TWM516834U - 微型植物工廠的智能化照明裝置 - Google Patents

Description

微型植物工廠的智能化照明裝置

本創作係關於一種微型植物工廠的智能化照明裝置，尤指一種可依植物生長速率而自動保持高效近距離照射的智能化照明裝置，該照明裝置係一平均散佈紅光、藍光及白光三種不同波長LED燈粒的LED燈盤，為通過一均流和調光電路，使LED燈盤具有輕薄、低溫、低耗能、光照均勻等特點，且容易升降而貼近照射植物。

習知立體栽培的植物工場，其關於照明的提供，大多是使用較少的發光源，因此發光並不平均，熱量太集中，不能太過接近植物，所以燈盤和植物之間都保持一相當長的距離，且無法隨著植物的成長而自動調整燈盤的高度，同時也沒有三種波長可平均散佈在燈盤上，也沒有各自調光的功能，因此習知植物工場於照明的適用性不佳，容易形成照明能源浪費。

此外，在植物環境氣流的控制方面，習知植物工場通常只能提供固定的風向和風量，根本無法依據植物在各種成長時段，有效進行風向和風速的調整改變，因此也無法營造出更有效益的氣流，故仍有待改善。

本創作之主要目的，乃在於提供一種微型植物工廠的智能化照明裝置，該智能化照明裝置係一可發光均勻且低熱能的LED燈盤，為活動設於育成栽培槽的床架上方，並可依照植物的生長速率而設定每日所需上升的額定距離，利用微距控制燈盤的升降高度，常保持高效貼近照射植物，以提供植物生長時最佳所需的光質、光量、及光周期，該LED燈盤具有輕薄、低溫、低耗能、光照均勻及非常節能等優點。

本創作之次要目的，乃在於提供一種微型植物工廠的智能化照明裝置，該智能化照明裝置係一平均散佈紅光、藍光及白光三種不同波長LED燈粒的LED燈盤，並通過一均流和調光電路，使各串LED燈粒亮度均勻，且每種LED燈粒都能各自調光，亦可供任意組合，用以滿足植物的照光習性及其各種生長階段所需的波長與照度。

本創作之又一目的，乃在於提供一種微型植物工廠的智能化照明裝置，其進一步係可於育成栽培槽與照明裝置之間裝設一循環扇，並利用程式化控制循環扇的風向和風量，使植物葉部可獲得充足的二氧化碳供應，同時亦提供均溫均濕的環境及增進LED燈盤散熱等功效。

本創作之再一目的，乃在於提供一種包含智能化照明裝置及循環扇的微型植物工廠，該微型植物工廠係一包括種子催芽到植物收成完整動線流程的多層植物栽培架，係設有一可調溫、均濕通氣、可調明暗光線的人工海綿催芽室，及一全方位照明，及一氣流控制的育苗及育成 區，以及整個栽培架之養液、水份供給和循環控制等，用以達到微型植物工廠之精密流程控制，且非常適合居家環境採用，通過智能化照明裝置與循環扇的應用，以最節能方式提供植物所需照明和氣流，全自動化控制的營造一個很經濟又很適合植物在各成長階段所需的環境，能供一般使用者自行在家或社區內就能以很節約且高效率的方式而輕易獲得植物栽種成果。

10、20、30‧‧‧床架

40‧‧‧智能化照明裝置

101‧‧‧催芽室

102‧‧‧育苗栽培槽

2‧‧‧育成栽培槽

301‧‧‧控制器

302‧‧‧清水槽

303‧‧‧養液槽

4‧‧‧LED燈盤

41、42、43‧‧‧LED燈粒

4a、4b、4c、4d‧‧‧LED燈板

41‧‧‧紅色LED燈粒

42‧‧‧藍色LED燈粒

43‧‧‧白色LED燈粒

44‧‧‧懸吊線

5‧‧‧循環扇

51‧‧‧循環扇本體

52‧‧‧水平風向控制馬達

53‧‧‧鎖固板

6‧‧‧支架

61‧‧‧滑輪

62‧‧‧轉向輪

63‧‧‧轉接板

64、65‧‧‧粗、細彈簧

方塊1‧‧‧三種波長LED燈板均流電路

方塊2‧‧‧LED燈盤升降控制電路

方塊3‧‧‧循環扇控制電路

方塊4‧‧‧LED燈盤調光及電源供應

方塊5‧‧‧微處理器控制及測量電路

方塊6‧‧‧控制器操作面板電路

方塊7‧‧‧電源供應電路

方塊8‧‧‧催芽室溫度、亮度控制電路

第一圖為本創作應用於微型植物工廠的組合立體圖。

第二圖為本創作中LED燈盤與循環扇的組合立體圖。

第三圖為本創作中三波長LED燈板的上視圖。

第四圖為本創作中循環扇的立體圖。

第五圖為本創作中LED燈盤的升降配置機構的組成示意圖。

第六圖為本創作之功能方塊示意圖。

第七圖至第九圖分別為本創作之三波長LED燈板電路圖。

茲依附圖實施例，將本創作技術的結構特徵及其他作用、目的，詳細說明如下：如第一圖所示，係揭示本創作包含智能化照明裝置及循環扇的微型植物工廠整體外觀示意圖，該微型植物工廠係一多層植物栽培架組合，植物從種子到收成的過 程所需的設施，皆濃縮設於該微型植物工廠內，該多層植物栽培架(即微型植物工廠)主要包括：催芽室101及育苗栽培槽102的床架10、育成栽培槽2的床架20及設有控制器301、清水槽302與養液槽303的床架30，並在育成栽培槽2的床架上方均裝設一智能化照明裝置40，而其中：智能化照明裝置40，如第二、三圖所示，其係由一可活動調整升降的LED燈盤4所構成，為包含平均散佈於該燈盤的紅光、藍光及白光等三種不同波長的LED燈粒41、42、43，所述紅、藍、白的各串LED燈粒41、42、43都可通過一均流電路，使各串LED燈粒41、42、43亮度均勻，且可通過一調光電路，使每種LED燈粒41、42、43都能各自調光，和任意組合，所述LED燈盤4係可升降調整高度，利用微距控制LED燈盤4的升降高度而能貼近植物提供照明，乃依照選定植物的生長速率，設定每日所需上升的額定距離，以供保持高效的近距離照射，亦可按照選定栽種的植物習性及生長階段的需求，藉該LED燈盤4通過上述的均流和調光電路，而可自動調整提供植物所需的光質、光量、及光周期，以滿足植物的照光習性及其各種生長階段所需的波長與照度。

如第二圖所示，上述構成智能化照明裝置40的LED燈盤4，其係由複數片的LED燈板4a、4b、4c、4d所鋪接組成，第三圖則是所述LED燈板4a(4b、4c、4d)的結構示意圖，其係於一PCB板上同時放置紅光、藍光及白光三種不同顏色之微小功率的LED燈粒41、42、43，如圖實施例顯 示，該LED燈板4a(4b、4c、4d)係使用19串8併共計152顆紅色LED燈粒41、13串6併共計78顆藍色LED燈粒42，以及13串8併共計104顆白色LED燈粒43等所組成，總共將334顆微小功率的LED燈粒41、42、43平均散佈在一大塊PCB上而構成一LED燈板4a(4b、4c、4d)，每種顏色(波長)之LED燈粒41、42、43都能獨立調光，故可任意組合達到吾人所設定的光質和光亮度，且由於燈粒呈多數分佈均勻，再經由特殊的均流電路，因此不但光照平均且熱量分散，故可供近距離照射植物，以達到大量節能與最佳照射的效果。

依本創作設計組成，其進一步係可於多層植物栽培架的育成栽培槽2與上述LED燈盤4之間再裝設一循環扇5(如四圖所示)，並利用程式化控制該循環扇5的風向和風量，使植物葉部可獲得充足的二氧化碳供應，同時亦提供均溫均濕的環境及增進LED燈盤散熱等功效。如第二、四圖面實施例所揭，循環扇5係可使用DC12V之直流電源，主要包含一循環扇本體51、一水平風向控制馬達52及一鎖固板53，該鎖固板53係可鎖固於LED燈盤4的中央位置或適當選定處，並連結鎖合循環扇本體51與水平風向控制馬達52，為利用DC12V電源以定電流方式來控制風扇電流，用以調整其風速大小，而水平風向控制馬達52係適合採用步進式減速馬達，故可輕易控制循環扇本體51呈水平方向180度的大角度風向調整及任意點定位。是以，本實施例即可通過床架30所設的控制器301來調整循環扇本體51的定電流大小，進而控制循環扇的供出風速大小，然後，再利用 步進馬達的定位和脈衝頻率，就可以調節水平風向控制馬達52轉向的方位及改變方向，並再搭配風速(風量)的調節，即能控制栽培區的氣流方向及流量，達到作物葉部氧氣吹出，二氧化碳循環供應，產生陣風效應及空氣循環替換，及均速、均濕、風速適當的生長環境與LED燈盤4散熱等多重目的。

上述的LED燈盤4，係可實施為一薄型鋁框的形態，除可固定裝設一循環扇5，亦可供複數片LED燈板4a、4b、4c、4d鋪設結合，使所述智能化照明裝置40並包含一鎖設固定的循環扇5，藉此提供散熱及反射邊光的目的，也因此組成一個相當輕盈、明亮又很堅固的LED燈盤4，而可便控制LED燈盤4的昇降調整；又所述的LED燈盤4，如第二圖所示，其係可在LED燈盤4鋁框本體的四個邊角位置，分別吊置結合一懸吊線44(係可使用鋼絲)，並控制四個邊角的懸吊線44高度調節，以完成LED燈盤4升降控制的目的。

如第五圖所示，其係進一步揭示一種LED燈盤4的升降配置機構，主要係在LED燈盤4上方裝設一可供匹配懸吊的支架6，該支架6於四個邊角位置分別設有一滑輪61，使LED燈盤4的各懸吊線44可對應穿過各滑輪61而分別通過一轉向輪62，再將各懸吊線44引導結合於一轉接板63，使四股懸吊線44可集中由兩條粗、細彈簧64、65施予懸吊銜接並分攤LED燈盤4的重量(約5kg)，故水平風向控制馬達52(步進式減速馬達)，只需小部份的出力，就能控制5kg的LED燈盤4進行昇降調整工作。簡言之，上述LED燈盤4 的升降配置機構，其係通過二條粗、細彈簧64、65的配重，故水平風向控制馬達52(步進式減速馬達)係可選用較小功率馬達，便可很節能且精準微距的控制燈盤上昇及下降，且可任意控制停駐在其間的任一個上下位置。

第六圖為為本創作之功能方塊示意圖，其中：方塊1係三種波長LED燈板均流電路；方塊2係LED燈盤升降控制電路；方塊3係循環扇控制電路；方塊4係LED燈盤調光及電源供應；方塊5係微處理器控制及測量電路；方塊6係控制器操作面板電路；方塊7係電源供應電路；方塊8係催芽室溫度、亮度控制電路；如上述本創作之功能方塊所示，圖中方塊5(微處理器控制及測量電路)為本創作之控制和測量中心，首先吾人所欲操作本微型植物工廠，是經過方塊6(控制器操作面板電路)告知方塊5來執行吾人所欲達成之目的，以控制照明為例，為使照明更有效率，當欲行使光合作用點亮燈板時，方塊5將控制方塊2燈盤升降控制電路，讓LED燈盤包括裝置在燈盤上的方塊3循環扇緩慢下降，並自動計算下降的額定距離，當達到設定值時，LED燈盤便停止，此時，LED燈盤距離植物最上緣約為10-15cm，而方塊3循環扇大約和葉子最上端同高，當方塊2下降到所要照射之作物的高度後，便會啟動方塊4燈盤調光及電源供應，然後再點亮方塊 1的三種波長LED燈板均流電路，自動平均每併之電流，達到發光均勻的目的，再按植物之需求，調整三種波長LED燈粒的輸出功率，發出適合植物當下最適合的光質和光量。在此同時，方塊5亦控制方塊3循環扇控制電路，讓循環扇風扇以緩慢的速度控制方向，及調整適當的風速，以產生適合的氣流及陣風，一方面，將葉子附近充滿氧氣的空氣吹走，補充室內其他空氣上來，補充光合作用下所需的大量二氧化碳需求，促進換氣循環，另一方面，也可達到燈板散熱目的。方塊5微處理器還可經由方塊8控制催芽室的制冷器或發熱器和其專用的燈板，讓催芽室達到吾人所期望的溫度條件和亮度需求。最後方塊7電源供應電路，則提供適當的電壓及電流而供應上述各功能方塊之所需。

第三圖則是所述LED燈板4a(4b、4c、4d)的結構示意圖，其係於一PCB板上同時放置紅光、藍光及白光三種不同顏色之微小功率的LED燈粒41、42、43，如圖實施例顯示，該LED燈板4a(4b、4c、4d)係使用19串8併共計152顆紅色LED燈粒41、13串6併共計78顆藍色LED燈粒42，以及13串8併共計104顆白色LED燈粒43等所組成，總共將334顆微小功率的LED燈粒41、42、43平均散佈在一大塊PCB上而構成一LED燈板4a(4b、4c、4d)，每種顏色(波長)之LED燈粒41、42、43都能獨立調光，故可任意組合達到吾人所設定的光質和光亮度，且由於燈粒呈多數分佈均勻，再經由特殊的均流電路，因此不但光照平均且熱量分散，故可供近距離照射植物，以達到大量節能與最佳照射的效果。

第七圖至第九圖所示，分別係本創作之三波長LED燈板電路圖，圖中的均流運算IC，U1之電源來自D1、D2、D3，只要任一色之LED燈粒有被點亮，就可取得所需之電源，然後經過R30、R31、R32、R33、R34等5只相並聯之電阻後，在ZD1及C1上得到U1所需運作之穩定電壓，而使用5只電阻並聯之目的是要把熱源分散開來，使可近照植物。以第七圖所揭之藍色LED燈粒為例，共分6併，每併有13串LED燈粒，都對應一只電晶體，如圖中Q1~Q6，以定電流的方式來驅動每併的LED燈粒驅動電流。以第一併Q1為例，R2為集極電壓，回饋檢知電阻，R3為基極驅動輸入電阻，R4為射極定電流限流電阻，其中各併之回饋檢知電阻分別為R2、R6、R11、R16、R21、R26共接在一起到均流運算IC U1A之正端，經由U1A之相加平均之後，由U1A之輸出即PIN-1，經R37到各併之驅動輸入電阻，即R3、R8、R13、R18、R23、R28等，驅動Q1到Q6之基極，達到每併之電流自動平均的目的。換言之，本電路能自動把各併的LED燈粒驅動電流，按當下的狀態，自動回饋，及平均驅動，產生每併電流平均分配一致，進而使每併LED燈粒發光均勻之目的，另外，圖中D4及D5，則組成最大驅動電流上限保護。

依此類推，如第八圖所揭之紅色LED燈粒為例，U1B為紅色LED燈粒之均流運算控制IC，其輸出經R63，分別推動Q7~Q14共8併之定電流紅色LED燈粒驅動電路，以及第九圖所揭之U1C為白色LED燈粒之均流運算控制IC，其 輸出經R107，分別推動Q15~Q22共8併之定電流白色LED燈粒驅動電路，其目的都是要按當下每併電流平均一致，進而使每併LED燈粒發光均勻目的。

綜上所述，可見本創作所為「微型植物工廠的智能化照明裝置」改良，或進一步再包含一循環扇結合，是以能依照植物成長而智能化調整提供最佳的照明及氣流供應，於微型植物工廠整體應用及組成確為新穎首創，且以最節能方式提供植物所需照明和氣流，能有效改善植物地上部的照明和環境氣流控制，可通過全自動化控制營造一個很經濟又很適合植物在各成長階段所需的環境，操作使用亦方便實用，極適合使用者自行在家或社區內栽種而輕易獲得植物成果，功效實用顯著，為此依法申請新型專利，敬祈 依法賜准本案新型專利之核准審定，實感德便。

10、20、30‧‧‧床架

40‧‧‧智能化照明裝置

101‧‧‧催芽室

102‧‧‧育苗栽培槽

2‧‧‧育成栽培槽

301‧‧‧控制器

302‧‧‧清水槽

303‧‧‧養液槽

4‧‧‧LED燈盤

4a、4b、4c、4d‧‧‧LED燈板

5‧‧‧循環扇

Claims (10)

1. 一種微型植物工廠的智能化照明裝置，該微型植物工廠係一多層植物栽培架組合，而智能化照明裝置係設於培槽的床架上方，其特徵在於：智能化照明裝置，係由一可活動調整升降的LED燈盤所構成，為包含平均散佈於該燈盤的紅光、藍光及白光等三種不同波長的LED燈粒，各串LED燈粒係過一均流電路，使各串LED燈粒亮度均勻，且通過一調光電路，使每種LED燈粒係各自調光，和任意組合，LED燈盤並用微距控制升降高度而貼近植物。
2. 如申請專利範圍第1項所述微型植物工廠的智能化照明裝置，其中，該LED燈盤係定每日所需上升的額定距離，而保持高效的近距離照射。
3. 如申請專利範圍第1項所述微型植物工廠的智能化照明裝置，其中，該LED燈盤係由複數片的LED燈板所鋪接組成，各LED燈板係於一PCB板上同時放置紅光、藍光及白光三種不同顏色之微小功率的LED燈粒。
4. 如申請專利範圍第3項所述微型植物工廠的智能化照明裝置，其中，該LED燈板係使用19串8併共計152顆紅色LED燈粒、13串6併共計78顆藍色LED燈粒，以及13串8併共計104顆白色LED燈粒所組成，總共將334顆微小功率的LED燈粒平均散佈在一大塊PCB上。
5. 如申請專利範圍第1項所述微型植物工廠的智能化照明裝置，其係於多層植物栽培架的育成栽培槽與LED 燈盤之間再裝設一循環扇。
6. 如申請專利範圍第5項所述微型植物工廠的智能化照明裝置，該循環扇係用程式化控制風向和風量。
7. 如申請專利範圍第5項所述微型植物工廠的智能化照明裝置，該循環扇係使用直流電源，主要包含一循環扇本體、一水平風向控制馬達及一鎖固板，該鎖固板係鎖固於LED燈盤的選定處，並連結鎖合循環扇本體與水平風向控制馬達，利用直流電源以定電流方式來控制風扇電流，用以調整其風速大小。
8. 如申請專利範圍第7項所述微型植物工廠的智能化照明裝置，該循環扇的水平風向控制馬達係採用步進式減速馬達。
9. 如申請專利範圍第7項所述微型植物工廠的智能化照明裝置，其係利用步進馬達的定位和脈衝頻率以供調節水平風向並控制馬達轉向的方位。
10. 如申請專利範圍第1項所述微型植物工廠的智能化照明裝置，其中，該LED燈盤係一薄型鋁框，而在鋁框本體的四個邊角位置，分別吊置結合一懸吊線，並調節控制四個邊角的懸吊線高度，且在LED燈盤上方裝設一可匹配懸吊的支架，該支架於四個邊角位置分別設有一滑輪，各懸吊線係對應穿過各滑輪而分別通過一轉向輪，再將各懸吊線引導結合於一轉接板，使四股懸吊線係集中由兩條粗、細彈簧施予懸吊銜接。