TWI764689B - 養液增補之自動控制裝置及其方法 - Google Patents

Abstract

本案係關於一種養液增補之自動控制裝置及其控制方法。當養液桶之第一養液內不滿足一水位高度時，液體高度偵測模組係產生並發送一添加訊號。當該嵌入式控制單元收到此添加訊號時，嵌入式控制單元係控制一電子水閘單元以開啟一養液輸送開關，進而輸送一第二養液至養液桶內。雲端伺服模組係儲存該第一養液之相關數據。酸鹼值偵測模組係偵測此第一養液之一酸鹼值以產生一偵測數值，並定時將此偵測數值傳送至雲端伺服模組。酸鹼平衡控制模組係用以添加酸性物質或是鹼性物質至養液桶中。透過此種方式以達到自動控制養液之水位高度、酸鹼值以及電導率數值。

Description

養液增補之自動控制裝置及其方法

本發明係有關於一種自動控制裝置及其方法，特別是有關於一種可以自動增補植物養液之控制裝置及其方法。

已知的農作物栽培方式是將種子種植於土壤中，讓種子吸收到水分及空氣，並使農作物接受陽光照射以行光合作用而生長。近年來，養液栽培逐漸受到人們的重視，其係採用多種無機養分來提供給農作物所需的養份，且其不需透過土壤種植的特徵，讓人們在室內亦可以種植出大量的農作物，有鑑於此，有愈來愈多人開始發展大規模的養液栽培系統。

一般來說，養液栽培系統可使用到以下五個組件，分別為1、生長容器，2、養液，3、送液泵及管路，4、收集系統，5、監控系統。生長容器係用以盛裝介質使用，可使農作物的根部在其中進行生長，且此生長容器內必須有輸送養液至其中的系統。養液一般儲存時可以以濃縮狀態來進行保存，當使用於農作物時，則可以以清水進行稀釋，以得到適當之一養液濃度。送液泵及管路係用以提供一輸送途徑，其可以將養液平均地輸送到各株植物所分布之位置。收集系統係作為養液之回收系統，其可以於生長容器排液之後，由預設之管路將排出的養液送至一回收槽。監控系統則可以利用電腦監控的方式來自動調節養液濃度，並根據當前的情況來控制送液泵的頻率及動作，一般對養液的狀態係以自動方式進行監測，其他參數如養液的pH值、導電度及溫度則以手動方式檢測。結合以上之五個組件，即可得到良好的農作物生長。

然而，目前的養液栽培系統仍有大部份之作動是以人工的方式進行，僅有對養液之狀態進行自動化之監測，進而侷限了此養液栽培系統相關產業之自動化發展，故，綜觀前所述，本發明之發明人係思索並設計一種養液增補之自動控制裝置及其方法，以期針對習知技術之缺失加以改善，進而增進產業上之實施利用。

基於上述目的，本發明係提供一種養液增補之自動控制裝置，其係包含一養液桶、一液體高度偵測模組、一養液添加控制模組、一雲端伺服模組、一酸鹼值偵測模組以及一酸鹼平衡控制模組。養液桶係用以置放第一養液。液體高度偵測模組係用以偵測該第一養液於該養液桶內是否滿足一水位高度，當不滿足時，此液體高度偵測模組係產生並持續發送添加訊號。養液添加控制模組係包含一電子水閘單元及一樹莓派嵌入式控制單元，電子水閘單元係用以控制一第二養液輸送至該養液桶之一養液輸送開關，當該樹莓派嵌入式控制單元收到此添加訊號時，嵌入式控制單元係控制此電子水閘單元以開啟養液輸送開關，進而輸送第二養液至該養液桶內。雲端伺服模組係用以儲存該第一養液之相關數據。酸鹼值偵測模組係被置於第一養液中，且其係用以偵測第一養液之一酸鹼值以產生一偵測數值，並定時將偵測數值傳送至雲端伺服模組。酸鹼平衡控制模組係用以添加酸性物質或是鹼性物質至養液桶之第一養液中。其中雲端伺服模組係定時傳送此偵測數值至酸鹼平衡控制模組，此酸鹼平衡控制模組係根據一酸鹼建議值與偵測數值之差距以添加所述酸性物質或所述鹼性物質。

較佳地，液體高度偵測模組包含一紅外線偵測感應器。

較佳地，酸鹼平衡控制模組係利用一蠕動馬達以添加所述酸性物質或是所述鹼性物質。

較佳地，本發明之養液增補之自動控制裝置更包含一電導率偵測模組，其係用以偵測第一養液及第二養液之電導率。

較佳地，當第一養液及第二養液之電導率過高時，此第一養液及第二養液之濃度係被稀釋，當第一養液及第二養液之電導率過低時，此第一養液及第二養液之濃度係被提升。

基於上述目的，本發明再提供一種養液增補之自動控制方法，其適用於置放於一第一養液之一養液桶，其係包含下列步驟。利用液體高度偵測模組以偵測該第一養液於該養液桶內是否滿足一水位高度，當不滿足該水位高度時，該液體高度偵測模組係產生並持續發送添加訊號。由一樹莓派嵌入式控制單元根據該添加訊號以控制電子水閘單元開啟養液輸送開關，進而輸送第二養液至該養液桶內。利用酸鹼值偵測模組以偵測該第一養液之一酸鹼值，進而產生偵測數值，並定時將該偵測數值傳送至雲端伺服模組，該雲端伺服模組係用以儲存該第一養液之相關數據。利用酸鹼平衡控制模組以添加酸性物質或是鹼性物質至該養液桶之該第一養液中。該雲端伺服模組係定時傳送該偵測數值至該酸鹼平衡控制模組，該酸鹼平衡控制模組係根據一酸鹼建議值與該偵測數值之差距以添加該酸性物質或該鹼性物質。

較佳地，此液體高度偵測模組包含一紅外線偵測感應器。

較佳地，此酸鹼平衡控制模組係利用一蠕動馬達以添加酸性物質或是鹼性物質。

較佳地，本發明之養液增補之自動控制方法更包含利用一電導率偵測模組以偵測第一養液及第二養液之電導率。

較佳地，當該第一養液及該第二養液之電導率過高時，該第一養液及該第二養液之濃度係被稀釋，當該第一養液及該第二養液之電導率過低時，該第一養液及該第二養液之濃度係被提升。

為利貴審查員瞭解本發明之發明特徵、內容與優點及其所能達成之功效，茲將本發明配合附圖，並以實施例之表達形式詳細說明如下，而其中所使用之圖式，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，未必為本發明實施後之真實比例與精準配置，故不應就所附之圖式的比例與配置關係解讀、侷限本發明於實際實施上的權利範圍。

本發明之優點、特徵以及達到之技術方法將參照例示性實施例及所附圖式進行更詳細地描述而更容易理解，且本發明可以不同形式來實現，故不應被理解僅限於此處所陳述的實施例，相反地，對所屬技術領域具有通常知識者而言，所提供的實施例將使本揭露更加透徹與全面且完整地傳達本發明的範疇，且本發明將僅為所附加的申請專利範圍所定義。

請參閱第1圖及第2圖，其係為本發明之養液增補之自動控制裝置之方塊圖及示意圖。如圖所示，本發明之養液增補之自動控制裝置100可包含一養液桶10、一液體高度偵測模組20、一養液添加控制模組30、一雲端伺服模組40、一酸鹼值偵測模組50以及一酸鹼平衡控制模組60。其中此養液桶10係用以置放植物A栽培用之第一養液11，在另一實施例中，此養液桶10亦可以直接作為供植物A生長之容器。

液體高度偵測模組20可包含一紅外線偵測感應器，其可架設於養液桶10之周圍，且其係用以偵測第一養液11於養液桶10內是否已到達一水位高度，若偵測的結果為否時，則液體高度偵測模組20係產生一添加訊號21並持續發送該訊號。

進一步地來說，此紅外線偵測感應器可以包含一紅外線發射器以及一紅外線接收器，當養液桶10之水位高度設為5公分時，此紅外線發射器及紅外線接收器可以架設於養液桶10高度5公分處，並於液面設置一遮蔽物以阻斷紅外線發射器與紅外線接收器，當有異常時(即水位高度降低時)，紅外線接收器將會收到紅外線發射器之訊號，此時便可以產生添加訊號21並進行發送。

養液添加控制模組30與養液桶10間係連接一管道，並用以傳輸第二養液12，而此養液添加控制模組30可包含一電子水閘單元31以及一樹莓派(Raspberry Pi)嵌入式控制單元32，此電子水閘單元31係用以控制第二養液12輸送至該養液桶10之養液輸送開關33，而當此樹莓派嵌入式控制單元32收到此添加訊號21時，其係控制電子水閘單元31來開啟養液輸送開關33，進而輸送第二養液12至養液桶10內。

其中此樹莓派嵌入式控制單元32之特性在於其整合了Linux kernel和X視窗，不同於其他嵌入式系統在開發時還得按照傳統的跨平台建置（Cross-Compile）方法，故相較於習知技術，使用此樹莓派嵌入式控制單元32便可大幅地減少開發時的成本。

透過養液添加控制模組30不斷地接受液體高度偵測模組20的訊號，以及由養液添加控制模組30添加第二養液12的方式，養液桶10內之液面高度便可以一直維持在一固定高度，而當養液桶10作為供植物A生長之容器時，使用者便可以不需手動地添加養液至養液桶10之內，故本發明的確可大幅增加使用者之一便利性。

雲端伺服模組40可為一連網之電腦主機或是一工作站，其可用以儲存此第一養液11之相關數據，例如酸鹼值、電導率、溫度等等。

酸鹼值偵測模組50可用以偵測第一養液11之一酸鹼值，進而產生有關PH值的一偵測數值51，並可定時將此偵測數值51傳送至雲端伺服模組40。在一較佳的的實施例中，酸鹼值偵測模組50可以每秒傳送偵測數值51至雲端伺服模組40上，使雲端伺服模組40擁有第一養液11最即時之一酸鹼值。

酸鹼平衡控制模組60可用以添加一酸性物質61或是一鹼性物質62至養液桶10之此第一養液11中，並以此來控制第一養液11之之酸鹼值，其中此酸鹼平衡控制模組60更可包含控制一蠕動馬達來添加酸性物質61或是鹼性物質62至養液桶10。

如上所述，當酸鹼值偵測模組50傳送偵測數值51至雲端伺服模組40之後，此雲端伺服模組40可再定時傳送此偵測數值51至酸鹼平衡控制模組60，此酸鹼平衡控制模組60可以根據一酸鹼建議值與偵測數值51之差距以添加酸性物質61或鹼性物質62，其中此酸鹼建議值係與植物之種類以及氣候相關。而可以理解的是，此控制方式亦可以另一實施方式進行，即使用者可以將酸鹼建議值儲存於雲端伺服模組40中，而由雲端伺服模組40判斷酸鹼建議值與偵測數值51之差異，進而傳送一控制訊號予酸鹼平衡控制模組60，以添加酸性物質61或是鹼性物質62於養液桶10中。

請參閱第3圖，其係為本發明之另一實施例之養液增補之自動控制裝置之方塊圖，請一併參閱第1圖。在本實施例中，養液增補之自動控制裝置100可包含一養液桶10、一液體高度偵測模組20、一養液添加控制模組30、一雲端伺服模組40、一酸鹼值偵測模組50、一酸鹼平衡控制模組60以及一電導率偵測模組70，其中主要模組之技術特徵已於上述實施例中說明，故此處不再進行贅述。

而與上述實施例不同的地方在於本實施例所包含的一電導率偵測模組70，其可用以偵測第一養液11及第二養液12之電導率。進一步地來說，當養液桶10內的第一養液11之電導率過高時，則表示此第一養液11之濃度應被適當地進行稀釋，反之，當第一養液11之電導率過低時，則第一養液11之濃度則應被適當地被提升。

另外，此電導率偵測模組70所偵測到之電導率亦可以經過網路而上傳到雲端伺服模組40，並由此雲端伺服模組40根據此電導率以進行第一養液11及第二養液12之濃度控制。在一較佳的實施例中，此濃度控制亦可以以自動化之方式進行，其可以透過一濃度平衡控制模組來進行濃度之提升或稀釋，其實施方式可以由雲端伺服模組40發送一控制指令給濃度平衡控制模組，以進行濃度百分比之調整，直到電導率偵測模組70所偵測到之電導率處於使用者所界定的範圍內。

請參閱第4圖，其係為本發明之養液增補之自動控制方法之流程圖。如圖所示，本發明之養液增補之自動控制方法可以適用於置放於一養液桶之一第一養液，其係包含下列步驟：

步驟S11係利用一液體高度偵測模組以偵測第一養液於該養液桶內之高度，當其不滿足一預設之水位高度時，此液體高度偵測模組將產生並持續發送一添加訊號，其中此液體高度偵測模組可包含一紅外線偵測感應器。

步驟S12係由一樹莓派嵌入式控制單元控制一電子水閘單元來開啟一養液輸送開關，進而輸送一第二養液至此養液桶內，其中此樹莓派嵌入式控制單元可以透過網路以接收到液體高度偵測模組所發送的添加訊號，並根據此添加訊號來控制電子水閘單元。

步驟S13係利用一酸鹼值偵測模組以偵測第一養液之一酸鹼值，進而產生一偵測數值，並定時將該偵測數值傳送至一雲端伺服模組，其中此雲端伺服模組係用以儲存第一養液之相關數據，如PH值、電導率或是溫度等等。

步驟S14係利用一酸鹼平衡控制模組以添加一酸性物質或是一鹼性物質至養液桶之第一養液中。

步驟S15係由雲端伺服模組根據一預設之酸鹼建議值與偵測數值之差距來控制酸鹼平衡控制模組，以決定是否添加酸性物質或鹼性物質，進而控制此第一養液之一PH值。

在本實施例中之步驟中，其進一步可包含利用一電導率偵測模組以偵測該第一養液及該第二養液之電導率，其中當此第一養液及第二養液之電導率過高時，此第一養液及第二養液之濃度將被稀釋，而當第一養液及第二養液之電導率過低時，第一養液及第二養液之濃度係被提升，而此第一養液及該第二養液之濃度控制方式已於上述實施例中說明，故此處不在進行贅述。

綜合以上可以得知，本發明所提出之養液增補之自動控制裝置及其方法的確可以改善習知技藝之問題，其利用自動化控制之方式來對養液的水位高度、pH值、導電度及溫度進行監控及調整，可以大幅節省照料者之養護成本，對於養液及植物照護等相關產業而言均具有極大之貢獻度。

以上所述之實施例僅係為說明本發明之技術思想及特點，其目的在使熟習此項技藝之人士能夠瞭解本發明之內容並據以實施，當不能以之限定本發明之專利範圍，即大凡依本發明所揭示之精神所作之均等變化或修飾，仍應涵蓋在本發明之專利範圍內。

100:養液增補之自動控制裝置 10:養液桶 11:第一養液 12:第二養液 20:液體高度偵測模組 21:添加訊號 30:養液添加控制模組 31:電子水閘單元 32:樹莓派嵌入式控制單元 33:養液輸送開關 40:雲端伺服模組 50:酸鹼值偵測模組 51:偵測數值 60:酸鹼平衡控制模組 61:酸性物質 62:鹼性物質 70:電導率偵測模組 A:植物 S11~S15:流程步驟

第1圖係為本發明之養液增補之自動控制裝置之方塊圖。 第2圖係為本發明之養液增補之自動控制裝置之示意圖。 第3圖係為本發明另一實施例之養液增補之自動控制裝置之方塊圖。 第4圖係為本發明之養液增補之自動控制方法之流程圖。

100:養液增補之自動控制裝置

10:養液桶

11:第一養液

12:第二養液

20:液體高度偵測模組

21:添加訊號

30:養液添加控制模組

31:電子水閘單元

32:樹莓派嵌入式控制單元

33:養液輸送開關

40:雲端伺服模組

50:酸鹼值偵測模組

51:偵測數值

60:酸鹼平衡控制模組

61:酸性物質

62:鹼性物質

Claims (10)

1. 一種養液增補之自動控制裝置，其包含： 一養液桶，係用以置放一第一養液； 一液體高度偵測模組，係用以偵測該第一養液於該養液桶內是否滿足一水位高度，當不滿足時，該液體高度偵測模組係產生並持續發送一添加訊號； 一養液添加控制模組，係包含一電子水閘單元及一樹莓派嵌入式控制單元，其電子水閘單元係用以控制一第二養液輸送至該養液桶之一養液輸送開關，當該樹莓派嵌入式控制單元收到該添加訊號時，該嵌入式控制單元係控制該電子水閘單元以開啟該養液輸送開關，進而輸送該第二養液至該養液桶內； 一雲端伺服模組，係用以儲存該第一養液之相關數據； 一酸鹼值偵測模組，係置於該第一養液中，其係用以偵測該第一養液之一酸鹼值以產生一偵測數值，並定時將該偵測數值傳送至該雲端伺服模組；以及 一酸鹼平衡控制模組，係用以添加一酸性物質或是一鹼性物質至該養液桶之該第一養液中； 其中該雲端伺服模組係定時傳送該偵測數值至該酸鹼平衡控制模組，該酸鹼平衡控制模組係根據一酸鹼建議值與該偵測數值之差異以添加該酸性物質或該鹼性物質。
2. 如請求項1所述之養液增補之自動控制裝置，其中該液體高度偵測模組包含一紅外線偵測感應器。
3. 如請求項1所述之養液增補之自動控制裝置，其中該酸鹼平衡控制模組係利用一蠕動馬達以添加該酸性物質或是該鹼性物質。
4. 如請求項1所述之養液增補之自動控制裝置，更包含一電導率偵測模組，其係用以偵測該第一養液及該第二養液之電導率。
5. 如請求項4所述之養液增補之自動控制裝置，其中當該第一養液及該第二養液之電導率過高時，該第一養液及該第二養液之濃度係被稀釋，當該第一養液及該第二養液之電導率過低時，該第一養液及該第二養液之濃度係被提升。
6. 一種養液增補之自動控制方法，係適用於置放於一養液桶之一第一養液，其係包含： 利用一液體高度偵測模組以偵測該第一養液於該養液桶內是否滿足一水位高度，其中當不滿足該水位高度時，該液體高度偵測模組係產生並持續發送一添加訊號； 由一樹莓派嵌入式控制單元根據該添加訊號以控制一電子水閘單元開啟一養液輸送開關，進而輸送一第二養液至該養液桶內； 利用一酸鹼值偵測模組以偵測該第一養液之一酸鹼值，進而產生一偵測數值，並定時將該偵測數值傳送至一雲端伺服模組，其中該雲端伺服模組係用以儲存該第一養液之相關數據； 利用一酸鹼平衡控制模組以添加一酸性物質或是一鹼性物質至該養液桶之該第一養液中； 其中該雲端伺服模組係定時傳送該偵測數值至該酸鹼平衡控制模組，該酸鹼平衡控制模組係根據一酸鹼建議值與該偵測數值之差距以添加該酸性物質或該鹼性物質。
7. 如請求項6所述之養液增補之自動控制方法，其中該液體高度偵測模組包含一紅外線偵測感應器。
8. 如請求項6所述之養液增補之自動控制方法，其中該酸鹼平衡控制模組係利用一蠕動馬達以添加該酸性物質或是該鹼性物質。
9. 如請求項6所述之養液增補之自動控制方法，其進一步包含： 利用一電導率偵測模組，其係用以偵測該第一養液及該第二養液之電導率。
10. 如請求項6所述之養液增補之自動控制方法，其中當該第一養液及該第二養液之電導率過高時，該第一養液及該第二養液之濃度係被稀釋，當該第一養液及該第二養液之電導率過低時，該第一養液及該第二養液之濃度係被提升。

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