CN111328258A - 促进水培的设备、系统、方法和光控装置 - Google Patents

Abstract

一种水培设备，包括储液器(201)、底座(202)、具有生长托盘盖(204)的生长托盘(203)和具有耦合件(218，219)的对接件(208)。放置在底座上的储液器位于邻近生长托盘的更高的位置，用于优化使用一个或多个管(209，211)、电磁阀(107)和泵(108)的从储液器到生长托盘的液体循环，反之亦然。基座(205)还包括连接到生长托盘的对接件，用于提供到生长托盘的电连接并且同时允许液体没有泄漏地流过生长托盘。此外，该设备具有顶部，该顶部设置有用于提供植物生长所需的光的照明源。促进水培的系统和方法。

Description

促进水培的设备、系统、方法和光控装置

对相关申请和优先权的引用

本申请要求2017年12月22日提交的申请号为US62/609,498的美国临时专利申请的优先权，其全部内容通过引用合并于此。

技术领域

本文描述的本申请总体上涉及用于水培的设备、系统和方法。

背景技术

市场研究表明，世界上越来越多的人关心食品安全，并愿意为健康食品付出更多。除了购买市场上可买到的蔬菜，一些人已经开始在家里种植自己的蔬菜。然而，主要由于缺乏园林空间、适当的气候条件和种植知识，在家中种植蔬菜存在挑战或困难。由于土壤和外部环境的因素，室外种植也容易发生虫害。

近年来，水培由于其无土栽培的特点，使得室内操作更容易和更清洁，已成为种植家庭蔬菜的一种流行方式。近年来，市场上已经有相当多可用的室内微型水培系统。然而，可用的系统仅限于一单个的、不可调节的照明设置，或者这些可用的系统仅具有在杆上的机械调节以粗略地调节光强度。这些系统缺乏光强度和光谱的特定调节以适应特定的植物生长需要。

此外，可用的系统还受到它们的生长方法的限制。例如在深水培养或潮汐方法中，生长基地太宽(大的开口表面积)，这对于用户来说变得难以处理(以避免水溢出)。而且，这些系统中的大多数只能将大量水容器直接放置在植物生长区域下。

这些现有系统面临的另一个挑战是确定在植物生长的不同阶段所需的适当的营养物水平，因此，错误的营养物摄取可能导致植物生长失败。因此，在现有技术中存在提供用于水培的更复杂、可编程但使用简单的系统的长期需求。

发明内容

提供本发明内容以介绍与用于水培的设备、系统和方法相关的概念，并且在以下详细描述中进一步描述这些概念。本发明内容不旨在确认所要求保护的主题的基本特征，也不旨在用于确定或限制所要求保护的主题的范围。

在一个实施方式中，公开了水培设备。该设备可包括用于为储液器、底座和具有生长托盘盖的生长托盘提供壳体的柜。生长托盘可以以这样的方式放置在柜的基座上：使得放置在底座上的储液器位于邻近生长托盘的更高的位置，以优化使用一个或多个管、电磁阀和泵的从储液器到生长托盘的液体循环，反之亦然。基座还可包括耦合到生长托盘的对接件，用于提供到生长托盘的电连接并同时允许液体没有泄漏地流过生长托盘。基座还可以包括用于接收用户输入的一个或多个触摸按钮和用于向用户显示通知的显示器。柜可以具有顶部，该顶部设置有用于提供植物生长所需的光的照明源。顶部还可包括连接垫，该连接垫耦合到放置在储液器内的感测探头，用于提供与感测探头的电连接并同时允许液体没有泄漏地流过底座。

在另一实施方式中，公开了用于促进水培的系统。该系统可包括放置在底座上的储液器、具有生长托盘盖的生长托盘、与生长托盘相关联的生长托盘液位传感器、与储液器相关联的储液器液位传感器、电磁阀、泵、处理器和耦合到处理器的存储器。处理器可以执行存储在存储器中的多个编程指令。处理器可执行一个或多个编程指令以检测储液器、生长托盘和储液器液位传感器是否被放置在预定的位置。此外，处理器可基于检测执行一个或多个编程指令以打开电磁阀，从而允许液体通过将储液器连接到生长托盘的第一管从储液器流到生长托盘。在一个实施例中，储液器可位于邻近生长托盘的较高位置。处理器可进一步执行一个或多个编程指令以分别使用生长托盘液位传感器和储液器液位传感器检测生长托盘和储液器中的液位。处理器还可执行一个或多个编程指令以当生长托盘中的液位达到预定的最大液位或储液器中的液位达到预定的最小液位时，关闭电磁阀以停止液体从储液器到生长托盘的流动。在关闭电磁阀之后，处理器可以进一步执行一个或多个编程指令以启动泵，从而允许液体通过单独的第二管从生长托盘流回到储液器中，以便通过单独的路径优化氧溶解到液体中。此外，一旦生长托盘中的液位达到预定的最小液位或储液器中的液位达到预定的最大液位，处理器可执行一个或多个编程指令以停用泵。

在又一实施方式中，公开了促进水培的方法。该方法可包括通过处理器检测储液器、生长托盘和储液器液位传感器是否被放置在预定的位置。该方法还可包括基于检测通过处理器打开电磁阀，以允许液体通过将储液器连接到生长托盘的第一管从储液器流到生长托盘。在一个实施例中，储液器可位于邻近生长托盘的更高的位置。该方法还可以包括通过处理器分别使用生长托盘液位传感器和储液器液位传感器检测生长托盘和储液器中的液位。此外，该方法可包括当生长托盘中的液位达到预定的最大液位或储液器中的液位达到预定的最小液位时，关闭电磁阀以停止液体从储液器到生长托盘的流动。该方法还可以包括在关闭电磁阀之后启动泵，以允许液体通过单独的第二管从生长托盘流回到储液器中，以便通过单独的路径优化氧溶解到液体中。此外，该方法可包括一旦生长托盘中的液位达到预定的最小液位或储液器中的液位达到预定的最大液位就停用泵。

在又一实施方式中，公开了存储用于促进水培的程序的非暂时性计算机可读介质。该程序可包括用于检测储液器、生长托盘和储液器液位传感器是否被放置在预定的位置的指令。所述程序可包括用于基于所述检测打开电磁阀，以允许液体通过将所述储液器连接到所述生长托盘的第一管从所述储液器流到所述生长托盘的指令。在一个实施例中，储液器可位于邻近生长托盘的更高的位置。程序还可包括用于分别使用生长托盘液位传感器和储液器液位传感器检测生长托盘和储液器中的液位的指令。此外，程序可包括用于当生长托盘中的液位达到预定的最大液位或储液器中的液位达到预定的最小液位时关闭电磁阀以停止液体从储液器到生长托盘的流动的指令。该程序还可以包括用于在关闭电磁阀之后启动泵，以允许液体通过单独的第二管从生长托盘流回到储液器中，以便通过单独的路径优化氧溶解到液体中的指令。该程序还可包括用于一旦生长托盘中的液位达到预定的最小液位或储液器中的液位达到预定的最大液位就停用泵的指令。

在又一实施方式中，公开了一种用于水培的光控装置。光控装置可以包括照明源、多个通道和用于接收用户输入的用户接口，其中，多个通道中的每个通道包括照明源。光控装置还包括处理器和耦合到处理器的存储器。处理器可以被配置为执行存储在存储器中的多个编程指令。处理器可执行一个或一个以上编程指令以经由用户接口接收指示在多个模式中选择的模式的用户输入。多个模式中的每个模式具有植物生长所需的预定的强度水平。此外，处理器可以执行一个或多个编程指令，以基于用户输入来调整一个或多个通道的照明源的强度。

在又一实施方式中，公开了一种控制用于水培的光的方法。该方法可以包括经由用户接口接收指示在多个模式中选择的模式的用户输入。多个模式中的每个模式具有植物生长所需的预定的强度水平。该方法还可以包括基于用户输入经由处理器来调整一个或多个通道的照明源的强度。

在又一实施方式中，公开了一种存储用于控制用于水培的光的程序的非暂时性计算机可读介质。该程序可以包括用于经由用户接口接收指示在多个模式中选择的模式的用户输入的指令。多个模式中的每个模式具有植物生长所需的预定的强度水平。该程序还可以包括用于基于用户输入来调整一个或多个通道的照明源的强度的指令。

附图说明

参照附图描述具体实施方式。

图1a和图1b示出了根据本申请的实施例的水培设备。

图2示出了根据本申请的实施例的用于促进水培的反向潮汐水系统。

图3示出了根据本申请的实施例的用于促进水培的反向潮汐循环作业的流程图。

图4示出了根据本申请的实施例的用于促进水培的系统的元件的框图。

图5示出了根据本申请的实施例的在不同生长模式下根据日出/日落作业和光强度设置改变光强度的曲线图。

图6a和图6b示出了根据本申请的实施例的水培设备的对接件和生长托盘的对接和耦合。

图7示出了根据本申请的实施例的水培设备的生长托盘盖设计。

图8示出了根据本申请的实施例的LED物理布局设计。

图9示出了根据本申请的实施例的距多个LED灯泡10cm的光强度(光强度范围为200-300μmol m^-2s^-1)的测量，其示出了光能在尺寸为334mm×259mm的整个生长托盘上的均匀分布。

图10示出了根据本申请的实施例的距多个LED灯泡20cm的光强度(光强度范围为100-170μmol m^-2s^-1)的测量，其示出了光能的分布在尺寸为334mm×259mm的整个生长托盘203上保持相当均匀。

图11示出了根据本申请的实施例的水培设备的显示器。

图12示出了用于水培的传统潮汐系统。

图13示出了根据本申请的实施例的根据水培设备的特定生长模式施加的不同光谱。

图14示出了根据本申请的实施例的水培设备的配件。

图15示出了根据本申请的实施例的用于水培的光控装置的元件。

图16示出了根据本申请的实施例的用于控制用于水培的光的方法。

图17示出了根据本申请的实施例的水培设备的感测探头。

具体实施方式

整个说明书对“各种实施例”、“一些实施例”、“一个实施例”或“一实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在至少一个实施例中。因此，在整个说明书中出现的短语“在各种实施例中”、“在一些实施例中”、“在一个实施例中”或“在一实施例中”不一定都指同一实施例。此外，在一个或多个实施例中，特定特征、结构或特性可以以任何合适的方式组合。

本申请大体涉及用于促进水培的反向潮汐。换句话说，在本申请中，为了实现各种优点和技术效果，在传统/常规的潮汐式水培系统中的水流已经被反转，这将在说明书的后续段落中详细解释。根据本申请的实施例，图1a和图1b示出了用于促进水培的水培设备。该水培设备包括柜200，柜200用于为放置在柜200的基座205上的储液器201、底座202和具有生长托盘盖204的生长托盘203提供壳体。生长托盘盖204基本上提供了使植物休息和生长的支撑。生长托盘盖204的设计在图7中示出。生长托盘盖204以这样的方式设计：使得当从生长托盘203移除生长托盘盖204以检查或清洁生长托盘203时，生长托盘盖204自行直立以保护根部。此外，当生长托盘盖204放置在平坦表面上时，生长托盘盖204的特定设计还避免挤压和推出生长篮220。

此外，与传统的水培设备(图12所示)不同，所公开的水培设备的储液器201位于与生长托盘203相邻的更高的位置。将储液器201放置在比生长托盘203更高的位置有助于优化从储液器201到生长托盘203的液体循环，反之亦然。可以使用一个或多个管209、211、电磁阀107和泵108来执行从储液器201到生长托盘203的液体循环，这将在下面参考图2详细解释。

该水培设备还包括放置在柜200的基座205上的对接件208。对接件208以这样的方式耦合到生长托盘203：使得该耦合不仅提供到生长托盘203的电连接，而且在水培的作业期间没有泄漏地提供生长托盘203和储液器201之间的液体流动连通。对接件208和生长托盘203之间的耦合将参照图6a和图6b进行详细解释。

如图6a和图6b中，使用一对耦合件218、219和一对弹簧针214、215将对接件208耦合到生长托盘203。在一实施例中，对接件208可包括凹形耦合件218，而生长托盘203可包括凸形耦合件219。凹形耦合件218包括水管216和弹簧针垫214，而凸形耦合件219包括水管217和弹簧针215。通过连接耦合件对218和219来完成耦合，使得其允许液体在一个插接动作中通过水管216、217没有泄漏地流入生长托盘203和从生长托盘203流出。同时，生长托盘203还与插入到对接件208上的弹簧针垫214中的弹簧针215电连接。因此，如上所述，对接件208提供到生长托盘203的电连接，并且同时允许液体没有泄漏地流过生长托盘203。此外，在与生长托盘203的底部处的凹槽213匹配的柜200的基座上设置有轨道212，以将生长托盘203的位置引导到对接件208。

如图17，放置在储液器201内的感测探头132使用一对连接垫138和弹簧针139耦合到系统的CPU(即，如图4所示的处理器112)。所述耦合促进电连接以向感测探头132提供电力并从感测探头132收集传感器数据。传感器数据可以包括液位检测数据、电导率测量数据、水温测量数据和pH测量数据。每个传感器数据在说明书的后续段落中详细解释。此外，上述连接通过将储液器201与底座202配合的一个动作来完成，其中感测探头132位于储液器201内部。同时，储液器201连接到底座202(如图1b和图2所示)，使得其允许液体通过电磁阀107和水管209从储液器201没有泄漏地流出到生长托盘203。

此外，如图11所示，水培设备还包括放置在柜200的基座205处的一个或多个触摸按钮142和显示器143。与电容式触摸感测电路122耦合的一个或多个触摸按钮142用于接收用户输入。例如，用户可以通过使用触摸按钮142来手动地控制光强度。此外，与显示器驱动器123连接的显示器143用于向用户显示通知。图11所示的显示器143是集成到水培设备的柜200的基座205的OLED显示器。在一些实施例中，显示器143还可包括其它类型的显示器，例如发光二极管(LED)显示器或能够向用户提供通知的任何其它显示器。图11所示的显示器143通过用0.4mm厚的固态PVC片覆盖而以隐藏的方式与基座205集成在一起。当水培设备处于空闲状态达一段时间，例如5分钟或10分钟时，显示器143可以自动关闭。然而，当水培设备通过上电命令序列唤醒，或者通过检测触摸按钮142上的触摸或者通过检测与所述设备的底座202连接的邻近传感器141(与邻近感测电路121耦合)的运动从睡眠模式唤醒时，显示器143也可以自动打开。

除了基座205之外，水培设备的柜200还具有顶部，该顶部设置有用于提供植物生长所需的光的照明源。根据本申请的实施例，照明源可以包括如图1b所示的多个发光二极管(LED)灯泡145-148。本领域技术人员必须理解，照明源可以不限于LED灯泡，并且可以进一步包括能够发光并且因此可以在水培设备中用于植物生长的各种其它光源。

另外，水培设备包括各种配件，这些配件已经在图14中示出。例如，配件可包括种子套件、生长孔盖223和发芽圆顶224。种子套件可提供被定制以适合于水培设备并与水培设备一起工作的种子胶囊221和营养物222。此外，种子胶囊221可包含放置在生长培养基上的特定植物物种的种子，所述种子胶囊221装配在生长篮220中。此外，生长孔盖223可以放置在生长托盘盖204的孔上，其中用户不将任何种子胶囊221放置在这些孔中。此外，发芽圆顶224可以是透明的圆顶，其被放置在每个种子胶囊的顶部上用于植物发芽。

以上公开的水培设备及其元件的布置提供了优于传统水培设备(图12中示出)的各种优点。上面讨论的优点之一是，所公开的水培设备通过将储液器201放置在比生长托盘203更高的位置而不是生长托盘203的底部，使得用户可以重新填充或更新系统中的液体而不干扰正在生长的植物，从而增强用户体验并改进产品设计。在下面的段落中已经参考本申请的其它附图讨论了其它优点和技术效果。

现在参考图2、图3和图4，在此详细解释了用于促进水培的系统的详细工作。该系统可以是具有各种传感器/元件的专用硬件，这些传感器/元件可以通过水培设备来实施。根据本申请的实施例，该系统可以实施为aspara^TM系统。该系统可以包括放置在底座202上的储液器201、具有生长托盘盖204的生长托盘203、分别与生长托盘203和储液器201相关联的生长托盘液位传感器133和储液器液位传感器134、电磁阀107、泵108、处理器112和耦合到处理器112的存储器。生长托盘液位传感器133和储液器液位传感器134可以是可分别放置在生长托盘203和储液器201内的潜水式传感器。此外，处理器112在图2和图4中被示为中央处理单元(CPU)，其可以获取并执行存储在存储器中的计算机可读指令以执行系统的各种作业。此外，处理器112可实施为一个或一个以上微处理器、微型计算机、微控制器、数字信号处理器、状态机、逻辑电路和/或基于作业指令操纵信号的任何器件。

基本上，该系统被实现为执行反向潮汐循环作业，这优于传统的潮汐循环作业。在如图12所示的传统的方法中，因为生长托盘位于比储液器更高的位置，因此液体循环从生长托盘开始到储液器，并且使用潜水泵从储液器返回到生长托盘。相反，在本方法中，由于储液器位于比生长托盘203更高的位置，因此液体循环从储液器201而不是从生长托盘203开始。这种特定的布置可以从图2中看出。

一旦用户用液体(具有营养物)填充储液器201并插入系统(图3的方框301)，系统的作业开始于检测储液器201与感测探头132(图17所示)，以及生长托盘203与耦合件219是否被放置在预定的位置(图3的方框302)。储液器液位传感器134可以构建在感测探头132上(如图17所示)。为了检测位置，系统可以使用像传感器电路119和传感器电路120(图4中示出)的各种传感器电路。连接到弹簧针连接件139的传感器电路119用于感测与连接垫138的接触，以感测储液器201与感测探头132是否处于适当的位置(图17所示)。连接到弹簧针垫214的传感器电路120用于感测与弹簧针215的接触，以感测生长托盘203与耦合件219是否处于适当的位置(图6a和图6b所示)。

一旦确定所有元件(201、203、219和132)都处于预定的位置，系统就开始反向潮汐循环作业以促进水培(图3的方框303)。作业开始于打开电磁阀107，以允许液体通过将储液器201连接到生长托盘203的第一管209从储液器201流到生长托盘203(图中的方框304)。由于液体流动，液体的液位在生长托盘203中逐渐增加，而在储液器201中逐渐降低。该液体含有用于植物生长的必需营养物。在液体流动期间，系统继续检查储液器201、生长托盘203、耦合件219和感测探头132(图17中示出)是否被放置在预定的位置(图3的方框305)。如果在液体流动的任何阶段，系统检测到储液器201、感测探头132、生长托盘203和耦合件219中的任何一个不在预定的位置，则系统停止液体流动并在显示器143上向用户发送通知。只有当所有元件即201、203、219和132再次置于预定的位置时，系统才重新开始作业。

在液体流动作业期间，系统分别使用生长托盘液位传感器133和储液器液位传感器134检测生长托盘203和储液器201中的液位。如果检测到生长托盘203中的液位达到预定的最大液位和/或储液器201中的液位达到预定的最小液位，则系统关闭电磁阀107以停止液体从储液器201流到生长托盘203(图3中的方框306)。满足上述条件意味着生长托盘203中的液位已经达到可能产生溢流条件的特定液位，或者储液器201中的液体已经被完全排出或者即将排出。应当理解，当液体在生长托盘203中时，植物从液体中吸收营养物、水和氧，因此该液体中的营养物水平变化并且液体中的溶解氧减少。因此，重要的是使液体循环或用来自储液器201的新鲜营养液改变生长托盘203中的液体，以使水培更有效。

对于液体循环，在关闭电磁阀107之后，系统启动泵108，以允许液体从生长托盘203通过单独的第二管211流回到储液器201中(图3中的方框307)。第二管211的使用为液体循环提供了单独的路径。由于该单独的路径，当生长托盘203中的液体(其现在已经变成较少的溶解氧)使用第二管流回储液器201时，其从储液器201的顶部流回。因此，允许液体与氧更有效地溶解，从而增加液体中的氧水平。

当液体流回储液器201时，系统继续检查储液器201、生长托盘203、耦合件219和感测探头132的位置(图3中的方框308)，并且如果检测到任何故障，则系统停止液体流动并且在系统的显示器143上向用户发送通知。当液体流入储液器201中时，如果检测到储液器201中的液位达到预定的最大液位或生长托盘203中的液位达到预定的最小液位，则系统停用泵108(图3中的框309)，并重新打开电磁阀107，从而允许液体(其现在再次具有更多溶解氧)流入生长托盘203中，以使水培更有效(图3的方框310和方框311)。

从上面讨论的方法中可以观察到，与传统方法(如图12所示)不同，通过提供单独的路径，氧气现在可以更有效地溶解到液体中。另外，该系统还包括电导率传感器135(在图17中示出)以测量指示液体中营养物浓度的营养物浓度值。在一个实施例中，电导率传感器135可以构建在感测探头132上(如图17所示)。如上所述，植物从液体中吸收营养物和水，液体中的营养物含量改变，因此将液体中的营养物水平调节或保持在预定水平以向植物提供合适的营养物从而进行有效的水培变得重要。在检测到所测量的营养物浓度值小于与营养物浓度关联的阈值的情况下，系统在系统的显示器143上显示通知，通知用户液体中的降低的营养物水平。该系统还将该信息传递到营养物分配器(图中未示出)，该营养物分配器连接到电导率传感器135。根据一个实施例，营养物分配器可包括用于以片剂/胶囊或液体或气体形式储存营养物的微型储存柜。响应于传递的信息，营养物分配器将营养物注入到储液器201中以增加液体中的营养物水平。因此，当液体进入生长托盘203时，变得更有营养，以使水培有效。

除了上述之外，该系统还包括各种其它传感器/电路/电子元件，这些传感器/电路/电子元件已经在下面参考图4详细讨论。例如，这些其它传感器/电路/电子元件包括生长托盘液位传感器133、储液器液位传感器134、电导率传感器135，它们分别与电路113、114、115相关联。这些电路(113-115)是帮助它们对应的传感器(133-135)工作的电子电路。此外，该系统还包括与电路116相关联的温度传感器136、与电路117相关联的温湿度传感器137、与电路111(也称为pH测量电路111)相关联的pH传感器131、以及与电路110相关联的环境光传感器130。这些电路116、117、111、110是分别帮助它们的相应传感器136、137、131、130工作的电子电路。

温度传感器136用于检测储液器201和生长托盘203中的液体的温度。温湿度传感器137用于检测放置系统的室内空气温度和相对湿度。pH传感器131用于检测液体中的pH值。根据一实施例，pH传感器131与pH测量电路111一起位于储液器201内，以检测液体中的pH值。在pH的测量值超出预定的pH范围的情况下，系统产生警报并将其显示在系统的显示器143上。此外，系统还可以向与用户相关联的用户设备发送通知。环境光传感器130用于感测环境中的环境光强度。环境光传感器130的输出进一步由下面详细说明的光控装置使用。

该系统还包括用于向用户提供音频输出的耦合到音频驱动器129的蜂鸣器/扬声器149。该系统还包括Wi-Fi模块124，用于使其能够经由网络(无线网络、有线网络或其组合)与用户设备150和云服务器144连接。该连接帮助用户设备150经由位于用户设备150中的应用程序与系统和云服务器144通信。用户设备150的示例可以包括但不限于便携式计算机、个人数字助理、手持设备和工作站。根据本申请的实施例，可使用Wi-Fi模块124或通过云服务器144将上面论述的由系统产生的通知发射到用户设备150。

如上面参考图2、图3和图4所论述的，可以理解氧气如何有效地与液体溶解，以及如何保持营养物水平以进行有效的水培。然而，使水培更有效所需的另一个因素是适当的光控制。为此，本申请公开了一种在图15中示出的光控装置1500。

根据本申请的实施例，光控装置1500可以包括照明源、多个通道125-128、处理器1501、用户接口1502和存储器1503。在一个实施例中，处理器1501可以被配置为执行存储在光控装置1500的存储器1503中的多个指令。在一个实施例中，多个通道中的每一个包括照明源。在一个实施例中，照明源可以包括多个发光二极管(LED)灯泡145-148。存储器1503还包括模块1504和数据1508。模块1504包括模式选择模块1505、强度调整模块1506和其他模块1507。数据1508包括数据储存库1509和其他数据1510。

在一实施例中，存储器1503可包括本领域已知的任何计算机可读介质，例如包括诸如静态随机存取存储器(SRAM)和动态随机存取存储器(DRAM)之类的易失性存储器和/或诸如只读存储器(ROM)、可擦除可编程ROM、闪存、硬盘、光盘和存储卡之类的非易失性存储器。

在一个实施例中，模块1504包括执行特定任务、功能或实现特定抽象数据类型的例行程序、程序、对象、元件、数据结构等。在另一实施例中，模块1504可以是能够执行光控装置1500的作业的专用硬件元件或电路。

在一个实施例中，数据储存库1509可以被配置为存储由一个或多个模块1504处理、接收和生成的数据。其他数据1510可以包括一个或多个模块1507执行产生的数据。

为了开始作业，模式选择模块1505可以接收指示在多个模式中选择的模式的用户输入。所述多个模式包括发芽模式、正常种植模式、快速种植模式、慢速种植模式和收获模式。必须理解，多个模式中的每个模式具有植物生长所需的预定的强度水平和营养物水平。强度水平取决于待栽培的植物的类型、时间、环境、温度和在水培中可能影响植物生长的其它因素。此外，可以经由用户接口1502接收用户输入，用户接口1502可以是触摸屏或能够接收用户输入的任何装置。

在一个示例性实施例中，水培可能需要目标波长为680nm(红光)、440nm(蓝光)、390nm(UV)的LED和白光LED以用于植物的有效生长。在一个示例性实施例中，R与B比率为3：1的最佳值可用于最有效的营养生长。

虽然在光合作用中最有用的光谱是红光和蓝光，而大多数绿光被植物反射并且在植物生长中起的作用小得多。然而，如图13所示，光控装置的LED灯泡145-148可以混合红、蓝、绿光以实现色温平衡，从而允许对用户视觉上更自然的光。

此外，每个模式所需的设置如下表所示：

表1示出了多个模式中的每个模式所需的设置。

在一个实施例中，强度调整模块1506可以基于用户输入调整一个或多个通道的照明源的强度。在一个实施例中，可以根据光强度设置来调整与通道125、126、127、128(或更多个通道)相关联的照明源145-148的强度。

在一个示例性实施例中，总的光强度可以最大为240μmolm^-2s^-1。在一个实施例中，照明源的强度可以利用脉宽调制(PWM)控制来调节，以实现从0到最大240μmolm^-2s^-1的全范围强度调节，以便实现从全关到全开的光的控制。照明源可以被分组成四个或更多个通道。与每个通道相关联的照明源强度可以被单独编程以适应不同生长模式的不同量的红/蓝/UV/白光的混合。

现在参考图8，示出了根据本申请的实施例的LED物理布局设计。在一个实施例中，LED物理布局设计可包括多个LED灯泡145、146、147、148，以在整个植物生长区域传递均匀分布的光强度。

现在参考图9，示出了根据本申请的实施例的距离多个LED光源10cm的光强度(光强度范围为200-300μmolm^-2s^-1)的测量，其示出了光能在尺寸为334mm×259mm的整个生长托盘203上的均匀分布。

现在参考图10，示出了根据本申请的实施例的距多个LED光源20cm的光强度(光强度范围为100-170μmolm^-2s^-1)的测量，其示出了光能的分布在尺寸为334mm×259mm的整个生长托盘203上保持相当均匀。

现在参考图5，示出了根据本申请的实施例的在不同生长模式下根据日出/日落作业和光强度设置改变光强度的曲线图。在一个实施例中，可以控制照明源的强度以模拟自然中的日出和日落。在一个实施例中，处理器112可以控制与通道125、126、127、128或更多个通道相关联的多个LED灯泡145-148的光强度，以在预定的时间段内从最小光强度逐渐打开到所选择的生长模式的亮度，或者从所选择的生长模式的亮度逐渐关闭到最小光强度。

在一个示例性实施例中，用户可以为连接的水培设备选择和设置日出和日落的时间。在一个示例性实施例中，默认设置可包括早晨6点作为日出时间和晚上9点作为日落时间。在另一示例性实施例中，用户可以选择自动模式、暗光模式或白光模式。在自动模式中，多个LED灯泡的光强度可以根据所选择的植物生长程序和日出/日落设置而自动改变。在暗光模式中，多个LED灯泡的光强度可以改变到较低的光设置。在一个实施例中，用户可以选择亮度并且选择超时时段以使系统返回到自动模式。在白光模式中，多个LED灯泡的光强度可以改变到仅从零到全亮度的白光。在一个实施例中，用户可以调整亮度并选择超时时段以返回到自动模式。

现在参考图16，示出了根据本申请的实施例的用于控制用于水培的光的方法。

在步骤1601，模式选择模块1505可以接收用户输入。在一个实施例中，模式选择模块1505可以经由用户接口1502接收用户输入。接收到的用户输入可以指示从多个模式中选择的模式。多个模式中的每个模式具有用于植物生长的预定的强度水平和营养物水平。在一个实施例中，多个模式可包括发芽模式、正常种植模式、快速种植模式、慢速种植模式和收获模式。

在步骤1602，强度调整模块1506可以基于接收到的用户输入来调整一个或多个通道的照明源的强度。

在一个示例性实施例中，水培设备可包括作为独立单元的软件以执行多个功能。在一个实施例中，多个功能可以包括设置时钟、控制光强度、选择光(例如“全开”和“全关”)、在显示器上提供通知、开始/停止/恢复种植、重置到工厂设置、提供生长环境条件的通知(空气温度、湿度、水温、水位、营养物含量、光强度等)。

在一个示例性实施例中，用户可以通过点击位于用户设备150中的应用程序的应用程序图标来发起与水培设备的通信。用户可以通过提供用户详细信息来注册到存储在基于计算机的平台上的应用程序。在一个实施例中，用户可以使用

或电子邮件登录来创建用户档案。在一个实施例中，用户可以更新他们的用户名和其他可选项目：档案图片、性别和生日。在一个实施例中，用户可以选择连接到一个水培设备或多个水培设备的选项。在一个实施例中，用户设备150可以示出连接到特定水培设备的多个用户的列表。

在一个示例性实施例中，用户可通过扫描种子套件上的QR码来选择植物生长程序。在另一个实施例中，用户可以通过选择位于用户设备150上的应用程序上显示的植物物种之一来选择植物生长程序。

在一个实施例中，位于用户设备150上的应用程序可以提供状态汇总报告。在一个实施例中，状态汇总报告可包括生长区域中的空气温度、生长区域中的湿度、生长托盘203内的水温、储液器201内的水温、营养物浓度、生长托盘203和储液器201两者中的总含水量的最新测量值。

在一个实施例中，位于用户设备150上的应用程序可以提供生长区域中的空气温度、生长区域中的湿度、生长托盘203内的水温、储液器201内的水温、营养物浓度、生长托盘203和储液器201两者中的总含水量的过去测量的数据的图形表示。

在一个实施例中，位于用户设备150上的应用程序可以提供诸如开始/停止/恢复之类的选项，以供用户选择“开始”、“停止”或“恢复”种植。在一个实施例中，水培设备可以跟踪对于单个种植周期(单个种植周期意味着从“开始种植”被选择直到“停止种植”被选择的时间段)每个生长模式已经被选择和作业的天数。在一个示例性实施例中，可以在以下测量超过工厂预设边界的情况下向用户设备150发送推送通知：水位过高或过低、营养物浓度过高或过低、水温过高或过低、空气温度过高或过低、种植托盘被移除或不适合对接、储液器被移除或未正确就位、潜水传感器探头被移除或未正确就位。

在一个示例性实施例中，用户可以选择水流频率设置。在一个示例性实施例中，用户可以设置潮汐频率，例如每小时30分钟或每小时15分钟(默认工厂设置)或每两小时15分钟，或者停止作业几个小时，然后恢复到上一设置。

在一个示例性实施例中，用户可以使用与用户设备150相关联的相机，以便拍摄照片/多个照片，以通过将图像发布到社交媒体来与其他用户共享，或者存储在应用程序中的日历中。在一个实施例中，当点击拍摄按钮时，光强度设置可以自动改变为照片拍摄模式。

在一个实施例中，位于用户设备150上的应用程序可以包括日历。在一个实施例中，日历可用于存储每天的状态汇总记录，并用于存储用户在每一具体日期拍摄和选择的照片。当用户拍摄照片并将其存储在日历中时，位于用户设备150上的应用程序可以将根据用户选择的日历中的时间段的这些照片链接起来，以变成延时视频。

在一个实施例中，可以在社交媒体上共享一页数据汇总或具有数据汇总的照片。创建的延时视频也可以在社交媒体上共享。

在一个实施例中，可以在社交媒体上创建知识和兴趣小组。在一个实施例中，可以基于种植、烹饪、健康和健身、食物营养、教育、社区、游戏建立知识和兴趣小组。

在一个实施例中，位于用户设备上的应用程序可以提供用于在线购物的链接。

尽管已经以具体的结构特征和/或方法的语言描述了用于促进水培的设备、系统、方法和光控装置的实施方式，但是应当理解，所附权利要求不一定限于所描述的具体特征或方法。相反，具体特征和方法被公开作为用于促进水培的设备、系统、方法和光控装置的实施例。

Claims (21)

1.一种水培设备，包括：柜，其用于提供用于储液器、底座和具有生长托盘盖的生长托盘的壳体，所述生长托盘以这样的方式放置在所述柜的基座上：使得放置在所述底座上的所述储液器位于邻近所述生长托盘的更高的位置，以优化使用一个或多个管、电磁阀和泵的从所述储液器到所述生长托盘的液体循环，反之亦然；其中，所述基座还包括耦合到所述生长托盘的对接件，用于提供到所述生长托盘的电连接并同时允许所述液体没有泄漏地流过所述生长托盘，其中所述基座还包括用于接收用户输入的一个或多个触摸按钮和用于显示通知给所述用户的显示器：并且其中所述柜具有顶部，所述顶部设置有用于提供植物生长所需的光的照明源，并且其中所述顶部包括连接垫，所述连接垫耦合到放置在所述储液器内的感测探头，用于提供到所述感测探头的电连接并且同时允许所述液体没有泄漏地流过所述底座。

2.根据权利要求1所述的水培设备，其中所述照明源包括多个发光二极管(LED)灯泡，并且其中所述显示器包括发光二极管(LED)显示器、有机发光二极管(OLED)显示器和LCD显示器中的至少一个。

3.根据权利要求1所述的水培设备，其中所述对接件使用一对耦合件和一对弹簧针连接到所述生长托盘，以提供到所述生长托盘的电连接。

4.用于促进水培的系统，所述系统包括：

放置在底座上的储液器；

具有生长托盘盖的生长托盘；

与所述生长托盘相关联的生长托盘液位传感器；

与所述储液器相关联的储液器液位传感器；

电磁阀；

泵；

处理器；

以及耦合到所述处理器的存储器，所述处理器被配置为执行存储在所述存储器中的多个编程指令以：

检测所述储液器、所述生长托盘和所述储液器液位传感器是否被放置在预定的位置；

基于所述检测，执行：

打开所述电磁阀，以允许液体通过将所述储液器连接到所述生长托盘的第一管从所述储液器流到所述生长托盘，其中所述储液器位于邻近所述生长托盘的更高的位置，并且

分别使用所述生长托盘液位传感器和所述储液器液位传感器检测所述生长托盘和所述储液器中的液位；

基于所述液位检测，执行：

当所述生长托盘中的所述液位达到预定的最大液位或所述储液器中的所述液位达到预定的最小液位时，关闭所述电磁阀以停止所述液体从所述储液器到所述生长托盘的流动，

在关闭所述电磁阀之后，启动所述泵，以允许所述液体通过单独的第二管从所述生长托盘流回到所述储液器中，以便通过单独的路径优化氧溶解到所述液体中，并且

一旦所述生长托盘中的所述液位达到预定的最小液位或所述储液器中的所述液位达到预定的最大液位，停用所述泵。

5.根据权利要求4所述的系统，其中所述处理器还被配置为：

如果所述储液器、所述生长托盘和所述储液器液位传感器没有被放置在所述预定的位置，则生成通知；并且

在所述系统的显示器上显示所述通知。

6.根据权利要求4所述的系统，还包括电导率传感器，用于测量指示所述液体的营养物浓度的营养物浓度值。

7.根据权利要求6所述的系统，还包括当所测量的营养物浓度值落在与所述液体的营养物浓度相关的最大阈值和最小阈值之外时，在所述显示器上显示通知。

8.根据权利要求7所述的系统，还包括耦合到所述电导率传感器的营养物分配器，以在所测量的营养物浓度值下降到与所述液体的营养物浓度相关联的所述阈值以下时将营养物注入到所述储液器中。

9.根据权利要求4所述的系统，其中检测所述生长托盘和所述储液器中的液位包括：检测：

所述生长托盘中的所述液位是否达到所述预定的最大液位和所述预定的最小液位中的至少一个，以及

所述储液器中的所述液位是否达到所述预定的最小液位和所述预定的最大液位中的至少一个；

基于所述检测生成通知；以及

在系统的显示器上显示所述通知。

10.根据权利要求4所述的系统，其中所述处理器使用一对连接垫和弹簧针耦合到放置在所述储液器内的感测探头，以提供到所述感测探头的电连接并收集由所述感测探头感测的传感器数据，其中所述感测探头包括所述储液器液位传感器和所述电导率传感器。

11.一种促进水培的方法，所述方法包括：

通过处理器检测储液器、生长托盘和储液器液位传感器是否被放置在预定的位置；

通过所述处理器，基于所述检测，执行：

打开电磁阀，以允许液体通过将所述储液器连接到所述生长托盘的第一管从所述储液器流到所述生长托盘，其中所述储液器位于邻近所述生长托盘的更高的位置，并且

分别使用所述生长托盘液位传感器和所述储液器液位传感器检测所述生长托盘和所述储液器中的液位；

通过所述处理器，基于所述液位检测，执行：

当生所述长托盘中的所述液位达到预定的最大液位或所述储液器中的液位达到预定的最小液位时，关闭所述电磁阀以停止所述液体从所述储液器到所述生长托盘的流动

在关闭所述电磁阀之后，启动泵，以允所述许液体通过单独的第二管从所述生长托盘中流回到所述储液器中，以便通过单独的路径优化氧溶解到所述液体中，并且

一旦所述生长托盘中的所述液位达到预定的最小液位或所述储液器中的所述液位达到预定的最大液位，停用所述泵。

12.根据权利要求11所述的方法，还包括：

如果所述储液器、所述生长托盘和所述储液器液位传感器没有放置在所述预定的位置，则生成通知；以及

在系统的显示器上显示所述通知。

13.非暂时性计算机可读介质，其存储用于促进水培的程序，所述程序包括指令以：检测储液器、生长托盘和储液器液位传感器是否被放置在预定的位置；

基于所述检测，执行：

打开电磁阀，以允许液体通过将所述储液器连接到所述生长托盘的第一管从所述储液器流到所述生长托盘，其中所述储液器位于邻近所述生长托盘的更高的位置，并且

分别使用所述生长托盘液位传感器和所述储液器液位传感器检测所述生长托盘和所述储液器中的液位；

基于所述液位检测，执行：

当所述生长托盘中的所述液位达到预定的最大液位或所述储液器中的所述液位达到预定的最小液位时，关闭所述电磁阀以停止所述液体从所述储液器到所述生长托盘的流动，

在关闭所述电磁阀之后启动泵，以允许所述液体通过单独的第二管从所述生长托盘流回到所述储液器中，以便通过单独的路径优化氧溶解到所述液体中，并且

一旦所述生长托盘中的所述液位达到预定的最小液位或所述储液器中的所述液位达到预定的最大液位，停用所述泵。

14.用于水培的光控装置，所述光控装置包括：

照明源；

多个通道，其中所述多个通道中的每一个包括所述照明源；

用于接收用户输入的用户接口；

处理器；以及

耦合到所述处理器的存储器，其中所述处理器被配置成执行存储在所述存储器中的多个指令以于：

经由所述用户接口接收指示在多个模式中选择的模式的用户输入，其中所述多个模式中的每个模式具有植物生长所需的预定的强度水平；以及

基于所述用户输入调整所述一个或多个通道的所述照明源的强度。

15.根据权利要求14所述的光控装置，其中所述照明源包括多个发光二极管(LED)灯泡。

16.根据权利要求14所述的光控装置，其中，所述多个模式包括发芽模式、正常种植模式、快速种植模式、慢速种植模式和收获模式。

17.根据权利要求14所述的光控装置，还包括用于感测环境光的环境传感器。

18.根据权利要求17所述的光控装置，其中，基于所述环境光来修改所述一个或多个通道的所述照明源的所述强度。

19.一种用于控制用于水培的光的方法，所述方法包括：

经由用户接口接收指示在多个模式中选择的模式的用户输入，其中所述多个模式中的每个模式具有植物生长所需的预定的强度水平；以及

基于所述用户输入经由处理器调整所述一个或多个通道的照明源的强度。

20.根据权利要求19所述的方法，其中所述多个模式包括发芽模式、正常种植模式、快速种植模式、慢速种植模式和收获模式。

21.非暂时性计算机可读介质，其存储用于控制用于水培的光的程序，所述程序包括指令以：

经由用户接口接收指示在多个模式中选择的模式的用户输入，其中所述多个模式中的每个模式具有植物生长所需的预定的强度水平；以及

基于所述用户输入经由处理器调整所述一个或多个通道的照明源的强度。

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