СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ВЫРАЩИВАНИЕМ РАСТЕНИЙ
PLANT CULTIVATION CONTROL SYSTEM

Область техники
Настоящее изобретение относится к выращиванию растений в гидропонных системах выращивания, содержащих искусственные субстраты, включая в себя управление условиями выращивания растений, такими как условия выращивания растений в субстратах из минеральной ваты, используемых для выращивания растений, а также условий окружающей среды.
Уровень техники
Гидропонные системы выращивания известны в данной области техники для выращивания растений с использованием минеральных питательных растворов без почвы (т.е. беспочвенных культур). Растения в гидропонных системах выращивания можно выращивать на субстратах разных типов, таких как, например, минеральная вата, стекловата, кокосовая койра (кокосовое волокно) или торфяные плиты.
Известно, что растения могут быть выращены в субстратах для выращивания из минеральной ваты. Такие субстраты для выращивания, как правило, предоставляются в виде когерентных пробки, блока, плиты или мата/оделяла и в общем случае включают связующее, обычно органическое связующее, чтобы обеспечить структурную целостность продукта.
Как правило, процессом выращивания растения управляют на двух стадиях: первая стадия, управляемая «растениеводом», на которой растение выращивают из семян; и вторая стадия, управляемая «производителем», во время которой растение поддерживают и собирают любой урожай. Например, в случае растения томата растениевод может высаживать отдельные семена томата в цилиндрические пробки, имеющие толщину 25-30 мм и радиус около 20-30 мм. После прорастания семени растениевод помещает пробку в кубовидный блок, чтобы обеспечить дальнейший рост корневой системы и растения. Затем за отдельным растением в блоке ухаживают до тех пор, пока оно не может быть передано от растениевода производителю.
Хотя часто в каждом блоке предусмотрено только одно растение, в одном блоке может быть помещено много растений. В некоторых примерах одно растение в блоке делят на два путем расщепления стебля на ранней фазе развития, в результате чего два растения совместно используют одну корневую систему. В другом варианте множество растений может быть привито вместе и выращено в одном блоке.
Использование растениеводом отдельных пробки и блока не является существенным для всех растений, но было описано, например, в европейской патентной заявке EP 2111746, как обеспечивающее ряд преимуществ. В частности, небольшой размер пробки позволяет более регулярно поливать растение на начальной стадии без насыщения его субстрата.
После получения от растениевода производитель размещает ряд блоков на одной плите из минеральной ваты с получением системы выращивания растений. Плита из минеральной ваты, как правило, полностью закрыта фольгой или другим непроницаемым для жидкости слоем за исключением отверстий на верхней поверхности для приема блоков с растениями и сливного отверстия, предусмотренного на нижней поверхности.
Во время последующего выращивания растения воду и питательные вещества подают с использованием капельниц, которые доставляют жидкость, содержащую воду и питательные вещества, в систему либо непосредственно к блокам, либо к плитам. Вода и питательные вещества в блоках и плитах поглощаются корнями растений и соответственно растения растут. Вода и питательные вещества, которые не были усвоены растением, либо оставляют в субстрате системы, либо сливают через сливное отверстие.
В процессе выращивания желательно использовать воду и питательные вещества как можно более эффективно. Это обусловлено как затратами, так и экологическими причинами. В частности, получение питательных веществ является дорогостоящим, при этом сточные воды, содержащие такие питательные вещества, трудно утилизировать из-за экологического законодательства. Такие вызовы будут расти, так как сырьевые материалы (особенно удобрения, такие как фосфаты) становятся все более дефицитными. Желание исключить подобные отходы совпадает с желанием улучшить условия выращивания растений, и, следовательно, повысить урожайность и качество плодов, полученных таким путем от растений.
Окружающей средой гидропонной системы выращивания, такой как теплица, можно управлять с помощью компьютера климат-контроля, выполненного с возможностью регулировать такие факторы, как, например, длительность в часах облучения солнечным светом, температура, влажность, скорость ветра или направление ветра. Компьютер климат-контроля может также отслеживать рост растений, здоровье растений, содержание воды и питательных веществ в субстрате. Измерение содержания воды и/или содержания питательных веществ в субстрате для выращивания растений известно. Хотя известные системы и устройства могут предоставить полезную информацию о составе сельскохозяйственной почвы и могут помочь с автоматизацией орошения почвы, они, однако, не могут обеспечить решения по эффективному управлению распределением воды и воды/питательных веществ в гидропонных системах выращивания, таких как субстраты из минеральной ваты. Также желательно в процессе выращивания использовать как можно более эффективно ресурсы, потребляемые компьютером климат-контроля, такие как электричество, вода и отопление, по тем же причинам, что приведены выше.
В европейской патентной заявке EP 3016492 предложено решение по эффективному управлению распределением воды и питательных веществ в гидропонных системах выращивания. При использовании такой системы производители утверждают стратегию орошения (которая означает количество питательных веществ и воды, подаваемых в систему), проводят мониторинг системы, а затем корректируют уровень орошения на основании, например, измерений содержания воды или содержания питательных веществ. Однако проблема такого подхода состоит в том, что стратегию орошения своевременно не корректируют и целевые уровни (например, воды или питательных веществ) достигаются либо слишком рано, либо слишком поздно.
Существует постоянная потребность в совершенствовании систем, доступных пользователю, для управления орошением растений при выращивании растений в системах гидропонного выращивания. В частности, желательно улучшить управление условиями выращивания в ответ на быстро меняющиеся факторы, такие как факторы окружающей среды, или на замену растений, субстратов или других материалов, используемых в системе.
Сущность изобретения
Для устранения недостатков известного уровня техники предложена система управления условиями выращивания растений в гидропонных системах выращивания, причем система управления условиями выращивания растений содержит:
по меньшей мере, один детектор для измерения, по меньшей мере, одного свойства субстрата для выращивания растений или условий окружающей среды;
первое и второе средство обработки данных;
средство хранения данных; и
причем один или каждый детектор выполнен с возможностью измерять свойство или свойства субстрата для выращивания растений или условий окружающей среды и передавать идентификатор детектора и измеренное свойство или свойства по каналу связи первому средству обработки данных;
причем первое средство обработки данных выполнено с возможностью:
хранить в памяти заранее определенные данные выращивания, включающие в себя данные по орошению, данные об окружающей среде, данные растения, данные об урожае, данные о выращиваемой культуре и/или климатические данные, определяющие взаимосвязь между:
многочисленными значениями для одной или нескольких величин из числа температуры, уровня рН, содержания воды, содержания питательных веществ, содержания кислорода в субстрате, температуры воздуха, влажности и уровня освещенности, климатических условий, параметров растения, урожая и состояния посевов; и
множеством желаемых параметров орошения и параметров окружающей среды;
обрабатывать измеренные свойства, принятые от каждого детектора, для получения обработанных свойств субстрата;
предоставлять выходные данные, указывающие на входные данные желаемого выращивания для субстрата для выращивания и среды выращивания, на основании обработанных свойств и заранее определенных данных выращивания, причем обработанные свойства и указанные выходные данные образуют обработанные данные; и
вычислять прогнозируемые свойства субстрата на основании обработанных данных;
определять разницу между обработанными свойствами субстрата и прогнозируемыми свойствами субстрата;
где второе средство обработки данных выполнено с возможностью:
принимать указанную разницу от первого средства обработки данных;
принимать входные данные условия сообщения для выведения сообщения на основании указанной разницы; и
выводить сообщение, когда указанная разница удовлетворяет условию сообщения.
Следует понимать, что система подходит для гидропонных систем на стадии разведения, а также стадий выращивания, как описано выше; другими словами, система может использована как растениеводами, так и производителями.
Преимущественно система управления предоставляет пользователям (например, растениеводам или производителям) возможность осуществлять оптимальное управление своими культурами в критические моменты во время возделывания. Это достигается путем вывода сообщения пользователю, когда стратегия выращивания должна быть изменена, чтобы гарантировать своевременное достижение прогнозируемых свойств субстрата. Имея систему, в которой первое средство обработки данных способно действовать как буфер для сбора данных от одного или нескольких детекторов и обрабатывать эти данные, можно легко предоставлять обработанные данные и другие уведомления (такие как предупреждения) второму средству обработки данных. Конечно, первое средство обработки данных может направлять указанную разницу на второе средство обработки данных. В некоторых вариантах осуществления измеренные свойства, обработанные свойства, прогнозируемые свойства, указанные выходные данные, заранее определенные данные выращивания, взаимосвязи, хранящиеся в памяти, и/или обработанные данные также могут быть приняты вторым средством обработки данных от первого средства обработки данных.
Данные получают от детекторов, размещенных на объекте, и передают на первое средство обработки данных. В предпочтительных вариантах осуществления детекторы представляют собой беспроводные датчики. Кроме того, данные могут быть получены от климатического компьютера, хранящего климатическую информацию (такую как информация о местных климатических условиях), от входных данных, касающихся информации о выращивании растений и информации по урожаю и/или культуре.
Затем данные могут быть отправлены из первого средства обработки данных в средство хранения данных, такое как облако или база данных, и сохранены через какое-то время в виде регистрируемых данных. С другой стороны, система может дополнительно включать средство хранения данных, такое как облако или база данных. Первое средство обработки данных также может быть выполнено с возможностью направлять обработанные данные в средство хранения данных, и средство хранения данных может быть выполнено с возможностью сохранять направленные данные через какое-то время в виде регистрируемых данных. В некоторых вариантах осуществления средство хранения данных и первое средство обработки данных могут быть частью единого блока или устройства, которые в дальнейшем может называться смарт-боксом («smartbox», интеллектуальный ящик). В других вариантах осуществления средство хранения данных и первое средство обработки данных могут быть, например, частью облачного сервиса. Следует иметь ввиду, что функциональные возможности первого и второго средства обработки данных могут быть достигнуты, например, с помощью одного и того же блока или облачного сервиса.
2
Упомянутое выше «сообщение» может представлять собой рекомендацию, такую как рекомендация по заданному значению, которое должно быть применено. Такая рекомендация может содержать совет. Совет может предоставлять подробную информацию по настройкам, применяемым к системе для управления условиями выращивания растений, на основании собранных данных по выращиванию и сохраненного соотношения между различными параметрами (такими как один или несколько параметров из числа температуры, уровня pH, содержания воды, содержания питательных веществ, содержания кислорода в субстрате, температуры воздуха, влажности и уровня освещенности, уровня ФАР (PAR), климатических условий, уровня CO, параметров растения, урожая и состояния посевов) и параметрами орошения и окружающей среды. Как изложено ниже, такие параметры орошения и окружающей среды могут включать орошение, фертигацию, отопление, вентиляцию, освещение, затенение и влажность. Совет также может показывать влияние, которое, по прогнозам, окажет на систему применение параметров орошения и/или окружающей среды. Кроме того, как изложено ниже, рекомендация может быть автоматически применена системой с входными данными пользователя или без них.
Детекторы могут быть выполнены с возможностью измерять параметры, имеющие место у растения или в окружающей среде (то есть, в пространстве выращивания и вокруг него). Например, при измерении температуры детекторы могут быть в состоянии измерять температуру окружающего воздуха (то есть, температуру в среде выращивания, или в конкретном месте, или репрезентативно по всему пространству выращивания), или измерять температуру растения.
В дополнение к приведенным выше параметрам детекторами могут быть измерены другие параметры растения. Примеры конкретных параметров растения включают диаметр стебля растения, высоту растения и сокодвижение в растении. При измерении параметров растения детектор для выполнения измерений может использовать один или несколько инвазивных зондов и неинвазивных датчиков. Под «инвазивными» в данном контексте подразумевается, что зонд может быть сконструирован и расположен, при применении, так, чтобы его можно было внедрить в объем растения для проведения конкретных измерений для растения. Неинвазивный датчик может позволить проводить измерение на растении без проникновения внутрь растения.
Первое средство обработки данных (которое может быть названо, например, «мостом») затем вычисляет прогнозируемые свойства субстрата на основании регистрируемых данных. Под «прогнозируемым свойством» понимают индикатор свойства, ожидаемый в конкретный момент времени или через конкретный промежуток времени на основании регистрируемых данных. Например, содержание воды, достигнутое в секции производителя в определенный день, может быть предсказано из содержания воды, достигнутого в предыдущий день, если погодные условия остаются неизменными. После сохранения в облаке регистрируемые данные могут быть проанализированы любыми аналитическими средствами. В других вариантах осуществления второе средство обработки данных, которое может представлять собой ПК (PC) или смартфон, выполняет вычисление прогнозируемых свойств субстрата на основании регистрируемых данных.
В частности, сообщение запускается, когда есть разница между обработанными и прогнозируемыми значениями и эта разница удовлетворяет условию сообщения, например, находится в пределах заранее определенного интервала или выше заранее определенного порога, которые могут быть установлены пользователем. Например, триггеры сообщения могут быть установлены пользователем введением «заданных значений», которые означают желаемые значения или свойства системы (также называемые целями). Установив одно или несколько таких сообщений, пользователь способен создавать персонализированную стратегию орошения быстро и более эффективно, чем в существующих системах.
В некоторых вариантах осуществления условие сообщения может быть введено во второе средство обработки данных пользователем и/или первым средством обработки данных. Когда условие сообщения вводят из первого средства обработки данных, первое средство обработки данных может генерировать условие сообщения на основании взаимосвязи, сохраненной в памяти, или желаемых параметров орошения и параметров окружающей среды.
Обработанное свойство может относится к непосредственно измеренному свойству, такому как температура, или к вычисленному свойству, такому как содержание питательных веществ, на основании данных датчика. Под прогнозируемым свойством понимают индикатор свойства, основанный на регистрируемых данных, например, данных, сохраненных в облаке. Другими словами, прогнозируемое значение основано на значении, полученном в более раннее время для аналогичного набора условий.
В предпочтительных вариантах осуществления обработанные свойства и прогнозируемые свойства отображаются, например, в графическом пользовательском интерфейсе, позволяющем пользователю визуально сравнивать их и, следовательно, принимать быстрые решения и получать быструю обратную связь о последствиях этих решений. Графический пользовательский интерфейс может принадлежать приложению, запускаемому на ПК, или мобильному устройству, называемому «портативным устройством связи», такому как смартфон, планшет и т.д. Например, обработанные и прогнозируемые свойства в графическом пользовательском интерфейсе могут отображаться рядом друг с другом (то есть, кривые, построенные рядом). В частности, решения пользователя относятся к настройке уровней запуска сообщений и/или стратегии орошения. Взаимодействие между пользователем и графическим пользовательским интерфейсом позволяет более гибко и точно управлять условиями выращивания, которые можно легко и централизованно реконфигурировать в ответ на новые данные или в ответ на другие влияющие факторы, такие как факторы окружающей среды или замена растений или субстратов или других материалов, используемых в системе.
В предпочтительных вариантах осуществления уровень разности, при котором срабатывает сообщение, то есть, заранее определенные интервал или порог, в пределах которых разность гарантирует сообщение, может быть скорректирован пользователем. Этот уровень гибкости преимущественно улучшает управление и может усилить взаимодействие с пользователем.
Первое средство обработки данных детектора может быть выполнено с возможностью корректировать входные данные, указывающие на запуск сообщения. Это позволяет системному персоналу загружать заданные значения и вычисления в пользовательскую систему управления орошением, чтобы пользователь автоматически получал рекомендации по наилучшей стратегии орошения. Предпочтительно оптимальные заданные значения и вычисления могут быть получены с помощью аналитической оценки данных (например, графиков и рассчитанных значений), сопоставленных для системы в течении некоторого времени в виде части регистрируемых данных. В других вариантах осуществления второе средство обработки данных детектора может быть выполнено с возможностью корректировать входные данные, указывающий на запуск сообщения.
Портативное устройство связи в системе может представлять собой, например, смартфон или планшет, которые включают второе средство обработки данных. Соответственно, портативное устройство связи детектора предпочтительно подходит для запуска приложения для управления выращиванием растений. С другой стороны, портативное устройство связи может представлять собой специализированное «карманное» устройство, поддерживающее связь с приемником. Приемник также может передавать данные непосредственно в средство хранения данных.
Когда портативное устройство связи находится во взаимодействии с детекторами, оно может быть названо «портативным устройством связи детектора». Портативное устройство связи в системе дополнительно позволяет проводить проверки и тестирование отдельных компонентов системы и позволяет облегчить настройку системы, так как пользователь может размещать детекторы в области выращивания и проверять выходные параметры без необходимости возвращаться к центральному компьютеру или обрабатывающему устройству, чтобы проверить или обновить конфигурацию и характеристики системы. Один или несколько детекторов могут быть использованы в системе, и предпочтительные варианты осуществления могут включать от 1 до 3 детекторов или больше. Предпочтительно система в наблюдаемой зоне, может быть развернута по беспроводной связи как будет описано ниже более подробно.
Первое средство обработки данных может быть выполнено с возможностью управления входными данными выращивания (такими как входные данные орошения) для субстрата для выращивания растений и/или для окружающей среды, в которой субстрат расположен, на основании выходных данных, указывающих на желаемые входные данные выращивания (такие как входные данные орошения). «Выходные данные, указывающие на желаемые входные данные орошения» относится к входным параметрам для субстрата для выращивания, предоставляемым первым средством обработки данных детектора системы. Например, входные параметры орошения могут представлять собой входные данные в компьютере климат-контроля гидропонной системы. Другими словами, система не только может определять, будет ли достигнута желаемая цель вовремя и рекомендовать изменения в стратегии, но рекомендация может быть автоматически приведена в исполнение путем изменения стратегии орошения климатического компьютера. В других вариантах осуществления портативное устройство связи может быть выполнено с возможностью управлять входными данными выращивания для субстрата для выращивания растений и/или для окружающей среды, в которой субстрат расположен, на основании выходных данных, указывающих на желаемые входные данные выращивания.
В предпочтительных вариантах осуществления передачу детектором данных первому средству обработки данных детектора осуществляют с временным интервалом меньше чем 10 мин, предпочтительно меньше чем 5 мин, более предпочтительно меньше чем 3 мин. Это позволяет своевременно отслеживать и управлять стратегией орошения. Кроме того, детектор может напрямую передавать данные на второе средство обработки данных детектора или в средство хранения данных.
Соответственно, настоящее изобретение может использовать свойства, такие как температура (то есть, температура корней), содержание воды и содержание питательных веществ, определяя электропроводность жидкости в субстрате, например, чтобы точно определить содержание питательных веществ в искусственном субстрате в противоположность уровням отдельных элементов. «Содержание питательных веществ» также относится к содержанию отдельных питательных веществ, которое может быть измерено, например, с помощью датчика.
2
2
Таким образом, в отличие от существующих систем настоящая система обеспечивает гибкое решение проблемы управления отходами воды, характерной для беспочвенных культур гидропонных систем. Как обсуждалось выше, субстраты в гидропонных системах часто имеют фиксированные объемы воды, в отличие от почв и транспорта в почвах, в которых вода может распространяться по неограниченному объему субстрата в любом направлении. Фиксированные объемы воды в гидропонных системах обычно составляют от 1 до 30 литров на м, чаще всего от 4 до 15 литров на м. На одно растение фиксированные объемы воды, как правило, составляют 0,5-10 литров. Фиксированные объемы воды в гидропонных системах также довольно малы по сравнению с областями укоренения растений в почве.
3
Беспочвенные субстраты в гидропонных системах могут быть расположены поверх почвы, на бетонных полах, на желобах, передвижных столах и т.д. Относительно меньшие объемы воды в сочетании с выращиванием вне почвы позволяют производителям собирать излишки воды, дезинфицировать воду и повторно использовать воду для внесения новых питательных растворов. Количество сливаемой воды относительно невелико (например, от 0 до 60 м на га в летний день). С помощью существующих систем дезинфекции (с использованием, например, насосов, специально предназначенных для этой цели) собранную слитую воду можно продезинфицировать, как правило, в течение 24 часов, чтобы она была готова к использованию на следующий день.
В искусственных субстратах, например, всасывающее давление, прикладываемое растениями для поглощения воды, обычно находится в интервале между pF 0 и 2, наиболее часто между pF 0 и 1,5. Хотя поглощение воды растениями в этом интервале не ограничено, различия в этом интервале могут определять различия в распределении сухого вещества в растениях. Напротив, в сельскохозяйственных почвах нормальные интервалы pF находятся между pF 2 и pF 4,2 (прикладываемое всасывающее давление растений составляет от 100 до 16000 атм). В этом интервале речь идет о доступности воды для растений, а не о ее влиянии на распределение сухой массы.
Портативное устройство связи также может быть выполнено с возможностью: принимать данные детектора от детектора системы; и передавать данные детектора первому средству обработки данных детектора. Портативное устройство связи может быть выполнено с возможностью принимать обработанные данные из средства хранения данных. Портативное устройство связи также может находиться во взаимодействии со средством хранения данных и может быть выполнено с возможностью принимать данные, по меньшей мере, от одного беспроводного детектора и направлять данные в средство хранения данных. Это может позволить пользователю проверять данные детектора, относящиеся к выходным данным или к состоянию детектора в зоне выращивания, и далее пересылать принятые данные первому средству обработки данных детектора с целью хранения данных для последующего анализа, или обновлять входные данные или данные конфигурации в системе после исправления или обновления установки или настройки компонентов системы. Данные могут быть сохранены на одном или нескольких детекторах, портативном устройстве связи, первом или втором средстве обработки данных детектора и в средстве хранения данных в течение длительных периодов, например, в течение 7 дней. При мониторинге выращивания растений часто полезно анализировать данные по выращиванию, охватывающие длительные периоды, чтобы обеспечить надежное и полезное представление по тенденциях. Имея систему, которая способна хранить данные в течение длительных периодов, например, на протяжении 7 дней, можно предоставлять производителям надежные и репрезентативные данные.
Как правило, данные измеренных параметров (то есть, данные, измеренные непосредственно детектором) могут быть отправлены из детектора и сохранены локально на первом средстве обработки данных («мост») в течение периодов, по меньшей мере, один месяц, предпочтительно, по меньшей мере, два месяца. Когда данные параметров отправляют в облачный сервис или средства хранения данных, данные параметров, как правило, могут храниться на облачном сервисе или в средстве хранения данных в течение периодов, по меньшей мере, один год, предпочтительно, по меньшей мере, два года. Аналогично, вычисленные данные (то есть, данные измеренного параметра, которые были обработаны посредством вычислений, чтобы предоставить интерпретированные значения) также могут храниться в облачном сервисе или в средстве хранения данных в течение периодов, по меньшей мере, один год, предпочтительно, по меньшей мере, два года. Имея сохраненные за длительный период данные можно создать надежный источник данных, по которым могут быть рассчитаны тенденции выращивания и действия, требуемые для выращивания. Более того, наличие краткосрочных данных (данных за последние один или два месяца), сохраненных локально на мосту, позволяет быстрее получать доступ к данным, которые часто используются для расчета и предоставления пользователю.
Данные могут быть сохранены и обработаны в дискретные, усредненные величины. Например, данные измеренных параметров от детекторов могут быть усреднены за пяти-минутный период, чтобы обеспечить «5-минутные данные» измеренных параметров. Хотя 5-минутные данные оказались полезными для целей настоящего изобретения, данные, усредненные по другим периодам времени, таким как 10-минутные данные и часовые данные, которые производятся как и 5-минутные данные, также признаны полезными при использовании. Вычисленные данные также могут быть сохранены и обработаны в таких дискретных величинах, как 5-минутные данные.
Первое средство обработки данных детектора также может быть выполнено с возможностью: обрабатывать измеренные свойства, принятые от каждого детектора, для определения содержания питательных веществ в субстрате, связанном с каждым детектором; и предоставлять выходные данные, указывающие на желаемые входные данные орошения для субстрата для выращивания, на основании вычисленного содержания питательных веществ в субстрате. Управление входными данными орошения на основании содержания питательных веществ не известно, так как обычно используют другие входные данные, такие как обнаруженное облучение или обнаруженные уровни воды. Использование уровней питательных веществ для управления орошением отражает признание того, что, по меньшей мере, время от времени, уровень содержания воды не следует поддерживать в определенной точке, если это оказывает пагубное влияние на уровень питательных веществ. Например, когда предпринимают целенаправленные усилия по снижению уровня содержания воды в субстрате, существует риск, что это приведет к повышенному уровню питательных веществ. Поэтому было признано нецелесообразным игнорировать уровень питательных веществ при осуществлении управления уровнем содержания воды. В предпочтительных вариантах свойством, указывающим на содержание питательных веществ, является электропроводность жидкости в субстрате для выращивания.
Портативное устройство связи также может быть выполнено с возможностью: принимать идентификатор детектора от детектора системы; принимать данные детектора, относящиеся к детектору; и передавать идентификатор детектора и данные детектора первому средству обработки данных, также называемому «центральным средством обработки данных детектора». Это обеспечивает гибкий ввод данных детектора в центральное процессорное средство системы без необходимости присутствия в центральном процессорном средстве данных детектора, так что конфигурация может быть выполнена более эффективно в зоне выращивания.
Портативное устройство связи может быть выполнено с возможностью: принимать, с помощью входных данных пользователя, определенные пользователем данные детектора с идентификатором детектора; и передавать идентификатор детектора и определенные пользователем данные детектора первому средству обработки данных детектора. Ввод пользовательских данных позволяет пользователю определять данные для детектора и передавать данные первому средству обработки данных детектора для удаленного местоположения, так что конфигурация может быть выполнена более эффективно в зоне выращивания.
Данные, связанные с идентификатором детектора, могут включать любые или все данные из числа: данных о местоположении детектора; состояния питания детектора; состояния линии связи между детектором и первым средством обработки данных детектора; информации, указывающей на тип и/или размер субстрата для выращивания, измеренные детектором; и/или свойства или свойств субстрата для выращивания, измеренных детектором. Некоторые или все из приведенных выше данных могут быть переданы детектором или введены пользователем в портативное устройство связи детектора.
Портативное устройство связи может быть выполнено с возможностью: принимать измеренные свойства от детектора; связывать измеренные свойства с идентификатором детектора этого детектора; и передавать идентификатор детектора и связанные измеренные свойства первому средству обработки данных детектора системы. Это может позволить пользователю проверять выходные данные детектора в зоне выращивания и далее направлять их в центральное средство обработки для хранения данных для последующего анализа или обновлять входные данные или данные конфигурации в системе после исправления или обновления установки или конфигурации компонентов системы.
Портативное устройство связи может дополнительно содержать средство определения местоположения для определения данных о местоположении устройства или детектора и может быть также выполнено с возможностью: связывать идентификатор детектора с определенными данными о местоположении; и передавать идентификатор детектора и связанные данные о местоположении в первое средство обработки данных детектора системы. Это дает возможность направлять сведения о местоположении детектора или детекторов системы первому средству обработки данных детектора без необходимости возврата к первому средству обработки данных детектора.
Первое средство обработки данных и один или несколько детекторов каждый могут включать модуль LoRa, выполненный с возможностью принимать и передавать данные посредством технологии передачи данных LoRa. Первое средство обработки данных может быть выполнено с возможностью взаимодействовать с одним или несколькими детекторами посредством передачи данных по протоколу LoRa. Передача данных по протоколу LoRa (сокращенно от Long Range (большая дальность)) позволяет устанавливать беспроводную сеть для передачи данных с очень большой дальностью (как правило, приблизительно от 10 до 25 км) при низкой стоимости и низком энергопотреблении. Это дает возможность детекторам и первому средству обработки данных, мосту, быть надежно подключенными недорогим и эффективным образом.
Альтернативно или в комбинации первое средство обработки данных и один или несколько детекторов каждый могут включать Bluetooth модуль, выполненный с возможностью устанавливать друг с другом систему беспроводной связи Bluetooth. Первое средство обработки данных может быть выполнено с возможностью взаимодействия с одним или несколькими детекторами посредством передачи данных по протоколу Bluetooth. Передача данных по Bluetooth позволяет устанавливать беспроводную сеть передачи данных на небольшом расстоянии (как правило, приблизительно 100 м) при низких затратах. Это дает возможность детекторам и первому средству обработки данных быть надежно подключенными недорогим и эффективным образом.
Портативное устройство связи может включать Bluetooth модуль, выполненный с возможностью устанавливать беспроводную связь Bluetooth с первым средством обработки данных или с одним или несколькими детекторами. Портативное устройство связи может быть выполнено с возможностью передавать и принимать данные через сеть Bluetooth с первым средством обработки данных и одним или несколькими детекторами. Такая конфигурация позволяет портативному устройству связи взаимодействовать с детекторами даже в случае неполадок более широкой сети. Другими словами, пользователь может быстро и напрямую получать доступ через сеть малого радиуса действия к данным, измеренным детектором, даже в случае сбоя питания.
Кроме того, предложен способ управления условиями выращивания растений с использованием системы в соответствии с изобретением.
Способ может дополнительно включать введение условия сообщения в портативное устройство связи, выполняющее приложение в соответствии с изобретением, как описано выше.
Также предусмотрено портативное устройство связи, адаптированное для использования в системе, описанной выше, например, смартфон или специализированное карманное устройство. Предпочтительно при применении портативное устройство связи образует часть системы в соответствии с изобретением.
Кроме того, предусмотрен компьютерный программный продукт, загружаемый в память электронного устройства связи и содержащий команды, которые при исполнении этим электронным устройством связи заставляют его конфигурироваться в качестве заявленного портативного устройства связи детектора.
Это также создает платформу для анализа данных для обработки регистрируемых данных, используемых в системе в соответствии с изобретением. Это преимущественно позволяет пользователям получать экспертные консультации на основании проанализированных данных.
Ряд факторов, отслеживаемых детекторами системы, может оказывать сильное влияние, или отдельно или в сочетании с уровнем питательных веществ, и эти факторы могут меняться по всей большой системе выращивания растений. Система, описанная выше, позволяет пользователю реализовывать недорогую систему и быстро и легко перемещать оборудование или детекторы в другие зоны теплицы или другие зоны выращивания, так что можно быстро и легко управлять условиями во множестве зон без необходимости покупки нового оборудования для каждой зоны.
Таким образом, предложена быстрая и гибкая система обратной связи, которая может быть использована для тщательного и надежного мониторинга уровня питательных веществ в плите и для управления поставляемой водой в зависимости от этого уровня. Это дает возможность своевременно управлять окружающей средой для каждого растения, обеспечивая максимальный результат для данной подачи воды и/или питательных веществ.
Преимущества улучшенного управления распределением воды и/или питательных веществ особенно важны на ранней стадии, когда содержащий растение блок впервые помещают на плиту. В этот момент важно, чтобы первый слой содержал достаточно воды и питательных веществ, чтобы гарантировать хорошее укоренение внутри плиты. Это способствует позитивному развитию корней для обеспечения оптимального и здорового развития растений. Полезным является то, что плита по настоящему изобретению не только предоставляет достаточные количества воды и питательных вещества, но также дает возможность тщательно управлять уровенем воды и питательных веществ в непосредственной близости от корней. Это помогает избежать перекорма растения, который способен уменьшить развитие фруктов и/или овощей.
Система по настоящему изобретению может быть использована в любой системе выращивания растений (в одинаковой мере как растениеводами, так и производителями) и может быть реализована по существу с любым субстратом для выращивания растений, который может содержать природные или искусственные материалы и который может быть использован в управляемой среде, такой как теплица, в теплицах туннельного типа или во внешней окружающей среде. Преимущества изобретения могут быть реализованы практически в любой области сельского хозяйства или садоводства, где условия выращивания, описанные здесь, подлежат управлению.
Может быть предложена система управления условиями выращивания растений в гидропонных системах выращивания, причем эта система управления условиями выращивания растений включает:
по меньшей мере, один детектор для измерения, по меньшей мере, одного свойства субстрата для выращивания растений;
первое и второе средство обработки данных;
средство хранения данных; и
один или каждый детектор выполнены с возможностью измерять свойство или свойства субстрата для выращивания растений и передавать идентификатор детектора и измеренное свойство или свойства по каналу связи первому средству обработки данных;
причем первое средство обработки данных выполнено с возможностью:
хранить в памяти заранее определенные данные орошения, определяющие зависимость между:
многочисленными значениями для одной или нескольких величин из числа температуры, уровня рН, содержания воды, содержания питательных веществ, содержания кислорода и параметров растения субстрата; и
множеством желаемых параметров орошения;
обрабатывать измеренные свойства, принятые от каждого детектора, для получения обработанных свойств субстрата;
предоставлять выходные данные, указывающие на желаемые входные данные орошения для субстрата для выращивания, на основании обработанных свойств и заранее определенных данных орошения, где в некоторых вариантах осуществления указанные выходные данные и обработанные свойства образуют обработанные данные; и
направлять обработанные данные в средство хранения данных, причем средство хранения данных выполнено с возможностью хранить направленные данные в виде регистрируемых данных;
где второе средство обработки данных выполнено с возможностью:
принимать данные из средства хранения данных;
вычислять прогнозируемые свойства субстрата на основании регистрируемых данных; определять разницу между обработанными свойствами субстрата и прогнозируемыми свойствами субстрата;
принимать входные данные условия сообщения для выведения сообщения на основании указанной разницы; и
выводить сообщение, когда указанная разница удовлетворяет условию сообщения.
Может быть предложена система управления условиями выращивания растений в гидропонных системах выращивания, и эта система управления условиями выращивания растений включает:
по меньшей мере, один детектор для измерения, по меньшей мере, одного свойства субстрата для выращивания растений или условий окружающей среды;
первое и второе средство обработки данных;
средство хранения данных; и
один или каждый детектор выполнены с возможностью измерять свойство или свойства субстрата для выращивания растений или условий окружающей среды и передавать идентификатор детектора и измеренные свойство или свойства по каналу связи первому средству обработки данных;
причем первое средство обработки данных выполнено с возможностью:
хранить в памяти заранее определенные данные выращивания, включающие данные по орошению, данные об окружающей среде, данные о растении, данные об урожае, данные о выращиваемой культуре и/или климатические данные, определяющие взаимосвязь между:
многочисленными значениями для одной или нескольких величин из числа температуры, уровня рН, содержания воды, содержания питательных веществ, содержания кислорода в субстрате, температуры воздуха, влажности и уровня освещенности, климатических условий, параметров растения, урожая и состояния посевов; и
множеством желаемых параметров орошения и параметров окружающей среды;
обрабатывать измеренные свойства, принятые от каждого детектора, для получения обработанных свойств субстрата;
предоставлять выходные данные, указывающие на входные данные желаемого выращивания для субстрата для выращивания и среды субстрата, на основании обработанных свойств и предопределенных данных выращивания, где в некоторых вариантах осуществления обработанные свойства и указанные выходные данные образуют обработанные данные; и
направлять обработанные данные в средство хранения данных, причем средство хранения данных выполнено с возможностью хранить направленные данные в виде регистрируемых данных;
где второе средство обработки данных выполнено с возможностью:
принимать регистрируемые данные из средства хранения данных;
вычислять прогнозируемые свойства субстрата на основании регистрируемых данных; определять разницу между обработанными свойствами субстрата и прогнозируемыми свойствами субстрата;
принимать входные данные условия сообщения для выведения сообщения на основании указанной разницы; и
выводить сообщение, когда указанная разница удовлетворяет условию сообщения.
Краткое описание чертежей
Пример системы, способа, портативного устройства связи, компьютерной программы и платформы описан со ссылкой на прилагаемые чертежи.
ФИГ. 1 иллюстрирует плиту, используемую для выращивания растений.
ФИГ. 2 иллюстрирует систему выращивания растений, содержащую блок вместе с плитой ФИГ. 1.
ФИГ. 3 иллюстрирует блок ФИГ. 2 вместе с пробкой и растением.
ФИГ. 4 иллюстрирует устройство орошения на месте рядом с системой выращивания растений ФИГ. 2.
ФИГ. 5 иллюстрирует местоположение детекторов воды и питательных веществ на системе выращивания растений ФИГ. 2.
ФИГ. 6 показывает схематично систему управления выращиванием растений, включающую различные элементы.
ФИГ. 7 иллюстрирует другую систему, включающую различные элементы.
ФИГ. 8 представляет собой пример графического пользовательского интерфейса, показывающий измеренные уровни содержания воды, электропроводности и температуры.
ФИГ. 9A и 9B показывают другие примеры графического пользовательского интерфейса.
ФИГ. 10 представляет собой пример графического пользовательского интерфейса, показывающий многопараметрические измерения для уровней содержания воды, электропроводности и температуры.
ФИГ. 11A представляет собой пример графического пользовательского интерфейса, показывающий дневную динамику в системе, где могут быть введены заданные значения.
ФИГ. 11B представляет собой пример графического пользовательского интерфейса, показывающий годовую динамику в системе, где эталонная (то есть, целевая) линия отображена рядом с кривой управления орошением.
ФИГ. 11C представляет собой пример графического пользовательского интерфейса, показывающий прогнозируемые линии, построенные на основании определенных заданных значений.
ФИГ. 11D показывает пример одной формы сообщения, такого как уведомление.
ФИГ. 11E показывает еще один снимок с экрана графического пользовательского интерфейса, запускаемого на смартфоне.
ФИГ. 12 иллюстрирует пример среды для плит и блоков, используемых для выращивания растений.
ФИГ. 13 иллюстрирует пример системы управления выращиванием растений, содержащей различные элементы.
Подробное описание
На ФИГ. 1 показана плита 1 из минеральной ваты, имеющая первый слой первой плотности, расположенный над вторым слоем второй плотности. Плита 1 имеет объем 6,8 литров, хотя в более общем случае для предпочтительных вариантов осуществления объем может находиться в интервале от 3 до 20 литров, более предпочтительно в интервале от 5 до 15 литров и наиболее предпочтительно в интервале от 5 до 11 литров. Такие плиты могут иметь объем в интервале от 6 до 8 литров. С другой стороны, объем может находиться в интервале, например, от 3 до 15 литров или 3 до 10 литров. Альтернативная предпочтительная плита имеет объем 9 литров. Плита может включать множество слоев, в том числе нижний слой и верхний слой, чьи условия выращивания могут меняться относительно друг друга.
Как и в случае варианта осуществления, показанного на ФИГ. 1, предпочтительно, чтобы высота нижнего слоя была больше, чем высота верхнего слоя. Например, соотношение высот верхнего и нижнего слоев может составлять 1:(1-3) или предпочтительно 1:(1,2-2,5). Более предпочтительно это соотношение равно 1:(1,2-1,8).
Использование двух разных плотностей в плите предпочтительного варианта осуществления наряду с ее относительно небольшим размером, как установлено, способствует удержанию воды и питательных веществ, а также обеспечивает по существу равномерное их распределение по всей плите.
Что касается ФИГ. 2, то плита 1 показана с блоком 2, расположенным на ее верхней поверхности. Плита 1 также имеет непроницаемое для жидкости покрытие вокруг минеральной ваты, причем покрытие имеет два отверстия. Во-первых, на верхней поверхности имеется отверстие, чтобы обеспечить контакт между минеральной ватой плиты 1 и блоком 2. Во-вторых, на нижней поверхности имеется отверстие, которое действует как сливное отверстие 3.
Блок 2 и плита 1 предпочтительно выполнены из одного и того же или похожего материала. Таким образом, приведенное ниже описание материала плиты 1 может быть также применено к блоку 2. В частности, блок 2 может содержать каменную вату и связующие и/или смачивающие агенты, описанные ниже.
Размеры блока могут быть выбраны в зависимости от выращиваемого растения. Например, предпочтительные длина и ширина блока для растений перца или огурцов составляют 10 см. Для растений томатов длину увеличивают до 15 см или даже 20 см. Высота блоков предпочтительно находится в интервале от 7 до 12 см и более предпочтительно в интервале от 8 до 10 см.
Таким образом, предпочтительные размеры для растений перца и огурцов лежат в интервале от 10×10×7 см до 10×10×12 см и более предпочтительно от 10×10×8 см до 10×10×10 см.
ФИГ. 3 иллюстрирует растение 5 в положении внутри пробки 4, размещенной внутри блока 2, показанного на ФИГ. 2. Подобно блоку 2 пробка 4, как правило, сформирована из минеральной ваты со связующим и/или смачивающим агентом, как описано ниже применительно к плите 1.
В некоторых вариантах осуществления пробка 4 не предусмотрена, а семена размещают непосредственно внутри отверстия в блоке, из которого в последствие вырастает растение 5. Примером растения, для которого применяется такой подход, является огурец.
Предпочтительно растение 5 представляет собой фруктовое или овощное растение, такое как томат или т.п. С другой стороны, растением может быть, например, огурец, баклажан или сладкий перец. Настоящее изобретение может способствовать увеличению урожая фруктов или овощей от растения, а также может повысить качество этих фруктов или овощей за счет повышения точности управления условиями выращивания для субстрата, в котором растение выращивают.
Как упоминалось выше, плита 1 предпочтительно представляет собой плиту из минеральной ваты. Используемые минеральные волокна могут представлять собой любые искусственные стекловидные волокна (MMVF), такие как стекловолокно, керамические волокна, базальтовые волокна, шлаковая вата, каменная вата и другие, но обычно это волокна каменной ваты. Каменная вата в общем случае имеет содержание оксида железа не менее 3% и содержание щелочноземельных металлов (оксида кальция и оксида магния) от 10 до 40% наряду с другими обычными оксидными составляющими минеральной ваты. К ним относятся кремнезем, глинозем, щелочные металлы (оксид натрия и оксид калия), которые обычно присутствуют в небольших количествах; и также может присутствовать диоксид титана и другие второстепенные оксиды. В общем случае продукт может быть сформирован из любого типа искусственного стекловолокна, которое традиционно известно для производства субстратов для выращивания.
Минеральную вату обычно связывают с помощью связующей системы, которая содержит композицию связующего и дополнительно смачивающий агент.
На фиг. 4 показана система выращивания растений, состоящая из плиты 1, блока 2 и пробки 4, показанных на ФИГ. 1-3, и устройства орошения. Устройство орошения 6 выполнено с возможностью подавать раствор воды и питательных веществ в систему либо непосредственно к блоку, либо к плите. Предпочтительно устройство орошения выполнено так, чтобы подавать воду и/или питательный раствор непосредственно в блок 2. Поскольку блок расположен далеко от сливного отверстия 3 (как описано выше со ссылкой на ФИГ. 2), раствор из устройства орошения должен проходить более 50% от расстояния вдоль плиты 1 до достижения сливного отверстия 3. В качестве альтернативы устройство орошения может подавать воду и питательный раствор непосредственно в плиту 1, но предпочтительно его размещают так, чтобы делать это либо рядом с блоком, либо на дальней стороне блока 2 относительно сливного отверстия 3.
Устройство орошения 6 может быть подключено к отдельным резервуарам питательных веществ и воды, и им можно управлять для выбора подходящих пропорций питательных веществ и воды. В качестве альтернативы может быть предусмотрен один объединенный резервуар питательных веществ и воды, так что устройство орошения подает в систему жидкость, имеющую те же пропорции воды и питательных веществ, что и в этом резервуаре.
На управление устройством орошения можно преимущественно воздействовать с использованием системы или способа управления в соответствии с различными вариантами осуществления. Система управления может управлять устройствами орошения, снабжающими питательными веществами и водой множество систем выращивания растений, каждая из которых содержит плиту 1, на которой размещен блок 2, содержащий растения. Системой управления можно управлять на основании обнаруженных уровней питательных веществ в воде в одной или нескольких плитах, как описано в документе EP 2953447A, который включен в настоящий документ посредством ссылки, а также на основании ряда других факторов, как изложено ниже. Дополнительное управление может быть осуществлено на основании определенных уровней содержания воды и/или температур в одной или нескольких плитах.
Местоположение детекторов 7, используемых для определения этих уровней в одном варианте осуществления, показано на ФИГ. 5. Типичные детекторы описаны в документе EP 2953446A, который включен в данный документ посредством ссылки. Детекторы, как правило, содержат корпусную часть вместе с одним или несколькими, обычно тремя или шестью зондами, которые проходят от корпуса в плиту. Зонды, как правило, выполнены из нержавеющей стали или другого проводящего материала и используются для измерения содержания воды и/или уровней электропроводности (ЭП (ЕС)) субстрата путем анализирования температуры, сопротивления и/или электроемкости субстрата. Уровни ЭП могут быть использованы для установления уровня питательных веществ в растворе в плите 1, поскольку они отражают содержание ионов в этом растворе.
Предпочтительно уровень ЭП поддерживают в интервале от 1,0 до 12 мСм/см, более предпочтительно в интервале от 2 до 7 мСм/см. Предпочтительные уровни ЭП могут быть выбраны в зависимости от типа выращиваемой культуры. Если ЭП слишком низкая (например, меньше чем 1,0 мСм/см), растение будет испытывать недостаток в питательных веществах. Если ЭП находится в интервале от 2 до 3,5 мСм/см, это позволит максимально повысить объем производства. Если ЭП немного выше, это будет приводить к улучшению качества плодов (например, ЭП в интервале от 3,5 до 5 мСм/см). Если ЭП слишком высокая (например, свыше 5 мСм/см для перца и огурцов или свыше 12 мСм/см для томатов), это будет приводить к проблемам с качеством плодов типа вершинной гнили (Blossom End Rot). Высокая ЭП подразумевает, что будут высокие уровни содержания натрия и хлора в субстрате, что может привести к потере урожая и необходимости сливать воду из теплицы.
В системах предшествующего уровня техники детекторы 7 размещают на верхней поверхности плиты 1, при этом зонды проходят вертикально через плиту. Этот подход предназначен для обеспечения измерения, которое отражает общее содержание воды или питательных веществ по вертикали плиты 1. Однако на практике такие зонды, как правило, выдают результаты, на которые чрезмерно влияют условия в одной или нескольких областях плиты 1, например, в верхней части плиты. Одна из причин, из-за которой это несоответствие может возникать, заключается в изменении уровня ЭП по плите 1, что однозначно влияет на измеренные электрические свойства, такие как сопротивление и/или электроемкость, по которым рассчитывают, например, содержание воды.
Дополнительные трудности возникают в подходах предшествующего уровня техники из-за количества блоков 2, обычно размещаемых на плите 1. Часто бывает трудно найти положения на плите 1, которые функционально эквивалентны для каждого блока 2, особенно с учетом потенциальной асимметрии в системе, вызываемой расположением сливного отверстия 3 на одном конце плиты 1.
В системе по настоящему изобретению эти трудности можно преодолеть. В частности, на ФИГ. 5 показано, что детекторы 7 расположены на стороне плиты 1 (то есть, корпусная часть детектора 7 расположена напротив вертикальной поверхности плиты, а зонды проходят горизонтально). Такой подход доступен благодаря улучшенному содержанию воды и распределению ЭП в плите 1. Так как они по существу однородны в плите 1 предпочтительного варианта осуществления, горизонтальная протяженность зондов обеспечивает точные показания.
Действительно, хотя плита 1 на ФИГ. 5 показана с множеством детекторов 7, это не относится ко всем предпочтительным вариантам осуществления. Массив детекторов 7, показанный на ФИГ. 5, позволяет измерять распределение содержания воды и распределение ЭП и использовать для анализа характеристик плиты 1, обеспечивая результаты, такие как результаты, подробно рассмотренные ниже. Однако на практике оказывается, что на каждую плиту может потребоваться только один детектор 7, и детекторы могут быть распределены вокруг разных плит в зоне выращивания, чтобы получить наглядное представление об общих условиях выращивания для этой зоны. Этот детектор 7 предпочтительно содержит горизонтально простирающемся зонды, расположенные в положении, смещенном от блока в направлении сливного отверстия 3.
В дополнение к описанным выше детекторам 7, размещенным в контакте с плитой 1 для записи информации с плиты (то есть, для записи информации из «корневой зоны»), как показано на ФИГ. 12, в некоторых вариантах осуществления в системе также могут быть использованы дополнительные детекторы 22. Они могут быть установлены на плите 1 или рядом с ней, установлены на колонне, на земле, на подпорке или поверхности. Помимо детекторов 7 и дополнительных детекторов 22 на ФИГ. 12 также показана теплица 20, содержащая несколько плит 1 и блоков 2, тем самым создавая среду, в которой растения в блоках могут расти.
Дополнительные детекторы 22 выполнены с возможностью отслеживать, измерять и/или передавать свойства, такие как температура воздуха, давление, уровень освещенности и/или облучения, влажность и/или скорость воздуха, и/или свойства, указывающие на такие критерии. Детекторы могут представлять собой датчики, такие как термометр (например, электрический термометр, включая цифровой или аналоговый термометр), барометр, фотометр, датчик влажности и/или анемометр. Это позволяет собирать информацию об окружающей среде в дополнение к информации по корневой зоне.
Детекторы 7 и дополнительные детекторы 22 могут быть использованы для управления качеством воды и/или питательных веществ, подаваемых к плите 1, с использованием системы управления 10, например, системы, показанной на ФИГ. 6, как описано в документе EP 3016492A1, который включен в данный документ посредством ссылки. Система управления может также менять концентрацию питательных веществ в растворе, подаваемом системами орошения 6 к плитам 1. Как можно увидеть на ФИГ. 6, детекторы 7 отслеживают данные в плитах 1 и передают данные через сеть 8 в блок управления 9 и портативное устройство связи 12, такое как мобильный телефон, смартфон, планшет или подобное устройство, при взаимодействии с сетью. Дополнительные детекторы 22 отслеживают данные в окружающей среде, в которой размещены плиты. Связь по сети с блоком управления и портативным устройством связи в дополнительных детекторах 22 такая же, как и в случае детекторов 7. Независимо от источника данные загружают в базу данных, такую как облачный сервис. Затем блок управления приводит в действие устройства орошения (капельницы) 6 и устройства окружающей среды (такие как увлажнители, осушители, вентиляционные приспособления, освещение, шторы, обогреватели, устройства кондиционирования и/или охлаждения воздуха) по сети 8 для подачи воды и питательных веществ к плитам 1. Блок управления 9 может быть запрограммирован на желаемую стратегию орошения и может автоматически гарантировать, что орошение проводится, чтобы управлять уровнями питательных веществ в плите 1, и также можно управлять уровнями содержания воды. Таким образом, достигается автоматическое управление процессом орошения с получением желаемого результата.
Аналогичным образом детекторы 7 и дополнительные детекторы 22 могут быть использованы для управления условиями окружающей среды в среде, в которой расположена плита 1 (такой как теплица, показанная на ФИГ. 12). Это достигается с использованием системы управления, показанной на ФИГ. 6. Кроме того, блок управления 9 может быть запрограммирован на желаемую стратегию окружающей среды и может автоматически гарантировать, что управление окружающей средой выполняется, чтобы управлять условиями окружающей среды. Как и в случае стратегии орошения, таким способом достигается автоматическое управление процессом в окружающей среде с получением желаемого результата.
Система может включать одно или несколько портативных устройств связи 12, таких как смартфон, планшет или т.п., и/или специализированное карманное устройство во взаимодействии с приемником (не показан), как будет описано в связи с ФИГ. 7. Портативное устройство связи 12 или ПК (PC), подключенные к сети, например, могут быть выполнены с возможностью запускать приложение, выполняющее способ управления, как будет описано подробно ниже.
Как правило, каждая система управления будет содержать большое число плит 1. Детекторы могут быть размещены на каждой плите 1, или детекторы могут быть размещены на выборке плит 1, чтобы обеспечить репрезентативные результаты. Кроме того, дополнительные детекторы 22 могут быть размещены в среде, в которой расположены плиты. Детекторы 7 жестко устанавливают на плитах 1, чтобы они могли передавать результаты на блок управления 9 через равные интервалы. Например, детекторы и дополнительные детекторы могут предоставлять результаты с интервалами в одну минуту, пять минут или через другой подходящий временной период. Это дает возможность постоянно или периодически управлять плитами 1 в системе и окружающую среду, поэтому плиты могут быть политы подобающим образом, а условия окружающей среды соответствующим образом скорректированы.
Дополнительная информация может быть предоставлена системе из климатического компьютера, как показано ниже. Кроме того, в систему могут быть предоставлены данные о сельскохозяйственных культурах, такие как информация о растении и урожае, а также климатическая информация с климатического компьютера. Информация о растении и урожае может предоставляться либо автоматически через использование устройств мониторинга растений, таких как камеры и устройства автоматического мониторинга урожая, либо может быть предоставлена пользователем вручную.
Устройствами орошения 6 в системе можно управлять для применения определенной стратегии орошения. Кроме того, устройствами окружающей среды 24 в системе можно управлять, чтобы применять определенную стратегию окружающей среды. Стратегия орошения и стратегия окружающей среды могут быть взаимосвязаны и составлять часть более широкой стратегии выращивания. Например, такая стратегия выращивания может включать ряд отдельных фаз, предназначенных для управления растениями посредством генеративного этапа и вегетативного этапа развития. Как понятно в данной области техники, генеративный этап развития относится к типу развития, при котором поощряется производство цветов/плодов, тогда как во время вегетативного этапа роста у растения образуется более высокая доля листьев и других зеленых элементов. Генеративный этап развития поощряется при относительной нехватке воды, в то время как вегетативный этап роста поощряется обильной подачей воды. Вегетативный этап роста приводит к более высокому росту общей биомассы растения, в то время как генеративный этап развития повышает процент развития, который способствует производству плодов или цветов.
Известно, что можно получить преимущество таких типов этапов роста, применяя стратегии орошения, в ходе которых меняется предпочтительный уровень содержания воды. В соответствии с такой стратегией выращивания субстрат для выращивания растений поливают каждый день в попытке достичь желаемого уровня содержания воды, а условия окружающей среды адаптируют каждый день, в попытке достичь желаемой ситуации в окружающей среде. Содержание воды в субстрате измеряют в виде процента от содержания воды в субстрате при полном его насыщении. Следовательно, значение 0% относится к сухому субстрату, а значение 100% к полностью насыщенному субстрату.
Что касается стратегии орошения, то, как правило, стратегия орошения этого типа включает ряд отдельных этапов. Во-первых, перед размещением блока 2 на плите 1 плиту 1 обычно насыщают или почти насыщают водой. Это помогает гарантировать, что, когда блок 2 впервые помещают на плиту 1, поощряется рост корней в плиту 1. В этот момент, однако, производитель озабочен тем, чтобы растение 5 приносило плоды как можно скорее. Чтобы достичь этого, производитель стремиться придать «генеративный импульс» (то есть, импульс для инициирования генеративного этапа роста). Это делается во время первого периода стратегии орошения путем уменьшения желаемого содержания воды до минимального уровня перед его повторным увеличением. Принцип состоит в том, что снижение содержания воды будет поощрять генеративное развитие растения и, следовательно, цветение растения, приводящее к плодам в самое ранее доступное время.
После применения генеративного импульса производитель желает вернуть растения в устойчивую фазу преимущественно вегетативного роста, чтобы получить листья и структуру растения, которые теперь будут поддерживать растущие плоды. Следовательно, к концу первого периода стратегии орошения желаемое содержание воды повышают. Уровень желаемого содержания воды повышают до тех пор, пока он не достигнет устойчивого значения, при котором его держат по существу постоянным во время второго периода стратегии орошения.
Во втором периоде поощряется более интенсивный вегетативный рост благодаря более высокому содержанию воды в субстрате. Второй период в целом соответствует летнему сезону, в течение которого относительно большое количество солнечного света побуждает растения расти быстрее. Соответственно, растениям необходимо предоставлять относительно высокий процент воды. Следует понимать, что, хотя в этот период развитие может быть направлено в сторону вегетативного роста в большей степени, чем в другие периоды, плоды продолжают расти, хотя темпы роста управляются с помощью такого управления. По мере того, как наступает осень, а затем зима, скорость транспирации снижается. В результате больше нет необходимости поддерживать такое же содержание воды в субстрате. Более того, на этом этапе есть потребность стимулировать дальнейший рост плодов перед тем, как растение достигнет конца цикла. По обеим этим причинам стратегия орошения может включать третий период, в течение которого снижают уровень содержания воды. Скорость снижения относительно постепенна.
Снижение содержания воды во время третьего периода поощряет генеративный рост растения, и в результате продлевает сезон, в течение которого от растения могут быть получены полезные плоды.
Соответственно, стратегии орошения могут быть использованы, чтобы попытаться управлять растением между стадиями генеративного и вегетативного роста для увеличения урожая плодов, получаемого от растения. Обычно этот процесс проводят путем доведения уровней содержания воды внутри субстрата до желаемых уровней. Однако следует понимать, что такое управление не является достаточным для создания оптимальных условий выращивания. В частности, снижение уровней содержания воды может приводить к повышенным уровням питательных веществ, что, как было обнаружено, может ингибировать рост растений. Соответственно, в настоящих вариантах осуществления уровнем воды, подаваемой в плиту, управляют в зависимости от уровня питательных веществ, чтобы исключить нежелательные эффекты.
При рассмотрении стратегии выращивания очевидно, что также можно использовать аналогичные отдельные стадии, а генеративные импульсы и вегетативные импульсы могут быть вызваны не только за счет управления орошением. Обеспечение дополнительного тепла в более прохладные периоды года, обеспечение охлаждения или предотвращения попадания света в теплицу (например, с помощью экранов или мела на тепличном стекле) в более теплые периоды года будут оказывать влияние на выращивание растений, также как и на изменение влажности и уровней освещенности/облучения. Дополнительная вентиляция также может быть предусмотрена в более теплое время года. Конкретная величина и тип корректировки будут приводить к генеративным и/или вегетативным эффектам у растений.
С точки зрения информации о растении и информации об урожае (также называемой информацией о выращиваемой культуре), которую учитывают в некоторых вариантах осуществления, то она включает диаметр стебля растения и высоту цветения, которые могут быть измерены на протяжении ряда дней и/или недель. Количеством плодов, произведенных растением, также можно управлять, как и их размером. Кроме того, положение плода или количество гроздьев плода, которые были произведены растением во время цикла выращивания, могут быть записаны, чтобы определить в какой фазе ростового цикла находится растение. Например, растение томата, как правило, имеет ростовой цикл из шести фаз с разными условиями, обеспечивающими преимущества, когда растение находится в каждой из различных фаз.
ФИГ. 7 показывает систему 11, включающую множество детекторов 1101 (также называемых датчиками), приемник 1102, первое устройство обработки данных детектора 1103 (называемое в некоторых вариантах осуществления центральным устройством обработки данных детектора или смарт-боксом (smartbox)), преобразователь сигналов 1104 («преобразователь») и портативные устройства связи 1105 и 12. Хотя на ФИГ. 7 показаны только датчики корневой зоны, нижеследующее также применимо к датчикам окружающей среды, включая то, как датчики взаимодействуют и передают информацию и как эту информацию используют, анализируют, обрабатывают и хранят, а также как датчики идентифицируются любой платформой, графическим пользовательским интерфейсом, мобильным устройством и портативным устройством связи.
В этом примере первое портативное устройство связи 1105 представляет собой специализированное «переносное» устройство которое устанавливает связь с приемником 1102, используя технологию радиосвязи. В этом примере второе портативное устройство связи 12 представляет собой телефон смартфон, который не требует приемника 1102.
Система также включает базу данных, такую как облачный сервис 1120, и центральное устройство обработки данных детектора 1103 выполнено с возможностью получать доступ к массиву данных из облака и извлекать данные, которые должны быть временно сохранены в его памяти для обработки. Данные могут быть отправлены от детекторов 1101 к приемнику 1102 и из приемника 1102 на смарт-бокс 1103. Смарт-бокс обрабатывает необработанные данные с получением обработанных значений. Например, детектор (то есть, датчик) может измерять свойство субстрата, смарт-бокс обрабатывает или преобразует необработанные данные и данные отправляют в облако для хранения в виде регистрируемых данных.
Как можно увидеть на ФИГ. 7, передача данных является двухсторонней. Соответственно, данные могут быть отправлены из смарт-бокса 1103 в облако 1120 или из облака 1120 в смарт-бокс 1103. Следует иметь ввиду, что в альтернативных вариантах осуществления данные могут быть отправлены в облако напрямую из приемника и/или датчика, как показано на ФИГ. 7. В таких вариантах осуществления функциональные возможности смарт-бокса, описанные ниже, могут быть осуществлены удаленно с рабочего места производителя, например, в облачном сервисе. Другими словами, важны функциональные возможности устройства смарт-бокс, а не само устройство, независимо от того, реализовано это в устройстве на рабочем месте производителя или удаленно.
В этом примере система включает как смартфон 12, так и специализированное карманное устройство 1105, хотя следует иметь ввиду, что для оповещения пользователя может быть использовано только одно портативное устройство связи. Также будет понятно, что сообщение, запущенное приложением, может быть передано пользователю с помощью любого средства без использования портативного устройства связи, например, по электронной почте, или сообщением, оправленным на пользовательский терминал, такой как ПК пользователя.
Портативное устройство связи, однако, имеет преимущество в том, что оно гарантирует своевременную доставку сообщения пользователю. Смартфон 12 может осуществлять беспроводную связь с облаком 1102 и способен запускать приложения, включая графические пользовательские интерфейсы, как будет описано более подробно ниже. Карманное устройство требует приемник 1102 и может загружать сохраненные данные с датчика 1101. В альтернативных вариантах осуществления смартфон может функционировать и как карманный компьютер для проверки датчиков, и как устройство обработки данных для выполнения приложения в соответствии с изобретением, оповещая пользователя и отображая графические пользовательские интерфейсы.
Система также может быть подключена к климатическому компьютеру 1106 для управления доставкой воды и питательных веществ в субстраты для выращивания. Пользовательский терминал, такой как ноутбук, настольный компьютер, устройство мобильной связи или другой электронный интерфейс, могут быть подключены к системе через физическую или беспроводную сеть, как в 1107. Система варианта осуществления может включать некоторые или все из описанных выше элементов и их описание в отношении этого варианта осуществления не подразумевает, что какие-либо или все являются существенными элементами, так как варианты осуществления могут быть реализованы с помощью подмножества описанных компонентов и/или признаков.
2
Каждый из детекторов или датчиков 1101 системы выполнен с возможностью измерения, по меньшей мере, одного свойства субстрата, такого как температура, содержание воды, уровень pH и содержание питательных веществ в субстрате для выращивания растений, когда детектор помещен на субстрат, или находится в контакте с субстратом, или, по меньшей мере, частично вставлен в субстрат для выращивания растений; или выполнен с возможностью измерения, по меньшей мере, одного свойства окружающей среды, такого как температура воздуха, влажность, давление, уровень диоксида углерода (CO), уровень освещенности или облучения, также называемого уровнем фотосинтетически активной радиации (ФАР (PAR)), и движение воздуха. В некоторых системах детекторы могут напрямую проводить измерения отдельных питательных веществ и температуры, и вычислять, например, содержание воды, уровень pH или содержание питательных веществ в субстрате.
2
2
В некоторых примерах детекторы содержат зонды и специализированные датчики для прямого измерения отдельных параметров. Например, детектор может содержать датчик температуры (включающий один или несколько датчиков из числа термистора, термопары, резистивного термометра или полупроводникового датчика с широкой запрещенной зоной), датчик влажности, датчик CO, датчик ФАР (PAR), каждый избирательно работающий для измерения температуры, влажности, уровня СО и уровней ФАР соответственно у детектора или рядом с ним.
Хотя датчик ФАР способен проводить надежные и высококачественные измерения уровней освещенности, в некоторых областях применения детектор включает простой светочувствительный датчик, избирательно работающий по определению наличия или отсутствия света. Такие светочувствительные датчики могут включать, например, фотоэлемент или фоторезистор, и при применении могут быть расположены так, чтобы реагировать на присутствие источника света.
Детекторы могут быть выполнены с возможностью измерять параметры, имеющие место у растения или в окружающей среде (то есть, в пространстве выращивания и вокруг него). Например, при измерении температуры детекторы способны измерять температуру среды (то есть, температуру в среде выращивания, или в определенном месте, или репрезентативно по всему пространству выращивания), или измерять температуру растения.
Помимо приведенных выше параметров с помощью детекторов могут быть измерены дополнительные параметры растения. Примеры конкретных параметров растения включают диаметр стебля растения, высоту растения и сокодвижение в растении. При измерении параметров растения для выполнения измерений детектор может использовать один или несколько инвазивных зондов и неинвазивных датчиков. Под «инвазивным» в данном контексте понимается, что зонд выполнен и расположен при использовании с возможностью внедрения в объем растения, чтобы выполнить конкретные измерения в растении. Неинвазивный датчик позволяет провести измерения в растении без необходимости проникновения в него.
Например, как описано выше, детекторы могут быть выполнены с возможностью измерять сокодвижение в растении. Сокодвижение означает движение жидкости в корнях, стеблях и побегах растений. Измерение сокодвижения, как правило, производят путем измерения движения жидкости и других соединений через ксилему растения. Такие измерения могут быть проведены, например, с помощью неинвазивных датчиков, выполненных с возможностью реагировать (обычно за счет использования излучения, такого как инфракрасное) на поток жидкости через ксилему растения, или с помощью инвазивных зондов, выполненных с возможностью внедрения при применении в какое-либо место на растении и получения физических измерений потока жидкости через ксилему.
Для некоторых измерений может требоваться, чтобы производитель или другой специалист вручную провели измерения и ввели результаты измерения в систему. Например, измерения диаметра стебля растения могут быть выполнены путем измерения стебля растения с помощью пары штангенциркулей. Результат измерения может быть введен в детектор 1101 или портативное устройство связи, чтобы быть направленным в смарт-бокс 1103 или хранилище данных. С другой стороны, результат измерения может быть напрямую введен в смарт-бокс 1103.
Установлено, что в системе варианта осуществления, показанного на ФИГ. 7, предпочтительно, чтобы детектор считывал соответствующее свойство, указывающее на температуру, содержание воды, содержания кислорода, общее содержание питательных веществ, содержание отдельных питательных веществ (например, кальция, калия, натрия), параметры корней, параметры растения или уровни pH в субстрате, или на температуру воздуха, влажность, давление, уровень освещенности или облучения или движение воздуха, и передавал это свойство непосредственно на удаленный процессор, такой как смарт-бокс предпочтительного варианта осуществления, чтобы преобразованием записанного и переданного параметра можно было управлять, регулировать его и выполнять централизованно и удаленно от детектора или датчика 1101. В общем случае электропроводность (ЭП) может быть использована в качестве заданного значения для общего состояния питания. Однако индивидуальные измерения на питательных веществах могут быть важны для определения индивидуального баланса элементов, например, для установления, как соотносятся между собой концентрации аммиака и нитрата.
Детекторы и/или мост также могут быть использованы для вычисления значения дефицита давления паров (ДДП (VPD)). Значение ДДП показывает разницу между уровнем влаги в воздухе и максимальным количеством влаги, которое воздух может удерживать при насыщении. ДДП, как правило, может быть рассчитан детектором путем снятия показаний температуры и влажности в среде выращивания, и необязательно температуры растения. Хотя детектор может выполнять пересчет конкретных параметров в значение ДДП перед отправкой данных ДДП в мост, с другой стороны, мост также может принимать конкретные параметры и проводить пересчет или преобразование в значение ДДП.
В примерах, где детектор осуществляет преобразование основных измеренных параметров в «полезные» физические значения (например, преобразование температуры и влажности в значение ДДП), детектор может отправлять только преобразованные «полезные» значения и отбрасывать или сохранять измеренные основные значения. Измеренные параметры могут быть сохранены локально, но также могут быть сохранены в смарт-боксе, хранилище данных или в облаке. Это может сильно уменьшить объем требуемой передачи. С другой стороны, детектор может отправлять в мост как основные измеренные значения, так и преобразованные «полезные» значения. Такая конфигурация позволяет сохранять на мосту основные измеренные значения для последующего доступа, когда потребуется. Кроме того, мост может осуществлять вычисления самостоятельно, чтобы проверять конверсионные вычисления, проводимые детектором.
Детектор также может быть выполнен с возможностью определять другие имеющие значение параметры растения, такие как экструдаты или микроорганизмы, например, с помощью масс-спектроскопии. К параметрам растения могут относится, например, физические параметры корней, такие как длина и ширина, а также значение pH около корней (значимое для процессов поглощения), химическое потребление кислорода корнями или продуцирование этилена, например, как состояние роста. Другие параметры растения могут включать, например, фотосинтез, листовую поверхность, длину, толщину или диаметр стебля, толщину побегов, ЭП в стеблевом потоке, количество плодов и/или размер плодов.
Примеры свойств, определяющих приведенные выше свойства, могут включать: емкость, указывающую на содержание воды, или электропроводность, указывающую на содержание питательных веществ. Свойства, указывающие на общие уровни питательных веществ или уровни отдельных питательных веществ, могут быть получены из значений электропроводности. Содержание воздуха в плите также может быть измерено косвенным путем, так как оно связано с объемом плиты, который может быть известен, плотностью его волокон, содержанием воды и содержанием питательных веществ. Содержание воздуха, таким образом, может быть рассчитано после того, как были измерены эти свойства. Например, если плита имеет объем 11 л, то в некоторых примерах 2% составляют волокна и 98% составляют поры. Если содержание воды равно 60%, то объем пор минус объем воды (98%-60%) равен содержанию воздуха 38%. 38% от 11 л соответствует 4,18 л воздуха. Температура может быть измерена напрямую и передана непосредственно с минимальным преобразованием или без преобразования после передачи от детектора или датчика.
Передача индикативных свойств и вычисление фактических значений в смарт-боксе, или в первом устройстве обработки данных детектора, или в карманном устройстве системы по изобретению может помочь сделать ниже требования по производительности и сопутствующие затраты электроники в детекторе или датчике 1101, чем, когда вычисления проводят в самом детекторе или датчике. Кроме того, это может обеспечить централизованное управление любыми калибровочными коэффициентами для коррекции и преобразования, которые могут быть необходимы, и также позволяет улучшить точность измерений и процесса преобразования для системы в целом. Это также может помочь снизить нагрузку на источник питания детекторов 1101, чтобы продлить срок службы детекторов, когда они питаются от батареи, так как в детекторах требуется меньше обработки, поскольку обработка может быть проведена в центральном устройстве управления, которое может иметь, например, более надежный или долговечный источник питания, такой как сетевое соединение, солнечный или ветровой источник питания, или более надежная батарея. Эти факторы также могут помочь уменьшить вес детекторов 1101. Это дает возможность размещать детекторы 1101 на субстрате или в субстрате для выращивания растений без потребности в значительных монтажных устройствах или удерживающих средствах, чтобы зафиксировать детектор на месте.
Данные датчиков или детекторов предпочтительного варианта осуществления транслируют с интервалами, предпочтительно каждые 3 минуты, на определенной частоте, используя диапазоны RFID-UHF (МГц/ГГц), которые являются известными средствами для электронной связи. Полезные временные интервалы могут меняться, например, между 20 сек и 10 мин в зависимости от частоты требуемых обновлений и требований пользователя.
В некоторых вариантах осуществления детектор может содержать множество удлиненных зондов 1108, которые выполнены так, чтобы их можно было вставить в субстрат для выращивания растений для измерения его свойств. Детектор дополнительно может содержать направляющий элемент или пластину 1109, которые расположены так, чтобы поддерживать удлиненный зонд 1108 на установленном расстоянии от поверхности субстрата для выращивания растений, которая фактически может быть верхней поверхностью. Использование электроники с ограниченными возможностями, легкого источника питания и простого механизма крепления позволяет легко транспортировать детектор или детекторы и, следовательно, легко развертывать на множестве мест в зоне выращивания растений, такой как теплица, или в области орошения с минимальным усилием и минимальными стадиями повторного монтажа, которые необходимо выполнять.
Детекторы или датчики 1101 могут быть выполнены с возможностью обмениваться данными по каналу связи с центральным устройством обработки данных детектора 1103, известным в предпочтительном варианте осуществления как смарт-бокс, или с портативным устройством связи, описанным для системы. Канал связи может быть прямым проводным подключением. Однако установлено предпочтительным использование беспроводного подключения, так как это позволяет легко перемещать детекторы и минимизировать усилия при установке. Беспроводная связь может быть прямой с центральным устройством обработки данных детектора 1103, когда центральное устройство обработки данных детектора обладает возможностями установления беспроводной связи. Однако может быть предпочтительным предусмотреть отдельный беспроводной приемник 1102 для приема беспроводной связи от детектора и необязательно отправления беспроводной связи к детекторам 1101. Приемник 1102 может быть подключен через физический канал, такой как Ethernet, кабельное соединение или через проводную линию 1110, к центральному устройству обработки данных детектора 1103. Как приемник, так и смарт-бокс могут быть снабжены комплектом батарей для обеспечения питания. Он может быть встроен в смарт-бокс центрального устройства обработки данных детектора 1103.
Беспроводная связь может быть обеспечена известными технологиями, которые обычно используют при создании электронной связи, такими как диапазоны RFID-UFH в интервале от 800 до 1000 МГц или 2,4 ГГц. Однако могут быть использованы альтернативные средства беспроводной связи, например, такие как IEEE 802.11. Физические подключения между различными устройствами в системе могут быть выполнены через соединения Ethernet по медному проводу, оптоволокну и любые другие подходящие средства связи, которые обычно известны в электронной и компьютерной связи, в том числе при необходимости через мобильные сети передачи данных.
В некоторых примерах беспроводную связь обеспечивают путем использования технологии LoRa. Такие технологии, как правило, используют (безлицензионные) полосы частот субгигагерцового диапазона для обеспечения передачи на большие расстояния с низким энергопотреблением.
Связь по технологии LoRa может быть реализована за счет оснащения одного или нескольких детекторов 1101, приемника 1102, смарт-бокса 1103, портативного устройства связи 1105 и климатического компьютера 1106 модулями LoRa. Модули LoRa могут включать один или несколько беспроводных передатчиков, предназначенных для передачи радиочастотных сигналов большого радиуса действия, и беспроводной приемник, приспособленный для приема радиочастотных сигналов большого радиуса действия. В некоторых примерах модуль LoRa включает один беспроводной приемопередатчик, выполненный с возможностью передавать и принимать радиочастотные сигналы большого радиуса действия. В примере на ФИГ. 13, описанном ниже, мост 1303 также оснащен модулем LoRa, что позволяет мосту 1303 обеспечивать связь по технологии LoRa.
В некоторых примерах беспроводную связь обеспечивают за счет использования беспроводных персональных сетей (PANs), например, по технологиям Bluetooth. В частности, беспроводная связь может быть обеспечена с помощью Bluetooth с низким энергопотреблением (BLE). В таких технологиях обычно используют коротковолновые сверхвысокочастотные радиоволны, чтобы обеспечить обмен данными на короткие расстояния с низкими затратами и низким энергопотреблением. Следовательно, детекторы 1101 и другие составляющие устройства системы могут быть оснащены модулем Bluetooth для связи и обмена данными через локальные сети BLE. В примере на ФИГ. 13, описанном ниже, мост 1303 также оборудован модулем Bluetooth, позволяющим мосту 1303 обеспечивать связь по Bluetooth.
Один или несколько детекторов 1301 в системе 13 могут быть заключены в водонепроницаемый кожух. Под «водонепроницаемым» в данном контексте понимают, что детекторы 1301 находятся в герметичном кожухе, который предупреждает попадание любой жидкости, например, воды, к внутренним компонентам детектора 1301. Заключенный в водонепроницаемый кожух детектор 1301 может быть помещен во влажную среду или около такой среды, и может быть даже полностью или частично погружен в жидкость. Это составляет особое преимущество при мониторинге условий орошения в системах выращивания, в которых применяют приливное орошение, например, где детектор может быть временно погружен или частично погружен в воду, когда резервуар заполнен водой.
Центральное устройство, смарт-бокс, обработки данных детектора 1103 включает, по меньшей мере, один процессор и, по меньшей мере, одно запоминающее устройство. Запоминающее устройство может хранить, или в базе данных, или в виде отдельных файлов, или в любом подходящем средстве хранения данных, один или несколько файлов данных, относящихся к одной/одному или нескольким стратегиям или циклам орошения. Предпочтительно массив данных со временем сортируют в виде регистрируемых данных и хранят в базе данных, такой как облачный сервис 1120. Предпочтительно устройство смарт-бокс 1103 выполнено с возможностью получать доступ к массиву данных из облака и извлекать данные, которые должны быть временно сохранены и в его памяти для обработки.
Набор данных может обеспечивать взаимосвязь между измеренными параметрами, предоставляемыми детекторами, и желаемыми выходными данными орошения, также называемыми желаемыми параметрами орошения, вместе с желаемыми выходными данными окружающей среды, также называемыми желаемыми параметрами окружающей среды. Вместе желаемые параметры орошения и желаемые параметры окружающей среды можно рассматривать в качестве желаемых параметров выращивания. Желаемые выходные данные выращивания означают параметры, которые определяют стратегию выращивания. Например, выходные данные орошения могут относится к желаемому циклу орошения, простому указанию включения/выключения ирригационного оборудования или могут содержать дополнительные сведения, такие как расход при орошении, цикл орошения, определяющий продолжительность периодов включения и выключения для цикла орошения и продолжительность по времени, в течение которого цикл орошения должен быть применен. Примеры выходных данных окружающей среды могут относиться к повышению или понижению температуры, уровня влажности или уровня освещенности путем включения или выключения подходящего оборудования для обогрева или охлаждения, увлажнения или высушивания, или освещения или затенения. Предпочтительный вариант осуществления включает 1 базу данных, но может включать больше, например 2, 3 или 4, баз данных. Первая база данных содержит необработанные записанные параметры, тогда как вторая база банных может содержать переданные или преобразованные параметры после преобразования для таких параметров, как содержание воды, электропроводность, температура субстрата, температура воздуха, влажность и уровень освещенности.
Одна или несколько, предпочтительно, по меньшей мере, две модели также могут находиться в памяти устройства 1103. Первая модель может быть известна как модель субстрата и содержит команды для преобразования необработанных выходных данных детектора или датчика до реальных значений для содержания воды, электропроводности и температуры. Дополнительная модель, находящаяся в устройстве 1103, может быть отнесена к модели орошения и содержит команды для вычисления новых значений, таких как расчет снижения содержания воды между 2 циклами орошения, или упорядочение данных для анализа, представления или сравнения, чтобы могли быть введены другие циклы орошения субстрата. Другие модели, детализирующие условия окружающей среды, такие как модель окружающей среды, а также модели, детализирующие орошение и условия окружающей среды, такие как модель выращивания, также могут быть сохранены в устройстве 1103. Каждая из этих других моделей содержит команды для вычисления новых значений, таких как расчет повышения температуры во время обогрева, или упорядочение данных для анализа, представления или сравнения, чтобы другие выходные данные окружающей среды или орошения могли быть применены при необходимости. Модели также могут быть объединены в одну базу данных. Другие выходные данные от центрального устройства обработки данных детектора могут включать агрегированные данные, собранные от детектора в течение времени и/или отображенные относительно отличающихся местоположений любого или каждого детектора.
Процессор устройства обработки данных 1103, таким образом, может быть выполнен с возможностью принимать выходные данные детектора, относящиеся к параметрам, измеренным детекторами, обрабатывать выходные данные детектора для определения одного или несколько значений из числа температуры, содержания воды, уровней pH и содержания питательных веществ в субстрате для выращивания и выводить агрегированные данные детектора, желаемого орошения, окружающей среды или стратегии выращивания или команды по орошению, окружающей среде или выращиванию.
Первое («центральное») устройство обработки данных 1103 также может быть подключено к одному или к обоим устройствам из числа из климатического компьютера 1106 и пользовательского терминала 1107. Климатический компьютер может быть выполнен с возможностью мониторинга и регулирования различных климатических факторов в зоне выращивания, таких как облучение, температура, влажность и т.п., как представлено выше в примерах. Соединение 1111 между устройством обработки 1103 и климатическим компьютером 1106 может быть беспроводным, физическим или соединением Ethernet, или другой компьютерной сетью. Однако в некоторых случаях центральное устройство обработки 1103 и климатический компьютер 1106 могут быть объединены в одном устройстве и могут просто означать отдельные логические компьютерные программы, работающие на общем аппаратном устройстве. В этом случае связь между двумя элементами может осуществляться просто через внутренние средства связи в аппаратном устройстве, таком как шина процессора или запоминающее устройство в аппаратном устройстве, или посредством передачи функций и переменных между логическими компьютерными процессами, работающими на устройстве. По существу центральное средство обработки данных детектора 1103 и климатический компьютер могут быть реализованы в виде отдельных логических процессов на общем вычислительном устройстве. Настоящая система, таким образом, может функционировать совместно с климатическим компьютером, так что настоящая система управляет орошением и/или фертигацией, тогда как климатический компьютер при необходимости может управлять климатическими условиями, такими как обогрев, вентиляция и/или кондиционирование воздуха.
В качестве альтернативы при некоторых обстоятельствах необходимо устанавливать связь с климатическим компьютером через аналоговые входные и выходные соединения. В этом случае может быть необходим цифроаналоговый преобразователь 1104, который может быть подключен к центральному устройству обработки данных детектора 1103 через физическое соединение или может быть интегрально образован в устройстве обработки данных и может быть выполнен с возможностью преобразования цифровых значений, выводимых из центрального устройства обработки данных детектора, в аналоговые электронные выходные сигналы, которые затем передаются в климатический компьютер через аналоговый интерфейс 1112 после прохождения через цифровой интерфейс 1113.
Пользовательский терминал 1107 может быть соединен или логически интегрирован, как описано выше, с одним или обоими устройствами из числа из климатического компьютера 1106 и центрального устройства обработки данных 1103. Пользовательский терминал может содержать экран и средство ввода в форме клавиатуры, сенсорного экрана, средства аудиоввода или других человеко-машинных интерфейсов, хорошо известных для электронных устройств. Пользовательский терминал может быть использован для конфигурирования центрального средства обработки данных детектора путем загрузки файлов данных в средство обработки, для установления взаимосвязей между входными данными детектора и выходными данными управления орошением и окружающей среды и для применения общих параметров конфигурации в средстве обработки. Управление орошением и окружающей средой часто основано на заданных значениях, таких как заданное время начала орошения и/или обогрева, время остановки, скорость капания, температура обогрева, продолжительность и/или частота цикла, заданные временные интервалы (время покоя) перед возобновлением орошения.
Система по настоящему изобретению позволяет измерять, преобразовывать и объединять различные выходные данные одного или ряда датчиков из диапазона областей в зоне выращивания в единую систему, которая может выводить входные данные управления желаемым орошением или введения питательных веществ для запуска или остановки орошения или введения питательных веществ и адаптировать входные данные циклов и частоты орошения или введения питательных веществ т.п.
Система может дополнительно включать в себя портативное устройство связи детектора 1105, также известное как карманное устройство, так как оно преимущественно может быть выполнено с возможностью носить его в одной руке пользователя, чтобы обеспечить легкую транспортировку устройства и другого предмета, такого как один или несколько детекторов 1101, во второй руке пользователя. Детекторы 1101 часто могут быть расположены в отдаленных или разрозненных местах вокруг теплицы или зоны орошения, которые могут иногда охватывать несколько гектаров. Поэтому пользователю часто необходимо преодолевать значительные расстояния, чтобы добраться до детектора либо для проверки его конфигурации или установки, либо для перемещения его в новое место. Следовательно, полезно иметь легкое портативное карманное устройство, чтобы помочь при проверке установки, калибровки, конфигурации и общего состояния детекторов в системе. Это исключает необходимость многократных обратных поездок от детекторов назад к пользовательскому терминалу или центральному устройству обработки, чтобы изменять аспекты установки и затем проверять конфигурацию или выходные данные. Поэтому карманное портативное устройство снабжено собственным источником питания, чтобы его можно было переносить независимо. Оно также включает встроенный дисплей, так что выходные данные или информация о состоянии от любого из детекторов 1101 могут быть отражены на устройстве. Устройство может быть долговечным, и его корпус изготовлен из ударопрочного материала, чтобы предотвратить повреждение, когда его используют в сельскохозяйственных или садоводческих средах. Устройство обычно выполнено так, что оно легко переносится пользователем, которому может потребоваться преодолевать большие расстояния, чтобы добраться до детекторов в системе. Однако карманное устройство должно включать определенные аспекты функциональных возможностей, чтобы облегчить установку, проверку и настройку детекторов и системы в целом.
Центральное средство обработки данных необходимо оповещать о ряде факторов для каждого детектора. Портативное устройство связи может быть использовано для считывания, ввода или передачи любого или всех из этих факторов на центральное устройство (смарт-бокс) обработки данных детектора. К ним относятся: сведения от текущем местоположении детектора, дата и/или время, когда детектор был помещен в его текущее местоположение, любые настройки детектора, относящиеся к тому, какие свойства он настроен отслеживать и передавать, состояние источника питания детектора, состояние подключения детектора к центральному устройству обработки, проверка выходных данных показаний датчика, точка доступа, для которой датчик или детектор предназначен для системной коммуникации, обзор необработанных выходных данных или свойства субстрата, к которому детектор или датчик приложен, такие как материал, тип и размеры, а также любые другие имеющие значение данные датчика.
Таким образом, предпочтительно портативное устройство связи будет включать следующие функции. Оно будет способно или определять свое собственное местоположение или принимать входные данные пользователя, относящиеся к местоположению устройства и/или сопутствующего детектора. Оно будет способно принимать, по меньшей мере, идентификатор детектора, с которым оно взаимодействует, или за счет входных данных пользователя или за счет прямой связи с детектором 1101. Это может включать оптическое считывание штрих-кода, алфавитно-цифрового идентификатора, QR-кода или другого оптического или визуального идентификатора, или считывание идентификатора по RFID или коммуникации ближнего поля (NFC). В предпочтительных вариантах осуществления используют диапазон RFID-UHF, выбранный соответственно в диапазоне частот, как правило, от 800 до 1000 МГц или 2,4 ГГц. Идентификатор может включать серийный номер и/или код изделия для детектора или датчика. Портативное устройство связи может быть выполнено с возможностью связывать свои данные о местоположении с конкретным детектором и передавать данные о местоположении и идентификатор детектора на центральное устройство обработки данных, так что центральное устройство обработки данных может хранить запись о местоположении каждого детектора, которые могут быть связаны центральным средством обработки данных с параметрами, которые детектор выводит в течение некоторого времени. Портативное устройство связи также может быть способно переводить детектор в режим тестирования.
В предпочтительных вариантах осуществления многие аспекты функциональных возможностей будут общими для центрального устройства обработки данных детектора, смарт-бокса, и карманного устройства. К ним относятся: отображение пользователю доступных или подключенных узлов (датчиков или детекторов) и данных, относящихся к детекторам или датчикам; выборка узлов (датчиков или детекторов) и тестирование вывода; функциональные возможности связи и др.; проверка точных показаний датчика; установка местоположения узла; проверка связи датчика с центральным средством обработки данных; адресация узлов к правильной точке доступа/центральному процессору данных детектора; вычисление содержания воды (СВ), электропроводности (ЭП), значений температуры, уровня влажности и уровня освещенности.
Портативное устройство связи (например, специализированное карманное устройство или смартфон, запускаемые специальным приложением) также может иметь дополнительные функции, такие как запись данных измерений в блоках многочисленных измерений; может быть выполнен базовый статистический анализ результатов, например, для каждого блока могут быть рассчитаны средние значения и стандартное отклонение; может быть включена текстовая функция помощи и могут быть установлены разные языки; также может быть выполнен вывод данных о состоянии питания.
Специализированное карманное устройство 1105 в сочетании, по меньшей мере, с одним датчиком 1109 может быть названо «измерителем». Карманное устройство может взаимодействовать с одним детектором в свое время. В отличие от смартфона, например, карманное устройство работает автономно и не подключено к сети. Карманное устройство может выполнять одиночные измерения, многократные измерения, регистрировать данные, взятые за определенный период времени (например, за несколько дней). Регистрируемые данные затем могут быть объединены, обработаны и отображены в виде функции времени в подходящем приложении на любом подходящем устройстве, например, на ПК, планшете, мобильном телефоне и др.
Центральное устройство обработки данных детектора 1103 или смарт-бокс может отправлять данные в базу данных или облако 1120 (как показано на ФИГ. 7, причем связь является двухсторонней). Примеры пользовательских интерфейсов, включая графики, основанные на таких данных, показаны на ФИГ. 8-11, описанных ниже. Пользовательские интерфейсы предпочтительно отображаются на портативном устройстве связи, предпочтительно беспроводном устройстве, таком как смартфон или планшет, хотя они также могут быть отображены на любом пользовательском терминале, на котором работает приложение, таком как ПК.
Как показано на ФИГ. 12, которая иллюстрирует аспекты варианта осуществления при использовании в большой теплице, этот вариант осуществления может быть применен в ситуациях, где необходимо отслеживать и управлять огромным количеством переменных. Например, в теплице, существует много параметров, таких как уровни освещенности, уровни газа и распределение концентраций; все эти параметры меняются в зависимости от времени и положения внутри теплицы. Мониторинг переменных надежным и воспроизводимым образом представляет собой сложную задачу, требующую значительных возможностей по обработке данных. Более того, попытка управлять переменными в большом, полуоткрытом пространстве, таком как теплица, может быть особенно трудной и также повышает требования к возможностям по обработке данных. Таким образом, применение в теплицах особенно подходит для системы, такой как система, показанная на ФИГ. 7, с климатическим компьютером, специально предназначенным для проведения всех требуемых сложных вычислений и обработки данных.
В некоторых ситуациях условия выращивания могут быть упрощены и объем требуемых вычислений и обработки данных может быть значительно уменьшен. Например, выращивание растений может иметь место в среде, где производитель имеет больше возможностей управлять орошением и условиями окружающей среды. В такой среде будет меньше параметров, которые необходимо отслеживать и управлять. В этих ситуациях климатический компьютер, сигнальный контроллер, пользовательский терминал и смарт-бокс могут быть заменены «мостом», выполненным с возможностью устанавливать связь с детектором, чтобы принимать данные, обрабатывать данные, полученные от детектора, и способный выводить результат своих вычислений на удаленное оборудование, такое как смартфон, или загружать данные в облако/базу данных. Кроме того, мост может выводить команды на контроллеры внутри среды для управления переменными орошения и окружающей среды.
В другом варианте осуществления, показанном ФИГ. 13, система 13 содержит множество детекторов 1301 (также называемых датчиками), центральное устройство обработки данных детектора 1303 (называемое в некоторых вариантах осуществления «мостом»), и портативное устройство связи 12. В этом примере портативным устройством связи является телефон смартфон. Хотя детекторы 1301 показаны на ФИГ. 13 как датчики корневой зоны, нижеследующее также применимо к датчикам окружающей среды, включая то, как датчики устанавливают связь и передают информацию, как эту информацию используют, анализируют, обрабатывают и хранят, и как датчик идентифицируют любой платформой, графическим пользовательским интерфейсом, мобильным устройством и портативным устройством связи. Система 13 также включает базу данных, такую как облачный сервис 1320, и мост 1303 выполнен с возможностью доступа к массиву данных из облака и извлечения данных, которые должны быть временно сохранены в его памяти для обработки. В некоторых примерах облачный сервис 1320 также может быть доступен напрямую детекторам 1301 и смартфону 12, и облачный сервис 1320 может прямо или косвенно устанавливать связь с информацией моста 1303 от детекторов 1301 и смартфона 12.
По многим аспектам система 13 на ФИГ. 13 аналогична системе 11 на ФИГ. 7. Однако система 13 настоящего варианта осуществления представляет собой существенно упрощенную систему, в которой детекторы 1301 напрямую устанавливают связь с центральным устройством обработки данных 1303, содержащем собственное приложение, способное обрабатывать данные и воздействовать на оборудование управления, чтобы управлять параметрами в среде выращивания. Под «собственным» в данном контексте понимают, что приложение представляет собой программное обеспечение или программу, которые хранятся локально и способны локально обрабатывать данные. Более того, собственное приложение, расположенное на плате устройства обработки 1303, позволяет отправлять информацию, полученную от данных детектора 1301, и отображать ее на устройстве портативного смартфона 12, чтобы предоставить быстрый доступ пользователя к информации о выращивании. Приложение также позволяет пользователю со смартфона 12 легко управлять, через устройство обработки 1303, различными параметрами в зоне выращивания.
2
Каждый из приведенных в качестве примера детекторов 1301, показанных на ФИГ. 13, аналогичен детекторам 1101 на ФИГ. 7, в том, что каждый из детекторов или датчиков 1301 системы выполнен с возможностью измерения, по меньшей мере, одного свойства субстрата, такого как температура, содержание воды, уровень pH и содержание питательных веществ в субстрате для выращивания растений, когда детектор помещен на субстрат, или находится в контакте с ним, или, по меньшей мере, частично погружен в субстрат для выращивания растений; или выполнен с возможностью измерения, по меньшей мере, одного свойства окружающей среды, такого как температура воздуха, влажность, давление, уровень CO, уровень освещенности или облучения, например, уровень ФАР (PAR), и движение воздуха.
Как и в случае детекторов 1101, описанных относительно системы 11 на ФИГ. 7, в системе 13 на ФИГ. 13 детекторы 1301 могут быть выполнены так, чтобы считывать показания значимых свойств, определяющих температуру, содержание воды, содержание кислорода, общее содержание питательных веществ, содержание отдельных питательных веществ (таких как кальций, калий, натрий), параметры корней, параметры растения или уровни pH в субстрате, или температуру воздуха, влажность, давление, уровень освещенности или облучения или движение воздуха. Такие показания затем передаются непосредственно в мостовой процессор 1303, так что преобразование записанного и переданного параметра может регулироваться, управляться и выполняться централизованно и отдельно от детектора или датчика 1301.
Один или несколько детекторов 1301 в системе 13 могут быть заключены в водонепроницаемый кожух.
В дополнение к возможностям, описанным выше относительно детекторов 1101 на ФИГ. 7, каждый из приведенных в качестве примера детекторов 1301 имеет дополнительную возможность напрямую взаимодействовать с центральным устройством обработки данных детектора («мостом») 1303. В этом примере детекторы 1301 и мост 1303 способны работать, устанавливая связь с использованием технологии радиосвязи LoRa. Мост 1303 и каждый из детекторов 1301 снабжены модулем LoRa, обеспечивающим передачу и прием радиочастотных сигналов дальнего радиуса действия. Такие сигналы могут быть переданы, чтобы иметь возможность подключения к глобальной компьютерной сети дальнего радиуса действия (LoRaWAN). Каждый из детекторов 1301 также может передавать данные друг другу. Предусмотрена полезная конфигурация, в которой каждый из детекторов 1301 обменивается данными через сеть LoRaWAN и данные совместно предоставляются на мост 1303. Облачный сервис 1320 также может быть подключен к сети LoRaWAN, а мост 1303 и каждый из детекторов 1301 могут напрямую передавать данные в облачный сервис 1320 и из него.
В некоторых примерах мост 1303 может содержать повторитель LoRa, выполненный с возможностью расширять диапазон передачи или приема через сеть LoRa. Такой повторитель может усиливать сигналы, возникающие на мосту и поступающие на мост 1303, чтобы обеспечить размещение устройств (таких как детекторы 1301) еще дальше от моста 1303, при этом оставаясь подключенными к той же самой сети в системе 13.
Центральное устройство 1303 обработки данных, мост, содержит, по меньшей мере, один процессор и, по меньшей мере, одно запоминающее устройство. Запоминающее устройство может хранить, или в базе данных, или в виде отдельных файлов, или в любом подходящем средстве хранения данных, один или несколько файлов данных, относящихся к одной/одному или нескольким стратегиям или циклам орошения. Предпочтительно массив данных объединяют со временем в виде регистрируемых данных и хранят в базе данных, такой как облачный сервис 1320. Предпочтительно мостовое устройство 1303 выполнено с возможностью доступа к массиву данных из облака и извлечения данных, которые должны быть временно сохранены в его памяти для обработки.
Набор данных может предоставить взаимосвязи между измеренными параметрами, предоставляемыми детекторами, и желаемыми выходными данными орошения, также называемыми желаемыми параметрами орошения, вместе с желаемыми выходными данными окружающей среды, также называемыми желаемыми параметрами окружающей среды. Вместе желаемые параметры орошения и желаемые параметры окружающей среды можно рассматривать в качестве желаемых параметров выращивания. Желаемые выходные данные выращивания представляют собой параметры, которые определяют стратегию выращивания. Например, выходные данные орошения могут относится к желаемому циклу орошения, простому указанию включения/выключения ирригационного оборудования или могут содержать дополнительные сведения, такие как расход при орошении, цикл орошения, определяющий продолжительность периодов включения и выключения для цикла орошения и продолжительность по времени, в течение которого цикл орошения должен быть применен. Примеры выходных данных окружающей среды могут относиться к повышению или понижению температуры, уровня влажности или уровня освещенности путем включения или выключения подходящего оборудования для обогрева или охлаждения, увлажнения или высушивания, или освещения или затенения. Предпочтительный вариант осуществления включает 1 базу данных, но может включать больше, например, 2, 3 или 4, баз данных. Первая база данных содержит необработанные записанные параметры, тогда как вторая база данных может содержать переданные или преобразованные параметры после преобразования для таких свойств, как содержание воды, электропроводность, температура субстрата, температура воздуха, влажность и уровень освещенности.
2
Одна или несколько, предпочтительно, по меньшей мере, две модели также могут находиться в памяти мостового устройства 1303. Первая модель может быть известна как модель субстрата и содержит команды для преобразования необработанных выходных данных детектора или датчика до реальных значений для содержания воды, электропроводности, температуры, влажности, уровня СО и ФАР. Дополнительная модель, находящаяся в мостовом устройстве 1303, может быть отнесена к модели орошения и содержит команды для вычисления новых значений, таких как расчет снижения содержания воды между 2 циклами орошения или упорядочение данных для анализа, представления или сравнения, чтобы могли быть введены другие циклы орошения субстрата. Другие модели, детализирующие условия окружающей среды, такие как модель окружающей среды, а также модели, детализирующие орошение и условия окружающей среды, такие как модель выращивания, также могут быть сохранены в мостовом устройстве 1303. Каждая из этих других моделей содержит команды для вычисления новых значений, таких как расчет повышения температуры во время обогрева или упорядочение данных для анализа, представления или сравнения, чтобы другие выходные данные окружающей среды или орошения могли быть применены при необходимости. Модели также могут быть объединены в одну базу данных. Другие выходные данные от центрального устройства обработки данных детектора могут включать агрегированные данные, собранные от детектора в течение некоторого времени и/или отображенные относительно отличающихся положений одного или каждого детектора.
Мостовое устройство 1303 также может быть подключено к пользовательскому терминалу, выполненному так, чтобы дать возможность пользователю отслеживать и управлять различными климатическими факторами в зоне выращивания. Кроме того, как показано на ФИГ. 13, мостовое устройство 1303 беспроводным образом подключено к смартфону 12. Беспроводное соединение может использовать любую подходящую сетевую технологию дальнего или ближнего радиуса действия. Например, мост 1303 и смартфон 12 могут быть подключены через сеть WiFi посредством технологии Bluetooth, через сеть LoRaWAN или любое другое подходящее средство. Это может быть достигнуто, например, путем оснащения мостового устройства 1303 приемопередающим модулем WiFi, приемопередающим модулем Bluetooth или приемопередающим модулем LoRa. Такие средства связи ближнего радиуса действия особенно полезны, так как они позволяют собирать и передавать данные даже при отключении сети. Например, даже когда облачный сервис 1320 неисправен или недоступен, детекторы 1301 способны передавать данные на мост и от моста 1303. Таким образом, мост может действовать как буфер, чтобы собирать данные, поступившие от детекторов 1301, когда сервер или облачная система 1320 недоступны. Затем данные могут быть обработаны и загружены в облачную систему 1320 в более позднее время.
Дополнительное преимущество связи ближнего радиуса действия, например, через подключение Bluetooth, состоит в настройке первичного подключения датчиков 1301, то есть, когда датчик ранее не был подключен к системе (например, друг с другом и с мостом 1303). Когда устанавливают среду выращивания, например, или когда новые детекторы 1301 добавляют к системе 13, детекторы 1301 могут быть предназначены для соединения с конкретным мостом 1303 с использованием возможности подключения с помощью Bluetooth ближнего радиуса действия. Как только соответствующие соединения установлены, детекторы 1301 могут быть размещены и позиционированы в требуемых местоположениях.
Некоторые объекты выращивания оборудуют уже существующей локальной сетью WiFi. В таком случае различные составляющие устройства системы 13 (такие как детекторы 1301, мост 1303) могут быть подключены к уже существующей локальной сети и могут использовать сеть для обмена данными. Такая конфигурация исключает необходимость создания новой сети WiFi.
В другом варианте осуществления детекторы 1301 способны работать так, чтобы напрямую передавать данные на смартфон и от смартфона 12, тем самым позволяя пользователю собирать и просматривать данные, полученные от детекторов 1301, без необходимости подключения к сети или мосту 1303.
Мостовое устройство 1303 снабжено встроенным собственным приложением, которое позволяет пользователю получать доступ к данным, полученным от детекторов 1301, и позволяет пользователю управлять орошением и условиями окружающей в зоне выращивания. Собственное приложение, как правило, храниться в памяти мостового устройства 1303.
На ФИГ. 8 показан пример измерений электропроводности (ЭП), содержания воды (СВ (WC)) и температуры (T) в виде функции от времени, причем каждая кривая показывает среднее значение для соответствующих измерений, принимаемых от одного или нескольких детекторов, развернутых в «секции» участка производителя. На ФИГ. 9A показано представление функции «сводной панели» графического пользовательского интерфейса с графиками средних данных, полученных в течение 36 часов на разных секциях. Данные принимают от одного или нескольких детекторов. В примере на ФИГ. 9B данные двух датчиков в секции отображены рядом друг за другом. В этом примере содержание воды (СВ (WC)) выражают в % СВ от объема, ЭП выражают в дСм/м (декаСимменс на метр) и T выражают в градусах C. Как показано на ФИГ. 10, отображены СВ, ЭП и температура, определенные на двух местоположениях в теплице. В предпочтительных вариантах осуществления система содержит, по меньшей мере, три детектора.
В предпочтительных вариантах осуществления портативное устройство связи, такое как смартфон или планшет, автоматически отображает средние значения и распределение значений по сериям, например, по секциям полива. Преимущественно это позволяет надежно корректировать настройки для оптимизации орошения, окружающей среды или стратегии выращивания. Измерения обычно проводят приблизительно на 20 плитах и на сопоставимом количестве датчиков окружающей среды и выводят среднее значение измерения для репрезентативной плиты, которая может быть названа эталонной плитой, и для условий окружающей среды. Эталонные плиты в теплице могут быть легко определены путем многократных измерений.
Специализированное карманное устройство также может быть выполнено с возможностью установления связи с детектором для изменения режима детектора от периодического вывода данных к непрерывному выводу данных. Периодические выводы данных могут быть использованы для поддержания срока службы детектора, тогда как непрерывные выводы данных могут быть использованы для полного обнаружения или проверки состояния детектора.
Например, в некоторых предпочтительных вариантах осуществления измеритель может быть снабжен функцией регистрации, при которой измерения производят через заранее заданные интервалы времени. Например, пользователь может легко корректировать временные интервалы, через которые должны быть проведены измерения в плите или в окружающей среде. В предпочтительных вариантах осуществления измеритель может принимать и хранить 2300 или больше измерений, выполненных в плите и в окружающей среде. Это дает надежную информацию, относящуюся к значениям СВ, ЭП и температуры, в виде функции времени (то есть, в виде кривых), полученную за период времени, определенный, например, производителем, а также надежную информацию, относящуюся к условиям окружающей среды. Примеры таких кривых показаны на ФИГ. 8, 9 и 10. Долгосрочное использование измерителя без перерывов и сбоев также способствует получению стабильных и надежных измеренных данных. На основании этих данных стратегия орошения может быть скорректирована с использованием способа в соответствии с изобретением, чтобы оптимизировать возделывание культур.
Производитель может вводить заданные значения, например, по содержанию воды, электропроводности, температуре, уровню освещенности и/или влажности, чтобы установить условия, при которых срабатывает сообщение. Например, производитель может настроить систему на получение сообщения, если содержание воды падает на 3% (EG, предугадывание ошибки). Система может использовать регистрируемые данные, чтобы прогнозировать параметры секции, например, на текущий день. Следовательно, система может использовать данные, зарегистрированные накануне, например, чтобы сделать прогноз, который указывает, где остановится содержание воды, если погодные условия будут аналогичными. Это может быть отражено, например, начиная с заката.
Кроме того или вместо того, чтобы быть основанными на заданных значениях корневой зоны, сообщения могут быть основаны на заданных значениях в климатическом компьютере, чтобы дать возможность производителю получать предупреждение на основании параметров теплицы, таких как влажность и количество света, как указано выше. Например, производитель может настроить систему на получение сообщения, если влажность превышает 80%. Система может использовать регистрируемые данные для прогнозирования параметров, например, секции на текущий день. Таким образом, система может использовать данные, зарегистрированные накануне, например, чтобы сделать прогноз, который указывает, где остановится влажность, если погодные условия будут аналогичными. Это может быть отражено, например, начиная с заката.
Что касается системы 13, проиллюстрированной на ФИГ. 13, то мост 1303 выполнен с возможностью оповещать производителя на основании параметров теплицы напрямую на его устройстве смартфон 12. Предупреждение может содержать команды на ручную настройку орошения и условий окружающей среды в зоне выращивания. С другой стороны, предупреждение может содержать уведомление, что система 13 через мост 1303 будет автоматически или автономно производить определенные изменения в орошении или условиях окружающей среды.
На ФИГ. 11A и 11B показаны примеры графического пользовательского интерфейса, где пользователь может вводить заданные значения, чтобы управлять стратегией орошения на основании дневной и годовой динамики, соответственно. Установка заданных значений может быть выполнена, например, по СВ и/или уровням ЭП. Что касается ФИГ. 11A, то заданное значение СВ или порог устанавливают на 10% для повышения содержания воды в день (дневная динамика). Например, снижение в % может находиться между 0,5 и 30%. Продолжительность может быть установлена в часах и/или минутах.
На ФИГ. 11B показан пример генератора заданных значений для годовой динамики, посредством которого производитель может устанавливать желаемые значения ЭП и СВ в определенные недели года. На ФИГ. 11B показанные недели представляют собой недели от начала посева (а не календарные недели), причем неделя начала посева обозначена как неделя «0». Рядом с заданными точками, установленными производителем, можно отображать рекомендуемую заданную точку, например, принятую от аналитической платформы или консультанта. Такие «рекомендуемые заданные значения» могут принимать форму рекомендаций производителю, которые более подробно описаны ниже.
Следует иметь ввиду, что заданные значения могут меняться, например, в зависимости от типа культуры или типа плиты. Пунктирная кривая, отмеченная треугольниками, предоставляет целевую ЭП, тогда как пунктирная кривая, маркированная квадратами, предоставляет целевое СВ. Соответственно, сплошные линии представляют собой фактические измеренные уровни ЭП и СВ (в виде обработанных данных из смарт-бокса). На ФИГ. 11C, прогнозируемые линии (ромбы) построены на основании определенных заданных значений. Пример сообщений дан на ФИГ. 11D. ФИГ. 11E показывает другой снимок с экрана графического пользовательского интерфейса, выполняемого на смартфоне. На ФИГ. 11E представлено базовое «меню» графического пользовательского интерфейса, посредством которого пользователь может выбирать между типами отображаемых графиков (секция, отдельные датчики, дневная/годовая динамика).
.
В предпочтительных вариантах осуществления система подключена к климатическому компьютеру и может преимущественно сообщать данные в графической форме, или одномоментно или непрерывно Например, данные могут отправляться напрямую в облако или климатический компьютер каждые 3 мин и, следовательно, данные отправляют непрерывно. Данные также могут быть отображены на графике сразу же после их получения.
Портативное устройство связи (является ли оно специализированным карманным устройством или устройством смартфон, которые описаны выше) может содержать коммуникационный интерфейс для установления связи с детекторами. Устройство дополнительно может быть выполнено с возможностью устанавливать связь с детектором для определения идентификатора детектора, объединять идентификатор детектора с информацией о местоположении и направлять информацию на центральное средство обработки данных детектора. Например, информация о местоположении может быть введена в карманное устройство 1105 пользователем, или, альтернативно или дополнительно, может быть определена самим устройством с использованием оборудования GPS или другого средства определения местоположения. Средство определения местоположения может включать средство, выполненное с возможностью оптического считывания штрих-кода, алфавитно-цифрового идентификатора, QR-кода или другого оптического или визуального идентификатора, устройство RFID или устройство связи ближнего поля (NFC), расположенное в местоположении устройства и указывающее на информацию о местонахождении. Информация о местоположении может содержать координаты точки, определенные по карте, или координаты GPS, или информацию о столбцах и рядах, относящуюся к местоположению субстратов в зоне выращивания. Информация о местоположении может дополнительно включать номер или код теплицы, код секции орошения, код вытяжки, номер ряда и номер плиты. В предпочтительном варианте осуществления информация о местоположении включает, среди прочего, как минимум код секции орошения и номер ряда. Устройство дополнительно может быть выполнено с возможностью проводить измерения выходных данных детектора для отображения его пользователю и, при необходимости, для пересылки данных в центральный процессор обработки данных по дополнительному каналу связи. Устройство может быть выполнено так, чтобы в ответ на ввод пользователя переводить детектор в режим настройки или режим тестирования и передавать результаты изменения статуса или результаты тестирования в центральное средство обработки данных детектора по дополнительному каналу связи. Канал связи может быть физическим или беспроводным, однако использование беспроводной связи сокращает время установки и настройки и может снизить материальные затраты при больших расстояниях.
Портативное устройство связи может представлять собой стандартный элемент электронного оборудования связи, такой как КПК, или мобильный телефон, такой как смартфон, и, следовательно изобретение может быть воплощено в компьютерном программном продукте, содержащем команды, которые при выполнении процессором электронного устройства связи, содержащим средства удаленной связи, конфигурируют устройство для установления канала связи с детектором для опроса детектора, чтобы определять идентификатор детектора, связывать идентификатор с информацией о конфигурации детектора и передавать информацию о конфигурации в центральное средство обработки данных детектора. Информация о конфигурации может содержать данные о местоположении, данные о конфигурации детектора, данные о состоянии детектора, такие как информация об источнике питания, время работы, в дополнение к функциям и параметрам, описанным выше в отношении карманного устройства.
Данные, собранные от производителей, загружают в облако, и они могут быть сохранены на сервере для обработки, например, в рамках аналитической платформы. Это дает возможность консультантам удаленно просматривать данные производителей на удаленном устройстве, таким как ноутбук, планшет или смартфон. Аналитические платформы могут реализовывать этапы визуализации данных, анализа данных, интеграции данных и технологического управления. Предпочтительно загруженные данные с временем объединяют и оценивают. Например, результаты аналитической оценки, проведенной экспертами или консультантами, могут быть представлены в отчетах, которые автоматически предоставляются пользователям. В предпочтительных вариантах осуществления заданные значения и вычисления могут быть загружены автоматически в климатический компьютер пользователя, чтобы преимущественно было задействовано автоматическое управление (то есть, управление орошением и условиями окружающей среды). Проанализированные данные могут быть отправлены из облака на климатический компьютер и/или любое другое удаленное устройство, например, чтобы управлять или корректировать индивидуальное орошение, окружающую среду или стратегию выращивания.
Дополнительно могут быть объединены регистрируемые данные (также называемые данными платформы) от любых измерительных устройств или климатических компьютеров, чтобы сформировать интегрированные данные на платформе, причем платформа видима для удаленных устройств. Данные платформы также могут включать такие данные, как заданные значения и параметры климатического компьютера, регистрационные данные культуры и другие данные, имеющие значение для производителей.
Как изложено выше, в некоторых вариантах осуществления система может быть способна выдавать рекомендации. Обычно рекомендации выдаются производителю через графический пользовательский интерфейс на мобильном устройстве, КПК или компьютере. Рекомендации содержат предлагаемые действия, которые должен предпринимать производитель, чтобы управлять выращиванием растений. В некоторых вариантах осуществления система может быть способна выполнять рекомендации без принятия производителем мер по их выполнению или только после получения подтверждения от производителя.
Рекомендации предоставляют на основании СВ, ЭП и температуры субстрата, условий окружающей среды, информации о растении и культуре и климатической информации. Предоставляемые советы отличаются друг от друга в зависимости от того, на какой фазе роста находятся растения, и запускаются и определяются заданными значениями. Например, если конкретное заданное значение превышено, то выдается рекомендация. Например, если орошение для определенного типа растения составляет идеально между 8 и 15% в течение ночи и если орошение установлено слишком высокое, например, на более чем 15%, будет выдана рекомендация о том, что время остановки орошения следует скорректировать. Другим примером является вариант, в котором при обнаружении облучения 100 Джоулей (Дж) будет выдана рекомендация по орошению с указанием подходящего времени начала орошения.
Графики, отображаемые для пользователя в его графическом пользовательском интерфейсе, также могут показывать, какое влияние будет оказывать рекомендация, например, на температуру или содержание воды, чтобы дать производителю представление об влиянии рекомендации. Такое прогнозирование становится возможным за счет включения в систему информации об окружающей среде, растении и климате в дополнение к информации по корневой зоне.
Как упоминалось выше, рекомендации обеспечивают управление рядом факторов. К ним относятся управление в зависимости от температуры воздуха, орошения, электропроводности и влажности. Это достигается за счет обращения к базе данных, которая хранит соотношения между этими параметрами и данными выращивания растений. Например, база может включать то, что для конкретного сорта или типа растения температура воздуха должна находиться в интервале от X до Y градусов Цельсия. В базе данных анализируется множество параметров, чтобы определить подходящие заданные значения для выдачи рекомендации производителю. Порядок, в котором анализируют параметры, меняется в зависимости от времени или года и (вероятно) фазы роста растения, поскольку значимость параметров меняется со временем или годом и фазой роста. Например, температурой труднее управлять в периоды года, когда погода жаркая, поэтому в периоды жаркой погоды большее значение придается таким параметрам, как орошение.
В качестве дополнения или в качестве альтернативы этому методу предоставления рекомендаций, рекомендации также могут быть предоставлены на основании алгоритмов машинного обучения, обученных с помощью данных из баз данных, таких как базы данных, упоминаемые выше, и на основании реакций производителей на такие рекомендации. Это создает петлю обратной связи, позволяя алгоритмам машинного обучения продолжать обучение и тем самым улучшать предоставляемые рекомендации.
Даваемые рекомендации конкретизируют в зависимости от типа используемого субстрата и стадии возделывания. В начале возделывания культуры у производителя имеются очень мелкие растения. Для них существуют другие требования, чем для полностью выросшего растения летом. Кроме того, рекомендации могут меняться в зависимости от типа субстрата. Для определения соответствующей стадии выращивания у производителя важными переменными являются переменные входа, такие как посадка растений, данные по сорту, обилие плодов (то есть, урожай) и набор плодовых гроздьев. На основании этих переменных может быть определено, на какой стадии находится культура и какие рекомендации применимы. Когда производитель применяют одну или несколько рекомендаций, он будет видеть изменение урожая с течением времени. Например, баланс возделывания может меняться от вегетативного к генеративному; толщину и длину выросшей верхушки растения можно менять по желанию, а количество плодовых завязей можно увеличивать или уменьшать. В течение более длительного периода это будет проявляться в улучшении средней массы плодов или ускорении сбора урожая на протяжении периода, например, шести недель, или других сопутствующих элементов.
В некоторых вариантах осуществления следуют приведенному ниже процессу, чтобы определить, выдавать ли рекомендацию. Во-первых, оценивают информацию о регистрации культуры, которая представляет собой информацию, относящуюся к урожаю, собранному с растения. Это позволяет установить фазу роста растения. Затем с использованием известных методов прогнозируют рост растений и условия в течение, например, следующей недели, двух или трех недель. Эти прогнозы для растения затем сравнивают с ожидаемым набором параметров выращивания и условиями для стандартного растения (то есть, растения, которое следует ожидаемой модели выращивания). Если прогнозы соответствуют ожидаемым параметрам при сохранении текущих настроек системы, то рекомендации не выдаются. С другой стороны, если прогнозы выходят за рамки ожидаемых параметров, то выдается подходящая рекомендация по изменению текущих настроек системы на основании того, как ожидаемые параметры и прогнозируемые параметры отличаются друг от друга.
Для специалиста будут очевидны разновидности и модификации описанных выше вариантов осуществления. Такие разновидности и модификации могут включать эквивалентные и другие признаки, которые уже известны и которые могут быть использованы вместо или в дополнение к признакам, описанным в данном документе. Признаки, которые описаны в контексте отдельных вариантов осуществления, могут быть предоставлены в комбинации в одном варианте осуществления. И, наоборот, признаки, которые описаны в контексте одного варианта осуществления, также могут быть предоставлены отдельно или в любой подходящей подкомбинации.
Следует отметить, что термин «содержащий» не исключает другие элементы или этапы, артикль «a» или «an» не исключает множественности, один признак может выполнять функции нескольких признаков, изложенных в формуле изобретения, а ссылочные позиции в формуле изобретения не следует истолковывать в качестве ограничения объема формулы изобретения. Также следует отметить, что фигуры не обязательно выполнены в масштабе; вместо этого акцент обычно делается на иллюстрации принципов настоящего изобретения.