TWI678145B - 可移動式綠能菇類栽培系統 - Google Patents

Abstract

一種可移動式綠能菇類栽培系統，可有效利用太陽能發電、風力發電、 太陽能儲熱與地熱儲熱等再生能源，並可快速搬移至環境再生能源豐富之地區，方便就近利用太陽能、風力、地熱等再生能源。為了節省菇類栽培管理成本以及提高栽培自動化程度，菇類栽培環控排程可由智慧型雲端菇類栽培管理系統傳至可移動式綠能菇類栽培廠中來進行栽培環控。綠能發電與儲能管理系統利用人工智慧技術來提高再生能源利用效能。菇類栽培環控系統亦利用人工智慧技術來調配各種再生能源的利用方式，達到有效控制綠能菇類栽培廠菇類生長環境最佳化的目地。

Description

可移動式綠能菇類栽培系統

本發明係有關於一種菇類栽培系統，尤指一種可移動且有效利用再生能源的菇類栽培系統。

現有之靈芝與菇類栽培方式主要以太空包為培養介質，在人工控制或傳統自動環境控制之栽培廠進行培育。以人工控制的靈芝與菇類栽培廠須視天候狀況調整通風、濕度與溫度控制，需耗費大量人工與資源且效率低落。而以自動環境控制之靈芝與菇類栽培廠，雖有自動化環境控制設備，但各種感測器與控制器並不是以物聯網的架構所建立，明顯欠缺擴展性、生產彈性與可控制性。且習知技術不具備智慧型雲端栽培管理系統，無法將栽培專業知識透過自動控制的方式進行靈芝與菇類管理。此外，由於國內電力能源嚴重匱乏，因此如何利用綠能並節約能源來進行菇類的培育亦為目前重要的課題。

為了解決上述之缺憾，本發明提出一種可移動式綠能菇類栽培系統，其包括智慧型菇類栽培環控系統、空氣加濕器、空氣熱交換循環系統、智慧型綠能發電與儲熱管理系統、智慧型雲端菇類栽培管理系統以及人工 智慧控制系統。智慧型菇類栽培環控系統是用以監控可移動式綠能菇類栽培廠內部的溫度、濕度以及二氧化碳濃度。空氣加濕器是用以增加可移動式綠能菇類栽培廠內部的空氣濕度。空氣熱交換循環系統是用以將可移動式綠能菇類栽培廠的內部空氣排出，並將外部空氣送入可移動式綠能菇類栽培廠內部。智慧型綠能發電與儲熱管理系統是用以將再生能源轉換為電能或熱能。智慧型雲端菇類栽培管理系統是用以傳送菇類栽培環控排程。以及人工智慧控制系統，與智慧型菇類栽培環控系統、空氣加濕器、空氣熱交換循環系統以及智慧型綠能發電與儲熱管理系統電連接，人工智慧控制系統以無線通訊的方式接收菇類栽培環控排程，人工智慧控制系統完成深度學習的訓練後，根據接收的菇類栽培環控排程、智慧型菇類栽培環控系統的監測結果以及外部環境數據來控制智慧型綠能發電與儲熱管理系統、空氣熱交換循環系統以及空氣加濕器。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例並配合所附圖式做詳細說明如下。

100‧‧‧可移動式綠能菇類栽培廠

110‧‧‧人工智慧控制系統

111‧‧‧人工智慧綠能控制裝置

112‧‧‧人工智慧環控裝置

120‧‧‧智慧型菇類栽培環控系統

121‧‧‧濕度感測器

122‧‧‧二氧化碳濃度感測器

123‧‧‧溫度感測器

130‧‧‧空氣熱交換循環系統

140‧‧‧空氣加濕器

200‧‧‧智慧型綠能發電與儲熱管理系統

210‧‧‧風力發電裝置

220‧‧‧太陽能發電裝置

221‧‧‧太陽能板

230‧‧‧地熱交換系統

231‧‧‧地熱交換裝置

232‧‧‧儲水槽

233‧‧‧水溫控制裝置

300‧‧‧智慧型雲端菇類栽培管理系統

圖1為本發明之可移動式綠能菇類栽培系統實施例示意圖。

圖2為本發明之可移動式綠能菇類栽培廠實施例示意圖。

圖3A為本發明之人工智慧綠能控制裝置神經網路模型實施例一示意圖。

圖3B為本發明之人工智慧環控裝置神經網路模型實施例二示意圖。

圖4為本發明之太陽能板配置實施例示意圖。

請參考圖1，圖1為本發明之可移動式綠能菇類栽培系統實施例，在此實施例中，可移動式綠能菇類栽培系統包括可移動式綠能菇類栽培廠100、智慧型綠能發電與儲熱管理系統200以及智慧型雲端菇類栽培管理系統300。可移動式綠能菇類栽培廠100可快速搬運至具有豐富再生能源的環境，以就近利用再生能源來提供可移動式綠能菇類栽培廠100所需能源。智慧型雲端菇類栽培管理系統300是用以提供菇類栽培環控排程至可移動式綠能菇類栽培廠100，智慧型雲端菇類栽培管理系統300例如為雲端伺服器，但不以此為限。且智慧型雲端菇類栽培管理系統300是以行動通訊技術(2G、3G、4G以及GPRS)、無線區域網路(WiFi)或乙太網路(Ethernet)等無線通訊的方式將菇類栽培環控排程傳送至可移動式綠能菇類栽培廠100。智慧型綠能發電與儲熱管理系統200是用以將太陽能、風力或地熱等再生能源轉換為電能或熱能，並提供給可移動式綠能菇類栽培廠100。以下將進一步的說明本發明之可移動式綠能菇類栽培系統。

請參閱圖2，可移動式綠能菇類栽培廠100進一步配置有人工智慧控制系統110、智慧型菇類栽培環控系統120、空氣熱交換循環系統130以及空氣加濕器140。人工智慧控制系統110包括人工智慧綠能控制裝置111以及人工智慧環控裝置112，人工智慧綠能控制裝置111以及人工智慧環控裝置112例如為電腦主機或筆記型電腦等具有無線通訊功能且可進行運算之電子裝置。人工智慧控制系統110與智慧型菇類栽培環控系統120、空氣加濕器140、空氣熱交換循環系統130以及智慧型綠能發電與儲熱管理系統200電連接，例如以物聯網的方式彼此電連接。人工智慧控制系統110以無線通訊的方式接收菇類栽培環控排程，且人工智慧控制系統110完成深度學習的訓練後，會根據接收的菇類栽培環控排程、智慧型菇類栽培環控系統120的監測結果以及外部環境數據來控制智慧型綠能發電與儲熱管理系統 200、空氣熱交換循環系統130以及空氣加濕器140。其中，外部環境數據例如為可移動式綠能菇類栽培廠100外部的環境溫度、環境風力以及環境地熱水溫。

智慧型菇類栽培環控系統120包括濕度感測器121、二氧化碳濃度感測器122以及溫度感測器123，但不以此為限。濕度感測器121是用以感測可移動式綠能菇類栽培廠100內部濕度並產生對應的濕度感測值，濕度感測值的單位例如為百分比(Percentage,%)，濕度感測值並會回傳至人工智慧控制系統110。二氧化碳濃度感測器122是用以感測可移動式綠能菇類栽培廠100內部二氧化碳濃度並產生二氧化碳濃度感測值，二氧化碳濃度感測值之單位例如為百萬分率(parts per million,ppm)，二氧化碳濃度感測值並會回傳至人工智慧控制系統110。溫度感測器123是用以感測可移動式綠能菇類栽培廠100內部溫度並產生溫度感測值，溫度感測值的單位例如為攝氏(Celcius,℃)，溫度感測值會回傳至人工智慧控制系統110。

空氣熱交換循環系統130是用以將可移動式綠能菇類栽培廠100的內部空氣排出，並將外部的新鮮空氣送入可移動式綠能菇類栽培廠100內部。空氣加濕器140是用以噴灑水霧至可移動式綠能菇類栽培廠100的內部，以增加可移動式綠能菇類栽培廠100內部的空氣濕度。

智慧型綠能發電與儲熱管理系統200包括風力發電裝置210、太陽能發電裝置220以及地熱交換系統230。風力發電裝置210是用以藉由空氣流動帶動風力機以產生電能，電能並用以做為人工智慧控制系統110、智慧型菇類栽培環控系統120、空氣加濕器140以及空氣熱交換循環系統130之電力來源。太陽能發電裝置220是用以藉由太陽光照射產生熱能，電能並用以做為人工智慧控制系統110、智慧型菇類栽培環控系統120、空氣加濕器140以及空氣熱交換循環系統130之電力來源。地熱交換系統230是用以取用地 殼的熱能或將熱能傳送至地表以進行冷卻，地熱交換系統230並藉由熱能提升可移動式綠能菇類栽培廠100內部的空氣溫度。地熱交換系統230更包括地熱交換裝置231、儲水槽232以及水溫控制裝置233。地熱交換裝置231用以將從地殼取得的熱能儲存至儲水槽232或將儲水槽232的熱能傳送至地表以進行冷卻。水溫控制裝置233則是用以監控儲水槽232的水溫並用以決定是否對儲水槽232進行加溫或冷卻。

以下進一步說明本發明之運作方法。人工智慧綠能控制裝置111需先進行深度學習的訓練後，方可自動的根據菇類栽培環控排程、智慧型菇類栽培環控系統120的監測結果以及外部環境數據來控制該智慧型綠能發電與儲熱管理系統。因此人工智慧綠能控制裝置111首先運作於訓練階段，在訓練階段時，人工智慧綠能控制裝置111配合系統使用者的監控並根據外部環境數據、儲水槽232之水溫、溫度感測值以及菇類栽培環控排程決定出智慧型綠能發電與儲熱管理系統的控制規則，即風力發電裝置210、太陽能發電裝置220以及地熱交換系統230的開啟或關閉。人工智慧綠能控制裝置111並即時收集環境控制參數進行深度學習的訓練，如圖3A所示，人工智慧綠能控制裝置111藉由神經網路模型的計算方式決定出智慧型綠能發電與儲熱管理系統的控制規則，並持續藉由收集的環境控制參數優化智慧型綠能發電與儲熱管理系統的控制規則。因此當人工智慧綠能控制裝置111完成訓練且人工智慧綠能控制裝置111於運作階段時，人工智慧綠能控制裝置111可根據外部環境數據、儲水槽232之水溫、溫度感測值以及菇類栽培環控排程來自動決定出當前最適當的智慧型綠能發電與儲熱管理系統200的控制規則。

同樣的，人工智慧環控裝置112也需先進行深度學習的訓練後，方可自動的根據菇類栽培環控排程以及智慧型菇類栽培環控系統120的監測 結果來控制空氣熱交換循環系統130、空氣加濕器140以及智慧型綠能發電與儲熱管理系統200。人工智慧環控裝置112首先運作於訓練階段，人工智慧環控裝置112配合系統使用者的監控並根據濕度感測值、二氧化碳濃度感測值、溫度感測值以及菇類栽培環控排程決定出空氣熱交換循環系統130、空氣加濕器140以及水溫控制裝置233的控制規則。人工智慧環控裝置112並即時收集環境控制參數進行深度學習的訓練，如圖3B所示，人工智慧環控裝置112藉由神經網路模型的計算方式決定出空氣熱交換循環系統130、空氣加濕器140以及水溫控制裝置233的控制規則，並持續藉由收集的環境控制參數，得到優化的控制規則。因此當人工智慧環控裝置112完成訓練且人工智慧環控裝置112操作於運作階段時，人工智慧環控裝置112可根據濕度感測值、二氧化碳濃度感測值、溫度感測值以及菇類栽培環控排程來自動決定出空氣熱交換循環系統130、空氣加濕器140以及水溫控制裝置233最適當的控制規則。

上述的控制規則例如為當二氧化碳濃度感測值高於二氧化碳濃度門檻值時，人工智慧環控裝置112啟動空氣熱交換循環系統130，空氣熱交換循環系統130將可移動式綠能菇類栽培廠100的內部空氣排出，並將外部空氣送入可移動式綠能菇類栽培廠100內部。當外部空氣為低溫時，空氣熱交換循環系統130會同時回收可移動式綠能菇類栽培廠100內部空氣熱能，當外部空氣為高溫時，空氣熱交換循環系統130則以可移動式綠能菇類栽培廠100的內部空氣冷卻外部空氣。

上述的控制規則例如為當溫度感測值高於菇類栽培環控排程中所選定的溫度設定值時，人工智慧環控裝置112啟動空氣熱交換循環系統130以及水溫控制裝置233，水溫控制裝置233使地熱交換裝置231冷卻儲水槽232，空氣熱交換循環系統130將可移動式綠能菇類栽培廠100的內部空氣排 出並吸入外部空氣，空氣熱交換循環系統130並將外部空氣經過儲水槽232進行冷卻，冷卻後的外部空氣再送入可移動式綠能菇類栽培廠100的內部。

上述的控制規則例如為當濕度感測值高於菇類栽培環控排程所選定的濕度設定值時，人工智慧環控裝置112啟動空氣熱交換循環系統130並將可移動式綠能菇類栽培廠100的內部空氣排出，以降低可移動式綠能菇類栽培廠100內部的濕度。

上述控制規則例如為當濕度感測值低於菇類栽培環控排程所選定的濕度設定值時，人工智慧環控裝置啟動空氣加濕器140，空氣加濕器140將儲水槽232的水進行霧化並噴灑於可移動式綠能菇類栽培廠100內部，以增加可移動式綠能菇類栽培廠100內部的濕度。

請參考圖4，太陽能發電裝置220的太陽能板221更可配置於可移動式綠能菇類栽培廠100的外部，因此太陽能發電裝置220除了可有效進行發電外，更增加了隔熱的功能。此外，可移動式綠能菇類栽培廠100的內部亦可配置隔熱層，減少外部環境對可移動式綠能菇類栽培廠100內部的影響。

綜以上所述，由於本發明之可移動式綠能菇類栽培系統中的不同感測器或裝置可以物聯網的方式與人工智慧控制系統110電連接，因此感測器或裝置可不被空間限制而彈性的配置並即時由人工智慧控制系統110監控，具有較佳的控制性。此外本發明之可移動式綠能菇類栽培系統可藉由智慧型雲端菇類栽培管理系統提供菇類栽培環控排程，栽培的相關專業知識可透過自動化控制的方式對菇類進行管理。又本發明之可移動式綠能菇類栽培系統以再生能源為主要能源來源，更可達到環保以及節約能源的目地。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技術者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後付之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (16)

1. 一種可移動式綠能菇類栽培系統，其包括：一智慧型綠能發電與儲熱管理系統，是用以將一再生能源轉換為電能或熱能；一智慧型雲端菇類栽培管理系統，用以傳送一菇類栽培環控排程；以及一可移動式綠能菇類栽培廠，可被快速搬運至具有該再生能源的環境，該可移動式綠能菇類栽培廠配置有一人工智慧控制系統、一智慧型菇類栽培環控系統、一空氣加濕器及一空氣熱交換循環系統，其中，該智慧型菇類栽培環控系統，用以監控該可移動式綠能菇類栽培廠內部的溫度、濕度以及二氧化碳濃度；該空氣加濕器，用以增加該可移動式綠能菇類栽培廠內部的空氣濕度；該空氣熱交換循環系統，用以將該可移動式綠能菇類栽培廠的內部空氣排出，並將外部空氣送入該可移動式綠能菇類栽培廠內部；以及該人工智慧控制系統，與該智慧型菇類栽培環控系統、該空氣加濕器、該空氣熱交換循環系統以及該智慧型綠能發電與儲熱管理系統電連接，該人工智慧控制系統以無線通訊的方式接收該菇類栽培環控排程，該人工智慧控制系統完成深度學習的訓練後，根據接收的該菇類栽培環控排程、該智慧型菇類栽培環控系統的監測結果以及外部環境數據來控制該智慧型綠能發電與儲熱管理系統、該空氣熱交換循環系統以及該空氣加濕器，其中，該人工智慧控制系統於深度學習的訓練時，藉由一神經網路模型的計算方式決定該智慧型綠能發電與儲熱管理系統、該空氣熱交換循環系統及該空氣加濕器的控制規則。
2. 如請求項1所述的可移動式綠能菇類栽培系統，其中，該無線通訊為行動通訊技術、無線區域網路或乙太網路。
3. 如請求項1所述的可移動式綠能菇類栽培系統，其中，該外部環境數據包括該可移動式綠能菇類栽培廠外部的一環境溫度、一環境風力以及一環境地熱水溫。
4. 如請求項1所述的可移動式綠能菇類栽培系統，其中，該智慧型菇類栽培環控系統包括：一濕度感測器，用以感測濕度並產生一濕度感測值；一二氧化碳濃度感測器，用以感測二氧化碳濃度並產生一二氧化碳濃度感測值；以及一溫度感測器，用以感測溫度並產生一溫度感測值。
5. 如請求項4所述的可移動式綠能菇類栽培系統，其中，該智慧型綠能發電與儲熱管理系統包括一風力發電裝置、一太陽能發電裝置以及一地熱交換系統。
6. 如請求項5所述的可移動式綠能菇類栽培系統，其中，該太陽能發電裝置配置於該可移動式綠能菇類栽培廠的外部。
7. 如請求項5所述的可移動式綠能菇類栽培系統，其中，該地熱交換系統包括一地熱交換裝置、一儲水槽以及一水溫控制裝置，該地熱交換裝置用以將熱能儲存至該儲水槽，該水溫控制裝置用以調控該儲水槽之水溫。
8. 如請求項7所述的可移動式綠能菇類栽培系統，其中，該人工智慧控制系統包括一人工智慧綠能控制裝置以及一人工智慧環控裝置。
9. 如請求項8所述的可移動式綠能菇類栽培系統，其中，該人工智慧綠能控制裝置以及該人工智慧環控裝置為電腦主機或筆記型電腦。
10. 如請求項8所述的可移動式綠能菇類栽培系統，其中，該人工智慧綠能控制裝置於一訓練階段時，該人工智慧綠能控制裝置根據該外部環境數據、該儲水槽之水溫、該溫度感測值以及該菇類栽培環控排程決定出該智慧型綠能發電與儲熱管理系統的控制規則，並即時收集環境控制參數進行深度學習的訓練，該人工智慧綠能控制裝置於一運作階段時，該人工智慧綠能控制裝置根據該外部環境數據、該儲水槽之水溫、該溫度感測值以及該菇類栽培環控排程來自動決定出該智慧型綠能發電與儲熱管理系統的控制規則。
11. 如請求項8所述的可移動式綠能菇類栽培系統，其中，該人工智慧環控裝置於一訓練階段時，該人工智慧環控裝置根據該濕度感測值、該二氧化碳濃度感測值、該溫度感測值以及該菇類栽培環控排程決定該空氣熱交換循環系統、該空氣加濕器以及該水溫控制裝置的控制規則，並即時收集環境控制參數進行深度學習的訓練，該人工智慧環控裝置於一運作階段時，該人工智慧環控裝置根據該濕度感測值、該二氧化碳濃度感測值、該溫度感測值以及該菇類栽培環控排程自動決定該空氣熱交換循環系統、該空氣加濕器以及該水溫控制裝置的控制規則。
12. 如請求項11所述的可移動式綠能菇類栽培系統，其中，所述控制規則為當該二氧化碳濃度感測值高於一二氧化碳濃度門檻值，該人工智慧環控裝置啟動該空氣熱交換循環系統，該空氣熱交換循環系統將該可移動式綠能菇類栽培廠的內部空氣排出，並將外部空氣送入該可移動式綠能菇類栽培廠內部，當外部空氣為低溫時，該空氣熱交換循環系統回收內部空氣熱能，當外部空氣為高溫時，該空氣熱交換循環系統以內部空氣冷卻外部空氣。
13. 如請求項11所述的可移動式綠能菇類栽培系統，其中，所述控制規則為當該溫度感測值高於該菇類栽培環控排程的一溫度設定值時，該人工智慧環控裝置啟動該空氣熱交換循環系統以及該水溫控制裝置，該水溫控制裝置使該地熱交換裝置冷卻該儲水槽，該空氣熱交換循環系統將內部空氣排出並吸入外部空氣，外部空氣經過該儲水槽冷卻後送入該可移動式綠能菇類栽培廠內部。
14. 如請求項11所述的可移動式綠能菇類栽培系統，其中，所述控制規則為當該溫度感測值低於該菇類栽培環控排程的一溫度設定值時，該人工智慧環控裝置啟動該空氣熱交換循環系統以及該水溫控制裝置，該水溫控制裝置使該地熱交換裝置加溫該儲水槽，該空氣熱交換循環系統將內部空氣排出並吸入外部空氣，外部空氣經過該儲水槽加溫後送入該可移動式綠能菇類栽培廠內部。
15. 如請求項11所述的可移動式綠能菇類栽培系統，其中，所述控制規則為當該濕度感測值高於該菇類栽培環控排程的一濕度設定值時，該人工智慧環控裝置啟動該空氣熱交換循環系統並將內部空氣排出。
16. 如請求項11所述的可移動式綠能菇類栽培系統，其中，所述控制規則為當該濕度感測值低於該菇類栽培環控排程的一濕度設定值時，該人工智慧環控裝置啟動該空氣加濕器，將該儲水槽的水進行霧化並噴灑於可移動式綠能菇類栽培廠內部。