具多元监控功能的多层式植物栽培设备的制作方法
【专利摘要】一种具多元监控功能的多层式植物栽培设备，包括有多层式床架、人工光源装置、均匀送风装置、营养液供应装置与监控装置；所述多层式床架的每一层设置有植物栽培槽与所述人工光源装置；藉由该监控装置侦测植栽环境的空气与供应至栽培槽的营养液的化学及/或物理性质后，依预先设计的计算机程序适时地自动控制该人工光源装置、均匀送风装置与营养液供应装置的运转模式，以调整对栽培槽中的植物的光照强度、栽培槽区域及周边的温度与湿度、均匀的通风环境，以及对栽培槽供应营养液的时间或供应量等。
【专利说明】具多元监控功能的多层式植物栽培设备
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种针对水耕植物生长的所需，集合多种功能于一体的泛用型水耕植物栽培设备。
【背景技术】
[0002]随着食品安全健康概念的普及，利用水耕种植的作法也越来越受到重视，因为水耕栽培的方式可以让大多数受限于居住环境而无多余空间的人，利用家中的一角来种植蔬菜，如此不但可以避免吃到市售具有农药残留的蔬菜，还可在家自己享受种植蔬菜的乐趣。更可在都市中以畸零地或大楼内的任一楼层建立完全人工光型植物工厂来量产生鲜蔬菜，供应邻近的餐厅或消费大众。
[0003]在风险可控管及环境可调节的室内，使用人工光源种植食用及商业上或工业上可应用的植物是农业在城市化发展中作为可持续发展的出路。此室内空间可以是废弃的温室、禽畜养殖场、工厂、办公大楼、住商大楼、厂办大楼、居家的一个角落、地下室、货柜等。
[0004]不论是在何种土地上、何种建筑内与何种规模，都需要有至少一层的床架作为植物成长的空间，此空间上每层都还需配备人工光源与栽培系统。人工光源可有多种选择，譬如荧光灯管、冷阴极管、LED灯管与LED灯板等；栽培系统也可有多种选择，譬如薄膜养液法、深水养液法、淹灌法、虹吸淹灌法、喷雾耕等。
[0005]配备人工光源与栽培系统的多层式立体化床架已为现有技术:床架下方搭配水槽者为家用型系统；由多个床架组成的大型量产系统则多半另外搭配一个或多个大型水桶于栽培区之外的其它独立空间用于水体的暂存与营养液的循环。此种设计的最大问题是所有床架使用相同的营养液，一旦一个床架遭遇污染，其它床架均容易受到交叉感染。普遍的现况是整厂不论多少个床架都只有一套营养液控制系统，换言之，不同床架也只能使用相同配方的营养液。
[0006]此外，植物的生长也需要通风的环境，因此，目前现有的床架多使用电扇来吹风，几乎没有使用连续的均匀送风系统(简称〃均风系统〃)，因此，所吹出的风对距离风扇不同远近的植物而言很不均匀，近者可能风速过大，远者可能风速过小或根本无风，无法提供植物良好的生长环境。环境监测与灯光控制、营养液控制系统均架设于栽培区之外的机房，且整厂仅具备此一套控制系统。简言之，现有栽培系统中的营养液控制装置、送风装置、环境监测、控制装置等与床架并非整合为一体的设计。因此，在推广大量植栽的系统化经营上有不足之处，经营变成高风险，也缺乏控管上的弹性。
实用新型内容
[0007]本实用新型的目的在于提供一种包括有多层式床架、人工光源装置、均匀送风装置、营养液供应装置与监控装置的模块化植物栽培设备，使其适合于大量植栽的低风险高弹性系统化经营。
[0008]本实用新型的特征，是在多层式床架的每一层设置有植物栽培槽与人工光源装置；藉由监控装置侦测植栽环境的空气与供应至栽培槽的营养液的化学及/或物理性质后，依预先设计的计算机程序适时地自动控制人工光源装置、送风装置与营养液供应装置的运转模式，以调整对栽培槽中的植物的光照强度、光照时间、栽培槽区域及周边的温度与湿度、均匀的通风环境，以及对栽培槽供应营养液的时间或供应量等，以减少栽植作业过程的人力，且模块化的栽培设备更适于扩大植栽的经济规模。
[0009]本实用新型提供的具多元监控功能的多层式植物栽培设备，其技术手段包括有一床架、多层人工光源装置、多层栽培槽、一均匀送风装置、一营养液供应装置与一监控装置，并将该床架与所述装置整合为一模块设备而可独立运作；其中，所述床架具有平行于地面的多层栽培槽，且此床架可以视实际植栽数量的需要无限制地在水平方向及/或垂直方向延伸排列。
[0010]本实用新型的一技术手段，是在床架的每一层栽培槽上方设置所述人工光源装置，且该人工光源装置可以被控制相对于栽培槽上升或下降，或在水平方向移动，从而控制人工光源对植物的光照强度；该人工光源装置被控制移动的方式与结构，在本案 申请人:所提出的台湾专利第103203436号申请案已有完整说明，该第103203436号申请案可应用于本实用新型。
[0011]本实用新型的均匀送风装置的技术手段，包含有至少一鼓风机或管道风机、至少一连接该鼓风机的送风管，以及多个连接该送风管的分支风管，所述分支风管具有多个出风孔，每一分支风管配置于床架的每一层，并使该些出风孔面对每一层栽培槽的上方区域；鼓风机或管道风机运转时，经由该送风管与分支风管将空气以适当、持续、稳定的流速吹出，以在栽培槽的上方区域与周边营造空气流动的环境，用来协助光源的散热与各层床架内部空气的均匀分布与较高浓度二氧化碳的均匀供应。
[0012]本实用新型的营养液供应装置的技术手段，包含有至少一储液槽(可以是一个大水槽或多个小水槽彼此串接)、至少一连接该储液槽的抽水马达、至少一连接该抽水马达的主进水管、多个连接该主进水管并且延伸至该栽培槽的分支进水管、以及至少一连接所述栽培槽与该储液槽的回流水管，该分支水管还可以设置调整阀以用来调整单位时间的进水量；抽水马达运转时，将储液槽内的营养液抽出经由主进水管及分支进水管以串联或并联方式流入栽培槽，栽培槽内多余的营养液则以串联或并联方式回流至储液槽中等待再被抽水马达抽取以前述方式循环输送；该营养液供应装置在本案 申请人:所提出的台湾专利第103203437号申请案已有完整说明，该第103203437号申请案可应用于本实用新型。
[0013]本实用新型的监控装置的技术手段，包含有一控制部与一感测致动部，该控制部具有一中央处理单元、一电力控制单元与一显示单元；该感测致动部具有一感测单元与一致动单元，该致动单元电性连接所述人工光源装置、鼓风机(或管道风机)与抽水马达；在植栽过程中，利用感测单元侦测植栽环境的空气与所供应的营养液的化学及/或物理性质，而后将侦测所得的电子数据数据传送讯号至中央处理单元，再由中央处理单元依所设计的程序命令该电力控制单元作动，进而经由致动单元驱动人工光源装置及/或鼓风机(或管道风机)及/或抽水马达运作，前述所侦测的化学与物理性质的数值，以及人机操作接口的控制数值则从该显示单元显示出来。
[0014]本实用新型利用致动单元控制人工光源装置发光或不发光，以及控制人工光源装置在床架上垂直于水平面方向相对于该栽培槽上升或下降，或在床架的水平方向移动，以调整光源与植物的距离，从而控制对植物的光照强度，以及光照时间。
[0015]本实用新型利用致动单元控制鼓风机或管道风机是否运转、运转速度，及运转时间，以控制植栽槽上方区域的空气分布与流动。
[0016]本实用新型利用致动单元控制抽水马达是否运转及运转时间，以控制适时地供应营养液至栽培槽。
[0017]本实用新型使用监控装置结合感测单元来侦测栽培槽内营养液的酸碱度与电导度，进而配合制动单元依据所测得的酸碱度与电导度相对于所设定的标准值的差异，适时地启动致动单元而驱动营养液供应装置作动，以适量地补充营养液。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为显示本实用新型具多元监控功能的多层式植物栽培设备的整体立体示意图；
[0019]图2A为显示本实用新型具多元监控功能的多层式植物栽培设备的进水与供应均匀空气的平面示意图；
[0020]图2B为显示图1所示的本实用新型具多元监控功能的多层式植物栽培设备远程的营养液回流结构的平面示意图；
[0021]图3为显示本实用新型将二个床架并列组成的示意图；以及
[0022]图4为显示本实用新型的监控装置的控制流程示意图。
[0023]其中，附图标记说明如下:
[0024]I 床架
[0025]11栽培槽
[0026]2人工光源装置
[0027]21发光组件
[0028]3均匀送风装置
[0029]31鼓风机或管道风机
[0030]32送风管
[0031]33分支风管
[0032]331出风孔
[0033]4营养液供应装置
[0034]41储液槽
[0035]42抽水马达
[0036]43主进水管
[0037]44分支进水管
[0038]45回流水管
[0039]451分支回流管
[0040]46管道风机
[0041]5监控装置
[0042]51控制部
[0043]510中央处理单元
[0044]511电力控制单元
[0045]512显示单元
[0046]52感测致动部
[0047]521感测单元
[0048]521a温度、湿度与二氧化碳感测装置
[0049]521b酸酴度与电导度感测装置
[0050]522致动单元
[0051]522b营养液控制致动装置
【具体实施方式】
[0052]以下配合图式及附图标记说明对本实用新型的实施方式做更详细的说明，使熟悉本领域的技术人员在研读本说明书后能据以实施。
[0053]如图1与图2A所示，本实用新型提供的具多元监控功能的多层式植物栽培设备，其实施方式包括有一床架1、一人工光源装置2、一均匀送风装置3、一营养液供应装置4与一监控装置5 ;其中，床架I可以采用钢管等材料以焊接、铆合或螺丝组装等方式组构而成在垂直于水平面的方向上具备多层形态，并在每一层设置栽培槽11，即使栽培槽11在床架I上呈平行于地面方向排列(如图3所示)。
[0054]所述多个人工光源装置2分别设于每一层栽培槽11上方的床架1，其用来提供植物生长所需的光源；该人工光源装置2可以直接固定安装于床架上，或是先安装于一灯框再固定或悬吊于床架上以利后续灯具安装高度的手动或自动调整。多个发光组件21 (例如LED灯管、LED灯板，日光灯管、灯泡等)则设于灯具上。
[0055]所述发光组件21如果采用灯管时，可以将多支灯管呈平行于床架I的宽度方向排列(如图1所示的床架最上层的发光组件21);也可以将多支灯管呈平行于床架I的长度方向排列(如图1所示的床架由上往下数第三层的发光组件21);发光组件21如果采用灯泡或LED晶粒时，也可以采用矩阵形态排列(如图1所示的床架由上往下数第二层的发光组件21)。
[0056]所述均匀送风装置3是用来辅助对人工光源所产生的热量散热，同时提供均匀的空气流动，以提供最佳的植物生长环境；其包含有至少一鼓风机或管道风机31、至少一连接该鼓风机或管道风机31的送风管32，以及多支连接该送风管32的分支风管33，所述分支风管33具有多个出风孔331，每一分支风管33配置于床架的每一层，并使该些出风孔331面对栽培槽11的上方区域。如图2A所示，所述送风管32从鼓风机31连接出来后，可以沿着床架I垂直延伸至各层的高度；各分支风管33则连接于送风管32后呈水平方向延伸，且各分支风管33的高度约在床架每一层的中间位置，使得分支风管33的各出风孔331朝向栽培槽I的上方区域；藉此，当鼓风机或管道风机31运转时，可将空气经由送风管32与分支风管33输送而由各出风孔331朝向栽培槽11的上方空间吹出。
[0057]再如图1、图2A、图2B所示，所述营养液供应装置4是用来提供植物生长所需的养分与水分，其包含有至少一储液槽41、至少一连接该储液槽41的抽水马达42、至少一连接该抽水马达42的主进水管43、多连接该主进水管43并且延伸至该栽培槽的分支进水管44、以及至少一连接所述栽培槽11与该储液槽41的回流水管45，该分支进水管44还设置有用来调整液体通过量的调整阀46;其中，储液槽41是用来贮蓄营养液的容器，可以是大型的储液槽41而设置在多组床架I的底部，也可以是多个相对小型的储液槽而分别设置在各组床架I的底部而彼此串接(图中未显示)。
[0058]图2A所示的实施例中，分支进水管44是以并联的方式连接主进水管43 ;图2B则显示回流水管45以并联方式连接各个分支回流管451，进而使各分支回流管451并联各层的栽培槽11，藉此，当抽水马达42运转时，可将储液槽41内的营养液抽出经由主进水管43及各分支进水管44同时流入各栽培槽11，栽培槽11内多余的营养液则经由各分支回流管451及回流水管45流至最下方的储液槽11中，以待再被抽水马达42抽取以前述方式循环输送。当然，前述的主进水管与分支进水管的连接方式，及/或回流水管与栽培槽11的连接方式，也可以全部采用串联方式连接，或是串联与并联混合搭配连接；由于该连接方式并非本实用新型诉求的特征，且在本案 申请人:所提出的台湾专利第103203437号申请案已对该串联或并联的结构有完整说明，该第103203437号申请案可应用于本实用新型，因此在图中没有显示前述全部采用串联或并联与串联混合搭配的连接结构。
[0059]前述的人工光源装置2、均匀送风装置3及营养液供应装置4则是依靠监控装置5进行自动化控制者；如图4所示，所述监控装置5包括有设置在一控制箱内的一控制部51与一感测致动部52 ;该控制部51具有一中央处理单元510，以及电性连接该中央处理单元510的电力控制单元511与显示单元512 ;该感测致动部52则具有一电性连接该中央处理单元510的感测单元521,以及一电性连接该电力控制单元511的致动单元522 ;该感测单元521包含有设置在床架I适当位置的温度、湿度与二氧化碳感测装置521a(如图1所示)，以及设置在储液槽旁边用来对营养液进行检测的酸酴度与电导度感测装置521b(如图2A所示)；该致动单元522则电性连接前述的人工光源装置2、鼓风机或管道风机31与抽水马达42，并且包含有一营养液控制致动单元522b (如图2A所示)。
[0060]所述中央处理单元510以单芯片或可程控器或微电脑为核心，可独立运作，也可整合多组一起或分别运作。当多组同时作业时，可搭配因特网并装设中央监控系统来掌握栽植全场或多场的状况。
[0061]所述感测单元521经由温度、湿度与二氧化碳感测装置521a，与酸酴度与电导度感测装置521b分别侦测植栽环境的空气与营养液的化学及/或物理性质；例如空气的温度、湿度、二氧化碳浓度等全部或部分的数值；营养液的酸碱度、电导度、溶氧量等全部或部分的数值；甚至监测发光组件21、马达、水位开关(图中未显示)等所有或局部设备的使用状况等，而后再将侦测所得的电子数据讯号传送予中央处理单元510，再由中央处理单元510依所设计之程序命令电力控制单元511作动,进而经由致动单元522驱动并控制人工光源装置2、鼓风机或管道风机31作动与运转模式，例如控制灯光开启与关闭时机、控制光量、控制均匀送风装置的启动等；以及配合营养液控制致动装置522b经由所检测的营养液的酸碱度与导电度而控制抽水马达42作动、运转时间与运转模式，从而将营养液调整至最佳状态。前述所侦测的化学与物理性质数值，以及人机操作接口的控制数值则从显示单元512显示出来。
[0062]综合言之，本实用新型提供的具多元监控功能的多层式植物栽培设备，是一种包含多层式床架、人工光源装置、均匀送风装置、营养液供应装置与监控装置集合多种功能于一体的模块化泛用型水耕植物栽培系统，使其适合于大量植栽的系统化经营，更能依实际情况的需求而搭配组合前述各装置的数量与配置，以避免多个床架共享一套营养液供应装置所可能产生病菌交叉感染的风险，为一甚具进步性的实用新型。
[0063] 以上所述者仅为用以解释本实用新型的较佳实施例，并非企图据以对本实用新型做任何形式上的限制，因此，凡有在相同的创作精神下所作有关本实用新型的任何修饰或变更，皆仍应包括在本实用新型意图保护的范畴。
【权利要求】
1.一种具多元监控功能的多层式植物栽培设备，其特征在于，包括: 一床架，具有在平行于地面方向排列的多层栽培槽； 多个人工光源装置，分别设于该每一层栽培槽上方的床架，可直接固定安装于该床架或先安装于灯框再将该灯框固定或悬吊于该床架上； 一均匀送风装置，包含有至少一鼓风机或管道风机、至少一连接该鼓风机的送风管，以及多支连接该送风管的分支风管，所述分支风管具有多个出风孔，每一分支风管配置于每一层该栽培槽，且该些出风孔面对该栽培槽的上方区域； 一营养液供应装置，包含有至少一储液槽、至少一连接该储液槽的抽水马达、至少一连接该抽水马达的主进水管、多连接该主进水管并且延伸至该栽培槽的分支进水管，并于该分支进水管设有调整阀，以及至少一连接所述栽培槽与该储液槽的回流水管； 一监控装置，包含有: 一控制部，具有一中央处理单元，以及电性连接该中央处理单元的电力控制单元与显示单元; 一感测致动部，具有一电性连接该中央处理单元的感测单元，以及一电性连接该电力控制单元的致动单元，该致动单元电性连接该人工光源装置、该鼓风机与该抽水马达，所述感测单元用于侦测植栽环境的空气与该营养液的化学及/或物理性质后传送电子数据讯号予该中央处理单元，再由该中央处理单元依所设计的程序命令该电力控制单元作动，进而经由该致动单元驱动并控制该人工光源装置、该鼓风机或管道风机与该抽水马达的运转模式，前述所侦测的化学与物理性质数值，以及人机操作接口的控制数值则从该显示单元显示出来。
2.根据权利要求1所述的具多元监控功能的多层式植物栽培设备，其特征在于，该人工光源装置的被驱动，是指控制其发光或不发光，以及控制其在垂直于水平面方向相对于该栽培槽上升或下降。
3.根据权利要求2所述的具多元监控功能的多层式植物栽培设备，其特征在于，该鼓风机或管道风机被驱动及控制的运转模式，是指被控制运转或停止运转、运转速度，及运转时间。
4.根据权利要求3所述的具多元监控功能的多层式植物栽培设备，其特征在于，该抽水马达的被驱动及控制的运转模式，是指被控制运转或停止运转及运转时间。
【文档编号】A01G31/06GK204090700SQ201420397747
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年7月18日 优先权日:2014年7月18日
【发明者】方炜 申请人:寰宇绿色科技有限公司