TWM553471U - 利用物聯網之魚菜共生系統 - Google Patents

Description

利用物聯網之魚菜共生系統

本創作係涉及一種魚菜共生系統；特別是指一種整合物聯網架構、微處理器與即需即用軟體等技術達到自動監控之創新魚菜共生系統結構型態揭示者。

由於全球人口急速增加，人類對食物的需求相對日益增加，然而過度開發土地導致土地資源減少，在土壤沙漠化情況下，全球可供作物種植、畜牧的面積卻持續減少。根據聯合國糧農組織《2012年世界漁業和水產養殖狀況》報告指出，全球年漁產品量出產約1.28億噸，並為每人提供其動物蛋白攝入量約15％，這使得人類對漁業資源的依賴度愈來愈高。

亞洲為全球養殖漁業發展最興盛的地區，2012年全球養殖產量約6666萬噸，中國以4111萬噸位居全球之冠，占全世界約61.7%的產量，其他產量超過百萬噸的國家也皆位於亞洲，分別為印度421萬噸、越南309萬噸、印尼308萬噸。依據聯合國糧農組織(FAO)估計，2030年時全世界的平均魚類產品消耗量，將由現今的每人每年16.7公斤，上升到每人每年19~20公斤，由此可見漁業的產量、發展與未來食物的需求息息相關。

本創作中所述”魚菜共生 ”，又稱養耕共生、複合式耕養，指的是結合水生動物中的糞便和水中雜質分解過濾，主取氨（尿素）成份供應給飼養箱中的蔬菜，同時蔬菜的根系將飼養箱內的水淨化供給水生動物使用，結合水產養殖與水耕栽培的一種互利共生生態系統；在一個魚菜共生系統中，來自一個水產養殖系統的水被輸送到水栽系統，其中副產物是由硝化細菌分解成硝酸鹽和亞硝酸鹽，它們被植物利用作為營養物，淨化的水會再循環回到水產養殖系統。

習知魚菜共生系統的建置呈現兩極化現象，一者為一般使用者自行購買現有材料拼湊組成的簡易式架構，另一者則是由大企業委託各領域專業人員建置整合而成的龐大架構，此種架構中，尤其是在監控系統上必須耗費相當高昂的成本方可達成，其中包括各種感應器與中央電腦裝置之間的硬體架設與連接，以及專用監控軟體的規劃設計等等；然而，對於一般有心從事魚菜共生系統經營的業者或人士而言，倘若系統建置成本過於昂貴，往往容易因為經濟效益相對不足而令人卻步，因此而不利於魚菜共生系統的推廣與普及，這對於環保運動的發展推進而言誠屬可惜，此實為值得相關業界及有心人士再加以思索突破之重要技術課題。

是以，針對上述習知魚菜共生技術所存在之問題點，如何研發出一種能夠更具理想實用性之創新系統架構，實有待相關業界再加以思索突破之目標及方向者；有鑑於此，創作人本於多年從事相關產品之製造開發與設計經驗，針對上述之目標，詳加設計與審慎評估後，終得一確具實用性之本創作。

本創作之主要目的，係在提供一種利用物聯網之魚菜 共生系統，其所欲解決之技術問題，係針對如何研發出一種更具理想實用性之新式魚菜共生系統為目標加以思索創新突破。

本創作解決問題之技術特點，主要在於該魚菜共生系 統係包括：一水產養殖裝置，包括水產養殖槽；一植物栽培裝置，與水產養殖裝置分隔配置，包括植栽槽供容置水液與植物，又植栽槽設有淨水回流管與水產養殖槽相連通；一光線感應調節單元，包括光敏感測器及照明裝置，其中光敏感測器及照明裝置裝設於植栽槽對應位置；一供水感應調節單元，包括供水狀態感測器及抽水泵浦，其中供水狀態感測器設於植栽槽，抽水泵浦用以自水產養殖槽汲取水液導送至植栽槽；一單晶片整合控制器，包括一單晶片微處理器及與該單晶片微處理器電性連接之感應訊號輸入介面及控制訊號輸出介面，感應訊號輸入介面與光敏感測器及供水狀態感測器呈訊號連結關係，以輸入植栽槽之照明及供水狀態資訊，控制訊號輸出介面則與照明裝置及抽水泵浦呈訊號連結關係，以調控照明裝置及抽水泵浦之運作狀態，且單晶片整合控制器設有網路連接介面以供連接網際網路；一供電源，與光線感應調節單元、供水感應調節單元及單晶片整合控制器電性連接，以供應其運作所需電力；一即需即用軟體，掛載於網際網路，令單晶片整合控制器透過網際網路連接造訪即需即用軟體，該即需即用軟體具有設定控制介面以供使用者透過網頁瀏覽器造訪並進行控制參數之設定，即需即用軟體依據所述設定，透過網際網路自動辨識該單晶片整合控制器所接收植栽槽之照明及供水狀態資訊，從而透過控制訊號輸出介面自動調控該照明裝置及抽水泵浦之運作狀態，構成在免安裝前提下直接透過網際網路上之即需即用軟體控制單晶片整合控制器的控制模式。

本創作之主要效果與優點，係能夠大幅降低魚菜共生系統的建制與管理成本，且具有降低耗能及操作簡易便利等諸多優點與實用進步性。

請參閱第1圖所示，係本創作利用物聯網之魚菜共生系統之較佳實施例，惟此等實施例僅供說明之用，在專利申請上並不受此結構之限制。

所述魚菜共生系統係包括下述構成：一水產養殖裝置10，包括一個以上的水產養殖槽11；一植物栽培裝置20，與該水產養殖裝置10呈分隔配置關係，該植物栽培裝置20包括一個以上的植栽槽21，以供容置水液05與植物06，又該植栽槽21設有一淨水回流管22與該水產養殖槽11相連通；一光線感應調節單元30，包括一個以上的光敏感測器31及照明裝置32，其中該光敏感測器31及照明裝置32係裝設於該植物栽培裝置20的植栽槽21對應位置；一供水感應調節單元40，包括一個以上的供水狀態感測器41及抽水泵浦42，其中該供水狀態感測器41設於該植物栽培裝置20的植栽槽21，該抽水泵浦42係用以自該水產養殖裝置10的水產養殖槽11汲取水液05導送至該植物栽培裝置20的植栽槽21；一單晶片整合控制器50，包括一單晶片微處理器51以及與該單晶片微處理器51電性連接之一感應訊號輸入介面52及一控制訊號輸出介面53，其中該感應訊號輸入介面52係與該光敏感測器31及供水狀態感測器41呈訊號連結關係，以輸入該植栽槽21之照明及供水狀態資訊，該控制訊號輸出介面53則與該照明裝置32及抽水泵浦42呈訊號連結關係，以調控該照明裝置32及抽水泵浦42之運作狀態，且該單晶片整合控制器50設有一網路連接介面54以供連接一網際網路60；一供電源70，與該光線感應調節單元30、供水感應調節單元40及單晶片整合控制器50電性連接，藉以供應其運作所需電力；一即需即用軟體80，掛載於該網際網路60，令該單晶片整合控制器50係透過該網際網路60連接造訪該即需即用軟體80，該即需即用軟體80具有一設定控制介面81，用以供一使用者90透過一網頁瀏覽器91造訪並進行控制參數之設定，該即需即用軟體80係依據所述設定，透過該網際網路60自動辨識該單晶片整合控制器50所接收該植栽槽21之照明及供水狀態資訊，從而透過該控制訊號輸出介面53自動調控該照明裝置32及抽水泵浦42之運作狀態，構成在免安裝前提下直接透過網際網路60上之該即需即用軟體80控制該單晶片整合控制器50的控制模式。

上段中所界定的”即需即用軟體 ”亦稱為軟體即服務（英文：Software as a Service，縮寫為 SaaS），稱其為「即需即用軟體」，意即一經要求即可使用之意，其為一種軟體交付模式，於此種交付模式中，主要是在網際網路的雲端集中式託管軟體及其相關數據，軟體僅需透過網際網路，而不須透過安裝過程即可使用，網路用戶可經由一個網頁瀏覽器(如Google Chrome、Internet Explorer ) 來訪問該軟體即服務。

如第1圖所示，本例中，該光線感應調節單元30、供水感應調節單元40及單晶片整合控制器50係更透過一電源供應器71進行供電線路整合，再透過該電源供應器71與該供電源70電性連接；本例中主要藉由所述電源供應器71以提供穩定電壓，從而達到供電穩定之優點。

如第1圖所示，本例中，該魚菜共生系統還包括具有上網功能之一可攜式電腦裝置92，該使用者90係透過該可攜式電腦裝置92開啟該網頁瀏覽器91，以造訪該即需即用軟體80；該可攜式 電腦裝置92為智慧型手機、平板電腦或筆記型電腦任一者。

如第1圖所示，本例中，該植物栽培裝置20還裝設有一調控訊息看板23，該調控訊息看板23係與該單晶片整合控制器50呈訊息連結關係，用以具體顯示該植栽槽21之照明及供水狀態資訊，以及調控設定資訊。

如第1圖所示，本例中，該魚菜共生系統還包括一個以上的網路攝影機24，該網路攝影機24係裝設於該水產養殖裝置10及植物栽培裝置20對應位置，且該網路攝影機24係與該單晶片整合控制器50之感應訊號輸入介面52連接。

如第2圖所示，本例中，該植物栽培裝置20的植栽槽21於其所容置的水液05液面上方對應各該植物06所在位置更設有一栽種盆25，該栽種盆25中容置有一培養介質26，該培養介質26包括土壤、石材、木料任一者。

如第1圖所示，本例中，該供水感應調節單元40的供水狀態感測器41係為感測水位高度之感測型式者。或者，該供水狀態感測器係以一定時控制器(註：本例圖面省略繪示)加以取代，藉由該定時控制器之設定時間自動控制該抽水泵浦之運作狀態。

如第1圖所示，本例中，該魚菜共生系統還包括一空間溫濕度感應調節單元100，該空間溫濕度感應調節單元100係包括一個以上的溫濕度感測器101及風扇102，其中該溫濕度感測器101及風扇102係裝設於該植物栽培裝置20的植栽槽21。

藉由上述結構組成型態與技術特徵，本創作所揭魚菜共生系統，其主要目的在於針對農漁的種植、養殖環境模擬建制一套運用物聯網架構之自動化監控系統，其植物栽培裝置20的植栽槽21可利用所述光敏感測器31、供水狀態感測器41以及溫濕度感測器101等，將所擷取到的物理感測訊號經由目前已知的傳輸手段例如有線傳輸或者是藍芽無線傳輸( BlueTooth )等形式傳輸至該單晶片整合控制器50之單晶片微處理器51，所述單晶片微處理器51具體可採用目前可輕易取得之微控制器平台Arduino UNO (註：Arduino UNO係一開放源碼，具有簡單易學且低成本之優點)，該單晶片微處理器51進行訊號之處理與運算後，透過網際網路60將相關訊息傳給該即需即用軟體80 ( SaaS），復藉由該即需即用軟體80所提供的軟體來監控前述各感測模組(即所述光敏感測器31、供水狀態感測器41及溫濕度感測器101等)；而使用者90可透過可攜式電腦裝置92 (如智慧型手機)之網頁瀏覽器91上網造訪該即需即用軟體80，使用者90可由該即需即用軟體80之設定控制介面81進行相關控制參數之設定，如此一來，該即需即用軟體80係依據所述設定，透過該網際網路60自動辨識該單晶片整合控制器50所接收的植栽槽21之照明及供水等狀態資訊，從而透過該控制訊號輸出介面53自動調控該照明裝置32及抽水泵浦42等裝置的運作狀態，藉此俾可在免安裝前提下，直接透過網際網路60上的即需即用軟體80控制單晶片整合控制器50的控制模式，讓使用者可實現遠端監控魚菜共生系統運作狀態之目的，且本系統特具有低成本、低耗能、操作容易等特色及優點。

功效說明： 本創作所揭「利用物聯網之魚菜共生系統」主要藉由所述水產養殖裝置、植物栽培裝置、光線感應調節單元、供水感應調節單元、單晶片整合控制器、供電源及即需即用軟體等創新獨特結構型態與技術特徵，使本創作對照[先前技術]所提習知結構而言，因為所述單晶片整合控制器相較於習知電腦裝置而言，架設成本可大幅減降許多，又本創作中以設於網際網路上之即需即用軟體作為主要監控角色之技術特徵，對比於習知須於電腦裝置中規劃設計專用監控軟體之型態而言，亦可讓系統設置與管理成本大幅降低，由此可見，本創作所揭利用物聯網之魚菜共生系統確實能夠大幅降低魚菜共生系統的建制與管理成本，且具有降低耗能及操作簡易便利等諸多優點與實用進步性。

０５‧‧‧水液
０６‧‧‧植物
１０‧‧‧水產養殖裝置
１１‧‧‧水產養殖槽
２０‧‧‧植物栽培裝置
２１‧‧‧植栽槽
２２‧‧‧淨水回流管
２３‧‧‧調控訊息看板
２４‧‧‧網路攝影機
２５‧‧‧栽種盆
２６‧‧‧培養介質
３０‧‧‧光線感應調節單元
３１‧‧‧光敏感測器
３２‧‧‧照明裝置
４０‧‧‧供水感應調節單元
４１‧‧‧供水狀態感測器
４２‧‧‧抽水泵浦
５０‧‧‧單晶片整合控制器
５１‧‧‧單晶片微處理器
５２‧‧‧感應訊號輸入介面
５３‧‧‧控制訊號輸出介面
５４‧‧‧網路連接介面
６０‧‧‧網際網路
７０‧‧‧供電源
７１‧‧‧電源供應器
８０‧‧‧即需即用軟體
８１‧‧‧設定控制介面
９０‧‧‧使用者
９１‧‧‧網頁瀏覽器
９２‧‧‧可攜式電腦裝置
１００‧‧‧空間溫濕度感應調節單元
１０１‧‧‧溫濕度感測器
１０２‧‧‧風扇

第1圖係本創作魚菜共生系統較佳實施例之架構示意圖。 第2圖係本創作魚菜共生系統之植栽槽更設有栽種盆，且該栽種盆 中容置有培養介質之實施例圖。

05‧‧‧水液

06‧‧‧植物

10‧‧‧水產養殖裝置

11‧‧‧水產養殖槽

20‧‧‧植物栽培裝置

21‧‧‧植栽槽

22‧‧‧淨水回流管

23‧‧‧調控訊息看板

24‧‧‧網路攝影機

30‧‧‧光線感應調節單元

31‧‧‧光敏感測器

32‧‧‧照明裝置

40‧‧‧供水感應調節單元

41‧‧‧供水狀態感測器

42‧‧‧抽水泵浦

50‧‧‧單晶片整合控制器

51‧‧‧單晶片微處理器

52‧‧‧感應訊號輸入介面

53‧‧‧控制訊號輸出介面

54‧‧‧網路連接介面

60‧‧‧網際網路

70‧‧‧供電源

71‧‧‧電源供應器

80‧‧‧即需即用軟體

81‧‧‧設定控制介面

90‧‧‧使用者

91‧‧‧網頁瀏覽器

92‧‧‧可攜式電腦裝置

100‧‧‧空間溫濕度感應調節單元

101‧‧‧溫濕度感測器

102‧‧‧風扇

Claims (9)

1. 一種利用物聯網之魚菜共生系統，該魚菜共生系統包括： 一水產養殖裝置，包括一個以上的水產養殖槽； 一植物栽培裝置，與該水產養殖裝置呈分隔配置關係，該植物栽培裝置包括一個以上的植栽槽，以供容置水液與植物，又該植栽槽設有一淨水回流管與該水產養殖槽相連通； 一光線感應調節單元，包括一個以上的光敏感測器及照明裝置，其中該光敏感測器及照明裝置係裝設於該植物栽培裝置的植栽槽對應位置； 一供水感應調節單元，包括一個以上的供水狀態感測器及抽水泵浦，其中該供水狀態感測器設於該植物栽培裝置的植栽槽，該抽水泵浦係用以自該水產養殖裝置的水產養殖槽汲取水液導送至該植物栽培裝置的植栽槽； 一單晶片整合控制器，包括一單晶片微處理器以及與該單晶片微處理器電性連接之一感應訊號輸入介面及一控制訊號輸出介面，其中該感應訊號輸入介面係與該光敏感測器及供水狀態感測器呈訊號連結關係，以輸入該植栽槽之照明及供水狀態資訊，該控制訊號輸出介面則與該照明裝置及抽水泵浦呈訊號連結關係，以調控該照明裝置及抽水泵浦之運作狀態，且該單晶片整合控制器設有一網路連接介面以供連接一網際網路； 一供電源，與該光線感應調節單元、供水感應調節單元及單晶片整合控制器電性連接，藉以供應其運作所需電力； 一即需即用軟體，掛載於該網際網路，令該單晶片整合控制器係透 過該網際網路連接造訪該即需即用軟體，該即需即用軟體具有一設定控制介面，用以供一使用者透過一網頁瀏覽器造訪並進行控制參數之設定，該即需即用軟體係依據所述設定，透過該網際網路自動辨識該單晶片整合控制器所接收該植栽槽之照明及供水狀態資訊，從而透過該控制訊號輸出介面自動調控該照明裝置及抽水泵浦之運作狀態，構成在免安裝前提下直接透過網際網路上之該即需即用軟體控制該單晶片整合控制器的控制模式。
2. 如申請專利範圍第1項所述之利用物聯網之魚菜共生系統，其中該光線感應調節單元、供水感應調節單元及單晶片整合控制器係更透過一電源供應器進行供電線路整合，再透過該電源供應器與該供電源電性連接。
3. 如申請專利範圍第2項所述之利用物聯網之魚菜共生系統，其中該魚菜共生系統還包括具有上網功能之一可攜式電腦裝置，該使用者係透過該可攜式電腦裝置開啟該網頁瀏覽器，以造訪該即需即用軟體；該可攜式電腦裝置為智慧型手機、平板電腦或筆記型電腦任一者。
4. 如申請專利範圍第3項所述之利用物聯網之魚菜共生系統，其中該植物栽培裝置還裝設有一調控訊息看板，該調控訊息看板係與該單晶片整合控制器呈訊息連結關係，用以具體顯示該植栽槽之照明及供水狀態資訊，以及調控設定資訊。
5. 如申請專利範圍第4項所述之利用物聯網之魚菜共生系統，其中該魚菜共生系統還包括一個以上的網路攝影機，該網路攝影機係裝設於該水產養殖裝置及植物栽培裝置對應位置，且該網路攝影機單晶片係與該單晶片整合控制器之感應訊號輸入介面連接。
6. 如申請專利範圍第5項所述之利用物聯網之魚菜共生系統，其中該植物栽培裝置的植栽槽於其所容置的水液液面上方對應各該植物所在位置更設有一栽種盆，該栽種盆中容置有一培養介質，該培養介質包括土壤、石材、木料任一者。
7. 如申請專利範圍第6項所述之利用物聯網之魚菜共生系統，其中該供水感應調節單元的供水狀態感測器係為感測水位高度之感測型式者。
8. 如申請專利範圍第1項所述之利用物聯網之魚菜共生系統，其中該供水感應調節單元的供水狀態感測器係以一定時控制器加以取代，以藉由該定時控制器之設定時間自動控制該抽水泵浦之運作狀態。
9. 如申請專利範圍第1或7項所述之利用物聯網之魚菜共生系統，其中該魚菜共生系統還包括一空間溫濕度感應調節單元，該空間溫濕度感應調節單元係包括一個以上的溫濕度感測器及風扇，其中該溫濕度感測器及風扇係裝設於該植物栽培裝置的植栽槽。