質袋設置。植栽架3更包括一重量感測裝置18，該重量感測裝置18分別設置於層架30的下方。

圖8為植栽塔架滴灌時間與重量之關係圖，該重量係由圖2中重量感測裝置18感測到植栽塔架之重量，其中W1為植栽塔架之重量上限值，亦即滴灌完成之植栽塔架重量；W2為植栽塔架之植栽重量下限值，亦即開始滴灌之植栽塔架重量，其中W2=aW1，該a值係滴灌係數，因植物及果實會隨時間長大而增加重量及環境因所，該a值範圍在0.3~0.8。

植栽會隨著溫度或季節的變化，其蒸散量亦有所變化。當溫度高或夏季時栽培作物蒸散量較大，而植栽重量會加快遞減速度，其滴灌時間較短，為示意圖中T1。春秋之際滴灌時間則為T2。當溫度低或冬季時期氣溫較低、日照時數較短，其作物蒸散作用小，使植栽重量遞減速度趨於緩慢，其滴灌時間較長為示意圖中之T3，其中T3>T2>T1。

第9A圖及第9B圖分別為第2圖中之重量感測裝置18，重量感測裝置18下方設置在一平板92上，該平板92係固定在地板上，其上方設置 一平板91以承載植栽塔架之重量，本發明重量感測裝置18使用應變規90，該第9A圖係在未受力狀態，應變規90未變形，第9B圖係在受力狀態，應變規90已變形，應變規90採用似懸臂梁之設計，若上方施以荷重則應變規90之電路會感測其變化量，透過其電路晶片之運算，可得知其載重物之重量數值，本發明之重量感測裝置18不限制使用應變規90，亦可使用彈簧式感測器或荷重元等重量感測器。當重量感測裝置18感測到W2植栽重量下限值時，控制系通將啟動供液裝置20開始滴灌，當重量感測裝置18感測到W1植栽塔架之重量上限值時，控制系通將關閉供液裝置20停止滴灌，其控制植栽架滴灌的時序，如第10圖所示植栽架滴灌控制流程圖，可以達成植栽架自動控制滴灌時間的效果。

本發明在植栽架1上設置一植栽生理監控系統，如第10圖所示之植栽架滴灌控制流程圖，係由複數個土壤溫度感測器、濕度感測器組成，設置於植栽總成之前、中、後端的栽培袋與水路管線中，透過感知生理參數的反饋，以利後續栽培管理，調整水份與養液比例。

上述自動滴灌時間控制裝置，配合植栽生理監控系統中，搭配其養液自動調配滴灌，再利用橫向之一引流管17將水與養液傳輸。並且藉由植栽生理監控系統偵測感知，其栽培作物水份、養液需求量資訊整合，以調整水份、養液比例輸出。最後透過注入管13相對應設置於栽培袋之頂端，進行定時定量滴灌作業。

溫溼度感測機制主要可分成兩大部份，其一為環境溫溼度感測，如第12A圖及第12B圖。此二者有所區分，主要為感測溫室室外與室內之溫溼度數值差異作比較依據參考。其二為土壤介質溫溼度感測控制栽培 滴灌機制，因須精確感測，必須將各項感測器放置於各個植栽盆中，但所耗費施作成本高、維護不易，如下述對照組。本發明不採取此方法，以重量感測模組偵測塔架總成載重之變化差異量作為栽培滴灌機制，如下述實驗組。

第13圖為實施例測試單元，分為30個植栽單元作為實驗組，另30個單元為對照組。實驗組採用光照、溫度、濕度各一感測器與4個重量感測器共計7組感測器。對照組則採用土壤溫濕度感測器，以30組之40%計算亦需要12組感測器。若擴大施作範圍，以十分之一公頃溫室施作面積計算(24座塔架；約19200植栽單元)，實驗組採用168個感測器，對照組則採用7752個感測器，實驗組將可省去對照組多達97.8%之感測器數量如下表一、表二、第11A圖及第11B圖所示。可知本發明可大量減少施作成本、維護容易，故本發明具有進步性。

由上述可知本發明在溫度變化大之環境下，容易控制農作物供水所需的時間及供水量，並可降低人力與水資源的浪費及提升單位面積利用率。並再配合植栽生理監控系統設施輔助，以縮短農作物的生長生育週期。

以上所述之具體實施例，僅係用於例釋本發明之特點及功效，而非用於限定本發明之可實施範疇，於未脫離本發明上揭之精神與技術範疇下，任何運用本發明所揭示內容而完成之等效改變及修飾，均仍應為下述之申請專利範圍所涵蓋。

1‧‧‧植栽架

10‧‧‧格板

11‧‧‧集合部

12‧‧‧植栽容器

13‧‧‧注入管

14‧‧‧供液管

15‧‧‧引流板

16‧‧‧供液管

17‧‧‧引流管

18‧‧‧重量感測裝置

19‧‧‧支撐架

101‧‧‧凸緣

110‧‧‧出液接頭

2‧‧‧液體供應管路裝置

Claims (17)

1. 一種用於植栽架的栽培自動滴灌系統，其包含：至少一植栽架，其具有至少一格板，至少一引流板，至少一支撐架，一液體供應管路裝置，與至少一集合部，該格板與該引流板之間具有一流道，該集合部係位於該格板的底端，並與該流道相通；更包含：一重量感測裝置，分別設置於該支撐架的下方，以感測該植栽架之重量。
2. 如申請專利範圍第1項所述之用於植栽架的栽培自動滴灌系統，更包含一供液裝置，並與該液體供應管路裝置相連通。
3. 如申請專利範圍第1項所述之用於植栽架的栽培自動滴灌系統，其中，該植栽架為一A型植栽架；該植栽架具有二呈對稱傾斜的格板、至少一引流板、多個植栽容器、多個供液管與多個注入管，該引流板係設於該格板的一端面四周之凸緣上，使得該引流板與該格板之間有一間隔，該間隔係形成該流道；各該植栽容器係設於該二格板；各該供液管係設於各該格板，並相鄰於該植栽容器；各該注入管的一端係耦接各該供液管，各該注入管的另端係延伸至各該植栽容器的頂端。
4. 如申請專利範圍第1項所述之用於植栽架的栽培自動滴灌系統，其中該格板具有多個容置孔，將各該植栽容器多餘之液體經由該些容置孔流入該流道。
5. 如申請專利範圍第1項所述之用於植栽架的栽培自動滴灌系統，其中該集合部具有一呈一彎曲狀之出液接頭。
6. 如申請專利範圍第1項所述之用於植栽架的栽培自動滴灌系統，其中該重量感測裝置當感測到植栽重量下限值W2時，即開始滴灌，當感測到植栽重量上限值W1時，即停止滴灌。
7. 如申請專利範圍第6項所述之用於植栽架的栽培自動滴灌系統，其中該W2=a W1，a值範圍在0.3~0.8。
8. 如申請專利範圍第1項所述之用於植栽架的栽培自動滴灌系統，其中該重量感測裝置為應變規，彈簧式感測器或荷重元。
9. 如申請專利範圍第1項所述之用於植栽架的栽培自動滴灌系統，更包含一植栽生理監控系統，係由複數個土壤溫度感測器、濕度感測器組成，設置於植栽總成之前、中、後端的栽培袋與水路管線中，透過感知生理參數的反饋，以利後續栽培管理，調整水份與養液比例。
10. 一種用於植栽架的栽培自動滴灌系統，其包含：至少一植栽架，其具有至少一層架與至少一集合部，該層架為一階層結構，該層架的各層具有多個設置孔與至少一吸風孔，該層架進一步具有一流道，以及至少一集合部係位於該層架的底端，並與該流道相通；更包含：一重量感測裝置，分別設置於該支撐架的下方，可以感測植栽架之重量。
11. 如申請專利範圍第10項所述之用於植栽架的栽培自動滴灌系統，更包含一供液裝置，並與該液體供應管路裝置相連通。
12. 如申請專利範圍第10項所述之用於植栽架的栽培自動滴灌系統，其中該集合部具有一呈一彎曲狀之出液接頭。
13. 如申請專利範圍第10項所述之用於植栽架的栽培自動滴灌系統，其中，該植栽架為一A型植栽架；該植栽架具有二呈對稱傾斜的層架與至少一引流板，該引流板係設於該層架的一端面四周之凸緣上，使得該引流板與該格板之間有一間隔，該間隔係形成該流道。
14. 如申請專利範圍第10項所述之用於植栽架的栽培自動滴灌系統，其中該 重量感測裝置當感測到植栽重量下限值W2時，即開始滴灌，當感測到植栽重量上限值W1時，即停止滴灌。
15. 如申請專利範圍第11項所述之用於植栽架的栽培自動滴灌系統，其中該W2=a W1，a值範圍在0.3~0.8。
16. 如申請專利範圍第10項所述之用於植栽架的栽培自動滴灌系統，其中該重量感測裝置為應變規，彈簧式感測器或荷重元。
17. 如申請專利範圍第10項所述之用於植栽架的栽培自動滴灌系統，更包含一植栽生理監控系統，係由複數個土壤溫度感測器、濕度感測器組成，設置於植栽總成之前、中、後端的栽培袋與水路管線中，透過感知生理參數的反饋，以利後續栽培管理，調整水份與養液比例。