在高生长、高密度、封闭环境系统内的led光源时间安排的制作方法
【专利说明】在高生长、高密度、封闭环境系统内的LED光源时间安排
[0001]相关申请的交叉引用
本申请主张以下临时申请的权益，其每个在此通过引用以其全文并入:
2013年3月14日提交的美国临时申请61/784,837。
[0002]背景领域:
本文的公开内容涉及高生长、高密度、封闭环境的溶液培养系统。
[0003]相关技术的讨论
蔬菜和其它农产品的生长和提供给大众的成本在增加。人口蔓延需要越来越多的可用于常规耕种的土地。现有的农场被不断移到远离人口中部。运输农产品的距离增加，和运输成本的增加总体上导致消费者的农产品成本的提高。因为其运输越来越长的距离，农产品也不如曾经新鲜。
[0004]支持常规耕种的土地量缩减。因此，需要提供用于生长农产品的新系统，其可接近于人口中部以及在还不能用于常规耕种的区域实施。
[0005]概述
本文公开的是高生长、高密度的生长系统及其方法。在一个实施方案中，高生长、高密度的生长系统为至少部分封闭的环境。在一个实施方案中，高生长、高密度的生长系统为封闭的环境。在一个实施方案中，生长系统为高生长、高密度、封闭环境的溶液培养系统(HGHD CEHS)。遍及本说明书，高生长、高密度、封闭环境的溶液培养系统可示例性地使用，但是本文描述的方法和系统的任一项可与任何生长系统一起使用。
[0006]在生长系统中加速植物细胞生长的方法可包括以下的组合:根据生长曲线优化营养液、校准溶液的PH以优化整个生长曲线的营养吸收、控制整个生长周期和成熟时的温度、根据生长阶段调节光源、和控制二氧化碳的输送。生长系统可为封闭环境的溶液培养系统。
[0007]在一方面，方法可包括确定光源时间安排以优化植物生长，其中利用基于植物品种变量的方程确定，其中所述变量为:幼苗应激时间(SS)、生长成熟高度、植物成熟阶段和植物生长时间。种植在溶液培养系统内的幼苗的生长开始高度，可由生长介质的基底到幼苗植物的顶端测量。可由生长介质的基底至完全成熟植物的顶端测量生长成熟高度。
[0008]在一方面，用于在生长系统中植物生产的最佳二氧化碳富集的系统可包括挂在生长媒介托盘一侧的固定位置以形成分布点的二氧化碳管。所述系统将二氧化碳由分布点均匀分散跨越所述溶液培养生长媒介。释放的二氧化碳的最大量将跨越溶液培养生长媒介，因此允许在溶液培养系统内二氧化碳富集的全部潜力。所述系统形成了顶部负压，迫使呼出的氧下沉并回收至溶液培养系统。呼出的氧可在储水槽中再捕集，以改善养分充氧。生长系统可为封闭环境溶液培养系统。
[0009]在一方面，本文公开了其上储存有可执行程序的非暂时性的计算机可读存储介质，其中程序命令处理器实施以下步骤:测定植物生长曲线和基于植物生长曲线供应二氧化碳。
[0010]在一方面，再捕集吸入氧的系统借助将氧鼓泡进入溶液培养养分槽的通气装置。
[0011]在一方面，在生长环境中电力装载养分储存器以激励植物生长的系统可包括贮液器，和电力运行的液体装载装置，使得按照将液体装载至植物根部来激励的方式电力装载所述液体。液体装载装置包括防过载装置。所述系统可进一步包括两个电源。所述系统可进一步包括隔离器以防止任何电击。所述系统可进一步包括运行时间装置，用于记录所述系统已经运行的时间量。生长环境可为封闭环境溶液培养系统。
[0012 ]在一方面，加热和冷却溶液培养营养液的方法可根据具有植物品种相关变量的方程，其中所述变量包括:幼苗应激时间-SS、生长成熟高度、植物成熟阶段和植物生长时间。在幼苗种植在溶液培养系统之后，可由生长介质的基底到幼苗植物的顶端测量幼苗的生长开始高度。可由生长介质的基底至完全成熟植物的顶端测量生长成熟高度。
[0013]在一方面，植物生长的方法可包括在容器中放置植物和提供幼苗生长和成熟植物生长的条件，然后从容器移出所述成熟植物。植物生长的设备可包括在支架上的一系列堆叠搁板，各自能接收包含种子或植物的容器，各自分成许多连续的区域，在其中植物可暴露于该区域内特定生长阶段所必需的环境条件。接收植物的容器可包括具有排泄孔的溢流托盘，排泄孔安装有包括返回至储存器的管的排泄控制装置。一系列支架可共同从左至右连接，和另一系列支架可从右到左连接。搁板可一个安装在另一个之上，使得较低支架的顶部空间测量大约为等于植物成熟高度的距离。多个系列搁板一个安装在另一个之上，各个系列的搁板提供有光照装置，水和/或养分进料设备，和排出设备。各个系列倾斜支架的进料装置可沿着支架长度分成区域，使得不同的进料溶液可分配至各自的区域。各个区域可具有相关的排出系统，其可单独收集排出的进料液或将其全部返回至共用的集坑用于处置或再循环。
[0014]在一方面，低电压生长系统可包括光照和机械系统，其连接到将高压交流电力转化为直流低压电力的降压变压器。全部的高密度溶液培养环境可通过直流电压系统供电。直流电力可供应任何系统机械。生长系统可为封闭环境的溶液培养系统。
[0015]在一方面，植物的生长方法可包括跨越溶液培养溶液介质将营养液平均供应至植物根部，无论使用的生长介质如何。标准营养液可排出，和更高度浓缩的营养液的测量量可引入到养分供应器中。在实施方案中，营养液仅通过跨越根系一次，和将收集区中的溶液排出。传送至收集区的营养液随后进料至所述植物。营养液供应是静态的。在一方面，用于通过所述方法以溶液培养方式培养植物的设备可包括许多流动孔的管以将营养液分布经过高密度根系。所述设备还可包括根据植物品种和根生长水平调节流动孔的设备。在溶液培养的溢流托盘中部与所述系统的边缘一样，植物接收相同量的营养液。收集装置可包括漂浮在所述营养液供应器内的容器。营养液供应是静态的。所述方法可用于封闭环境溶液培养系统。
[0016]在一方面，方法可包括通过根据植物品种变量的方程来确定营养液的pH。这些变量为:幼苗应激时间-SS、生长成熟高度、植物成熟阶段和植物生长时间和优选的平均植物pH。生长开始高度可当幼苗种植在溶液培养系统内时，从生长介质的基底测量至幼苗植物的顶端测量。生长成熟高度可按完全成熟的植物品种的高度测量。
[0017]在一方面，系统可包括在封闭溶液培养环境中的除湿器，其为具有包含蒸发器和冷凝器的蒸汽冷凝回路的种类，并经安排使用交替的水萃取和除霜阶段运行，除湿器包括布置用以监测蒸发器工作温度的温度传感器，和用于控制水萃取和除霜阶段持续时间的控制装置。控制装置可布置用以在水萃取阶段期间从所述传感器读取参考温度，并且当蒸发器温度达到低于参考温度的计算温度时开始除霜阶段。控制装置可布置为在预定的间隔从所述传感器取得温度读数并计算蒸发器温度的下降速率，当计算的温度下降速率超过预定数字时，开始除霜阶段。萃取的水可再循环至溶液培养的容器中的贮水槽中。
[0018]在一方面，方法可包括控制高密度溶液培养环境中的某些环境因数以显著地减慢植物细胞的复制过程，从而延长给定植物品种的生长周期。空气、光照和养分系统经控制以调节给定植物品种的生长周期。
[0019]在一方面，方法可包括在储存器系统中均匀混合溶液培养的营养液，基于放置的某些混合栗和设置的通气器来提供足够的混合。即使一个混合栗失效，混合栗通过混合溶液可产生失效保险设计。
[0020]在一方面，公开了一种系统，其中独立的溶液培养搁板支架布置在封闭的容器环境中和各个支架具有其自己的营养液和托盘组件。用于独立的溶液培养支架系统的光照和养分系统经控制，使得不可能跨越支架使光照或营养液互混。
[0021]在一方面，在生长系统中的光照单元系统可包括至少一个LED光源，其中各个光源包括支撑结构，沿着所述支撑(例如搁板单元)长度的多个光发射元件，和所述支撑悬挂其上的搁板单元。光源系统设计成提供至少15瓦每平方英尺溶液培养覆盖面积的最大瓦数。至少一些光发射元件发射第一颜色的光和至少一些光发射元件发射第二颜色的光。至少一个光源可包括与另一个光照带的至少一个机械或电气连接。光照单元配置用以选择性地提供间接光分布或直接光分布的至少之一。光照单元还可包括配置用以改变光照单元光输出的控制器。支撑结构可为类似于支架搁板单元的的刚性细长结构。生长系统可为封闭环境溶液培养系统。
[0022]在一方面，用于促进幼苗快速生长的生长系统可包括基本封闭的容器，在封闭的容器内的营养液，放置在营养液内的幼苗，生长光源，适于观察幼苗生长的至少一个传感器，和连接至生长光源的控制器。控制器和至少一个传感器可适于读取来自传感器的信息以测定是否发生生长，计算幼苗应激持续时间，其中幼苗应激持续时间在将第一幼苗放置在生长系统内时开始，并在观察到第一幼苗的生长时终止，将幼苗应激持续时间分成多个子阶段(subphase)，基于所述第二幼苗达到哪个子阶段，基于经过的时间，确定放置在所述生长系统内的第二幼苗的子阶段因数，计算光源开/关循环的总数和各个开/关循环的持续时间，其中一个循环为将光源开启和关闭，和在所述生长系统内，控制生长光源以执行全部数量的计算光源开/关循环，在各个循环期间经过光源开启时间和光源关闭时间的计算持续时间。子阶段因数可通过将幼苗应激持续时间乘以分数来确定。光源开/关循环的数量通过将子阶段内的光照循环总时间除以2倍的子阶段因数来确定。在各个开/关循环内，光源开启的持续时间和光源关闭的持续时间通过将子阶段因数乘以60分钟计算。可能有三个子阶段，且第一子阶段的分数为1/600。可能有三个子阶段，且第二子阶段的分数为1/300。可能有三个子阶段，且第三子阶段的分数为1/200。生长光源可为红色LED和蓝色LED光源的至少之一。生长光源可具有根据预定的植物品种选择的波长。可通过第一幼苗的目视分析来观察生长。监测植物生长的传感器可为影像观察、激光传感器和位置/接近度传感器的一种或多种。可通过测量第一幼苗的重量来测定第一幼苗的生长。监测植物生长的传感器可为O2传感器。可通过测量营养液中养分的消耗来测定第一幼苗的生长。生长系统可为溶液培养的生长系统。
[0023]在一方面，使放置在生长系统内营养液中的幼苗生长加速的方法可包括以下步骤:观察幼苗以监测经过多个植物成熟阶段过程幼苗的生长，其中第二植物成熟阶段当首次观察到幼苗的生长时开始，并在幼苗中相对于其它叶或芽发育出完整的叶或芽时终止，第三植物成熟阶段在第二植物成熟阶段的末尾开始，并在按植物品种所确定的在植物中发生完全植物成熟时终止，和第四植物成熟阶段在达到完全成熟时开始并当准备收获植物时终止。所述方法还可包括:通过将第一分数乘以给定植物品种的按小时计的推荐光照循环，计算在第二植物成熟阶段的第一部分期间LED生长光源保持开启的小时数，通过将第一分数乘以推荐的光照循环，减去24小时，计算在第二植物成熟阶段的第一部分期间LED生长光源保持关闭的小时数，通过将第二分数乘以按小时计的推荐光照循环，计算在第二植物成熟阶段的第二部分期间LED生长光源保持开启的小时数，通过将第二分数乘以推荐光照循环，减去24小时，计算在第二植物成熟阶段的第二部分期间LED生长光源保持关闭的小时数，和通过根据光源开/关循环控制生长光源，在生长系统中执行光源开/关循环经过计算持续时间，以产生幼苗的加速生长。第一分数可为1/3和第二分数可为2/3。所述方法还可包括:使用推荐光照循环用于在第三植物成熟阶段期间LED生长光源每天保持开启的小时数，和通过将推荐的光照循环减去24小时计算在第三植物成熟阶段期间LED生长光源保持关闭的小时数。所述方法还可包括通过将推荐光照循环乘以1/2，计算第四植物成熟阶段期间LED生长光源每天保持开启的小时数，和通过将1/2倍的推荐光照循环减去24小时计算第四植物成熟阶段期间LED生长光源保持关闭的小时数。生长光源波长、温度和养分浓度的至少之一可随植物成熟阶段改变。所述方法还可包括以下步骤:当植物达到第四植物成熟阶段时取出营养液。所述方法可包括以下步骤:当植物达到收获阶段时终止全部光源循环。所述方法还可包括以下步骤:当植物达到第四植物成熟阶段时减少生长系统内温度。生长光源可为红色LED光源和蓝色LED光源的至少之一。生长光源可具有根据具体的植物品种选择的波长。可通过幼苗的目视分析来观察生长。可通过影像观察、激光传感器和位置/接近度传感器的一种或多种测定幼苗的生长。可通过测量幼苗的重量来测定幼苗的生长。可通过O2传感器测量系统内的O2输出来测定幼苗的生长。可通过测量营养液的浓度以测定幼苗消耗来测定幼苗的生长。
[0024]在一方面，用于促进幼苗快速生长的生长系统可包括:基本封闭的容器，在封闭的容器内的营养液，放置在营养液内的幼苗，生长光源，和连接至生长光源的控制器，所述控制器适于接收关于幼苗生长的信息，计算幼苗应激持续时间，其中幼苗应激持续时间在将第一幼苗放置在生长系统内时开始，并在观察到第一幼苗的生长时终止，将幼苗应激持续时间分成多个子阶段，基于所述第二幼苗达到哪个子阶段，基于经过的时间，确定放置在所述生长系统内的第二幼苗的子阶段因数，计算光源开/关循环的总数和各个开/关循环的持续时间，其中一个循环为将光源开启和关闭，和在所述生长系统内，控制生长光源以执行全部数量的计算光源开/关循环，在各个循环期间经过光源开启时间和光源关闭时间的计算持续时间。生长系统可为封闭环境溶液培养系统。
[0025]本公开的这些和其它系统、方法、目标、特征和优点，由优选实施方案的以下详述和附图，对本领域技术人员显而易见。
[0026]本文提及的全部文献在此通过引用以其全文并入。提及的单数的项目应理解为包括复数项目，反之亦然，除非另外明确声明或从上下文中清晰可知。语法上的连词是用来表示连接的从句、句子、单词等的任意和全部转折和连接的组合，除非另有说明或由上下文清晰可知。
[0027]附图简述
本公开及其某些实施方案的以下详述可参考以下附图理解:
图1A描述了包括植物发育不同阶段的通用植物生长曲线。
[0028]图1B描绘了幼苗应激的图。
[0029]图2描述了用于计算具体的植物品种的时间生长曲线的变量。
[0030]图3描述了在