TWI458429B

TWI458429B - 植物培育系統

Info

Publication number: TWI458429B
Application number: TW100149650A
Authority: TW
Inventors: Huey Ling Chang; Chih Ming Chen
Original assignee: Nat Univ Chin Yi Technology
Priority date: 2011-12-29
Filing date: 2011-12-29
Publication date: 2014-11-01
Also published as: TW201325440A

Description

植物培育系統

本發明係關於一種植物培育系統，尤指一種可以提升植物光照量的植物培育技術。

依據植物的栽種特性大致可分為好陽性植物、半陰性植物以及耐陰性植物，其中好陽性植物大致為果樹類、花木類、仙人掌及一般的農作物等。至於半陰性植物則如多數的盆花類以及有花紋的觀葉植物類。另，耐陰性植物如葉片深綠觀葉植物類等。此外，植物對於光照的忍受範圍也會因環境的條件而改變，例如高溫時，植物忍受強光的能力變差，反之，低溫時，植物忍受強光的能力變佳。此外，光照是農作物或植物生長的主要能量來源之一，就以好陽性植物來說，當日光的光照強度愈強時，植物或農作物行光合作用的效能最佳，連帶使得農作物的產量與品質亦跟隨提升。

依據目前所知，具高經濟價值的農作物大多以設施栽培為主，以期能獲得穩定、品質較高的農作收穫。一般來說，設施栽培大致可分為固定式溫室或網室；移動式棚架或隧道式簡易棚架等之設施。該習用設施大多以被覆材質及環控設備來維持設施內較適合的光照、溫度及濕度，以期減少病蟲害發生的機率以及增進土壤水份及養份的吸收利用率；然而，該習用設施栽培並無自動精確控制培育空間內的供水量、濕度、室溫以及光照度等相關的機能設置，因而必須增加人力成本的支出，因此，如何依據農作物之栽種特性而提供農作物最適當的光照量、水份、濕度以及溫度，實已成為栽種作物成敗至要的關鍵因素。

為改善上述缺失，本發明人已開發出一種如本國發明第I321448號『智慧型室內環境控制裝置』，其係於頂部覆設有一供日光穿透的透明光罩，且內部為供作物栽種的栽培空間，並以控制裝置來調節栽培空間內的供水量、濕度、室溫以及光照量，藉以營造出有利於作物培育及栽種的環境空間。雖然該專利可以達到調節栽培空間內之供水量、濕度、室溫以及光照度等功效，惟，其培育箱係為個別化的設置，並無模組化連動的機能設置，以致許多控制組件無法有效整合，因而無法有效節省生產成本的支出。此外，該專利並無光源尋跡的機能設置，以致無法驅動培育箱之受光面與日光的入射角度維持在垂直或接近垂直的角度，因而會因光照量的不足，致使植物或農作物的光合作用亦跟隨大幅降低，從而影響農作物的產量與品質。

有鑑於此，本發明人認為該專利確實未臻完善，仍然有再改善的必要性，因此，本發明人乃再深入研究，進而研發出如本發明所揭露的技術成果。

本發明主要目的在於提供一種可以提升植物或農作物光照量的植物培育系統，主要是可以隨著日光照射角度的位移而連動調整各培育箱的受光角度，使植物可因受到較佳的日照角度而提升植物或農作物栽種與培育的品質，藉以獲得穩定、品質較高的收穫產量，進而提高農作物的經濟產值。達成本發明目的之技術手段，係包括複數個培育箱、一光源尋跡裝置、一動力驅動機構及一控制模組，係於培育箱頂部設可供日光穿透的受光面，且內部具有一培育空間，光源尋跡裝置，包含一殼體，及複數個設於殼體之不同受光角度的光感測器，用以將日光轉換為複數不同強度的電氣訊號，動力驅動機構分別與各培育箱連動，用以驅動各培育箱調整至一角度，一控制模組用以將各電氣訊號轉換運算，並可依據運算結果輸出一與日光所處位置相應的控制訊號，用以驅使動力驅動機構控制各培育箱的受光角度，使日光入射培育箱之受光面的角度為垂直或接近垂直角，俾能提升植物的光照量。

壹.本發明的基本實施例

請參看第一至三圖所示，本實施例係達成本發明主要目的之基本實施例，其係包括複數個培育箱10、一光源尋跡裝置20、一動力驅動機構30，及一控制模組40等之技術特徵。各培育箱10頂部設置一可供日光穿透的受光面11，此受光面11的具體實施例為一種透明的光罩，且各培育箱10內部具有一可供植物栽培的培育空間12，如第七圖所示。光源尋跡裝置20則包含一殼體21，及複數個設於殼體21之不同受光角度的光感測器22，用以將日光轉換為複數不同強度的電氣訊號。再請參看第六圖所示，殼體21具有一球弧面210，此球弧面210陣列佈設有複數個不透光的管體23，每一管體23可供設置光感測器22，當管體23與日光呈平行或接近平行之入射角度時，使控制模組40得以判定此一管體23內之受光強度為最大。動力驅動機構30則分別與各培育箱10連動，用以驅動各培育箱10調整至一較佳的受光角度。控制模組40則可將各電氣訊號轉換運算，並可依據運算結果輸出一與日光所處位置相應的控制訊號，用以驅使動力驅動機構30控制各培育箱10的受光角度，使日光入射培育箱10之受光面的角度為垂直或接近垂直角，藉以增加各培育箱10內之植物的光照量。此外，必須說明的是，第一至三圖所示為設置成大型的培育箱10，可供置於戶外的日光照射處。另一方面，第八圖所示則為設置成小型的培育箱10，可將小型的培育箱10設置在建物的陽台上，所以本發明的設置位置並非僅是限定於戶外而已，而是可以依據地形地貌或建物條件而加以設置應用。

貳.本發明技術特徵的具體架構 2.1動力驅動機構

請參看第一、四圖所示，本發明動力驅動機構30主要是用來驅使連動各培育箱10調整至一較佳的受光角度。本發明動力驅動機構30的第一實施架構係包括一機座31、一馬達32、一第一連桿33、一第二連桿34、一長度延伸的第一連動件38、一第二連動件39、複數個轉動件35、複數第三連桿36，及複數第四連桿37等之技術特徵。具體而言，機座31設有二支平行並置的支臂310，每一培育箱10各自連結有一與該二支臂310形成樞接的轉軸13。且為達到較佳受光角度的調整效果，本實施例係將機座31定位在機座31之長度方向與東西方向平行的位置上。至於馬達32則具有一輸出軸320，馬達32可受控制模組40的控制而以往復來回的方式轉動。第一連桿33一端連結在輸出軸320的外周上。第二連桿34一端連結在該輸出軸320外周與該第一連桿33形成對應的位置上。第一連動件38一端與該第一連桿33另端穿軸樞接。至於第二連動件39一端則與第二連桿34另端穿軸樞接。複數個轉動件35則分別套合連結在每一轉軸13的一端上。每一第三連桿36一端連結在轉動件35的外周上，每一第三連桿36另端則與第一連動件38穿軸樞接。每一第四連桿37一端連結在轉動件35的外周與第三連桿36形成對應的位置上，每一第四連桿37另端則與第二連動件39穿軸樞接。

請參看第二、五圖所示，係為本發明動力驅動機構30的第二實施架構，其同樣包括一機座31、一馬達32、一第一連桿33、一第二連桿34、一長度延伸的第一連動件38、一第二連動件39、複數個轉動件35、複數第三連桿36，及複數第四連桿37等之技術特徵。具體而言，機座31設有二支平行並置的支臂310，該二支臂310之間連結有複數支用以與各培育箱10形成樞接的固定軸311。且為達到較佳受光角度的調整效果，本實施例係將機座31定位在機座31之長度方向與東西方向平行的位置上。至於馬達32則具有一輸出軸320，馬達32可受控制模組40的控制而以往復來回的方式轉動。第一連桿33一端連結在該輸出軸320的外周上。第二連桿34一端連結在該輸出軸320外周與該第一連桿33形成對應的位置上。第一連動件38一端與該第一連桿33另端穿軸樞接。至於第二連動件39一端則與該第二連桿34另端穿軸樞接。每一轉動件35則設在培育箱10一側與固定軸311為同心圓的位置上。每一第三連桿36一端連結在轉動件35的外周上，每一第三連桿36另端則與第一連動件38穿軸樞接。每一第四連桿37一端連結在轉動件35的外周與第三連桿36形成對應的位置上，每一第四連桿37另端則與第二連動件39穿軸樞接。

2.2環境調節設備的具體實施

如第七、九圖所示，本發明環境調節設備50主要是用來控制各培育箱10內之植物的供水量以及溫、濕度。具體的做法是於每一培育箱10設置有一環境調節設備50，控制模組40則可依據植物的生長特性而控制環境調節設備50的運轉，藉以達到控制植物的供水量以及培育空間12的溫、濕度等功效。

上述環境調節設備50係包括一用以供應環境調節設備50所需電源的供電單元60、一水份供給裝置51、一空調裝置52、一濕度感測器53，及一溫度感測器54等技術特徵。詳言之，水份供給裝置51可受控制模組40的控制而定時定量地供應植物所需的水份。空調裝置52可受控制模組40的控制而調節培育空間12的溫度及溼度。濕度感測器53用以感測培育空間12的溼度狀態。進一步來說，控制模組40的具體架構係包括訊號轉換電路41、微處理器42，及驅動電路43等之技術特徵，訊號轉換電路41用以將溫、濕度感測訊號分別轉換為數位訊號。微處理器42解讀數位訊號後與溫濕度預設值進行比對，當濕度低於濕度預設值時，微處理器42則觸發驅動電路43以啟動空調裝置52，使培育空間12之濕度維持在濕度預設值的範圍內；此外，當溫度低於溫度預設值時，微處理器42則觸發驅動電路43 以啟動空調裝置52，使培育空間12之溫度維持在溫度設定值的範圍以內，藉以營造有利於植物培育生長的環境空間12。

參.本發明的具體運作

請參看第二、五圖所示，在早上的時段，日光是位於東方斜射的位置，此時位於殼體21迎向東方位置的管體23會與日光呈平行或接近平行入射的角度，所以該管體23之光感測器22所產生的電氣訊號值為最大，亦即該管體23內之光強度最大，此時控制模組40即可確定日光即時所在的位置，同時輸出一預定時間往逆時針方向旋轉的控制訊號，此時馬達32受到控制訊號的觸發則令輸出軸320往逆時針方向旋轉至一預定角度，並且帶動第一連桿33與第二連桿34往逆時針方向旋轉，進而拉動第一連動件38往東的方向位移，並將第二連動件39往西的方向推送，而可藉由第一連動件38與第二連動件39的反向連動而驅使每一第三連桿36、每一第四連桿37及各培育箱10以各自固定軸311為軸心而往逆時針的方向旋擺，如此即可控制各培育箱10之受光面11迎向東方的角度位置，而使各培育箱10內的植物獲得較佳的光照量。

請參看第一、四圖所示，在中午的時段，日光是位於正上方直射的位置，此時位於殼體21迎向正上方位置的管體23會與日光呈平行或接近平行入射的角度，所以該管體23之光感測器22所產生的電氣訊號值最大，亦即該管體23內光強度為最大，控制模組40即可確定日光即時所在的位置，同輸出一預定時間往順時針方向旋轉的控制訊號，此時馬達32受到控制訊號的觸發則令輸出軸320往順時針方向旋轉至預定角度，並且帶動第一連桿33與第二連桿34往順時針方向旋轉，進而拉動第一連動件38往西的方向位移，並將第二連動件39往東的方向推送，而可藉由第一連動件38與第二連動件39的反向連動而驅使每一第三連桿36、每一第四連桿37及各培育箱10以各自轉軸13為軸心而往順時針的方向旋擺，如此即可控制各培育箱10之受光面11迎向正上方的角度位置，而使各培育箱10內的植物獲得較佳的光照量。

請參看第三圖所示，在下午的時段，日光是位於西方斜射的位置，此時位於殼體21迎向西方位置的管體23會與日光呈平行或接近平行入射的角度，所以該管體23之光感測器22所產生的電氣訊號值最大，亦即該管體23內之光強度為最大，此時控制模組40即可確定日光即時所在的位置，同時輸出一預定時間往順時針方向旋轉的控制訊號，此時馬達32受到控制訊號的觸發則令輸出軸320往順時針方向旋轉至預定位置，並且帶動第一連桿33與第二連桿34往順時針方向旋轉，進而拉動第一連動件38往西的方向位移，並將第二連動件39往東的方向推送，而可藉由第一連動件38與第二連動件39的反向連動而驅使每一第三連桿36、每一第四連桿37及各培育箱10以各自轉軸13為軸心而往順時針的方向旋擺，如此即可控制各培育箱10之受光面11迎向西方的角度位置，而使各培育箱10內的植物獲得較佳的光照量。

肆．結論

因此，藉由上述的結構設置，本發明確實可以提升植物或農作物光照量的植物培育系統，主要是可以隨著日光照射角度的改變而連動調整各培育箱的受光角度，使植物可因受到較佳的日照角度而提升植物或農作物栽種與培育的品質，藉以獲得穩定、品質較高的收穫產量，進而提高農作物的經濟產值。

以上所述，僅為本發明之一可行實施例，並非用以限定本發明之專利範圍，凡舉依據下列申請專利範圍所述之內容、特徵以及其精神而為之其他變化的等效實施，皆應包含於本發明之專範圍內。本發明所具體界定於申請專利範圍之結構特徵，未見於同類物品，且具實用性與進步性，已符合發明專利要件，爰依法具文提出申請，謹請　鈞局依法核予專利，以維護本申請人合法之權益。

10‧‧‧培育箱

11‧‧‧受光面

12‧‧‧培育空間

13‧‧‧轉軸

20‧‧‧光源尋跡裝置

21‧‧‧殼體

210‧‧‧球弧面

22‧‧‧光感測器

23‧‧‧管體

30‧‧‧動力驅動機構

31‧‧‧機座

310‧‧‧支臂

311‧‧‧固定軸

32‧‧‧馬達

33‧‧‧第一連桿

34‧‧‧第二連桿

35‧‧‧轉動件

36‧‧‧第三連桿

37‧‧‧第四連桿

38‧‧‧第一連動件

39‧‧‧第二連動件

40‧‧‧控制模組

41‧‧‧訊號轉換電路

42‧‧‧微處理器

43‧‧‧驅動電路

50‧‧‧環境調節設備

51‧‧‧水份供給裝置

52‧‧‧空調裝置

53‧‧‧濕度感測器

54‧‧‧溫度感測器

60‧‧‧供電單元

320‧‧‧輸出軸

第一圖為本發明在日光於正上方時的作動實施示意圖。

第二圖為本發明在日光於東方時的作動實施示意圖。

第三圖為本發明在日光於西方時的作動實施示意圖。

第四圖為第一圖A區域的局部放大示意圖。

第五圖為第二圖B區域的局部放大示意圖。

第六圖為第三圖C區域的局部放大示意圖。

第七圖為本發明培育箱內部培育栽植的示意圖。

第八圖為本發明應用在建物陽台的實施示意圖。

第九圖為本發明基本架構的控制方塊示意圖。

10．．．培育箱

11．．．受光面

12．．．培育空間

13．．．轉軸

20．．．光源尋跡裝置

21．．．殼體

22．．．光感測器

23．．．管體

30．．．動力驅動機構

31．．．機座

310．．．支臂

32．．．馬達

320．．．輸出軸

33．．．第一連桿

34．．．第二連桿

35．．．轉動件

36．．．第三連桿

37．．．第四連桿

38．．．第一連動件

39．．．第二連動件

40．．．控制模組

Claims

一種植物培育系統，其包括：複數個培育箱，其頂部設有可供日光穿透的受光面，其內部具有一可供植物栽培的培育空間；一光源尋跡裝置，其包含一殼體，及複數個設於該殼體之不同受光角度的光感測器，用以將日光轉換為複數不同強度的電氣訊號；一動力驅動機構，其分別與各該培育箱連動，用以驅動各該培育箱調整至一角度，該動力驅動機構包括：一機座，其設有二平行並置的支臂，每一該培育箱連結有一與該二支臂形成樞接的轉軸；一馬達，其具有一輸出軸，該馬達可受該控制模組的控制而以往復的方式轉動；一第一連桿，其一端連結在該輸出軸的外周上；一第二連桿，其一端連結在該輸出軸外周與該第一連桿形成對應的位置上；一第一連動件，其一端與該第一連桿另端穿軸樞接；一第二連動件，其一端與該第二連桿另端穿軸樞接；複數個轉動件，其分別套合連結在每一該轉軸的一端上；複數第三連桿，每一該第三連桿一端連結在該轉動件的外周上，每一該第三連桿另端則與該第一連動件穿軸樞接；及複數第四連桿，每一該第四連桿一端連結在該轉動件的外周與該第三連桿形成對應的位置上，每一該第四連桿另端則與該第二連動件穿軸樞接；及一控制模組，其用以將各該電氣訊號轉換運算，並可依據運算結果輸出一與日光所處位置相應的控制訊號，用以驅使該動力驅動機構控制各該培育箱的受光角度，使日光入射各該培育箱之該受光面的角度為垂直或接近垂直角。
如請求項1所述之植物培育系統，其中，該殼體具有一球弧面，該球弧面陣列佈設有複數個不透光的管體，每一該管體可供設置該光感測器，當該管體與日光呈平行或接近平行之入射角度時，該控制模組則判定該管體內受光的強度最大。
如請求項1所述之植物培育系統，其中，該機座長度方向與東西方向平行。
如請求項1所述之植物培育系統，其中，每一該培育箱設置有一環境調節設備，該控制模組可依據該植物的生長特性而控制該環境調節設備的運轉，藉以控制該植物的供水量以及該培育空間的溫、濕度。
如請求項4所述之植物培育系統，其中，該環境調節設備包括：一供電單元，其用以供應該環境調節設備所需的電源；一水份供給裝置，其可受該控制模組的控制而定時定量供應該植物所需的水份；一空調裝置，其可受該控制模組的控制而調節該培育空間的溫度及溼度。
如請求項5所述之植物培育系統，其中，該環境調節設備更包括：一濕度感測器，其用以感測該培育空間的溼度狀態，當濕度低於濕度預設值時，該控制模組則啟動該空調裝置，使該培育空間之濕度維持在該濕度預設值的範圍內；及一溫度感測器，其用以感測該培育空間的溫度而產生一溫度感測訊號，當溫度低於溫度預設值時，該控制模組則啟動該空調裝置，使該培育空間之溫度維持在該溫度設定值的範圍內。
如請求項1所述之植物培育系統，其中，該培育箱之該受光面為透明光罩。