TW202316953A - 水培種植裝置以及包括水培種植裝置的系統 - Google Patents

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Abstract

本發明係提供一種水培種植裝置以及包括水培種植裝置的系統，水培種植裝置包括框架、多個功能性系統、多個第一感測器、和可拆卸地附接到框架的一個或多個模組化儲櫃。多個第一感測器配置成監測與種植一種或多種植物相關聯的條件。一個或多個模組化儲櫃包括預先組裝的電子設備，電子設備配置成與多個第一感測器和多個功能性系統中的一個或多個通信。電子設備包括配置成從多個感測器收集資料的主控制器。根據本發明的水培種植裝置及系統組裝簡單、可減少人工干預、增加植物種植的可擴展性及品質一致性。

Description

水培種植裝置以及包括水培種植裝置的系統
本發明係關於一種涉及水培種植領域水培種植裝置以及包括水培種植裝置的系統。
世界上對新鮮食品的需求不斷增長。 糧食短缺可能由多種原因造成，如人口增加、氣候變化、投資不足、行業人才缺乏等。許多地區嚴重依賴外部糧食供應。多數地區95%的食品供應來自其他國家或地區。水培種植技術不斷發展以增加糧食供應，但現有系統仍不能令人滿意。
例如，許多現有的水培系統和設計是在運輸集裝箱內預先構建的。 例如，運輸集裝箱的尺寸通常可以是長12米、寬2.44米、高2.89米。 在集裝箱配備了所必需的設備和硬體後，集裝箱內用於植物生長的可用空間變得有限且相對較小。另外，由於集裝箱是預先構建的，因此很難提供具有定制能力的系統。很難修改系統以結合新特徵。將集裝箱運輸到偏遠地區的物流成本也很高，對於一些資源有限的用戶來說，物流可能是一個障礙。此外，現有的系統設計通常只允許使用者種植單一產品（主要是生菜，因為其所需空間較少），為了種植不同的植物，需要全面重新設計系統。
此外，現有的系統設計需要大量的人力投入和農業知識。許多現有的系統設計通常使用功能有限的車載軟體管理系統。結果是，它可能只允許用戶控制一個單獨的容器。此外，不同供應商提供的設備、硬體和軟體可能存在很大的不一致和不相容。這也需要很大程度的人工干預。
因此，如何發明出一種水培種植裝置以及包括水培種植裝置的系統，以其達到組裝簡單、可減少人工干預、增加植物種植的可擴展性及品質一致性，藉以有效改善習用之缺失，將是本發明所欲積極揭露之處。
有鑑於上述習知技術之缺憾，發明人有感其未臻於完善，遂竭其心智悉心研究克服，進而研發出一種水培種植裝置以及包括水培種植裝置的系統，以期可達到組裝簡單、可減少人工干預、增加植物種植的可擴展性及品質一致性的目的。
為達上述目的及其他目的，本發明係提供一種水培種植裝置，其包含有：框架、多個功能性系統、多個第一感測器以及一個或多個模組化儲櫃。框架配置成限定用於種植一種或多種植物的內部空間；多個功能性系統配置成促進一種或多種植物的種植；第一感測器配置成監測與一種或多種植物的種植相關聯的條件；模組化儲櫃可拆卸地附連到該框架並且包括電子設備，該電子設備預先組裝在該模組化儲櫃中並且配置成與該等第一感測器和該等功能性系統中的一個或多個通信，該模組化儲櫃包括預先設置的介面，該介面配置成與該等功性能系統中的一個或多個對接，該電子設備包括主控制器，該主控制器配置成從該等第一感測器收集資料並且提供與控制該等功能性系統有關的指令。
上述之水培種植裝置中，該主控制器進一步配置成與外部電子系統通信，並且其中該主控制器將所收集的資料傳送至該外部電子系統進行處理，並且基於該外部電子系統的處理結果提供與控制該等功能性系統有關的指令。
上述之水培種植裝置中，該模組化儲櫃包括多個第二感測器，該等第二感測器配置成檢測與一種或多種植物的種植相關聯的其他條件。
上述之水培種植裝置中，該模組化儲櫃包括氣候系統和灌溉系統，該氣候系統組態成調節該內部空間的環境條件，該灌溉系統組態成將流體營養提供給一種或多種植物。
上述之水培種植裝置中，該氣候系統包括通風裝置和感測裝置，該通風裝置配置成調節該內部空間的溫度和濕度，該感測裝置配置成收集溫度和濕度資料並且將溫度和濕度資料提供給該主控制器。
上述之水培種植裝置中，該灌溉系統包括用於對從水源接收到的水進行過濾的反滲透過濾系統、用於對從該反滲透過濾系統接收到的水進行儲存的反滲透池、以及用於對從該反滲透池接收到的水進行儲存的淨水池。
上述之水培種植裝置中，該灌溉系統包括設置在該淨水池中的體積感測器和溫度感測器，該溫度感測器配置成監控該淨水池中的水的溫度，該體積感測器配置成監控該淨水池中的水的體積。
上述之水培種植裝置中，該灌溉系統至少包括雨水收集池和海水淡化反滲透系統其中之一，該雨水收集池配置成經由附連到該水培種植裝置的框架的一個或多個雨水收集管道來收集雨水，該海水淡化反滲透系統將海水轉化為適於灌溉植物的水。
上述之水培種植裝置中，該灌溉系統包括：用於供應營養的營養供應池；連接到該營養供應池並且用於製備營養液的營養液池；用於監控與營養液相關的參數的多個感測裝置；用於改變營養液的溫度的溫度調節裝置；用於攪拌營養液的攪拌裝置；以及與該營養液池流體連通的一個或多個pH調節池，用於調節該營養液池的營養液的pH水準。
上述之水培種植裝置中，該更進一步包括：營養液輸送裝置，配置成將營養液從該營養液池輸送至一種或多種植物；以及營養液返回裝置；配置成將未使用的營養液返回至該營養液池。
上述之水培種植裝置中，該等功能性系統包括多個照明裝置，並且該等第一感測器包括光感測器，用於收集與該等照明裝置相關聯的照明資訊，該等第一照明裝置中的至少一個或多個附連到該水培種植裝置的內壁，該等第二照明裝置中的至少一個或多個附連到該水培種植裝置的天花板。
上述之水培種植裝置中，該等功能性系統包括能量收集裝置，該能量收集裝置包括太陽能裝置、風力渦輪機和氫燃料電池中的至少一種，以及當該能量收集裝置包括太陽能裝置時，該模組化儲櫃中的該電子設備包括系統平衡和感測裝置，用於促進從該太陽能裝置收集的太陽能的管理。
上述之水培種植裝置中，該等功能性系統包括用於收集視覺資訊並將該視覺資訊傳送至該主控制器的一個或多個視頻捕獲裝置。
上述之水培種植裝置中，該更進一步包括用於種植一種或多種植物的桶狀系統、塔狀系統或堆疊托盤系統。
上述之水培種植裝置中，該等功能性系統包括從雄性植物收集花粉並轉移花粉以對雌性植物進行授粉的授粉裝置。
本發明另提供一種用於植物生產的水培種植系統，其包括：用於種植一種或多種植物的至少一個水培種植裝置，每個水培種植裝置包括一個或多個模組化儲櫃，該模組化儲櫃可拆卸地安裝在相應的水培種植裝置的內部空間中；一個或多個網路；以及雲端伺服器，該雲端伺服器經由該網路與至少一個水培種植裝置通信，該雲端伺服器包括用於存儲接收自至少一個水培種植裝置的資料的存儲裝置和基於人工智慧演算法對該資料進行處理以得到處理結果的人工智慧處理器，該雲端伺服器配置成基於該處理結果生成指令並且將該指令提供給至少一個水培種植裝置，以用於控制一種或多種植物的種植。
上述之水培種植系統中，該存儲裝置存儲經由學習演算法生成的學習模組，並且其中該人工智慧處理器包括學習資料獲取單元，該學習資料獲取單元學習神經網路以進行與在至少一個水培種植裝置中種植一種或多種植物相關的資料分類和識別。
上述之水培種植系統中，該更進一步包括經由該網路與該雲端伺服器通信的用戶端設備，其中該用戶端設備包括能夠遠端控制至少一個水培種植裝置的水培種植應用程式。
上述之水培種植系統中，至少一個水培種植裝置包括兩個或更多個水培種植裝置，每個水培種植裝置與唯一標識號相關聯，其中該雲端伺服器經由每個水培種植裝置的唯一標識號來識別相應的水培種植裝置。
上述之水培種植系統中，兩個或更多個水培種植裝置中的每一個包括相同的硬體和軟體，並且其中該雲端伺服器接收促進在該兩個或更多個水培種植裝置中種植的格式資料。
藉此，本發明之水培種植裝置以及包括水培種植裝置的系統，涉及促進植物生產的水培種植裝置、系統、及方法。經由提供關於水培種植裝置、系統和方法的新技術方案，本發明實施例解決了現有的系統設計中存在的一個或多個缺點。
本發明實施例包括一種水培種植裝置，該裝置利用大眾化和模組化的設計概念，以簡化用戶的物流和安裝。 根據一個或多個實施例，水培種植裝置的框架結構可以製造成與現有集裝箱的標準尺寸不同（例如大於現有集裝箱的標準尺寸）的定制尺寸。框架結構採用模組化設計，到達目的地後僅需要簡單組裝即可。用戶可以以較低的物流成本方便地將水培種植裝置從一個地方搬遷到另一個地方。即根據本發明實施例的水培種植裝置是可擕式裝置。
根據一個或多個實施例，水培種植裝置提供改進的靈活性和相容性。與現有設計的完全組裝系統相比，本發明提供的設計概念使用大眾化設計過程，該過程為用戶提供用戶可以自行構建的即裝即用的水培系統。模組化設計為用戶提供一個或多個配備各種機械和/或電子設備的預製模組化儲櫃。 用戶只需將模組化儲櫃安裝或組裝在種植裝置內的一個或多個專用位置（這例如可取決於模組化儲櫃的數量），並將水培系統所需的元件（例如電氣或機械連接元件）進行連接，以用於操作。
由於模組化儲櫃形成為預先構建的模組，其中預先組裝了各種電子設備和介面，因此使用者可以以較少的專業知識輕鬆組裝水培種植裝置或水培農場。例如，使用者不需要廣泛的知識來組裝電子設備。這減少了勞動力以及出錯的機會。另一方面，由於不需要拆卸模組化儲櫃中預先組裝的電子設備和部件，因此拆卸和搬遷農場變得更容易。這可以減少大量勞動力。
此外，根據本發明一個或多個實施例的系統設計提供了改進的靈活性和相容性。模組化儲櫃可根據實際需要定制。 例如，可以輕鬆地對模組化儲櫃中的電子設備進行程式設計或修改，以適應各種需求。可以方便地結合硬體或元件以添加新的或額外的應用程式或特徵，而無需對系統的其餘部分進行大幅度修改。
如本發明所描述的水培種植設計可以允許用戶種植多種植物或作物。 可以增加框架結構的尺寸以建立更大的種植區並允許生產更多的植物，從而提高作物產量。它還減少了對農業專業知識的需求，並允許經驗很少或沒有經驗的用戶在期望的地點從事生產。
本發明之實施例包括水培種植系統，其包括一個或多個水培農場。每個水培農場都可以位於期望的位置，並由人工智慧 (AI) 系統遠端控制，該系統可以經由利用大數據和雲端運算技術來管理種植過程的技術部分，從而實現自動化生產。每個水培農場配備有多個感測器，用於收集資料，供人工智慧系統使用。人工智慧系統發出指令來控制提供植物生長所需要素（例如光、空氣、水、營養等）的所有設備。
根據一個或多個實施例，水培種植系統提供並收集格式資料，格式資料可用於提高一致性的品質控制，從而使得能夠以較少的人力和設備投資來控制位於不同位置的多個水培農場。藉此，每個農場都有能力收集和提供統一資料，從而為使用者提供準確的農業資料，這些資料可用於其他農場以減少人為操作的差異，而無論這些農場在什麼位置。
格式資料收集方法可以經由向所有使用者提供相同的設備和硬體來執行以獲得一致的資料來實現。 經由提供一致的資料，這些方法促進了人工智慧系統所需的深度學習，而不論農場位於何處以及種植的植物類型是什麼。經由在技術方面的簡化，使用者不再需要具有先前的經驗或知識就可以開始生產。根據本發明實施例的資料收集方法允許人工智慧系統改進和控制植物所需的種植要求。收集到的資料可以存儲在雲端伺服器中，用於資料訓練和學習模組的開發。經由收集的資料和種植管理，該系統促進了農業生產的創新並且有利於食品供應的可持續性。
為充分瞭解本發明之目的、特徵及功效，茲藉由下述具體之實施例，並配合所附之圖式，對本發明做一詳細說明，說明如後：
請參閱圖1，如圖所示：本發明係一種水培種植裝置100。水培種植裝置100建立用於生產一種或多種植物或作物的農場或種植區。
水培種植裝置100具有框架，框架配置為限定用於種植植物的內部空間。 如圖所示，水培種植裝置100包括多個功能性系統120、多個第一感測器140、以及一個或多個模組化儲櫃160。
功能性系統120經由執行一個或多個功能來促進一種或多種植物的種植。舉例來說，功能性系統120可包括多個照明裝置，以提供植物生長所需的光，例如進行光合作用。 照明裝置可包括一個或多個白熾光源（例如白熾燈泡）、發光光源（例如發光二極體（LED））等。
照明裝置可以佈置在適當的位置。例如，於一實施例中，至少一個或多個第一照明裝置附連到水培種植裝置100的內壁或內牆，而至少一個或多個第二照明裝置附連到水培種植裝置100的天花板。內壁或天花板可以是框架的一部分。另外，亦可由其他方式加以佈置。
於一實施例中，功能性系統120可以包括用於從自然界收集能量的一個或多個能量收集裝置。 於一實施例中，能量收集裝置可包括一個或多個太陽能裝置。太陽能裝置可以是設置在屋頂上或構成水培種植裝置100的屋頂的一部分的太陽能板。屋頂可以由框架限定，例如作為框架的一部分。太陽能板可以包括無機材料（例如矽）或有機材料（例如聚合物）。太陽能裝置利用太陽能為水培種植裝置100的能量存儲裝置（例如電池）或電力電子裝置供電。
於一實施例中，能量收集裝置可以包括收集風能的風力渦輪機。風力渦輪機可以佈置在適當的位置。舉例來說，可以有四個風力渦輪機，每個風力渦輪機佈置在農場的角落並且附接到水耕種植裝置100的框架。
於一實施例中，能量收集裝置包括用於能量存儲的氫燃料電池。例如，太陽能或風能可用於電解水和分解氧和氫。氧被釋放出來，氫被儲存在氫燃料電池中。 然後在需要時從氫燃料電池將氫轉換回電能。因此，這可以代替電池作為能量存儲的使用。其他類型的能量收集設備也是可能的，只要它們能夠從大自然中收集某種類型的能量即可。
舉例來說，功能性系統120可以包括一個或多個視訊擷取裝置，例如攝像機。 植物生長環境或植物本身的視覺資訊（例如視頻、圖像）可以由攝像機捕獲並隨後進行處理，並且據此促進對種植過程的控制。
另外，功能性系統120包括授粉裝置，其説明從雄性植物收集花粉並促進花粉轉移以對雌性植物授粉。這對於在某些地理區域或某些季節種植某些植物是有利的。於一實施例中，例如，授粉裝置可產生能夠將花粉遞送至花以用於給植物授粉的氣泡（例如肥皂泡）。授粉裝置可以適當地安裝在農場中，並由現場控制器或雲端伺服器遠端控制。
功能性系統120可以包括其他元件，例如輸送流體的管道、與模組化儲櫃160、第一感測器140或植物單元（例如承載植物的載體，例如盆、罐等）對接的連接部件等。功能性系統 120可以包括機械元件或電氣元件。
第一感測器140可以包括監控或監測與植物種植相關聯的條件的多種感測器。例如，第一感測器140可以包括一個或多個溫度感測器、濕度感測器、光感測器、氣體感測器等。例如，可以提供光感測器以收集與照明裝置相關聯的照明資訊。照明資訊可以包括但不限於光照強度、分佈、發光時間等，可以據此對照明裝置進行監控或調整，從而達到種植植物所期望的光照條件。
模組化儲櫃160可移除地或可拆卸地附接到水培種植裝置100的框架。模組化儲櫃160的數量可以是一個、兩個或更多個。 模組化儲櫃160包括預先組裝的電子設備162，電子設備162配置成與第一感測器140和功能性系統120中的一個或多個進行通信。模組化儲櫃162包括介面166（例如電氣介面或機械介面）。介面166預先構建並且能夠與第一感測器140和功能性系統120中的一個或多個進行對接。電子設備162包括與第一感測器140通信以收集資料的主控制器164。主控制器164可以處理收集到的資料並提供與功能性系統120和/或模組化儲櫃的控制相關的指令。
於一實施例中，主控制器164經由一個或多個網路(例如有線或無線網路)與外部電子系統(例如伺服器、個人電腦、智慧型電話、筆記型電腦等)通信。主控制器164可以將採集到的資料發送給外部電子系統進行處理，並根據外部電子系統的處理結果提供與種植控制相關的指令。替代地或可選地，主控制器164可以自己處理資料，然後與外部電子系統通信，例如處理的結果可以在外部電子系統上視覺化顯示以供使用者查看。替代地或可選地，用戶可以經由外部電子系統向主控制器164提供指令以控制水培種植裝置100中植物的種植。收集的資料可以在電子設備162中存儲一段時間。
圖2係本發明的一個實施例的模組化儲櫃260。 例如，模組化儲櫃260可以是結合圖1所描述的模組化儲櫃160的一個具體實施方式。
如圖2所示，模組化儲櫃 260 包括第二感測器 261、氣候系統 263、主控制器 264 和灌溉系統 265。例如，主控制器 264 可以是結合圖1所描述的主控制器 164 的一個具體實施方式，主控制器264可與第二感測器261和設置在水培種植裝置中但在模組化儲櫃260外部的感測器進行電學通信。主控制器264還可以與一個或多個遠端電子設備（例如伺服器、筆記型電腦、智慧手機、iPad 等）交換資料。
第二感測器261檢測與植物種植相關的其他條件（這些其他條件例如不被設置在水培種植裝置中但在模組化儲櫃260外部的感測器檢測）。例如，第二感測器261可用於監測模組化儲櫃260的內部環境。第二感測器261可收集與氣候系統263或灌溉系統265或兩者的運行狀態相關的資料，然後將收集到的資料提供給主控制器264。
當模組化儲櫃260設置在水培種植裝置中時，氣候系統263調節水培種植裝置的環境條件。如圖2所示，氣候系統263包括通風裝置2632。通風裝置2632可包括一個或多個風扇或鼓風機。風扇可與安裝在水培種植裝置的框架上的一個或多個通風管道對接，用於管理農場內的溫度和濕度。第二感測器261可以包括空氣溫度感測器、濕度感測器等，用於監測氣候系統263的溫度和濕度等參數。
如圖2所示，灌溉系統265包括反滲透過濾系統2651、反滲透池2652和淨水池2653。反滲透過濾系統2651過濾接收自水源（例如外部水池或者雨水）的水。反滲透池2652儲存從反滲透過濾系統2651接收的水。淨水池2653儲存從反滲透池2652接收的水。
於一實施例中，第二感測器261更進一步包括體積感測器和溫度感測器。 溫度感測器設置在淨水池2653中並且監測水的溫度（即水溫）。體積感測器監測淨水池 2653 中的水量（例如水的體積）。
如圖2所示，灌溉系統265包括用於供應營養物的營養供應池2656和連接到營養供應池2656並用於製備營養液的營養液池2657。第二感測器261可以包括設置在灌溉系統265中用來監測與營養液相關的參數的傳感裝置。提供溫度調節裝置2658（例如冷凝器、加熱器等）以調節營養液的溫度。提供包括攪拌馬達的攪拌裝置2659以混合或攪拌營養液。營養液池2657可以與營養液輸送裝置（例如安裝到水培種植裝置的框架的一個或多個營養液供應管道）進行對接，使得營養液能夠被輸送到正在種植的植物。另外，營養液池2657可以與營養液返回裝置（例如安裝到框架的一個或多個營養液返回管道或者流體可以在其上流動的底板）進行對接，使得未使用的營養液可以返回到營養液池2657 以供進一步使用。
於一實施例中，灌溉系統265包括一個或多個酸鹼度 (pH)調節池。於一實施例中，灌溉系統265包括與營養液池2657流體連通的pH升高池和pH降低池。於一實施例中,pH升高池可包括氫氧化鉀(KOH)和碳酸鉀(K 2CO 3）。 pH降低池可以包括磷酸(H 3PO 4)，例如食品級H 3PO 4。 當營養液的pH值低時，可將pH升高池中的內容物轉移到營養液池2657中以增加pH值。當營養液的pH值高時，可將pH降低池中的內容物轉移到營養液池2657中以降低pH值。以這樣的方式，營養液的pH值可以保持在期望的水準。
如圖2所示並且可選地，灌溉系統265更進一步包括用於雨水收集的雨水收集池2655。雨水收集池2655可以與雨水收集裝置（例如安裝在水培種植裝置的框架上的雨水收集管道）對接，使得落到水培種植裝置上的雨水可以被收集起來使用。這可以節省大量的供水，特別是在多雨地區。
圖3A-3B係本發明的一個實施例的水培種植裝置300。 水培種植裝置300例如可以是結合圖1描述的水培種植裝置100的一個具體實施方式。
水培種植裝置300是可擕式的並且可以以降低的物流成本從第一物理位置搬遷到第二物理位置。
水培種植裝置300包括框架結構或框架310，框架310配備有隔熱壁和天花板。框架310組裝後被示為具有長方體構型，儘管其他構型也是可能的。框架310可由適當的材料（例如金屬）製成。 框架可以根據實際需要調整大小。框架310限定用於植物種植的內部空間312。 以示例方式，組裝後框架具有12米(L)乘3米(W)乘3米(H)的尺寸。室內地板可以鋪設防水的聚氯乙烯 (PVC) 瓷磚。
水培種植裝置300的入口314位於適合人們進出的位置，並裝配有配備安全控制系統的風淋室。 圖3A和3B示出靠近入口314設置的三個模組化儲櫃360a、360b和360c。模組化儲櫃360a、360b和360c設置有技術設備，例如電子設備、介面等。三個模組化儲櫃僅用於例示目的。於一實施例中，可以有更少的模組化儲櫃（例如一個或兩個）或更多的模組化儲櫃（例如四個、五個或更多個）。
於本實施例中，模組化儲櫃360a內部儲存有諸如現場主控制器或控制器電路、資料存儲裝置或記憶體、網路介面之類的電子設備。從水培種植裝置內部的多個感測器收集的資料可以臨時存儲在資料存儲裝置中。 主控制器可以對採集到的資料進行處理，並將處理結果發送到異地主要伺服器控制器和使用雲端運算技術的大數據存儲。然後AI系統可以使用這些資料來提供指令，這些指令被發送回現場控制器以控制水培種植裝置的操作或條件。
舉例來說，氣候系統設置在模組化儲櫃360b中。氣候系統包括供暖、通風和空調 (HVAC) 系統。提供多個空氣溫度感測器和濕度感測器。例如，一些感測器佈置在內部空間312內，而一些感測器佈置其中步驟架310的外部。這些感測器收集諸如溫度、濕度等環境資料，並將收集到的資料提供給主控制器。主控制器根據這些資料控制 HVAC 系統的運行。例如，HVAC 系統可包括迴圈風扇、進氣風扇或排氣風扇。控制器可以指示打開或關閉這些風扇中的一個或多個以管理農場內的溫度和濕度。此外，如圖3B所示，兩個通風管道370安裝到天花板並連接到模組化儲櫃360b。這兩個通風管道370被示為安裝到相對側。每個通風管道均分設成在兩列植物之間均勻分佈，從前到後水平縱向延伸。於一實施例中，HVAC系統設置在農場中但在模組化儲櫃之外。在一些其他實施例中，HVAC系統的至少一部分設置在一個或多個模組化儲櫃中。
灌溉系統設置在模組化儲櫃360c中。灌溉系統包括反滲透過濾系統、反滲透池和淨水池，例如結合圖2所描述的反滲透過濾系統2651、反滲透池2652和淨水池2653。淡水供應源連接到農場。淡水經由反滲透過濾系統過濾並儲存在反滲透池中，然後在電磁閥打開後經由泵轉移到淨水池。淨水池內裝有溫度感測器，用於記錄溫度。淨水池包括體積感測器，用於監測淨水量，以確保有足夠的淨水用於經營農場。當電磁閥打開時，淨水經由泵輸送到營養液池（如圖2中的營養液池2657），以確保淨水和營養液在水培系統中使用前達到適當的混合水準。於一實施例中，另外，灌溉系統可以包括雨水收集池，例如結合圖2描述的雨水收集池2655。雨水收集管道358安裝在屋頂的一側，使得雨水可以被收集。
另外，灌溉系統可以包括海水淡化反滲透系統，該系統能夠經由使用反滲透技術將無法使用的海水轉化為適合灌溉農場植物的水。這在淡水有限但可獲取豐富海水的地理位置進行植物種植，是有利的。於一實施例中，海水經由泵送裝置從海中抽取。海水經過篩分裝置篩除雜物、砂粒和砂礫後，經過混凝、絮凝、過濾等一系列處理，去除細小懸浮物。然後海水被推向一個只允許水分子在高壓下經由的半透膜，而海水中存在的大部分鹽分被阻擋，形成濃縮的鹽水返回大海。海水經過多級反滲透以提高鹽分去除率。淨化後的水可用作農場植物生產的植物用水。
海水淡化反滲透系統可以安裝在模組化儲櫃之一中，該模組化儲櫃具有與海水源和植物接收裝置（例如盆、托盤等）流體連通的連通通道（例如管道）。另外，海水淡化反滲透系統可以作為獨立系統提供，該系統可以安裝成作為水培種植裝置的一部分但設置在模組化儲櫃之外。 這提供了靈活性。例如，海水淡化反滲透系統可僅提供用於淡水有限或稀缺的某些地區的種植。
灌溉系統更進一步包括營養液池和營養供應池，例如結合圖2描述的營養液池2657和養供應池2656。提供營養液體積感測器以測量當前在營養液池中的營養液的量。當營養液低於預定量或品質不符合預定要求時，經由電磁閥和泵控制，將來自淨水池的過濾水輸送到營養液池中。提供溫度感測器以確保維持期望的溫度。提供冷卻冷凝器或加熱線圈以在營養液用於水培系統之前將其冷卻或加熱至所需溫度。提供了溶解氧 (DO) 感測器來測量營養液中的氧含量。氧氣泵可以打開以增加營養液中的氧含量，或者一旦達到氧含量就關閉氧氣泵。可提供電導率(EC)感測器和pH感測器以測量營養液中的營養物水準。於一實施例中，一旦獲得EC和pH值，AI系統將確定需要從由一個或多個電磁閥控制的三個營養供應池添加到營養液池中的所需營養物量。每個營養供應池都配備一個體積感測器，以確保有足夠的營養物可用或在營養物低於一定量時需要補充營養物。可以在打開攪拌馬達的情況下將所需或正確量的淡水和營養物添加到營養液池中以徹底混合溶液。一旦達到期望的EC 和pH水準，就可以將營養液提供給水培系統。此外，提供與營養液池流體連通的pH調節裝置，例如pH升高池和pH降低池，使得在必要時可以調節其中的營養液的pH水準。在水培系統中已經使用的剩餘營養液可以收集並重複使用，直到 EC 和 pH 水準無法達到最佳或預定水準為止。可以用泵將廢棄的營養液輸送到外部廢水池進行收集。營養液供應管道354安裝在天花板上，其中一根主管安裝在水平縱向延伸的一側(例如左側)並且連接到模組化儲櫃360c。主管分為七個子管，從一側到另一側（如右側）設置在十四輥植物之間均勻分佈。
營養液返回管道356安裝在地板下方（為了可見，地板被移除），其中一個主管安裝在左側，該主管安裝成水平縱向延伸並且與模組化儲櫃360c連接。從右側延伸到左側的七個子管連接到水平縱向延伸且連接到模組化儲櫃 360c的主管，其中模組化儲櫃 360c容納營養液池。當營養液不再是最佳的或低於預定值時，營養液池可將廢棄的營養液轉移到外部廢水池。
於一實施例中，不使用營養液返回管道356。而是，可以採用其他適當的方式來收集廢棄的營養液。例如，地板可用於收集廢棄的營養液。地板可以形成有斜坡，使得廢物在重力作用下流向預定的池或區域以進行收集。可以在地板上方提供橋，以便用戶可以在其上行走。另外，亦可以在流動廢物的地板（稱為底板）的上方設置額外的地板（稱為頂板）。 額外的地板可以以這樣的方式形成，即允許流體向下經由並落到底板上。
在農場中佈置多個照明裝置。如所示，LED燈390設置在農場內部，提供與太陽具有相同光譜的光以覆蓋內表面區域。有四列LED燈390從地面到天花板從前到後縱向安裝。此外，兩列LED燈背對背懸掛在天花板上。光感測器佈置在適當的位置，並向現場控制器提供與光相關的資料，以管理控制 LED 燈何時打開或關閉的照明時間表。
提供能量收集裝置以收集能量。於本實施例中，太陽能板352安裝在屋頂上，部分或完全覆蓋屋頂的表面區域。太陽能板352連接到包括平衡系統(BOS)的模組化儲櫃360a。BOS可包括匯流箱、充電控制器和蓄電池或用於獨立系統的電池組、逆變器、安裝結構、佈線、開關設備和保險絲、電湧放電器、接地故障保護裝置等。充電控制器管理從太陽能板352收集的電力並將電能從交流電 (AC) 轉換為直流電 (DC)。提供電網電力輸入感測器以收集當電池組已經處於最大容量時提供給電網電力的電量的資料。提供電網電力輸出感測器以收集電池組空時農場使用的電量資料。提供電池組輸入感測器以收集從太陽能板收集的電量的資料。提供電池組輸出感測器以收集農場所用電量的資料。提供電池組容量感測器以監控存儲在電池組內的電量。提供一個可選的發電機輸出感測器來收集發電機所用電量的資料。感測器和 BOS 與控制農場電源的現場控制器通信。於一實施例中，能量收集裝置可以是用於收集風能的風力渦輪機。其他類型的能量收集設備也是可能的。
提供視頻捕獲裝置以捕獲視覺資訊。如攝像機380（例如高清攝像機、4K攝像機或其他種類的攝像機，諸如具有其他解析度的攝像機）從地面到天花板從前到後縱向水水平安裝。一行安裝在右側牆上，一行安裝在左側牆上。攝像機380覆蓋由現場控制器收集資料的內表面區域，該現場控制器將收集的資料發送到AI系統以分析種植中的植物的狀態和健康。攝像機380可以額外地為農場提供安全保障。 攝像機380可以另外為使用者提供視頻流，使得使用者可以在視覺上看到農場內部的環境。
提供二氧化碳(CO 2)水準感測器以測量農場內的CO 2含量。收集的資料允許主控制器或 AI系統控制CO 2罐電磁閥的打開或關閉，直到達到正確的CO 2水準。提供CO 2供應罐感測器，以確保在CO 2低於特定水準時可以重新填充CO 2。作為示例，CO 2供應裝置372安裝在天花板上，有兩個管道，一個在左邊，另一個在右邊，均勻分佈，且水平縱向連接到儲存櫃360c，儲存櫃360c中設置有CO 2供應罐。於一實施例中，通常空氣中的CO 2含量為 400 ppm。農場中的CO 2平均可以保持在 1200-1500 ppm 之內。CO 2供應罐感測器位於帶壓力錶的罐上。主控制器或AI系統可以從CO 2供應罐感測器獲取讀數並控制電磁閥從供應罐釋放當前的CO 2量。
圖4係本發明的一個實施例的水培種植裝置內部的操作。
營養液從硝化和 pH 控制的池 430 提供給植物 410。池430 與淨水池 420、CO 2罐 450、三個營養供應池 461、462、和463，以及廢水池440流體連通。於一實施例中，營養供應池461包含硝酸鉀(KNO 3)、硝酸鈣(Ca(NO 3) 2)和乙二胺四乙酸鐵(FeEDTA)。 營養供應池462包含硫酸鎂(MgSO 4)、磷酸二氫鉀(KH 2PO 4)、硫酸鋅(ZnSO 4)、硫酸錳(MnSO 4)、硫酸銅(II)( CuSO 4)、硼酸(H 3BO 3)和鉬酸鈉(Na 2MoO 4)。營養供應池463包含KNO 3、Ca(NO 3) 2和FeEDTA。
淨水池420中的水量由水位感測器426監測以確保有足夠的淨水可用。如果水位低於閾值，則水將從水源重新填充到淨水池420中。 淨水池420中的水可以經由水泵422泵入池430。
CO 2感測器收集農場內的CO 2水準並且CO 2罐450可以用電磁閥452控制以釋放期望量的CO 2以維持CO 2水準。營養液池體積感測器434收集關於在池430中剩餘多少營養液的資料。EC感測器431和pH感測器432監測EC水準和pH水準以控制營養供應池461、462和463的電磁閥，以及氣泵436。當需要時，可將所需量的營養物供應和氧氣添加到池430中。提供pH升高池437和pH降低池438並且將其與池430流體連通以調節池430中營養液的pH值。例如，當pH值低於閾值時，可將適量的溶液從pH升高池437輸入池430 以提高 pH 值。當pH值高於閾值時，將來自pH降低池438的適量溶液輸入池430以降低pH值。一旦用過的營養液不再適於再利用，它可以經由排放電磁閥442轉移到廢水池440。於一實施例中，提供氧化還原電位(ORP)感測器和傾斜角感測器。ORP感測器測量池430中營養液的ORP水準。傾斜角度感測器可以佈置在農場中的適當位置（例如在模組化儲櫃之一內）以測量水培種植裝置的傾斜角度。
可以經由主控制器來控制設備、裝置，例如閥門、泵。另外，亦可將多個感測器採集到的資料提供給主控制器，然後發送到人工智慧系統（如支援人工智慧的雲端伺服器、支援人工智慧的可擕式電子設備等）進行進一步處理。 根據處理結果生成指令併發回主控制器，用於控制相關設備、裝置等。
圖5A-5C係本發明的實施例的分別用於桶狀系統、塔狀系統、堆疊托盤系統的植物。
農場適用於各種種植方法和不同類型的植物。例如，農場內可能設置48個種植點，分佈在農場內，呈四列十四行的佈局。每個植物都有一個標識號，用於格式資料收集。人工智慧系統可以經由識別標識號來識別特定的農場和特定的植物。 人工智慧系統可以收集資料並遠端控制多個農場的種植過程。
圖5A示出適用於桶狀系統的灌木植物或垂直植物500a。於一實施例中，營養液供應管道與48個滴嘴相連，營養液直接供應給每個桶中的植物根部。每個桶都有一個植物開口。因此，每個農場允許種植 48 株植物。在桶的頂部有一個蓋子，蓋子只有一個開口，可以與一個盆配合。盆設有植物根系用作基礎的生長培養基。桶收集剩餘的營養液，然後將其排入安裝在地板下且與泵相連的營養液返回管道。另外，亦可將剩餘的營養液直接收集在傾斜的底板上並流向期望的收集地點。剩餘的營養液可以轉移到營養液池中。可以為每個桶分配一個特定的標識號以用於資料收集。
圖5B示出適用於塔狀系統的多葉植物500b。於一實施例中，營養液供應管道與48個滴嘴相連，其中營養液在塔內向下流動到達植物的根部。每個塔包括 28 個植物開口，每個農場總共有 1344 個植物開口。每個開口有一個盆和植物根系用作基礎的生長培養基。在桶的頂部有一個蓋子，上面有一個開口，可以讓塔放入桶中。桶用於收集剩餘的營養液，然後將其排入安裝在地板下的且與泵相連的營養液返回管道。剩餘的營養液可以轉移到營養液池中。每個塔式設備開口都分配有用於資料收集的特定識別號。
圖5C示出適用於堆疊托盤系統的小型蔬菜/芽/芽植物500c。為了更清楚地說明，還示出堆疊托盤系統的一部分。於一實施例中，營養液供應管道與48個滴嘴相連，其中營養液向下流動，將營養液充滿托盤，到達植物的根部。每個堆疊托盤包括五層托盤，覆蓋四個桶的區域，每個農場總共有十四個堆疊托盤。托盤可以用飼料法使用，也可以用盆個性化。四個滴水嘴向頂部托盤提供營養液，並繼續向下流向下方托盤，直到到達最低托盤。剩餘的營養液排入安裝在地板下的且與泵相連的營養液返回管道。剩餘的營養物溶液可被轉移回營養液池。每個堆疊托盤都分配有一個特定的識別號，用於資料收集。
圖6係本發明一個實施例的水培種植系統。
水培種植系統包括水培種植裝置600和雲端伺服器620。雲端伺服器620經由一個或多個網路610與水培種植裝600通信。雲端伺服器620包括存儲裝置622或記憶體和AI處理單元或AI處理器624。
水培種植裝置600建立用於種植一種或多種植物的農場，並經由多個感測器收集與種植條件相關的各種參數或資料。資料經由網路610提供給雲端伺服器620。資料可以存儲在存儲裝置622中並且由AI處理器624處理。
雲端伺服器620執行AI處理操作。AI處理操作可以包括與農場中植物的種植相關的操作。例如，雲端伺服器620可以經由對從水培種植裝置600接收的與植物的生長條件或控制相關的感測資料執行AI處理來執行諸如處理和控制信號生成之類的各種操作。此外，例如，雲端伺服器620可以經由對與包括在水培種植裝置600中的電子設備（例如主控制器）交互而獲取的資料執行AI處理來執行自主控制。
於一實施例中，雲端伺服器620是能夠學習神經網路的計算設備。 AI處理器624可以使用存儲在存儲裝置622中的程式來學習神經網路。AI處理器624可以學習用於識別與水培種植相關的資料的神經網路。用於識別與水培種植相關的資料的神經網路可以被設計為在計算設備上類比人類的大腦結構，並且可以包括具有權重並且類比人類神經網路的神經元的多個網路節點。多個網路節點可以根據每個連接關係發送和接收資料，以類比神經元的突觸活動，其中神經元經由突觸發送和接收信號。神經網路可以包括從神經網路模組發展而來的學習模組，例如深度學習模組。例如，在深度學習模組中，多個網路節點位於不同的層，可以根據卷積連接關係發送和接收資料。例如，神經網路包括各種深度學習技術，例如深度神經網路（DNN）、卷積深度神經網路（CNN）、迴圈神經網路（RNN）、受限玻爾茲曼機（RBM）、深度信念網路（DBN）和深度Q網路，並且可應用於諸如電腦視覺、語音辨識、自然語言處理、語音/信號處理等領域。
存儲裝置622可以存儲用於雲端伺服器620的操作的各種程式和資料。存儲裝置622由AI處理器624訪問並且由AI處理器622讀取/記錄/校正/刪除/更新資料等能被執行。此外，存儲裝置622可以存儲經由根據本發明的一個或多個實施例的用於資料分類/識別的學習演算法生成的神經網路模組(例如，與植物種植相關的學習模組6222)。
AI處理器624可以包括資料學習單元6242，其被實現為硬體模組、軟體模組或其組合。資料學習單元6242學習用於資料分類/識別的神經網路。資料學習單元6242可以學習關於使用什麼學習資料以及如何使用學習資料對資料進行分類和識別以便確定資料分類/識別的參考。 資料學習單元6242可以經由獲取用於學習的學習資料並將獲取的學習資料應用於深度學習模組來學習深度學習模組。
資料學習單元6242可以包括學習資料獲取單元6244和模組學習單元6246。學習資料獲取單元6244可以獲取神經網路模組對資料進行分類識別所需的學習資料。例如，學習資料獲取單元6244可以獲取要輸入到神經網路模組的植物種植資料和/或樣本資料作為學習資料。 模組學習單元6246可以使用獲取的學習資料進行學習，使得神經網路模組具有關於如何對預定資料進行分類的確定參考。模組學習單元6246可以經由監督學習、無監督學習、強化學習或使用包括誤差反向傳播或梯度下降的學習演算法來訓練神經網路模組。當學習到神經網路模組時，模組學習單元6246可以將學習到的神經網路模組存儲在存儲裝置622中。
雲端伺服器620具有雲端計算能力。於一實施例中，雲端伺服器620對大數據執行操作。 這是有利的，因為通常存在與植物種植相關的大量資料，這是普通計算能力的電腦難以處理的。
圖7係本發明的另一個實施例的水培種植系統。水培種植系統包括水培種植裝置700-1、700-2……和700-N，其中N是自然數。雲端伺服器720經由一個或多個網路710與這些水培種植裝置中的每一個通信。雲端伺服器720包括存儲裝置722或記憶體、AI處理單元或AI處理器724。
水培種植裝置700-1、700-2……和700-N中的每一個可以是水培種植裝置100、300或600的具體實施方式，並且雲端伺服器720可以是 雲端伺服器620的一個具體實施方式。雲端伺服器720與每個單獨的水培種植裝置通信、接收資料、並基於AI演算法處理資料。
隨著水培種植裝置數量的增加，需要處理的資料量將顯著增加， 這將帶來巨大的挑戰。雲端伺服器710經由採用大數據和雲端運算技術，可以具備處理與多個地方的種植相關的海量資料的能力。
於一實施例中，雲端伺服器720可以使用一個或多個特定的水培種植裝置進行資料訓練以開發機器學習演算法。於一實施例中，雲端伺服器720具有完善的學習模組並生成用於植物種植的格式資料。 藉此，格式資料可用於提高一致性的品質控制，從而使用戶（例如種植者）能夠以較少的人力和設備投資來控制位於不同位置的多個農場。
於一實施例中，水培種植系統包括用戶端設備730。用戶端設備730可以是但不限於平板電腦、筆記型電腦、智慧手機、iPad等。
用戶端設備 730 包括記憶體 732、處理器 734、顯示器 736 和水培種植應用程式 738。用戶端設備 730 可以從水培種植裝置700-1、700-2……和700-N 中的一個或多個接收資料，將接收到的資料存儲在記憶體732中，用處理器734和水培種植應用程式738處理接收到的資料，並將結果顯示在顯示器736上以供查看。
於一實施例中，用戶端設備730可以從雲端伺服器720檢索資料或處理結果並且在顯示器736上顯示檢索結果以供查看。 於一實施例中，用戶端設備730可以從雲端伺服器720檢索資料或處理結果並對接收到的資料進行進一步處理。
於一實施例中，用戶端設備730包括接收使用者輸入的使用者介面，例如鍵盤、觸控式螢幕等。 於一實施例中，用戶端設備730可以自己或回應使用者的輸入而生成指令，並將生成的指令發送到水培種植裝置700-1、700-2……和700-N中的一個或多個以控制種植條件。
於一實施例中，用戶端設備730是實施本地人工智慧學習模組的人工智慧使能設備。用戶端設備從雲端伺服器中檢索資料，並基於檢索到的資料實施本地人工智慧學習模組的訓練。
圖8係本發明的一個實施例的水培種植方法的流程圖。例如，該方法可以由系統（例如結合圖7描述的水培種植系統）執行以提高植物產量。
其中步驟802，提供一種或多種水培種植裝置。例如，水培種植裝置可以參考前述附圖描述的水培種植裝置。水培種植裝置用於建立農場以生產一種或多種植物。水培種植裝置是可擕式的，可以重新安置到合適的地方。
其中步驟804，收集與水培種植裝置中的一種或多種植物的種植條件有關的資料。這可以經由多個感測器完成，例如溫度感測器、濕度感測器、光感測器等。
其中步驟806，將收集到的資料發送到基於AI演算法處理資料的雲端伺服器。雲端伺服器是具備大數據和雲端計算能力的人工智慧使能的雲端伺服器。 雲端伺服器生成格式資料，基於開發的學習模組，可以指示多個水培農場實現一致的品質控制，同時減少人為干預。
圖9係本發明的另一個實施例的水培種植方法的流程圖。例如，該方法可以由雲端伺服器執行，例如如上所描述的雲端伺服器620、720。
其中步驟902敘述從多個農場接收與一種或多種植物的種植相關的格式資料。多個農場中的每一個都由各自的水培種植裝置建立。每個水培種植裝置都具有相同的設備（硬體和軟體）。因此，收集到的水培種植裝置的固有的資料可以是相同的。資料之間的差異主要是由物理位置特有的環境條件引起的，例如溫度、濕度、太陽強度等。以這樣的方式，接收到的資料是不受水培種植裝置本身影響的格式資料。這種格式資料收集方法實現了一致性的品質控制，從而使用戶能夠以較少的人力和設備投資來控制位於不同位置的多個農場。
其中步驟904敘述了基於AI演算法處理格式資料。資料可由具有AI演算法的人工智慧處理器處理。AI 演算法可實現與農場的智慧交互，以便在多個位置進行種植。
其中步驟906敘述了提供指令以控制農場內的硬體。根據處理結果，AI系統生成指令以控制農場中的硬體。 例如，如果確定農場中的 CO 2水準低於閾值，則 AI 系統將生成指令，使電磁閥自動打開以從 CO 2供應罐中釋放 CO 2，從而增加農場中的 CO 2水準 。
本發明中所用，術語“農場”或“種植區”是指主要由水培種植裝置建立的用於種植一種或多種植物的區域。 例如，由水培種植裝置的框架限定的內部空間可以構成農場的主要部分。 然而，農場不應被理解為僅限於該內部空間。
本發明中所用，術語“格式資料”是指從多個農場中的每一個收集的資料，其中每個農場由各自的水培種植裝置建立，並且所有水培種植裝置具有相同的設備（即硬體和軟體）。 也就是說，水培種植裝置本身的固有資料可以是相同的。 資料之間的不同主要是由農場物理位置特有的環境條件造成的。
除非另外限定，本文所使用的技術和科學術語具有作為本發明所屬領域的普通技術人員通常所理解的相同的含義。在非限定性實施例中例示了本發明的實施方式。在上述公開的實施例的基礎上，本領域技術人員能想到的各種變型，都落入本發明的範圍。
本發明在上文中已以較佳實施例揭露，然熟習本項技術者應理解的是，該實施例僅用於描繪本發明，而不應解讀為限制本發明之範圍。應注意的是，舉凡與該實施例等效之變化與置換，均應設為涵蓋於本發明之範疇內。因此，本發明之保護範圍當以申請專利範圍所界定者為準。
100:水培種植裝置 120:功能性系統 140:第一感測器 160:模組化儲櫃 162:電子設備 164:主控制器 166:介面 260:模組化儲櫃 261:第二感測器 263:氣候系統 2632:通風裝置 264:主控制器 265:灌溉系統 2651:反滲透過濾系統 2652:反滲透池 2653:淨水池 2655:雨水收集池 2656:營養供應池 2657:營養液池 2658:溫度調節裝置 2659:攪拌裝置 300:水培種植裝置 310:框架 312:內部空間 314:入口 352:太陽能板 354:營養液供應管道 356:營養液返回管道 358:雨水收集管道 360a:模組化儲櫃 360b:模組化儲櫃 360c:模組化儲櫃 370:通風管道 372:CO 2供應裝置 380:攝像機 390:LED燈 410:植物 420:淨水池 422:水泵 426:水位感測器 430:池 431:EC感測器 432:pH感測器 434:營養液池體積感測器 436:氣泵 437:pH升高池 438:pH降低池 440:廢水池 442:電磁閥 450:CO 2罐 452:電磁閥 461:營養供應池 462:營養供應池 463:營養供應池 500a:植物 500b:植物 500c:植物 600:水培種植裝置 610:網路 620:雲端伺服器 622:存儲裝置 6222:學習模組 624:AI處理器 6242:資料學習單元 6244:學習資料獲取單元 6246:模組學習單元 700-1:水培種植裝置 700-2:水培種植裝置 700-N:水培種植裝置 710:網路 720:雲端伺服器 722:存儲裝置 724:AI處理器 730:用戶端設備 732:記憶體 734:處理器 736:顯示器 738:水培種植應用程式 802~806:步驟 902~906:步驟
圖1係本發明的一個實施例的水培種植裝置。 圖2係本發明的一個實施例的模組化儲櫃。 圖3A係本發明的另一個實施例的水培種植裝置。 圖3B係圖3A中所示的水培種植裝置的內部佈置。 圖4係本發明的一個實施例的水培種植裝置內部的操作。 圖5A係本發明的一個實施例的用於桶狀系統的植物。 圖5B係本發明的一個實施例的用於塔狀系統的植物。 圖5C係本發明的一個實施例的用於堆疊托盤系統的植物。 圖6係本發明一個實施例的水培種植系統。 圖7係本發明的另一個實施例的水培種植系統。 圖8係本發明的一個實施例的水培種植方法的流程圖。 圖9係本發明的另一個實施例的水培種植方法的流程圖。
300:水培種植裝置
310:框架
312:內部空間
314:入口
352:太陽能板
354:營養液供應管道
356:營養液返回管道
358:雨水收集管道
360a:模組化儲櫃
360b:模組化儲櫃
360c:模組化儲櫃
370:通風管道

Claims (20)

  1. 一種水培種植裝置，其包含： 框架，其配置成限定用於種植一種或多種植物的內部空間； 多個功能性系統，其配置成促進一種或多種植物的種植； 多個第一感測器，其配置成監測與一種或多種植物的種植相關聯的條件；以及 一個或多個模組化儲櫃，其可拆卸地附連到該框架並且包括電子設備，該電子設備預先組裝在該模組化儲櫃中並且配置成與該等第一感測器和該等功能性系統中的一個或多個通信，該模組化儲櫃包括預先設置的介面，該介面配置成與該等功性能系統中的一個或多個對接，該電子設備包括主控制器，該主控制器配置成從該等第一感測器收集資料並且提供與控制該等功能性系統有關的指令。
  2. 如請求項1所述之水培種植裝置，其中該主控制器進一步配置成與外部電子系統通信，並且其中該主控制器將所收集的資料傳送至該外部電子系統進行處理，並且基於該外部電子系統的處理結果提供與控制該等功能性系統有關的指令。
  3. 如請求項1所述之水培種植裝置，其中該模組化儲櫃包括多個第二感測器，該等第二感測器配置成檢測與一種或多種植物的種植相關聯的其他條件。
  4. 如請求項1所述之水培種植裝置，其中該模組化儲櫃包括氣候系統和灌溉系統，該氣候系統組態成調節該內部空間的環境條件，該灌溉系統組態成將流體營養提供給一種或多種植物。
  5. 如請求項4所述之水培種植裝置，其中該氣候系統包括通風裝置和感測裝置，該通風裝置配置成調節該內部空間的溫度和濕度，該感測裝置配置成收集溫度和濕度資料並且將溫度和濕度資料提供給該主控制器。
  6. 如請求項4所述之水培種植裝置，其中該灌溉系統包括用於對從水源接收到的水進行過濾的反滲透過濾系統、用於對從該反滲透過濾系統接收到的水進行儲存的反滲透池、以及用於對從該反滲透池接收到的水進行儲存的淨水池。
  7. 如請求項6所述之水培種植裝置，其中該灌溉系統包括設置在該淨水池中的體積感測器和溫度感測器，該溫度感測器配置成監控該淨水池中的水的溫度，該體積感測器配置成監控該淨水池中的水的體積。
  8. 如請求項6所述之水培種植裝置，其中該灌溉系統至少包括雨水收集池和海水淡化反滲透系統其中之一，該雨水收集池配置成經由附連到該水培種植裝置的框架的一個或多個雨水收集管道來收集雨水，該海水淡化反滲透系統將海水轉化為適於灌溉植物的水。
  9. 如請求項4所述之水培種植裝置，其中該灌溉系統包括：用於供應營養的營養供應池；連接到該營養供應池並且用於製備營養液的營養液池；用於監控與營養液相關的參數的多個感測裝置；用於改變營養液的溫度的溫度調節裝置；用於攪拌營養液的攪拌裝置；以及與該營養液池流體連通的一個或多個pH調節池，用於調節該營養液池的營養液的pH水準。
  10. 如請求項9所述之水培種植裝置，其中更進一步包括：營養液輸送裝置，配置成將營養液從該營養液池輸送至一種或多種植物；以及營養液返回裝置；配置成將未使用的營養液返回至該營養液池。
  11. 如請求項1所述之水培種植裝置，其中該等功能性系統包括多個照明裝置，並且該等第一感測器包括光感測器，用於收集與該等照明裝置相關聯的照明資訊，該等第一照明裝置中的至少一個或多個附連到該水培種植裝置的內壁，該等第二照明裝置中的至少一個或多個附連到該水培種植裝置的天花板。
  12. 如請求項1所述之水培種植裝置，其中該等功能性系統包括能量收集裝置，該能量收集裝置包括太陽能裝置、風力渦輪機和氫燃料電池中的至少一種，以及當該能量收集裝置包括太陽能裝置時，該模組化儲櫃中的該電子設備包括系統平衡和感測裝置，用於促進從該太陽能裝置收集的太陽能的管理。
  13. 如請求項1所述之水培種植裝置，其中該等功能性系統包括用於收集視覺資訊並將該視覺資訊傳送至該主控制器的一個或多個視頻捕獲裝置。
  14. 如請求項1所述之水培種植裝置，其中更進一步包括用於種植一種或多種植物的桶狀系統、塔狀系統或堆疊托盤系統。
  15. 如請求項1所述之水培種植裝置，其中該等功能性系統包括從雄性植物收集花粉並轉移花粉以對雌性植物進行授粉的授粉裝置。
  16. 一種用於植物生產的水培種植系統，其包括： 用於種植一種或多種植物的至少一個水培種植裝置，每個水培種植裝置包括一個或多個模組化儲櫃，該模組化儲櫃可拆卸地安裝在相應的水培種植裝置的內部空間中； 一個或多個網路；以及 雲端伺服器，其經由該網路與至少一個水培種植裝置通信，該雲端伺服器包括用於存儲接收自至少一個水培種植裝置的資料的存儲裝置和基於人工智慧演算法對該資料進行處理以得到處理結果的人工智慧處理器，該雲端伺服器配置成基於該處理結果生成指令並且將該指令提供給至少一個水培種植裝置，以用於控制一種或多種植物的種植。
  17. 如請求項16所述之水培種植系統，其中該存儲裝置存儲經由學習演算法生成的學習模組，並且其中該人工智慧處理器包括學習資料獲取單元，該學習資料獲取單元學習神經網路以進行與在至少一個水培種植裝置中種植一種或多種植物相關的資料分類和識別。
  18. 如請求項16所述之水培種植系統，其中該更進一步包括經由該網路與該雲端伺服器通信的用戶端設備，其中該用戶端設備包括能夠遠端控制至少一個水培種植裝置的水培種植應用程式。
  19. 如請求項16所述之水培種植系統，其中至少一個水培種植裝置包括兩個或更多個水培種植裝置，每個水培種植裝置與唯一標識號相關聯，其中該雲端伺服器經由每個水培種植裝置的唯一標識號來識別相應的水培種植裝置。
  20. 如請求項19所述之水培種植系統，其中兩個或更多個水培種植裝置中的每一個包括相同的硬體和軟體，並且其中該雲端伺服器接收促進在該兩個或更多個水培種植裝置中種植的格式資料。
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