TWI720872B - 具智慧調節功能的植物栽培箱 - Google Patents

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陳建興
羅希哲
林暐翔
李頮貞
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國立屏東科技大學
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Abstract

一種具智慧調節功能的植物栽培箱，包含一栽培箱本體與一自動調節裝置，該栽培箱本體內部具有栽培空間，該自動調節裝置包含一感測模組、一補償模組與一處理模組，該感測模組設置在栽培空間內並輸出複數環境感測值，該感測模組包含環境溫濕度計、氣體濃度感測器以及土壤濕度感測器，該補償模組包含光源及加濕器，該處理模組儲存複數環境參數門檻值，該處理模組電連接該感測模組與該補償模組並供連線至少一外部裝置；該處理模組接收並判斷各環境感測值與對應之各環境參數門檻值的大小，並依據判斷結果驅動該補償模組，以達成智慧調節功能。

Description

具智慧調節功能的植物栽培箱
本發明係有關一種植物栽培箱，特別是指具智慧調節功能的植物栽培箱。
近年室內園藝的市場需求逐漸增加，室內園藝主要是在室内擺放一栽培箱，係於該栽培箱內放入土壤，並於土壤上栽培植物。然而，市面上的栽培箱只能提供植物生長空間，縱使為了迎合消費者的喜好，頂多讓栽培箱的外觀多變化，可惜的是無其他機能性功能；另一方面，不同植物有不同的生長環境需求，而室內環境(包含溫度與濕度)總是隨著白天、中午、夜晚、氣候…等因素而變化，對於消費者而言，消費者可能因長時間外出或因忙碌而無法有效掌握室內栽培環境是否適合於植物成長，恐造成植物成長不良或甚至有枯萎的風險。
有鑒於此，本發明之主要目的是提供一種具智慧調節功能的植物栽培箱，以期克服市面上傳統栽培箱功能有限的缺點。
本發明具智慧調節功能的植物栽培箱包含： 一栽培箱本體，具有一栽培空間；以及 一自動調節裝置，設置於該栽培箱本體且包含： 一感測模組，設置在該栽培空間之內並輸出複數環境感測值，該感測模組包含一環境溫濕度計、一氣體濃度感測器以及一土壤濕度感測器； 一補償模組，包含一光源及一加濕器；以及 一處理模組，儲存複數環境參數門檻值，該複數環境參數門檻值分別對應該複數環境感測值，該處理模組電連接該感測模組與該補償模組並供連線至少一外部裝置；該處理模組接收並判斷各該環境感測值與對應之各該環境參數門檻值的大小，並依據判斷結果驅動該補償模組。
本發明具智慧調節功能的植物栽培箱內可供栽培植物，和市面上傳統栽培箱相比，本發明藉由該自動調節裝置的設置而具備實用的機能性，其中，該感測模組用於感測環境，該處理模組可根據環境感測值的判斷結果驅動該補償模組的光源，達成增強光照而輔助植物行光合作用，或驅動該加濕器以讓環境濕度及土壤濕度適於植物生長。如此一來，縱使室內環境隨著白天、中午、夜晚、氣候…等因素而變化，本發明的處理模組能在適當時機驅動該補償模組，尤其該處理模組所儲存的環境參數門檻值是依據植物的適合生長環境特性而設定的，故達成植物栽培環境的智慧調節功能。
請參考圖1、圖2與圖3，本發明具智慧調節功能的植物栽培箱的實施例包含一栽培箱本體10與一自動調節裝置20，該栽培箱本體10供種植植物12，該自動調節裝置20供感測以及調節植物12的栽培環境，以利植物12生長，詳述如後。
該栽培箱本體10可為透明箱體，請參考圖3，該栽培箱本體10具有一栽培空間100，該栽培空間100為開放式空間，舉例來說，當該栽培箱本體10置放於室內時，該栽培空間100係與室內空間相互連通；該栽培箱本體10於栽培空間100底面可供填入土壤11，並於土壤11栽培各式植物12。
該自動調節裝置20設置於該栽培箱本體10且包含一感測模組21、一補償模組22與一處理模組23，該自動調節裝置20於其他實施例可進一步包含一液晶顯示器模組(LCD Module, LCM)24及/或一燈號警示器25。
該感測模組21可設置在該栽培空間100之內並輸出複數環境感測值，在本發明的實施例中，該感測模組21可包含一環境溫濕度計210、一氣體濃度感測器211以及一土壤濕度感測器212，其中該氣體濃度感測器211可為(但不限於)二氧化碳濃度感測器。該環境溫濕度計210與該氣體濃度感測器211可視情況設置在適當位置，例如分別設置在該栽培箱本體10的內壁或架設於該栽培空間100內；該土壤濕度感測器212具有探棒，如圖3所示，該土壤濕度感測器212的探棒插入土壤11以感測土壤11的濕度。是以，該感測模組21所輸出的該複數環境感測值可包含該環境溫濕度計210所產生的環境溫度值與環境濕度值、該氣體濃度感測器211所產生的氣體濃度值以及該土壤濕度感測器212所產生的土壤濕度值。
該補償模組22包含一光源220及一加濕器221，該光源220及該加濕器221可視情況設置在適當位置，例如該光源220可架設於該栽培空間100上，使其發出的光能充分地照射到植物12，該加濕器221可置於土壤11上方，以在被電控驅動時將水份施加在土壤11。該光源220可為(但不限於)發光二極體多波長光源，該加濕器221可為(但不限於)超音波水霧化器。
該處理模組23電連接該感測模組21與該補償模組22，該處理模組23從該感測模組21接收該複數環境感測值，該處理模組23可輸出控制信號以分別驅動該補償模組22的光源220及加濕器221；此外，該處理模組23可供對外有線或無線連線至少一外部裝置。舉例來說，該處理模組23的可行實施例可包含一Arduino模組電路板，由該Arduino模組電路板電連接該感測模組21與該補償模組22，該Arduino模組電路板可電連接一藍牙(Bluetooth)模組電路板，而可透過該藍牙模組電路板連線所述外部裝置，或者該Arduino模組電路板可具備WIFI連線功能，以透過WIFI連線所述外部裝置。
該處理模組23可電連接該液晶顯示器模組24及/或該燈號警示器25，該處理模組23將該複數環境感測值顯示於該液晶顯示器模組24，該燈號警示器25可為一發光二極體(LED)元件，在本發明實施例中，可由該Arduino模組電路板電連接該液晶顯示器模組24及/或該燈號警示器25。是以，使用者可查看該液晶顯示器模組24的顯示資訊以得知植物栽培箱的環境。
該處理模組23具有記憶單元以供儲存複數環境參數門檻值，該複數環境參數門檻值分別對應所接收的該複數環境感測值。該處理模組23接收並判斷各該環境感測值與對應的各該環境參數門檻值的大小，並依據判斷結果驅動該補償模組22的光源220及/或加濕器221。
關於該處理模組23之環境參數門檻值的設定，舉例說明如後。請參考圖1與圖3所示的實施例，該處理模組23所連線的該至少一外部裝置可包含一使用者電子裝置30，該使用者電子裝置30可為智慧型手機、平板電腦、筆記型電腦或桌上型電腦…等，但不以此為限，該使用者電子裝置30可透過藍牙方式與該處理模組23建立連線，該處理模組23所儲存的該複數環境參數門檻值可由該使用者電子裝置30所設定。如圖1所示，該使用者電子裝置30以智慧型手機為例，該使用者電子裝置30可執行應用程式(application, APP)以顯示一使用者操作介面31，該使用者操作介面31顯示多種植物選項310，每一植物選項310所對應的複數環境參數門檻值包含一溫度門檻值、一相對濕度門檻值、一土壤濕度門檻值與一氣體濃度門檻值。請參考下表，為舉例說明每一植物選項310所對應的環境參數門檻值，其中該氣體濃度門檻以二氧化碳(CO 2)濃度門檻值為例。
  環境參數門檻值
植物選項 溫度門檻值 相對濕度門檻值 土壤濕度門檻值 CO 2濃度門檻值
觀賞鳳梨 20-30℃ 70-80% 40-70% (460-280Ω) 1000 ppm
白網紋草 20-28℃ 70-80% 40-70% (460-280Ω) 1000 ppm
吊蘭 20-28℃ 70-80% 40-70% (460-280Ω) 1000 ppm
非洲堇 18-25℃ 60-80% 40-70% (460-280Ω) 1000 ppm
薄荷 20-28℃ 70-80% 40-70% (460-280Ω) 1000 ppm
玉龍草 25-30℃ 70-80% 40-70% (460-280Ω) 1000 ppm
蕨類植物 20-28℃ 70-80% 60-80% (340-220Ω) 1000 ppm
多肉植物 25-35℃ 40-60% 20-50% (580-400Ω) 1000 ppm
白紋草 20-28℃ 70-80% 40-70% (460-280Ω) 1000 ppm
蘭花 20-28℃ 70-80% 50-70% (400-280Ω) 1000 ppm
當使用者點選任一植物選項310，該使用者電子裝置30將被選擇的植物選項310所對應的複數環境參數門檻值傳送到該處理模組23進行儲存與設定，如此一來，該處理模組23的記憶單元即完成儲存該複數環境參數門檻值。
當該處理模組23判斷出該環境溫濕度計210所產生的環境溫度值高於或等於該溫度門檻值，或判斷出該環境溫濕度計210所產生的環境濕度值低於或等於該相對濕度門檻值，或判斷出該土壤濕度感測器212所產生的土壤濕度值低於或等於該土壤濕度門檻值，該處理模組23可驅動該加濕器221進行灑水，使得環境溫度降溫、增加環境濕度或增加土壤11的濕度，以創造適於植物12的生長環境；此外，該處理模組23除了驅動該加濕器221，或可進一步驅動該燈號警示器25進行燈號變化(例如明滅變化或燈色變化)，以提示植物栽培箱附近的人員有溫度或濕度異常的情形。
另一方面，當該處理模組23判斷出該氣體濃度感測器211所產生的氣體(CO 2)濃度值高於或等於所述CO 2濃度門檻值，該處理模組23驅動該光源220，例如可調整該光源220的發光亮度，藉此輔助植物12行光合作用以降低環境中的CO 2濃度；此外，該處理模組23除了驅動該光源220，或可進一步驅動該燈號警示器25進行燈號變化(例如明滅變化或燈色變化)以提示植物栽培箱附近的人員有CO 2濃度異常的情形。
該處理模組23所連線的該至少一外部裝置亦可包含一雲端伺服器40，例如透WiFi連線到基地台等網路裝置以與該雲端伺服器40建立連線，該處理模組23將該複數環境感測值即時上傳到該雲端伺服器40，並由該雲端伺服器40儲存該複數環境感測值。是以，只要使用者利用電腦或手機並透過網路連線到該雲端伺服器40，就算不在植物栽培箱的現場，也能即時檢視植物栽培箱的環境感測值以及查看歷史數據。另一方面，將該雲端伺服器40、該液晶顯示器模組24及該燈號警示器25整體來看，係作為一監視單元50，供使用者不論在植物栽培箱現場或遠端，都能檢視植物栽培箱的即時環境情形或歷史數據。
綜上所述，本發明植物栽培箱包含以下功效：
1、智慧調節植物生長環境：本發明藉由環境參數門檻值的設定，所述參數門檻值為符合植物的較佳生長環境，故本發明可依據植物栽培箱內植物的生長需求，智慧調節環境狀況，以輔助提高植物生命週期。舉例來說，當土壤濕度不足時，該處理模組23可驅動該加濕器221以在土壤11自動補充水份，直到感測到的土壤濕度值達到設定的土壤濕度門檻值。
2、即時監視與數據管理：該環境溫濕度計210可檢測溫度範圍為 -40℃至80℃，可檢測濕度範圍為 0-100% RH，其感測值更新時間約2秒，該處理模組23將該感測模組21所輸出的環境感測值顯示於該液晶顯示器模組24，且可將所述環境感測值記錄於該雲端伺服器40，供使用者透過該液晶顯示器模組24或該雲端伺服器40即時查看植物栽培環境，了解居家環境溫濕度情形，並且該雲端伺服器40所儲存的數據成為歷史數據，供使用者查閱、分析。
3、節能淨化：光度與光質是影響植物光合作用效率的重要因素，當該處理模組23判斷出該氣體濃度感測器211所輸出的氣體(CO 2)濃度值高於或等於所述CO 2濃度門檻值，該處理模組23驅動該光源220，供輔助植物進行光合作用，以達到居家環境空氣淨化之目的；而本發明啟動一天(24小時)的用電度數僅約0.48度，故本發明可在節電優勢之下管控室內二氧化碳濃度以及智慧調節植物生長。
4、觀賞植物調劑身心靈：植物栽培箱中的所栽種的植物可為觀賞植物，例如：觀賞鳳梨、白網紋草、非洲菫及吊蘭等，不僅外形清新、具有觀賞性，且有研究報告指出該些植物更有淨化室內空氣(二氧化碳、甲醛及苯等)之功能。植物栽培箱內的植物選擇與配置，亦可以搭配微景觀造景及生態箱設計，融入居家綠化生活中，具有現代創意室內園藝功能，達到園藝療癒作用。
10:栽培箱本體 100:栽培空間 11:土壤 12:植物 20:自動調節裝置 21:感測模組 210:環境溫濕度計 211:氣體濃度感測器 212:土壤濕度感測器 22:補償模組 220:光源 221:加濕器 23:處理模組 24:液晶顯示器模組 25:燈號警示器 30:使用者電子裝置 31:使用者操作介面 310:植物選項 40:雲端伺服器 50:監視單元
圖1：本發明具智慧調節功能的植物栽培箱的實施例的電路方塊示意圖。 圖2：本發明具智慧調節功能的植物栽培箱的實施例的電路方塊示意圖。 圖3：本發明具智慧調節功能的植物栽培箱的實施例的使用情境示意圖。
10:栽培箱本體
100:栽培空間
11:土壤
12:植物
210:環境溫濕度計
211:氣體濃度感測器
212:土壤濕度感測器
221:加濕器
23:處理模組
30:使用者電子裝置
40:雲端伺服器

Claims (10)

  1. 一種具智慧調節功能的植物栽培箱，包含：一栽培箱本體，具有一栽培空間；以及一自動調節裝置，設置於該栽培箱本體且包含：一感測模組，設置在該栽培空間之內並輸出複數環境感測值，該感測模組包含一環境溫濕度計、一氣體濃度感測器以及一土壤濕度感測器；一補償模組，包含一光源及一加濕器；以及一處理模組，儲存複數環境參數門檻值，該複數環境參數門檻值分別對應該複數環境感測值，該處理模組電連接該感測模組與該補償模組並供連線至少一外部裝置；該處理模組接收並判斷各該環境感測值與對應之各該環境參數門檻值的大小，並依據判斷結果驅動該補償模組；該感測模組所輸出的該複數環境感測值包含該氣體濃度感測器所產生的氣體濃度值，該複數環境參數門檻值包含一氣體濃度門檻值；當該處理模組判斷出該氣體濃度感測器所產生的氣體濃度值高於或等於該氣體濃度門檻值，該處理模組驅動該光源以調整該光源的發光亮度。
  2. 如請求項1所述之具智慧調節功能的植物栽培箱，其中，該處理模組所連線的該至少一外部裝置包含一使用者電子裝置；該處理模組所儲存的該複數環境參數門檻值是由該使用者電子裝置所設定。
  3. 如請求項2所述之具智慧調節功能的植物栽培箱，其中，該使用者電子裝置的使用者操作介面顯示複數植物選項以供使用者選擇設定。
  4. 如請求項1至3中任一項所述之具智慧調節功能的植物栽培箱，其中，該感測模組所輸出的該複數環境感測值包含該環境溫濕度計所產生的環境溫度值與環境濕度值以及該土壤濕度感測器所產生的土壤濕度值；該複 數環境參數門檻值包含一溫度門檻值、一相對濕度門檻值與一土壤濕度門檻值；當該處理模組判斷出該環境溫濕度計所產生的環境溫度值高於或等於該溫度門檻值，或判斷出該環境溫濕度計所產生的環境濕度值低於或等於該相對濕度門檻值，或判斷出該土壤濕度感測器所產生的土壤濕度值低於或等於該土壤濕度門檻值，該處理模組驅動該加濕器。
  5. 如請求項1至3中任一項所述之具智慧調節功能的植物栽培箱，其中，該處理模組所連線的該至少一外部裝置包含一雲端伺服器；該處理模組將該複數環境感測值上傳到該雲端伺服器，並由該雲端伺服器儲存該複數環境感測值。
  6. 如請求項1至3中任一項所述之具智慧調節功能的植物栽培箱，其中，該自動調節裝置包含一液晶顯示器模組，該處理模組電連接該液晶顯示器模組，以將該複數環境感測值顯示於該液晶顯示器模組。
  7. 如請求項1至3中任一項所述之具智慧調節功能的植物栽培箱，其中，該自動調節裝置包含一燈號警示器，該處理模組電連接該燈號警示器，以根據所述判斷結果驅動該燈號警示器進行燈號變化。
  8. 如請求項4所述之具智慧調節功能的植物栽培箱，其中，該氣體濃度感測器為二氧化碳濃度感測器。
  9. 如請求項4所述之具智慧調節功能的植物栽培箱，其中，該光源為發光二極體多波長光源。
  10. 如請求項1至3中任一項所述之具智慧調節功能的植物栽培箱，其中，該加濕器為超音波水霧化器。
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