CN109803527A - 植物种植设备和方法 - Google Patents

Abstract

一种植物种植设备，包括外罩、一个或多个光源、栽培柱、可旋转的基部、中心管道、水源、至少一个传感器、灌溉系统和控制系统，该外罩具有内部部分和外部部分，其中外罩的内部部分构造成保持外罩内的环境条件，该栽培柱具有穿过其的孔口，其中所述管道延伸通过栽培柱的孔口，并且所述栽培柱构造成围绕所述中心管道可旋转地移动，该控制系统构造成通信地耦接至灌溉系统、一个或多个传感器、光源和可旋转的基部。

Description

植物种植设备和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年10月7日提交的美国临时申请62/405532、于2017年3月6日提交的美国临时申请62/467621、和于2017年6月26日提交的美国临时申请62/524811的优先权，这些申请的公开内容被认为是本申请的公开内容的一部分并且通过引用其全部内容而并入本文。

技术领域

本发明大体涉及植物种植系统，诸如用于植物的种植设备。在一个方面，本发明特别涉及一种用于在独立的种植结构中种植植物的气培设备和方法。

背景技术

近年来，响应于人口密集区域内限制了可得到新鲜农产品的食品沙漠，在美国各地的公寓大楼和社区中的宅园和微型菜园增加。越来越多的消费者希望在当地种植新鲜农产品和香草，以提供更新鲜的农产品，并限制大型杂货店中使用的防腐剂和化学品。虽然这些菜园不需要大量的土地，但仍然需要提供物理土地来建立菜园以种植农产品。尽管未能满足全球粮食需求，但人口仍在继续增长，并且未来30年内将增加30亿人口。在许多城市环境中，房地产价格高昂从而通常将不适合作为菜园使用。另外，即使存在，取决于菜园的气候和季节性的天气变化，许多农产品也不能四季种植。由于为这些增长的人口建造房屋开发，因此受到不稳定天气条件威胁的饮用水和可用农田的减少的供应将变得越来越稀缺，导致食品价格逐渐上涨。目前，许多水培系统使用具有相对于其占地面积低产量的水平面种植。现有的水培系统需要大量的泵与鼓风机的组件，泵用于使水培营养溶液循环，鼓风机用于对溶液充入足够的溶解氧以防止生根。这些额外的致动器导致功耗增加，这延长了消费者体验其投资回报的时间量。类似地，该系统具有与能量消耗、水和营养物的低效分配、以及高维护成本相关的各种不足。

需要一种在家庭内占据最小的空间来种植新鲜农产品的设备。本发明涉及一种用于种植植物的营养液膜水培和气培设备，其中这些设备可以构造成容易放在公寓或家中。本发明的气培设备可以完全独立或与其他设备一起集成到厨房中，并提供始终用于种植香草和其他农产品的空间。另外，与正常生长时间曲线相反，本发明允许在短时间周期内将种子或小幼苗培养成熟，并且不需要杀虫剂和除草剂。这种种植系统使用户能够购买小种子容装件，将它们直接运到家中，以在其家庭中种植农产品或香草。

发明内容

在一个方面，该公开涉及植物种植设备，该设备包括具有内部部分和外部部分的外罩，其中外罩的内部部分构造成保持外罩内的环境条件；一个或多个光源；可移除的栽培柱，该栽培柱具有延伸穿过其的孔口；可旋转基部；中心管道，其中所述管道延伸穿过栽培柱的孔口，并且所述栽培柱构造成围绕所述中心管道可旋转地移动；水源；至少一个传感器；灌溉系统；以及控制系统，该控制系统配置成通信地耦接至灌溉系统、一个或多个传感器、光源和可旋转基部。

在另一方面，该公开涉及一种种植、监测和购买在本发明的植物种植设备中生长的植物的系统，其中植物容装件被分派条形码，对该特定植物物种的环境变量进行分类，扫描条形码并在植物种植设备和控制系统内分派植物容装件，实施控制算法以基于系统内的植物物种的组合来确定最佳环境变量，以及调节环境以实现该环境优选方案。

附图说明

通过参考对公开的系统和过程的以下描述，结合随附附图，该公开的特征和优点以及获得它们的方式将更加明显且更好地理解，其中：

图1是植物种植设备的示例性实施方式的透视图。

图2是植物种植设备的示例性实施方式的分解透视图。

图3是植物种植设备的示例性实施方式的剖视图。

图4A是植物种植设备的模块化栽培柱的示例性实施方式的透视图。

图4B是图4B中所示的植物种植设备的模块化栽培柱的示例性实施方式的俯视图。

图4C是图4B中所示的植物种植设备的模块化栽培柱的示例性实施方式的剖视图。

图4D是具有开口密封件的植物种植设备的模块化栽培柱的示例性实施方式的俯视图。

图4E是具有图4D中所示的具有开口密封件的植物种植设备的模块化栽培柱的示例性实施方式的俯视图。

图5A是具有螺旋形构型的本发明的栽培柱的示例性实施方式的透视图。

图5B是具有螺旋形构型的本发明的栽培柱的示例性实施方式的侧面透视图。

图5C是具有螺旋形构型的本发明的栽培柱的示例性实施方式的俯视图。

图5D是具有5D所示的螺旋形构型的本发明的栽培柱的示例性剖视图。

图6是本发明的植物种植设备的示例性实施方式的方框图。

具体实施方式

以下详细描述是参考随附附图的示例实施方式。这种描述在很大程度上是说明性的，并且不对可能的实施方式的范围进行限制。这样的实施方式被足够详细地描述，以使本领域普通技术人员能够实践它们，并且可以理解用一些变型来实践其他实施方式。

参见图1-图6，植物种植设备1包括外罩壳体3a、栽培柱5。外罩壳体3的环境可以被控制，以为可以在设备中生长的各种植物品种提供理想的种植环境。外罩可以具有内部部分7和外部部分9。外罩3可以采用多种形状，包括圆柱形、三角形、椎体形、螺旋形和矩形的构型的形式。每个形状可以具有相应的侧壁11和顶部13以及底部15，以形成外罩3。在一个示例性实施方式中，外罩本质上可以是具有六个侧面的矩形，包括顶部壁13、底部壁15和四个侧壁11a-d。在示例性实施方式中，壁11可以耦接至支撑结构17，该支撑结构17可以用作外罩3的骨架。在另一实施方式中，这些壁可以在没有支撑结构(诸如圆管)或壁11用作支撑结构的情况下无缝地连结。另外，壁11可以包括位于外罩的壁11中的一个或多个壁上的通道门或板19。通道门19允许用户打开外罩以移除或添加用于种植或收获的植物。类似地，它允许用户进入以进行可能需要的任何植物维护。

外罩的壁可以由任何合适的材料制成。在一个示例性实施方式中，侧壁可以由透明材料制成，诸如玻璃、树脂玻璃或其他聚合物。在一个示例性实施方式中，一个或多个壁中的内侧可以具有粘合或涂覆至外罩3壁的内部部分7的反射涂层或材料。涂层或反射材料，仍然可以保持从外面透明，以允许用户或观察者看到植物种植设备1的外罩3内。反射内部可以充当镜子并通过对整个外罩3的光进行反射而使外罩3内的一个或多个光源21的光效率最大化。在一个示例性实施方式中，侧面透明壁11可以在成形过程中被赋予有色染料，以从外罩3内过滤出红蓝色生长光21。另外，在一个示例性实施方式中，外罩3还可以被外壳23包围。外壳23可以在某些应用中提供额外的结构支撑并包裹该外罩。在一个示例性实施方式中，外壳23可以包围外罩的一个或多个侧面，诸如顶部和一个或多个侧面。如图1所示，外壳23可以覆盖具有矩形构型的外罩的顶部和三个侧面11。侧壁11中的一个侧壁可以保持用户可进入并且具有可移动的门19。门19可以使用任何合适的装置来移动，诸如铰链或可滑动轨道。在具有可滑动门19的示例性实施方式中，侧壁11可以具有两个单独的部分。每个部分都可以移动，或者可替代地，一个部分可以移动，并且另一个部分可以固定。在另一示例性实施方式中，侧壁可以具有被门19覆盖的开口27。另外，门19和侧壁11还可以包括垫片或密封件29，以帮助保持植物种植设备1的内部环境25。类似地，密封件29可以用于帮助保持外罩的内部环境25内的正压力。在一些实施方式中，侧壁11可以是可移动的并且作为门操作，以向用户提供进入植物种植设备1的内部环境25的通道。在本发明的各种示例性实施方式中，植物种植设备还可以包括基部部分31，外罩3可以与该基部部分31耦接或搁置于其上。基部部分31可以用作系统1的各种部件的壳体，包括水储存器、泵、管道、驱动马达以及其他部件。

外罩3还可以另外包括用于向用户提供关于外罩内的环境方面的信息的显示器33，该信息诸如温度、湿度和照明周期、光谱、光合有效辐射、营养溶液的电导率值、营养溶液的pH值、氧气的环境PPM、CO2、VOC含量等。显示器33还可以用作设备1的控制面板。类似地，设备1可以包括可以通信地耦接至设备的独立的控制面板。在一个示例性实施方式中，无线装置(诸如智能电话)可以作为显示器、控制面板或两者来操作。另外，摄像机35将允许用户监测和观察设备内的植物生长。摄像机35可以有能力并构造成捕捉高光谱成像以捕捉与设备1内的植物的健康状况有关的数据。使用植物健康状况数据，控制系统39可以处理植物健康状况数据，以优化种植设备1内的内部环境25，优化内部环境25可以包括调节温度、湿度或可以添加至水源57的各种营养物。显示器33和/或控制面板37可以通信地耦接至控制系统39，该控制系统39可以包括处理装置41(诸如微控制器)、存储器43和收发器45。可替代地，显示器33和控制系统39可以是通信地耦接至控制系统39并通过装置上的应用程序供电的单独的计算机或移动式装置显示器。这可以允许用户使用控制系统39使用各种无线标准(诸如Wi-Fi、蓝牙、ZigBee、NFC、互联网等)来监测植物种植设备1并远程地调节外罩3内期望的内部环境25。类似地，外罩3可以使用物理和远程显示的组合来向用户提供内部环境35数据。该数据可以存储在存储器43上，或者永久服务器上或者远程数据库将用于收集和分析来自控制系统39的数据点，以确定市场研究和植物生长研究。

栽培柱5可以具有顶部部分47和底部部分49。底部部分49可以作为靠近外罩3的底部壁15的转盘来操作，允许栽培柱5在外罩3内旋转。底部壁15可以具有孔口，以允许驱动马达51与栽培柱5耦接。栽培柱5可以是可旋转的，可以是手动地旋转或者可以使用驱动马达51，以由用户转动栽培柱。驱动马达51可以定位在外罩3的底部壁15附近。驱动马达51可以通信地耦接至步进马达系统111，该步进马达系统111可以通信地耦接至控制系统39。驱动马达51可以由皮带、链、直接齿轮驱动器来驱动，在带有脚轮的底盘上旋转，或者被磁悬浮并由电磁体转动。程序可以存储在控制系统39的存储器43中，以在设定的任何时间和任何持续时间内根据需要自动地旋转栽培柱5。类似地，控制系统39可以通信地耦接至控制面板37，其中用户可以手动地致动驱动马达51，以顺时针和逆时针地旋转栽培柱5。

通过允许栽培柱5在外罩内旋转，植物种植设备可以设置在许多环境中并且允许用户容易地接近外罩3内的植物，而不需要到达外罩的相反侧附近并且损伤其他植物。类似地，通过允许栽培柱5旋转并且能够从外部观察这些内容物，用户可以在打开进入门19之前将栽培柱5转到期望的位置，从而限制移除期望植物所需的时间。这进而避免了外罩3的内部环境25的大的波动以及长时间暴露于外罩3外部的环境中。耦接至旋转驱动马达51并且通信地耦接至控制系统39的步进马达驱动器59可以允许设备1具有关于哪些植物正面向哪个特定光源21(诸如LED阵列)的位置感知。这可以允许各个LED阵列21以正在面向LED阵列21的该植物的特定光合有效辐射与光合光子通量密度的比为目标，以使该植物的光合效率最大化并降低功耗。

在一个示例性实施方式中，栽培柱5可以具有用于接纳水溶液(诸如自水源的水)的内部腔55。栽培柱5还可以包括一个或多个栽培开口59，栽培开口59包括在用于接纳植物的柱5中，其中植物的至少一部分可以延伸到内部腔55中以接合栽培培养基、水溶液或两者。

栽培柱5本质上可以是模块化的并且包括图2中所示的一个或多个部分。栽培柱5的每个部分可以具有预定数量和大小的栽培开口59。用户根据他们希望种植的植物和/或香草的类型来从各种栽培柱3部分中选择。如果用户希望种植的植物物种较大，则可以使用具有更大和更少开口59的栽培柱部分。另外，如果用户所希望的植物物种本质上较小，则在外罩内可以使用具有更多数量的开口59的栽培柱5部分。根据用户的期望的应用，可以在外罩3中使用一个或多个栽培柱5部分。

栽培开口59可以适于团聚体或土壤培养基，或可替代地，适于用作在不使用土壤、团聚体或种植培养基情况下使用的气培栽培端口/孔口。栽培开口59可以允许根据植物的类型和最佳种植该植物所需的空间将植物容易地放置在各个开口内或者在每个开口内放置多个植物中，。这些开口延伸到栽培柱5的内部腔55中，其中植物的一部分(诸如根部)延伸到栽培柱的内部腔中。延伸到栽培柱的内部中的部分可以暴露于富营养培养基(诸如富营养水)中，从而为植物提供足够的营养物。

在一个示例性实施方式中，植物可以预先包装在支撑介质，诸如种子起始介质或种植容装件61中，并且允许用户容易地将幼苗或种子运输和移植到植物种植设备的种植开口59中。可替代地，种植开口59可以构造成接纳幼苗而不使用支撑介质。该容装件可以专门构造用于气培种子生长并且允许植物根系繁殖并获得在栽培室的内部腔内提供的营养物。在一个示例性实施方式中，开口59可以具有实现使种植容装件61能够牢固地耦接至开口59的紧固装置69。紧固装置69可以使用任何合适的装置，诸如螺纹紧固件、磁性紧固件、搭扣紧固件或其他合适的紧固装置。类似地，该容装件可以具有与开口紧固装置69互相作用的相应的紧固装置71。相应的紧固装置确保了种植容装件牢固地保持在栽培柱5的开口59中，并保持密封关系，以限制或防止水溶液通过开口59从内部腔55逸出。可替代地或另外地，柱的开口59附近可以是可以用于防止水分从柱5的内部腔55中逸出的铰接开口密封件139。瓣状件可以构造成形成围绕容装件61和开口59的边缘的密封件，以便接近开口59的形状。在一些实施方式中，瓣状件可以被铰接，但是可以使用任何合适的装置(诸如螺纹杆、螺母和螺栓或任何其他变型)将瓣状件限制在开口内。另外，开口密封件139的底部部分可以衬有垫片以降低密封的渗透性。开口密封构件139被弹簧加载以使用额外的力闭合，或者与柄或闩锁装配以锁定在适当位置并且为用户提供加强的抓握。

植物种植设备还可以包括灌溉系统95，该灌溉系统95构造成为保持在设备中的植物提供水和其他营养物。灌溉系统95还可以部分地用作加湿器以保持植物种植设备内的相对湿度。灌溉系统可以包括一个或多个管道，以将水和其他营养物输送贯穿该公开。

灌溉系统可以使用水源为植物种植设备内的植物提供水。水源可以通过在将要设置该植物种植设备的区域附近的本地水管敷设而直接连接至植物种植设备。可替代地，水源可以是位于植物种植设备的基部的水储存器。在一个示例性实施方式中，水储存器可以从植物种植设备中可移除，并且防止将直接的水管线直接耦接至植物种植设备的必要性。这允许植物种植设备容易适应消费者的当前厨房或家庭构造，而无需在新的水出口中敷设水管。栽培柱的基部31和/或外罩内的地板可以具有排水系统以获取溢流和多余的水，供灌溉系统再循环和使用。水位传感器135可以致动阀继电器，该阀继电器通信地耦接至控制系统39以启动阀，从而重新填充储存器以保持储存器内的液体的预定水位。

水储存器可以使用传感器或装置来监测水储存器内的水位。传感器可以与控制面板通信，以向用户提供水储存器需要重新填充或水位低的警报。另外，植物种植设备还可以包括额外的储存器以存储其他材料和液体(诸如植物营养物)。可以使用任何数量的储存器，这取决于用户使用的用于植物生长所需营养物的数量。可以存在额外的混合储存器，从而允许来自水储存器的水在植物种植设备内被分配之前与所需的营养物混合物进行混合。

灌溉系统95可以包括一个或多个泵93，该泵93构造成在整个管道65中输送水或富营养液，以便分配至设备内的植物。泵93可以通信地耦接至受控面板35，以便在用户需要时远程地致动。在一个示例性实施方式中，泵93可以用于在将水溶液泵送以通过管道65分配至分配设备67之前将材料从一个或多个储存器63泵送至副储存器中。副储存器可以具有可以包含各种营养物的一个或多个室，这些营养物可以从储存器63添加至水中并通过管道65泵送以提供给植物。

在图3所示的一个示例性实施方式中，储存器63可以位于包含在设备1的基部31中的抽屉131内。当抽屉131打开时，用户能够移除水培营养容器以清洁、清空或更换该容器。泵93可以浸没在水源57中或与水源57连接，并且连接至入口管道133，该入口管道133将水培营养液泵送通过分配装置67。在一个示例性实施方式中，水源57可以来自储存器63中储存的水。可替代地，泵93可以在营养溶液的外部并且敷设水管直接连接，以通过分配装置来分配营养溶液。入口软管可以延伸到大的出口软管内部，允许利用重力使水培营养溶液循环回到储存器63。类似地，入口管道133可以提供通道以将流体从储存器或流体源输送至分配设备67，该分配设备67可以具有可以悬挂在栽培柱5的内部腔55的顶部部分47附近的喷嘴或喷雾头。该喷嘴可以将水溶液提供至延伸到栽培柱5的内部腔55中的根部。在一个示例性实施方式中，喷嘴可以是雾化喷嘴。转盘环可以将栽培柱5安装至种植室的顶部和底部。可替代地，栽培柱5只能安装至设备1的底部15。转盘环可以包括放置在由马达或任何其他扭矩生成致动器141驱动的轴承或回转支承的内部的法兰接头。

入口软管133和出口软管129在转盘内部延伸，以防止破坏种植培养基和灌溉系统95，破坏种植培养基和灌溉系统95可能损坏系统或植物。分配装置67可以从法兰盲孔上的螺纹孔移除，以允许用户清洁该装置而避免设备的完全拆卸。在另一示例性实施方式中，分配装置67可以具有螺入栽培柱5内的接收件。可以在设备的顶部与柱5的顶部部分之间使用垫片127以形成防水密封。另外，植物种植设备1可以直接连接至水源57、具有使用一个或多个可致动阀的阀系统97可以用于自动地添加水以将储存器63保持在指定的水位。在一个示例性实施方式中，栽培柱5可以通过可进入的轴承(该可进入的轴承打开并允许用户移动轴)、弹簧加载的轴承、或者栽培柱5仅仅坐落在轴承的顶部而可移除，并且可以从系统中提升出来。

分配设备可以通过管道65来供应水，该管道65构造成从水源57输送水至栽培柱5的内部腔55并输送至水分配设备67。在一个示例性实施方式中，管道65可以居中地定位在栽培柱的内部腔55内并且终止于栽培柱的顶部部分47。可替代地，管道65可以沿外罩壁中的一个外罩壁的内部部分或外部部分且靠近内部部分顶部壁而延伸，并且向下延伸至柱5的顶部部分47，如图3所示。栽培柱5可以以可绕栽培柱5的内部腔55内的管道65旋转的方式构造。管道65流体地连接至灌溉系统95，该灌溉系统95可以包括储存器63、泵93，以将水从水源57输送至栽培柱5的内部腔55内的分配设备67。在一个示例性实施方式中，管道65可以具有一个或多个从柱的顶部到底部轴向地定位的分配装置，，以将流体分配至栽培柱的内部腔。在该实施方式中，泵和中心管道可以保持足够的水压，以确保沿中心管道的整个高度分配该流体。气培系统通常由于来自植物根部的松散的生物质的积聚阻塞了再循环系统内的雾化头而失效。这通过允许用户在不拆卸该设备的情况下清洁该孔的可移除中心管道来解决。

外罩的内部部分还可以包括一个或多个光源。在一个示例性实施方式中，光源可以是多个发光二极管(LED)。LED可以沿外罩的内部部分定位。在一个示例性实施方式中，LED可以沿外罩的角部中的竖向支撑结构延伸，如图2所示。类似地，光源21(诸如LED)可以包围外罩的整个内部部分，从而为外罩内的植物提供合适的光。如前所述，壁的内部可以是反射性的，以使光更有效地分布在外罩的整个内部部分。内部角板可以用于允许植物种植设备具有LED光阵列21，该LED光阵列21可以机械地紧固至竖向支撑结构17或内部角板，而不是使用现有的粘合底布。这将确保寿命、耐用性并提高生产率。另外，光源可以耦合至散热器。在一个示例性实施方式中，外罩3的内部角板可以是可移除的，以允许光源21方便地组装、维护或更换，还用作散热片。另外，由角部形成的腔可以隐藏电线和其他不美观的电气部件，以防止它们暴露于水分和其他环境条件中。在另一示例中，光源21可以是将目标光强度发射至植物轮廓的精确形状和尺寸以专门针对开口59内的特定植物的一系列投光灯。储存在存储器43上的摄像机视觉数据库可以用于从摄像机35获得的数据分析植物轮廓。

植物种植设备还可以包括额外的环境系统，诸如温度和湿度(TH)系统，以通过使用风扇、鼓风机、冷却器、加湿器、除湿器、制冷或任何空气推动装置来将温度和湿度保持在特定阈值内。系统73还可以使用气体注入系统来发出CO2或其他气体，并保持外罩内的理想CO2或其他气体水平。系统73可以耦合到一个或多个温度、湿度、CO2或其他环境传感器77。类似地，其他环境系统可以包括具有电导率(EC)传感器83的EC系统81、具有pH传感器87的pH系统85、以及具有PAR传感器109的光合有效辐射(PAR)系统107等。

如图6所示，植物种植设备1可以使用电源79为系统的各种元件供电。电源79可以直接连结至电网、太阳能系统，使用电池系统或其他供电方法。在一个示例性实施方式中，植物种植设备可以具有副电源，诸如在主电源失效的情况下的备用电池。植物种植设备还可以包括控制系统39，该控制系统39包括处理装置41、存储器43、收发器45和天线。控制系统39可以通过植物种植设备的各种元件通信地耦接，这些元件诸如一个或多个泵93、风扇77、TH系统73、灌溉系统95、传感器77、光源21、阀系统97、继电器99、螺线管101和驱动马达51，它们构造成使植物高效地生长。用户可以在存储器43上设定预定程序来通信地耦接至控制系统39，其中控制系统39可以通过设备1的各种环境系统和部件来以整天、整周或整月中的一个或多个预定时间来执行期望的程序。

类似地，控制系统39可以使用通过外罩3内的一个或多个传感器实时获取的环境数据。这些传感器可以包括温度103、相对湿度传感器105、pH传感器87、电导率传感器83、PAR传感器107、光子通量密度传感器、红外摄像机35、光谱成像等传感器。这些传感器可以储存和聚集以实时地监测和控制外罩3内的内部环境25。另外，某些预定参数可以保存在与控制系统39通信地耦接的存储器43上，以致动植物种植设备1的各种部件以响应于预定参数。一个示例包括致动该灌溉系统95的阀101和泵93以通过管道65分配水并将水分配到外罩内的柱5的内部腔55中，以达到暴露的植物根部。类似地，管道65可以使用分配装置来为内部环境和暴露于栽培柱5外部的植物部分提供水分。在一个示例性实施方式中，管道可以通过柱的内部腔55竖向向上延伸，向上延伸至柱5的顶部部分47附近的分配装置67。柱的底部部分49可以包括排水通道125，以允许水溶液排入储存器63中。排水通道125可以与排水管道127耦接，以将水溶液引导到储存器63中。

另外，在一个示例性实施方式中，一个或多个摄像机35可以位于外罩3内以捕捉各个种植开口59的视频/图像数据。可以在控制系统中分析图像数据，以确定何时需要新的植物来重新填充位置，或者确定植物是否看起来正在死亡/枯萎。然后，控制系统39可以向用户的显示器33或移动式装置发出警报。控制系统39可以另外通信地耦接至驱动马达系统，该驱动马达系统通信地耦接至用于外罩的驱动马达51、LED阵列频谱控制器、成像系统112和各种风扇75。在一些实施方式中，风扇75可以位于外罩3的各个壁11(包括顶部壁13和底部壁15)附近。风扇75可以通信地耦接至风扇控制系统53。在一些实施方式中，可以密封该风扇75以允许正压力的内部环境25。另外，风扇可以具有防虫系统以防止害虫进入内部环境25。控制系统39可以通信地耦接至数模转换器(DAC)单元117和模数转换器(ADC)单元119。为了处理来自植物种植设备1的不同系统的各种信号。

高光谱成像摄像机35可以允许每个单元为大规模表型实验收集信息。摄像机35可以用于产生检测植物内水分缺乏的反馈环，并相应地用泵93浇水以降低功耗。摄像机35还可以用于监测植物生长的营养含量，并通过使用类似的反馈环和储存在存储器43上的算法来校正由控制系统39分配的营养液的含量。虽然对水分、二氧化碳和其他营养物缺乏的反馈环监测可能更具反应性，但它可以消除系统对具有pH传感器87和EC传感器83的需要，这些传感器可能常规地失效并且需要定期更换或重新校准。摄像机35还可以用于代替RFID标签或条形码系统，以监测种植室的实际内容物并向用户提供每个单独植物的位置和健康状况数据。可以建立算法/反馈系统以使用界面(诸如显示器33)来指示或警告用户，以在植物死亡、植物收获或预期的植物收获时购买新的幼苗。

植物种植设备1的控制系统39可以利用控制算法使用各种环境系统来监测和调节系统内的水蒸气交换、湿度、照明周期、营养溶液的pH、营养溶液的电导率。可以为每个种植容装件61分派条形码，对特定植物物种的变量进行分类。当扫描种植容装件61并将其放入系统中时，控制算法可以基于系统内植物物种的组合来确定最佳的、平均的环境变量，并调节环境以实现该偏好。类似地，控制系统39可以获得并储存由设备1的各种系统获得的数据，该各种系统包括但不限于气体系统89、EC系统81、pH传感器系统85、成像系统113、PAR传感器单元107以及TH系统73。基于通过这些系统获得的数据，控制系统39可以确定设备1内的各个植物的植物健康状况，以及确定外罩3内的所有植物的平均植物健康状况。使用一个或多个算法，控制系统39可以实现对各种其他系统的命令，以修改外罩3内的内部环境25，从而根据植物来提供更好的种植环境。这些系统可以包括风扇控制系统74、步进马达系统11、灌溉系统95、阀系统97和光谱控制系统114，以实现对外罩3内的内部环境25的改变。

类似地，种植容装件61可以使用各种类型的标签来追踪该室内的各种植物的类型和位置。在一个示例性实施方式中，种子容装件可以具有射频识别(RFID)标签以追踪外罩3内的植物的类型和位置。用于接收各个容装件61的对应开口/端口59可以具有读取器以读取容装件的标签。这些可以包括条形码读取器和RFID读取器等。种植容装件61可以是任何合适的尺寸或形状。在图4A-图4C中所示的一个示例性实施方式中，容装件61可以具有顶部边缘121，该顶部边缘121具有耦接用紧固装置71。容装件61还可以具有底部部分123，该底部部分123可以被穿孔以允许根部生长延伸通过容装件61的底部部分123。在一个示例性实施方式中，容装件61的至少一部分可以延伸到栽培柱5的内部腔55中，如图4C所示。

在另一示例性实施方式中，所使用的容装件61具有方锥体设计，并且类似地，该栽培柱可以具有相应的开口59形状以接纳容装件61。栽培柱上的接收件端口可以允许基于方锥体形的、可重复使用的幼苗容装件将幼苗直接栽培到系统中。非圆形设计确保了幼苗容装件的牢固放置，并防止可能的从栽培柱59掉落。方锥体设计可以有助于将容装件61牢固地保持在栽培柱的孔口内，并有助于限制容装件61旋转或从开口59掉落出。

在一个示例性实施方式中，方锥体61的底部可以具有带孔口的基本上平坦的底部。该孔口可以构造成大小足够大以允许和促进根部生长，但足够小以防止幼苗落入栽培柱的内部中。该容装件可以与种植培养基一起使用或不与种植培养基一起使用。另外，如图4B所示，植物容装件的一个示例性实施方式可以具有圆形顶部部分。该顶部部分还可以包括用于将容装件与栽培柱牢固地接合的接合机构。在一个实施方式中，接合机构可以是一磁体，该磁体用于将容装件与栽培柱的相应的磁体耦接。可以使用一个或多个磁体。在一个示例性实施方式中，一个或多个磁体可以位于容装件的顶部部分的底面上。

栽培柱5具有多种构型，诸如如图1-图4所示圆形构型，或者图5A-5D所示的螺旋形栽培柱5构型。如图5A-图5d所示，本发明的示例性实施方式，其中旋转栽培柱可以是螺旋形的。类似于圆柱形栽培柱，螺旋形栽培柱可以具有主要为螺旋形构型的内部腔55。内部腔55可以允许水溶液的流流动通过该腔并与容装件61接合。在一些实施方式中，内部腔可以以竖向方式构造并且使用雾化功能来将水容纳在内部腔55内。在其他示例性实施方式中，内部腔55可以形成用于利用重力使水流动通过的通路。该旋转的营养物水培螺旋可以允许植物接收足够的营养溶液，同时降低在提供水溶液的中心管道65内发生潜在堵塞的可能性。水可以从中心管道向上泵送至柱5的顶部部分47。然后水利用重力沿螺旋内部腔55向下流动，直到水通过在柱5的底部部分附近的排水开口125向下流回并进入储存器63，此时溶液可以向上泵送回柱5的顶部部分47。内部腔55形成为螺旋通路，允许水恒定地流动通过内部腔55并向定位在开口59中的植物提供富营养溶液。再循环过程可以手动地或者基于从控制系统39学习的机器而持续达预定时间段，直到已经向植物提供了足够的营养物和水。螺旋柱5可以在端部处附接至法兰盲孔，以形成仍然保持防水密封的可移除的塔。另外，螺旋形状可以允许使用低压泵93来分配通过螺旋柱的水，并且可以消除对用于雾化的高压泵的需要，这种需要可能潜在地导致堵塞和功能降低。螺旋柱5也提高了效率并且几乎消除了传统的水培/气培系统中可能发生的任何堵塞问题。此外，螺旋形设计可以帮助使能够使用营养液膜技术在栽培柱上使用的植物数量的效率最大化，从而允许更有效地使用空间。类似地，栽培柱可以在外罩外面和露天环境中使用。在一个示例性实施方式中，栽培柱可以固定至由能源(例如风、内燃或任何其他热循环)驱动的涡轮机。

本申请旨在涵盖本主题的改编或变化。将理解的是，以上描述是说明性的，而非限制性的。本主题的范围应参考所附权利要求以及这些权利要求所赋予的合法等同物的全部范围来确定。

Claims (20)

1.一种植物种植设备，包括：

具有内部部分和外部部分的外罩，其中，所述外罩的所述内部部分构造成保持所述外罩内的预定内部环境；

一个或多个光源；

栽培柱，所述栽培柱具有腔，所述腔形成为穿过所述栽培柱；

耦接至所述栽培柱的底部部分的驱动马达，其中所述驱动马达构造成使所述栽培柱在所述外罩内旋转；

可移除的水储存器；

中心管道，其中，所述管道延伸穿过所述栽培柱的孔口并且所述栽培柱构造成能够以可旋转的方式围绕所述中心管道移动；

水源；

至少一个传感器；

灌溉系统；和

控制系统，所述控制系统配置成通信地耦接至所述灌溉系统、一个或多个所述传感器、所述光源和所述驱动马达。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述外罩包括顶部、基部和至少一个壁，其中所述壁具有内表面和外表面。

3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述壁的所述内表面构造成对所述外罩内发出的光进行反射。

4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述栽培柱还包括一个或多个开口，所述开口构造成接纳植物。

5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述光源包括发光二极管(LED)灯。

6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述水源是水储存器。

7.根据权利要求6所述的设备，其中，所述储存器是可移除的。

8.根据权利要求1所述的设备，其中，所述水源、所述中心管道和所述灌溉系统流体地连接。

9.根据权利要求1所述的设备，其中，所述灌溉系统包括水分配器。

10.根据权利要求1所述的设备，其中，所述管道具有一个或多个成一体地设置的水分配器。

11.根据权利要求1所述的设备，其中，所述灌溉系统包括泵和副流体管道，所述副流体管道构造成将水从所述水源输送至所述中心管道。

12.根据权利要求1所述的设备，其中，所述外罩是矩形的，具有用以进入所述外罩的所述内部部分的一个或多个开口。

13.根据权利要求1所述的设备，其中，可旋转的基部被结合为所述栽培柱的一部分。

14.根据权利要求1所述的设备，其中，所述栽培柱的内部腔设置成螺旋形构型。

15.根据权利要求1所述的设备，还包括高光谱成像摄像机，所述高光谱成像摄像机构造成捕捉所述外罩内的植物数据。

根据权利要求1所述的设备，其中，所述控制系统配置成监测和控制温度、湿度和光色谱以操控所述外罩内的植物生长。

16.根据权利要求15所述的设备，还包括形成于单元的所述基部中的抽屉，所述抽屉用于容纳所述可移除的水储存器。

17.根据权利要求5所述的设备，其中，所述LED的色谱被控制成用以操控植物生长。

18.一种对用于在根据权利要求1所述的植物种植设备中种植的植物进行种植、监测和购买的系统，所述系统包括：

对具有单独的植物物种的植物容装件分派条形码；

对该特定植物物种的环境变量进行分类；

用可扫描识别码在所述植物种植设备和控制系统内分派所述植物容装件的位置；

实施控制算法以确定最佳环境条件；

基于所述系统内的植物物种的组合来对环境变量取平均；和

调节所述环境以实现该优选方案。

19.一种用于种植植物的设备，包括：

水源；

种植柱，所述种植柱具有内部腔和构造成允许进入所述内部腔的至少一个开口；

包围所述种植柱的外罩；和

泵，所述泵用管道流体地连接至水源和分配装置，其中，所述泵构造成将水从所述水源提供至所述内部腔。

20.根据权利要求19所述的设备，还包括植物种植容装件，所述植物种植容装件包括顶部边缘和底部部分，所述种植容装件构造成装配在所述开口内，其中，所述底部部分构造成在所述种植柱的所述内部腔内延伸。