TWI789279B

TWI789279B - 植物照護裝置、系統及其運作方法

Info

Publication number: TWI789279B
Application number: TW111111524A
Authority: TW
Inventors: 王宜達; 謝承穎; 林岳陞
Original assignee: 國立宜蘭大學
Priority date: 2022-03-27
Filing date: 2022-03-27
Publication date: 2023-01-01
Also published as: TW202337310A

Abstract

本發明提供了一種植物照護裝置、系統及其運作方法。其中該植物照護裝置包含一植栽容器以及一照護模組，且該照護模組與該植栽容器連接。其中該照護模組包含一電源供應器、一控制作動模組、一感測模組以及一資料處理模組。據此，本發明具有各種感測器整合情報整合並即時判斷、通知和紀錄植栽生長條件並即時予以需要的環境改善元件作動，改善植栽的生長環境。

Description

植物照護裝置、系統及其運作方法

本發明為一種植物照護裝置、系統及其運作方法，尤指一種具有各種感測器整合情報整合並即時判斷、通知和紀錄植栽生長條件並即時以機電邏輯判斷予以需要的環境改善元件作動的植物照護裝置、系統及其運作方法。

隨著物聯網時代的來臨，各種裝置之間互相交換、傳遞以及紀錄訊息的頻率也越來越高。且跟隨智慧產業發展的腳步，人們生活中各種物品也朝著更加貼合使用者操作體驗以及自動化的腳步邁進。

同樣的，在農業的技術領域中，相關的科技應用也同樣越來越發達。具體來說，傳統的農業非常仰賴人力以定時的方式巡視各式各樣的植栽。而在這些植栽的生長條件需要調整的時候，也必須依照種植者的經驗來調整或處理植栽的生長環境，並沒有一個客觀的標準和紀錄。

由於傳統農業中多半需要仰賴人為因素進行判斷之故，因此一但栽種者因各種因素導致不可預期的疏忽，隨時都有可能讓植栽的生長出現問題。

因此，許多農業中的栽種者開始慢慢發展出透過儀器來協助確認植栽生長環境條件和狀況技術。但是僅透過科學化的儀器得知環境條件，仍有調整環境條件需要仰賴人為因素的缺點。

為了解決先前技術中所提到的問題，本發明提供了一種植物照護裝置、系統及其運作方法。

其中，本發明概念下的植物照護裝置包含一植栽容器以及一照護模組。該照護模組與該植栽容器連接。其中該照護模組包含一電源供應器、一控制作動模組、一感測模組以及一資料處理模組。

該控制作動模組包含一中控元件、一驅動裝置、一灑水元件、一照明元件以及一空氣循環元件。該中控元件與該電源供應器連接，該驅動裝置與該中控元件連接。

而該灑水元件、該照明元件及該空氣循環元件均與該驅動裝置連接。接著，該感測模組包含一光感測器、一大氣溫度濕度感測器以及一土壤濕度感測器。該光感測器、該大氣溫度濕度感測器以及該土壤濕度感測器均與該中控元件連接。而該資料處理模組同樣與該中控元件連接。

進一步地，在多個植物照護裝置需要進行系統化運作時，本發明更提供了一種植物照護系統。該植物照護系統包含至少二個上述的該植物照護裝置，且至少二個該植物照護裝置之間彼此相互連接。其中，所有該植物照護裝置更與至少一監控電腦、至少一終端裝置或其組合連接。

而本發明另提供一種植物照護裝置的運作方法，包含下列步驟。首先，步驟(A)係提供前述的植物照護裝置。接著，步驟(B)係由該中控元件透過該光感測器、該大氣溫度濕度感測器以及該土壤濕度感測器依序即時監測該植栽容器中的一光照參數、一大氣溫度濕度以及一土壤濕度。

進一步地，步驟(C)係由中控元件判定該光照參數、該大氣溫度濕度以及該土壤濕度是否依序落於一光照接受值、一大氣溫度濕度接受值以及一土壤濕度接受值之範圍內，如該光照參數、該大氣溫度濕度以及該土壤濕度任一者落於該光照接受值、該大氣溫度濕度接受值以及該土壤濕度的範圍外，則執行步驟(D)，反之則回到步驟(B)

最後，如進入到步驟(D)，則由中控元件依照落於範圍外的該光照參數、該大氣溫度濕度以及該土壤濕度相應透過該驅動裝置啟動該灑水元件、該照明元件、空氣循環元件或其組合，直至該光照參數、該大氣溫度濕度以及該土壤濕度落於該光照接受值、該大氣溫度濕度接受值以及該土壤濕度接受值的範圍內，再執行步驟(B)

以上對本發明的簡述，目的在於對本發明之數種面向和技術特徵作一基本說明。發明簡述並非對本發明的詳細表述，因此其目的不在特別列舉本發明的關鍵性或重要元件，也不是用來界定本發明的範圍，僅為以簡明的方式呈現本發明的數種概念而已。

10:植物照護裝置

100:植栽容器

200:照護模組

300:電源供應器

400:控制作動模組

401:中控元件

402:驅動裝置

403:灑水元件

404:照明元件

405:空氣循環元件

500:感測模組

501:光感測器

502:大氣溫度濕度感測器

503:土壤濕度感測器

600:資料處理模組

601:無線傳輸模組

602:資料庫

603:顯示螢幕

C:監控電腦

T:終端裝置

(A)~(D):步驟

圖1係本發明實施例植物照護裝置的外觀示意圖。

圖2係本發明實施例植物照護裝置的架構圖。

圖3係本發明實施例植物照護裝置的運作方法流程圖。

為能瞭解本發明的技術特徵及實用功效，並可依照說明書的內容來實施，茲進一步以如圖式所示的較佳實施例，詳細說明如後：請同時參照圖1及圖2，圖1係本發明實施例植物照護裝置的外觀示意圖；圖2係本發明實施例植物照護裝置的架構圖。

首先請參照圖1，圖1係本發明實施例之實際外觀。惟圖1僅本實施例的外觀示意圖，實際上來說，本發明概念下所有可能的實施例之外觀不應以此為限。

具體來說，圖1外觀中的實施例可以看出植物照護裝置10的植栽容器100係矩形箱體狀的容器。該植栽容器100內可填充植栽所需的土壤。當然，在其他可能的實施例中，如栽種的植栽屬於水耕作物，植栽容器100理所當然地可以在其佈置水路等管路，本發明並不加以限制。

在圖1的實施例中可以明顯看到主要的控制元件例如中控元件401、驅動裝置402及灑水元件403均設置在植栽容器100上端其中一邊緣處。而空氣循環元件405則以45度傾角斜設於植栽容器100的另兩個上端邊緣處，並且空氣循環元件405係可雙向轉動的風扇，意即空氣循環元件405本身可將空氣吹拂至植栽容器100之中，亦可將空氣排離植栽容器100。而當其中空氣循環元件405以吹拂，同時另個空氣循環元件405以排離的方式運作時，便可達到循環植栽容器100中之氣體效果。

進一步地，照明元件404設置在植栽容器100箱體上端內緣處。在本實施例中，照明元件404可以是發光二極體元件、有機發光二極體元件等等，本發明並不加以限制。而照明元件404的發光種類和波長係以種植的植栽種類決定之。

舉例來說，如欲促進植栽的葉子生長，可以選用發光波長介於400-500奈米的照明元件404。相對地，如欲促進植栽開花結果，可以選用發光波長介於612-720奈米的照明元件404。同理，為了使本發明實施例使用上更為方便，照明元件404選用可調變發光波長的發光二極體元件或有機發光二極體元件亦可，本發明並不加以限制。

接著，有關本實施例詳細的機電連接架構圖可參照圖2。如圖2所示，本實施例之植物照護裝置10包含植栽容器100以及照護模組200。在本實施例中，照護模組200與植栽容器100連接，而連接的方式可以如圖1所示的結構相同。其中，照護模組200包含電源供應器300、控制作動模組400、感測模組500以及資料處理模組600。

在本實施例中，電源供應器300係可以跟市電、發電機或是如太陽能板、風電機或其組合連接。因此，本實施例之電源供應器300更包含交流/直流電源轉換器，將該些電源的交流電轉為直流電供植物照護裝置10使用。

在本實施例中，控制作動模組400包含中控元件401、驅動裝置402、灑水元件403、照明元件404以及空氣循環元件405。其中，灑水元件403、照明元件404以及空氣循環元件405之裝設方式和佈局可以參考圖1中的示意，但本發明並不加以限制。其中中控元件401與電源供應器300連接，驅動裝置402與中控元件401連接。

在本實施例中，中控元件401為單板機(Single Board Computer,SBC)。更具體來說，中控元件401係選用多接腳位的阿杜伊諾百萬2560(Arduino^TM mega 2560)實現之。

而本實施例之灑水元件403、照明元件404及空氣循環元件405均與驅動裝置402連接。因此，中控元件401可以將數位訊號傳送給驅動裝置402，轉換為類比訊號後據以控制灑水元件403、照明元件404及空氣循環元件405的作動。

具體來說，中控元件401可以控制灑水元件403中噴頭的閥門開合大小，來決定灑水元件403噴頭所釋出的灌溉液體流量。因此，灑水元件403實際上可以將噴頭設計為滴水噴頭抑或水霧噴頭，取決於灑水元件403的設置位置。

如灑水元件403之噴頭設計為滴水噴頭時，灑水元件403可以在水耕狀態下靠近植栽的根部設置。可選地，也可以將灑水元件403埋於植栽容器100的土壤表層或是盤繞在植栽容器100的土壤表面，本發明並不加以限制。

而如灑水元件403之噴頭設計為水霧噴頭時，可以設置在植栽容器100的箱體的上端，並且與空氣循環元件405的吹拂配合，控制水霧的吹拂方向並替植物加濕。

同理，照明元件404也可以透過中控元件401來控制其發光強度、光照時長或是光照波長等與植栽生長控制息息相關的因素。舉例來說，鳳梨科(Bromeliaceae)植物的栽植就需要嚴格控制其光照時長，如冬季每天至少要有4小時至5小時的光照等等，本發明並不加以限制。

而為了讓中控元件401能夠有判斷灑水元件403、照明元件404及空氣循環元件405應如何作動的依據，本實施例之感測模組500包含光感測器501、大氣溫度濕度感測器502以及土壤濕度感測器503。

其中光感測器501、大氣溫度濕度感測器502以及土壤濕度感測器503均與中控元件401連接。本實施例之中控元件401透過光感測器501、大氣溫度濕度感測器502以及土壤濕度感測器503依序即時監測植栽容器100中的光照參數、大氣溫度濕度以及土壤濕度。

所述光照參數包含光感測器501感測植栽所受到的照度和時長兩者。至於大氣溫度濕度則是大氣溫度濕度感測器502所感測到的攝氏氣溫和大氣相對濕度。最後，土壤濕度則是土壤濕度感測器503所感測到的土壤相對濕度。當然，在水耕的環境下，土壤濕度感測器503可選擇性地不作動或忽略其參數，本發明並不加以限制。

接著，中控元件401會協助判定自光感測器501、大氣溫度濕度感測器502以及土壤濕度感測器503回傳的光照參數、大氣溫度濕度以及土壤濕度，並依序與中控元件401中預設好的光照接受值、大氣溫度濕度接受值以及土壤濕度接受值進行比較。

如光照參數、大氣溫度濕度以及土壤濕度任一者過低時，會啟動灑水元件403、照明元件404以及空氣循環元件405據以應對環境中的相關問題。反之，如光照參數、大氣溫度濕度以及土壤濕度任一者均未低於其對應的接受值，則繼續執行監控。

以下將針對當光照參數、大氣溫度濕度以及土壤濕度任一者過低時，灑水元件403、照明元件404以及空氣循環元件405應如何應對環境中的相關問題處理進行說明。

具體來說，本實施例中控元件401會先挑選過低的光照參數、大氣溫度濕度、土壤濕度或其組合，相應透過驅動裝置402啟動灑水元件401、照明元件402、空氣循環元件403或其組合，直至光照參數、大氣溫度濕度以及土壤濕度均高於前述中控元件401作為判斷基準的光照接受值、該大氣溫度濕度接受值以及該土壤濕度接受值，並回歸正常的持續監控。

在本實施例中，光感測器501用以感測植栽之光照參數(如光照強度和時長)並回報給中控元件401進行與光照接受值的比對。因此，所述光照接受值可以是如光合有效輻射如(W/m²)或流明/平方公尺(lm/m²)等，而時間長短可以設定為秒、分鐘或小時/每日等單位，具體依照植栽的物種來選定，本發明並不加以限制。

接著中控元件401再根據控管植栽受到的光照強度和時長來決定如何控制、判斷並驅動照明元件404作動進行補償，直至光照參數回到光照接受值以上的數值。

可選地，中控元件401也可以在日照過強的時候透過驅動裝置402區動馬達等機電裝置將檔板等遮光元件推移至植栽容器100箱體的上開口，藉以遮蔽過強的陽光，本發明並不加以限制。

至於大氣溫度濕度感測器502係依照植栽環境所收到的大氣濕度和溫度來讓中控元件401決定是否啟動灑水元件403、空氣循環元件405或其組合來調節植栽所處環境的相對濕度和溫度。

具體來說，本實施例中控元件401中據以判斷植栽所處環境的相對濕度和溫度是否適切的大氣溫度濕度接受值係設定為植栽所處環境氣溫攝氏30度以上或相對濕度達85%以上便需要進行調節降低。具體調節方式即可使用啟動灑水元件403、空氣循環元件405或其組合來調節之。

同理，本實施例中控元件401中據以判斷植栽土壤之土壤濕度接受值係設定介於土壤相對濕度60%-70%之間。具體來說，必須將土壤濕度感測器503所感測到的控制於土壤相對濕度60%-70%的區間之中。

而當中控元件401判斷土壤濕度感測器503所感測到的土壤濕度低於土壤濕度接受值中的60%時，中控元件401會驅動灑水元件403進行調節；相對地，如中控元件401判斷土壤濕度感測器503所感測到的土壤濕度高於土壤濕度接受值中的70%時，會驅動照明元件404、空氣循環元件405或其組合來試圖降低土壤濕度感測器503所感測到的土壤濕度。

最後，本實施例之資料處理模組600同樣與中控元件401連接。本實施例之資料處理模組600包含無線傳輸模組601、資料庫602以及顯示螢幕603。其中無線傳輸模組601與中控元件401連接，資料庫602則與無線傳輸模組601連接。至於顯示螢幕與中控元件401連接。

本實施例之資料處理模組600具有將記錄或傳送來自中控元件401回報的所有與植物照護裝置10有關的資料。例如控制作動模組400中驅動裝置402、灑水元件403、照明元件404以及空氣循環元件405的啟動使用時長、功率或是壞損等參數。而對於與中控元件401有連接關係的感測模組500之光感測器501、大氣溫度濕度感測器502及土壤溼度感測器503之感測參數紀錄和發送亦同。

在本實施例中，無線傳輸模組601可以是具有特定通訊協定發送的無線裝置，本發明並不加以限制。具體來說，無線傳輸模組601可以是無線藍芽(Bluetooth^TM)模組、WiFi^TM、4G^TM或5G^TM等無線傳輸模組。得以直接從中控元件401傳遞訊號出去亦或接收來自外部的無線訊號予以中控元件401。除此之外，無線傳輸模組601也可以存取資料庫602的資料，供種植者得知植物照護裝置10的運作歷史情況或參數等。

因此，資料庫602可以是具有運算和儲存數位資料的裝置，例如固態硬碟(SSD)等，應均屬於資料庫602可應用並據以實施的範圍之內。而顯示螢幕603可以是液晶螢幕、有機發光二極體螢幕等，本發明同樣不加以限制。

而本實施例為了使植物照護裝置10可以達到遠端監控、訊號、警告或其組合的收發，本實施例可選地將資料庫602與至少一監控電腦C、至少一終端裝置T或其組合連接。同理，無線傳輸模組601亦可選地與至少一監控電腦C、至少一終端裝置T或其組合連接。

就本實施例來說，資料庫602及無線傳輸模組601均與少一監控電腦C及至少一終端裝置T連接。其中監控電腦C可以是農業管理中心等地的主機伺服器或控制電腦等；而終端裝置T可以是個人手機、平板或是筆記型電腦等，本發明並不加以限制。

進一步地，在本發明概念之下，有多個植物照護裝置10需要進行系統化運作時，可透過將多個植物照護裝置10中的中控元件401進行連線來達成。所述連線方式包含但不限於有線、無線或是衛星等方式運作之。甚至透過與每個中控元件401獨立連接的無線傳輸模組601彼此之間透過無線訊號連線亦是可以實施的方式之一。

因此，當多個植物照護裝置10連線成功後，便可形成本實施方式所稱的植物照護系統。該植物照護系統包含至少二個上述的該植物照護裝置10，且至少二個植物照護裝置10之間彼此相互連接。其中，所有植物照護裝置10更可與前述之至少一監控電腦C、至少一終端裝置T或其組合連接，本發明同樣不加以限制。

接者請參照圖3，圖3係本發明實施例植物照護裝置的運作方法流程圖。如圖3所述，本實施例之植物照護裝置10的運作方法包含下列步驟。

首先，步驟(A)係提供前述的植物照護裝置10。接著，步驟(B)係由中控元件401透過光感測器501、大氣溫度濕度感測器502以及土壤濕度感測器503依序即時監測植栽容器100所感測到的光照參數、大氣溫度濕度以及土壤濕度。

接著步驟(C)，中控元件401係判定該光照參數、該大氣溫度濕度以及該土壤濕度是否依序落於前述提及的光照接受值、大氣溫度濕度接受值以及土壤濕度接受值之範圍內。

如該光照參數、該大氣溫度濕度以及該土壤濕度任一者落於該光照接受值、該大氣溫度濕度接受值以及該土壤濕度的範圍外，則執行步驟(D)，反之則回到步驟(B)繼續監測。

因此，如有必要進到步驟(D)時，中控元件401會依照落於範圍外的該光照參數、該大氣溫度濕度以及該土壤濕度相應透過驅動裝置402啟動灑水元件403、照明元件404、空氣循環元件405或其組合據以改善植栽的種植情況，直至該光照參數、該大氣溫度濕度以及該土壤濕度落於該光照接受值、該大氣溫度濕度接受值以及該土壤濕度接受值的範圍內，再回到步驟(B)續行監控。

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，即依本發明申請專利範圍及說明內容所作之簡單變化與修飾，皆仍屬本發明涵蓋之範圍內。