TWI678962B - 智慧水耕栽培控制系統 - Google Patents

Abstract

一種智慧水耕栽培控制系統，包含一培養單元，及一調節單元。該培養單元盛裝有營養液且栽種有至少一種植栽。該調節單元包括一控制模組、至少一電連接該控制模組的感測模組，及複數由該控制模組所控制的調控模組。所述調控模組分別儲存有不同的調節液，該感測模組是用以偵測該培養單元之營養液的營養條件，並回饋至該控制模組，該控制模組再控制所述調控模組中的一個或多個，將調節液注入該培養單元，以維持或改變營養液的營養條件。藉此，可以自動量測並調節植栽之培養液的營養條件，能有效減少生產成本並提升產量。

Description

智慧水耕栽培控制系統

本發明是有關於一種栽培系統，特別是指一種智慧水耕栽培控制系統。

水培是一種不使用土壤種植植物的技術，藉由合適肥料與水的混合來提供植物生長的所需，因此水培又稱無土栽培，水培有以下幾個優點：

一、以有限的種植面積換取最大的收成效益，與土培比較水培可以採取層層堆疊，也就是種植面積是土培的好幾倍，主要的是可以擺脫傳統農業所必需的農田地面。

二、水耕栽培的植物生長較迅速這也是水培的最大優點，而且植物的成長較為均等，較無參差不齊的成長現象，有利於生產者一次性的採收與下次的播種，主要是合適植物的營養液配方，也就是說營養液與植物的是直接根接觸的，中間沒有土壤介質的阻礙，使植物充分吸收養分，因此中間少了土壤轉換在吸收，植物的生長就迅速多了。

三、水培種植的病原菌較少，但這並不表示水培植物不會有病蟲害，也不表示水培植物不必噴灑農藥，因大部分的水培主要種植在溫室或室內(植物工廠)，因此較無於土地與環境汙染等問題。

四、基於前幾項優點水培具有高穩定性的生產與高經濟價值，因此有許多人傳統農業也紛紛投入水培種植，也相當適合在農業知識和人才方面有限的 人與可在空間狹隘的地方做垂直種植，例如建築物的頂樓或高層的小空間陽台等城市建築物和小型辦公室空間內。

水培儘管有許多不同的方法，但掌握生長條件和植物狀況的知識、收穫和組織準備是至關重要的。水培植物成長關鍵圍繞在如何平衡營養液，怎樣才能符合植物所需，以使植物穩定的成長。目前大部分的水培營養液的調製仍然維持傳統方式，每日或每周進行採人工測量營養液的營養條件，再計算所需的調節計量進行調節以滿足植物所需，因此，當生產者發生計算上的錯誤時，而調錯計量時，會導致整個區域的水培植物的死亡，這將嚴重損害到生產者的正常生產。再來就是生產者必須每天拿著測量儀器，測量與計算調節液，觀察營養液的變化情況，而非自動化的調節與控制調節液，對於每天手動測量營養液與調節營養液的生產者來說這是相當費時費力的一件工作。

因此，本發明之目的，即在提供一種能自動判別並進行調節的智慧水耕栽培控制系統。

本發明智慧水耕栽培控制系統，包含一培養單元，及一調節單元。該培養單元盛裝有營養液且栽種有至少一種植栽。該調節單元包括一控制模組、至少一電連接該控制模組的感測模組，及複數由該控制模組所控制的調控模組，所述調控模組分別儲存有不同的調節液，該感測模組是用以偵測該培養單元之營養液的營養條件，並回饋至該控制模組，該控制模組再依據該感測模組所回饋的內容，控制所述調控模組中的一個或多個，將其內含的調節液注入該培養單元，以維持或改變營養液的營養條件。

本發明的另一技術手段，是在於該培養單元包括一培育箱，及一連通該培育箱且儲放有營養液的儲存槽，營養液是能於該培養箱與該儲存槽之間循環流通。

本發明的又一技術手段，是在於該控制模組具有一時間資料庫，該控制模組會依據該時間資料庫中所述植栽的成長週數，控制所述調控模組中的一個或多個，將其內含的調節液注入該培養單元，以維持或改變營養液的營養條件。

本發明的再一技術手段，是在於該調節單元還包括一電連接該控制模組的攝影模組，而該控制模組具有一影像資料庫，該攝影模組是拍攝所述植栽的成長過程並擷取影像回饋至該控制模組，該控制模組會將所擷取的影像與該影像資料庫進行比對來判斷所述植栽的成長情形，並據此控制所述調控模組中的一個或多個，將其內含的調節液注入該培養單元，以維持或改變營養液的營養條件。

本發明的另一技術手段，是在於該感測模組是至少偵測該培養單元之營養液的酸鹼值與導電度。

本發明的又一技術手段，是在於所述調控模組分別儲存的調節液至少包括酸性調節液、鹼性調節液、高導電度調節液，及水。

本發明的再一技術手段，是在於每一調控模組具有一用以儲存調節液的容器，及一受該控制模組控制而能將調節液輸送至該培養單元的輸送管道。

本發明的另一技術手段，是在於該培養單元還包括一用以照射該培育箱的生長光源。

本發明的又一技術手段，是在於該培養單元還包括一用以照射該儲存槽內之營養液的殺菌光源。

本發明的再一技術手段，是在於該調節單 元還包括一電連接該控制模組的顯示模組。

本發明之有益功效在於，藉由上述架構設計，可以自動量測並調節植栽之培養液的營養條件，能有效減少生產成本並提升產量。

2‧‧‧培養單元

20‧‧‧空氣幫浦

21‧‧‧培育箱

22‧‧‧儲存槽

23‧‧‧生長光源

24‧‧‧殺菌光源

3‧‧‧調節單元

31‧‧‧控制模組

32‧‧‧感測模組

33‧‧‧顯示模組

34‧‧‧調控模組

341‧‧‧容器

342‧‧‧輸送管道

35‧‧‧攝影模組

圖1是一系統架構圖，說明本發明智慧水耕栽培控制系統的一第一較佳實施例；及圖2是一系統架構圖，說明本發明智慧水耕栽培控制系統的一第二較佳實施例。

有關本發明之相關申請專利特色與技術內容，在以下配合參考圖式之較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。在進行詳細說明前應注意的是，類似的元件是以相同的編號來作表示。

參閱圖1，為本發明智慧水耕栽培控制系統的一第一較佳實施例，其包含一培養單元2，及一調節單元3。

該培養單元2盛裝有營養液且栽種有至少一種植栽。於本較佳實施例中，該培養單元2包括一培育箱21，及一連通該培育箱21且儲放有營養液的儲存槽22，營養液是能於該培育箱21與該儲存槽22之間循環流通。要說明的是，營養液是透過幫浦的抽送而而於該培養箱與該儲存槽22之間循環，但不以此為限。另外，於實際實施時，也可以將多個培育箱21串接連通，不以本實施例所揭露者為限。再者，若該培育箱21為封閉式設計，也可以再增設一空氣幫浦20，以將外界空氣送入該培育箱21內。

該調節單元3包括一控制模組31、一電 連接該控制模組31的感測模組32、一電連接該控制模組31的顯示模組33，及複數由該控制模組31所控制的調控模組34，所述調控模組34分別儲存有不同的調節液。

該感測模組32是用以偵測該儲存槽22之營養液的營養條件，並回饋至該控制模組31，該控制模組31再依據該感測模組32所回饋的內容，控制所述調控模組34中的一個或多個，將其內含的調節液注入該儲存槽22，以維持或改變營養液的營養條件。該感測模組32是至少偵測該儲存槽22之營養液的酸鹼值與導電度。

每一調控模組34具有一用以儲存調節液的容器341，及一受該控制模組31控制而能將調節液輸送至該培養單元2的輸送管道342。於本實施例中提供了四個調控模組34，而所述調控模組34的容器341分別儲存的調節液為酸性調節液、鹼性調節液、高導電度調節液，及水。

該感測模組32是伸置於該儲存槽22內用以偵測該儲存槽22內之營養液的營養條件，並回饋至該控制模組31。由於營養液是持續於該培育箱21與該儲存槽22之間循環流通，因此該感測模組32於該儲存槽22所偵測到的營養條件，就等於是該培育箱21內之營養液的營養條件。其中，該控制模組31具有一時間資料庫，該控制模組31會依據該感測模組32所回饋的內容，並與該時間資料庫中儲存的所述植栽的成長週數進行比對，接著再控制所述調控模組34中的一個或多個，將其內含的調節液注入該培養單元2，以維持或改變營養液的營養條件。也就是說，隨著植栽成長週數的不同，所需要的營養條件也會跟著改變，因此營養液中所含的營養條件並非一直不變，而是會依據植栽的成長狀 況進行調節。

於本實施例中，是先進行種子的發芽以利於後續移植至該培育箱21中。首先，是使用專用的植物培育綿，將種子放入培育海綿的開口中但不必放的很深以免壓迫種子的發芽，並以清水浸濕海綿與種子。本實施例使用的種子為萵苣，在種子發芽之前必須每天保持海綿的濕度，直到種子發芽後並長成數公分的幼苗，再將幼苗放入定植籃，再放入發泡煉石固定海綿且具保濕作用，最後再放入該培育箱21進行培育。當然，於實際實施例，也可以直接將各種植物的幼苗放入該培育箱21中進行培育，不以此為限。

當植栽置於該培育箱21之後，將該調節單元3的該感測模組32與該培育箱21內的營養液接觸，並量測其營養條件。如前所述，植物在不同的階段會有不同的導電度(EC值)與酸鹼值(pH值)，因此，在本實施例中，是將該感測模組32所偵測到該營養液的營養條件，再與該時間資料庫中所儲存的對應植栽的成長週數進行比對，而產生一營養液之營養條件的較佳值，並控制所述調控模組34中的一個或多個，將其內含的調節液注入該培養單元2，以維持或改變營養液的營養條件。要說明的是，調節液是透過幫浦的抽送而由相對應的容器341中，經由所述輸送管道342輸送至該儲存槽22內，但不以此為限。所述容器341內也可以設置有液位偵測器，當各調節液的存量過少時能發送訊息至該控制模組31，以通知管理者。另外，由該感測模組32所偵測到的營養條件，也可以即時呈現在該顯示模組33上，以利管理者觀看了解。

經由上述說明可知，本發明智慧水耕栽培控制系統確實具有以下優點：

一、即時了解營養液的營養條件

由於營養液是持續於該培育箱21與該儲存槽22之間循環流通，因此該感測模組32於該儲存槽22所偵測到的營養條件，就等於是該培育箱21內之營養液的營養條件，而讓管理者能即時了解並掌握植栽的營養狀況。

二、自動化偵測與調節

當該感測模組32將偵測到的資訊回饋至該控制模組31再進行比對之後，就會再控制所述調控模組34中的一個或多個，將其內含的調節液注入該儲存槽22，以維持或改變營養液的營養條件，達成自動化偵測與調節的功效。另外，所述調節液是注入該儲存槽22，能於該儲存槽22內充分混合均勻後再流通至該培育箱21，能提供較為穩定的生長環境，避免調節液注入時濃度過高而造成植栽死亡。

三、減少生產成本

透過該培養單元2與該調節單元3的架構設計，可以自動量測並調節植栽之培養液的營養條件，降低人工進行量測與調節的錯誤率以及所耗費的時間，能有效減少生產成本並提升產量。

參閱圖2，為本發明智慧水耕栽培控制系統的一第二較佳實施例，大致與該第一較佳實施例相同，不同處在於：於本實施例中，該培養單元2還包括一用以照射該培育箱21的生長光源23，及一用以照射該儲存槽22內之營養液的殺菌光源24。

另外，該調節單元3還包括一電連接該控制模組31的攝影模組35，而該控制模組31具有一影像資料庫，儲存有所述植栽與成長週數相對應之影像資訊。該攝影模組35是拍攝所述植栽的成長過程並擷取影像回饋至該控制模組31，該控制模組31會將所擷取的影像與該影像資料庫內的資訊進行比對來判斷所述 植栽的成長情形，並據此控制所述調控模組34中的一個或多個，將其內含的調節液注入該儲存槽22，以維持或改變營養液的營養條件。

於本實施例中，除了可以達成該第一較佳實施例之功效外，還具有以下優點：

一、增加日照

由於一般的水耕栽培通常設置於室內環境或溫室內，因此透過該生長光源23的設計，可以提供該培育箱21更充足的日照，促進植栽的生長。

二、確保營養液的品質

由於營養液中含有豐富的營養成分，在供應植栽生長的過程中，也可能成為細菌與黴菌的溫床！因此，以該殺菌光源24照射該儲存槽22內的營養液，可以對營養液進行殺菌動作，有效減少營養液內菌類的滋生，而能確保營養液的品質。

三、提供另一種判別模式

該控制模組31除了是利用該時間資料庫中所儲存的資訊進行植栽成長狀況的判別之外，也可以是利用該攝影模組35所擷取的影像與影像資料庫內內的資訊進行比對來判斷所述植栽的成長情形，並據此控制所述調控模組34來維持或改變營養液的營養條件。因此，管理者可以選用適合的判別模式進行植栽的生長管理。

綜上所述，本發明智慧水耕栽培控制系統，透過該培養單元2與該調節單元3的架構設計，可以自動量測並調節植栽之培養液的營養條件，降低人工進行量測與調節的錯誤率以及所耗費的時間，能有效減少生產成本並提升產量，故確實可以達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與 修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

Claims (9)

1. 一種智慧水耕栽培控制系統，包含：一培養單元，包括一盛裝有營養液且栽種有至少一種植栽的培育箱，及一連通該培育箱且儲放有營養液的儲存槽，營養液是能於該培育箱及該儲存槽之間循環流通；及一調節單元，包括一控制模組、至少一電連接該控制模組的感測模組，及複數由該控制模組所控制的調控模組，所述調控模組分別儲存有不同的調節液，該感測模組是用以偵測該培養單元之該儲存槽內的營養液的營養條件，並回饋至該控制模組，該控制模組再依據該感測模組所回饋的內容，控制所述調控模組中的一個或多個，將其內含的調節液注入該培養單元之該儲存槽，以維持或改變營養液的營養條件。
2. 依據申請專利範圍第1項所述的智慧水耕栽培控制系統，其中，該控制模組具有一時間資料庫，該控制模組會依據該時間資料庫中所述植栽的成長週數，控制所述調控模組中的一個或多個，將其內含的調節液注入該培養單元，以維持或改變營養液的營養條件。
3. 依據申請專利範圍第1項所述的智慧水耕栽培控制系統，其中，該調節單元還包括一電連接該控制模組的攝影模組，而該控制模組具有一影像資料庫，該攝影模組是拍攝所述植栽的成長過程並擷取影像回饋至該控制模組，該控制模組會將所擷取的影像與該影像資料庫進行比對來判斷所述植栽的成長情形，並據此控制所述調控模組中的一個或多個，將其內含的調節液注入該培養單元，以維持或改變營養液的營養條件。
4. 依據申請專利範圍第1項所述的智慧水耕栽培控制系統，其中，該感測模組是至少偵測該培養單元之營養液的酸鹼值與導電度。
5. 依據申請專利範圍第4項所述的智慧水耕栽培控制系統，其中，所述調控模組分別儲存的調節液至少包括酸性調節液、鹼性調節液、高導電度調節液，及水。
6. 依據申請專利範圍第1項所述的智慧水耕栽培控制系統，其中，每一調控模組具有一用以儲存調節液的容器，及一受該控制模組控制而能將調節液輸送至該培養單元的輸送管道。
7. 依據申請專利範圍第1項所述的智慧水耕栽培控制系統，其中，該培養單元還包括一用以照射該培育箱的生長光源。
8. 依據申請專利範圍第1項所述的智慧水耕栽培控制系統，其中，該培養單元還包括一用以照射該儲存槽內之營養液的殺菌光源。
9. 依據申請專利範圍第1項所述的智慧水耕栽培控制系統，其中，該調節單元還包括一電連接該控制模組的顯示模組。