СИСТЕМА РЕГУЛИРОВКИ РОСТА РАСТЕНИЙ
PLANT GROWTH CONTROL SYSTEM

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к выращиванию растений в гидропонных системах выращивания, содержащих искусственные субстраты. В частности, но не исключительно, настоящее изобретение относится к системе и способу регулирования условий выращивания растений, более конкретно условий выращивания растений на субстратах из минеральной ваты, используемых для выращивания растений.
Уровень техники
В данной области известны гидропонные системы выращивания для цели выращивания растений с использованием минеральных питательных растворов без почвы (т.е. беспочвенных культур). Растения в гидропонных системах выращивания можно выращивать на субстратах различных типов, таких как минеральная вата, стекловата, кокосовый торф (кокосовые волокна) или, например, торфяные плиты.
Известно, что растения можно выращивать на ростовых субстратах из минеральной ваты. Такие ростовые субстраты обычно предоставляют в виде связного брикета, блока, плиты или мата/пласта и обычно содержат связующее вещество, как правило, органическое связующее вещество, для того, чтобы обеспечить изделию структурную целостность.
Обычно, процесс выращивания растения осуществляют в две стадии: первой стадией управляет «сеятель», на ней растение выращивают из семян; а второй стадией управляет «выращиватель», во время которой растение выдерживают, и проводят уборку. Например, в случае растения томата, сеятель может посеять отдельные семена томата в цилиндрические брикеты, имеющие толщину порядка 25-30 мм и радиус приблизительно 20-30 мм. После прорастания семян сеятель помещает брикет внутрь кубического блока, чтобы обеспечить дальнейший рост корневой системы и растения. Затем отдельное растение выращивают внутри блока до стадии, когда его можно передать от сеятеля выращивателю.
Хотя часто в каждом блоке предоставлено только единственное растение, возможно, чтобы в одном блоке было предоставлено множество растений. В некоторых примерах единственное растение в блоке разделяют на два путем разделения стебля во время ранней фазы роста, что приводит к двум растениям, имеющим единую корневую систему. В другом альтернативном варианте множество растений можно сажать вместе и выращивать внутри единого блока.
Использование сеятелем отдельного брикета и блока не существенно для всех растений, но было описано, например, в европейской патентной заявке EP2111746, как обеспечивающее ряд преимуществ. В частности небольшой размер брикета обеспечивает более равномерный полив растения на начальной стадии без насыщения его субстрата.
После приема их от сеятеля выращиватель помещает ряд блоков на единую плиту из минеральной ваты с образованием системы выращивания растений. Плиту из минеральной ваты обычно заключают в фольгу или другой непроницаемый для жидкости слой за исключением отверстий на верхней поверхности для приема блоков c растениями и дренажного отверстия, предоставленного на нижней поверхности.
Во время последующего роста растения воду и питательные вещества обеспечивают с использованием капельниц, которые доставляют жидкость, содержащую воду и питательные вещества, в систему либо непосредственно в блоки, либо на плиты. Воду и питательные вещества в блоках и плитах поглощают корни растений, и соответственно растения растут. Вода и питательные вещества, которые не потребляются растением, либо остаются в системе субстрата, либо стекают через дренажное отверстие.
Во время процесса выращивания необходимо использовать воду и питательные вещества как можно более эффективно. И по причине затрат, и по причине окружающей среды. В частности, питательные вещества получать дорого, в то время как сточную воду, содержащую такие питательные вещества, трудно утилизировать из-за природоохранного законодательства. Это давление будет расти, так как сырье (особенно удобрения, такие как фосфаты) становится все более дефицитным. Необходимость избегать таких отходов сопровождается необходимостью улучшить условия выращивания растений и тем самым увеличить урожай и качество плодов, полученных от растений таким образом.
Среду гидропонных систем выращивания (например, теплиц) можно регулировать с помощью компьютера с климат-контролем, сконфигурированным для регулирования факторов, таких как часы солнечного света, скорость ветра, или направление ветра, например. Компьютер с климат-контролем также может контролировать рост растения, здоровье растения, содержание воды и питательных веществ в субстрате. Известно измерение содержания воды и/или питательных веществ в субстрате для выращивания растений. Хотя известные системы и устройства могут обеспечить полезной информацией о составе сельскохозяйственной почвы и могут помочь в автоматизации полива почвы, они, однако, не обеспечивают решения для эффективного управления распределением воды и воды/питательных веществ в гидропонных системах выращивания, таких как субстраты из минеральной ваты.
В европейской патентной заявке EP3016492 предоставлено решение для эффективного управления распределением воды и питательных веществ в гидропонных системах выращивания. При использовании такой системы, выращиватели используют стратегию полива (которая предоставляет определенное количество питательных веществ и воды, которое должно быть обеспечено системе), отслеживают систему и затем регулируют уровень полива, например, на основании измерений содержания воды или питательных веществ. Проблема c этим подходом, однако, состоит в том, что стратегия полива не регулируется своевременно, и целевые уровни (например, воды или питательных веществ) достигаются либо слишком рано, либо слишком поздно.
Существует постоянная потребность в улучшении систем, доступных пользователю для управления поливом растений во время роста растений в гидропонных системах выращивания. В частности, необходимо улучшить регулировку условий выращивания в ответ на быстро меняющиеся факторы, такие как факторы окружающей среды или изменения растений, субстратов или других материалов, используемых в системе.
Краткое раскрытие настоящего изобретения
Решая недостатки предшествующего уровня техники, в настоящем изобретении предоставлена система для регулирования условий выращивания растений в гидропонных системах выращивания, причем система для регулирования условий выращивания растений содержит:
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 при этом
детектор или каждый детектор выполнен с возможностью измерения свойства или свойств субстрата для выращивания растений и с возможностью передачи идентификатора детектора и измеренного свойства или свойств по каналу связи в первое средство обработки данных;
при этом первое средство обработки данных выполнено с возможностью:
содержания в памяти предварительно обозначенных данных полива,  обозначающих взаимосвязь между:
множеством значений для одного или более из температуры, уровня pH, содержания воды, содержания питательных веществ, содержания кислорода и ростовых параметров субстрата; и
множеством требуемых параметров полива;
обработки измеренных свойств, принятых от каждого детектора для получения обработанных свойств субстрата;
обеспечения выходных данных, указывающих на требуемые входные данные полива для ростового субстрата, на основе обработанных свойств и предварительно обозначенных данных полива; и
отправки обработанных данных в средство хранения данных, причем средство хранения данных выполнено с возможностью хранения отправленных данных в качестве зарегистрированных данных;
второе средство обработки данных выполнено с возможностью:
приема данных от средства хранения данных;
расчета прогнозируемых свойств субстрата на основании зарегистрированных данных;
определения различия между обработанными свойствами субстрата и прогнозируемыми свойствами субстрата;
приема входных данных условий предупреждения для вывода предупреждения на основании указанного различия; и
вывода предупреждения, когда указанное различие соответствует условию для предупреждения.
Будет понятно, что система подходит для гидропонных систем как на стадиях посева, так и выращивания, как описано выше; другими словами систему можно использовать как сеятелям, так и выращивателям.
Предпочтительно, система регулировки согласно изобретению обеспечивает пользователям (например, сеятелям или выращивателям) возможность осуществлять оптимальную регулировку своих культур в критические моменты во время культивирования. Это обеспечивается путем вывода предупреждения пользователю, когда стратегия полива должна быть изменена, чтобы обеспечить своевременное достижение прогнозируемых свойств субстрата.
Данные получают от детекторов, размещенных на участке, и передают в первое средство обработки данных. В предпочтительных вариантах осуществления детекторы являются беспроводными датчиками. Данные затем отправляют из первого средства обработки данных в средство хранения данных, такое как облако, и сохраняют с течением времени в качестве зарегистрированных данных. В некоторых вариантах осуществления средство хранения данных и первое средство обработки данных могут быть частью единого блока или устройства, которое может упоминаться здесь как 'смартбокс'. В других вариантах осуществления средство хранения данных и первое средство обработки данных могут быть частью, например, облачного сервиса. Будет понятно, что функциональные возможности первого и второго средств обработки данных могут быть достигнуты, например, посредством одного и того же блока или облачного сервиса.
Второе средство обработки данных, которым может быть, например, ПК или смартфон, затем вычисляет прогнозируемые свойства субстрата на основании зарегистрированных данных. Под 'прогнозируемым свойством' подразумевают указание свойства, ожидаемого на основании зарегистрированных данных. Например, содержание воды, достигнутое секцией выращивателя в конкретный день, может быть предсказано на основании содержания воды, достигнутого в предыдущий день, если погодные условия остаются такими же. После сохранения в облаке, зарегистрированные данные могут быть проанализированы с помощью любого аналитического средства.
В частности, предупреждение запускают, когда существует различие между обработанными и прогнозируемыми значениями и это различие соответствует условию для предупреждения, например, находится в заданном диапазоне или выше предопределенного порогового значения, которое может быть установлено пользователем. Например, условия для запуска предупреждения могут быть установлены пользователем, вводящим 'контрольные точки', которые представляют требуемые значения или свойства системы (также называемые целями). Установив одно или более таких предупреждений, пользователь может создавать индивидуальную стратегию полива быстро и более эффективно, чем в существующих системах.
Обработанное свойство может относиться к непосредственно измеренному свойству, такому как температура или к расчетному свойству, такому как содержание питательных веществ, на основании данных датчика. Под прогнозируемым свойством подразумевают указание свойства на основании зарегистрированных данных, например, данных, хранящихся 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 представлены, например, в графическом пользовательском интерфейсе, позволяющем пользователю визуально сравнивать их и таким образом принимать быстрые решения и получать быструю обратную связь о последствиях этих решений. Графический пользовательский интерфейс может принадлежать приложению, запускаемому на ПК или мобильном устройстве, называемом 'портативное устройство связи', таком как смартфон, планшет и т.д. Например, обработанные и прогнозируемые свойства могут быть представлены рядом (т.е. кривые, построенные рядом) друг с другом в графическом пользовательском интерфейсе. В частности, решения пользователя относятся к регулировке уровней условий для запуска предупреждения и/или стратегии полива. Взаимодействие между пользователем и графическим пользовательским интерфейсом позволяет более гибко и точно регулировать условия выращивания, которые можно легко и централизованно переконфигурировать в ответ на новые данные или в ответ на другие влияющие факторы, такие как факторы окружающей среды или изменения растений или субстратов, или других материалов, используемых в системе.
В предпочтительных вариантах осуществления уровень различия, при котором предупреждение запускают, т.е. заданный диапазон или порог, в пределах которого различие обеспечивает предупреждение, может быть отрегулировано пользователем. Предпочтительно, этот уровень гибкости улучшает регулировку и может улучшить взаимодействие с пользователем.
Второе средство обработки данных детектора может быть выполнено с возможностью регулирования входных данных, указывающих на вывод предупреждения. Это позволяет персоналу системы загружать контрольные точки и расчеты в систему регулировки полива выращивателя, так чтобы пользователь автоматически получал рекомендации по наилучшей стратегии полива. Предпочтительно, оптимальные контрольные точки и расчеты можно получить путем аналитической оценки данных (например, графиков и рассчитанных значений), объединенных для системы с течением времени, в качестве части зарегистрированных данных.
Портативным устройством связи в системе может быть, например, смартфон или планшет, который содержит второе средство обработки данных. Соответственно, портативное детекторное устройство связи предпочтительно подходит для запуска приложения для регулирования выращивания растений. Альтернативно, портативным устройством связи может быть специальное 'карманное' устройство, находящееся на связи c приемником. Приемник также может передавать данные непосредственно в средство хранения данных.
Когда портативное устройство связи находится на связи c детекторами, оно может называться 'портативное детекторное устройство связи'. Портативное устройство связи в системе дополнительно обеспечивает проведение проверок и тестирование отдельных компонентов системы и обеспечивает более легкую настройку системы, поскольку пользователь может размещать детекторы в области выращивания и проверять результаты без необходимости в возврате к центральному компьютеру или обрабатывающему устройству для проверки или обновления конфигурации и работы системы. В системе можно использовать один или более детекторов, и в предпочтительных вариантах осуществления может содержаться 1-3 детектора или более. Предпочтительно, система может быть задействована беспроводным способом в контролируемой области, как будет описано более подробно ниже.
Портативное устройство связи может быть выполнено с возможностью регулирования подачи полива для субстрата для выращивания растений, на основе выходных данных, указывающих на требуемую подачу полива. 'Выходной сигнал, указывающий на требуемую подачу полива', относится к входным параметрам для ростового субстрата, обеспечиваемым первым средством обработки данных детектора системы. Например, входные параметры полива могут быть входными параметрами в компьютере с климат-контролем гидропонной системы. Другими словами, система может не только определить, будет ли требуемая цель достигнута вовремя и рекомендовать изменения в стратегии, но и выполнить эту рекомендацию автоматически, изменив стратегию полива климатического компьютера.
В предпочтительных вариантах осуществления передача детектором данных в первое средство обработки данных детектора выполняется с интервалом времени менее чем 10 минут, предпочтительно менее чем 5 минут, более предпочтительно менее чем 3 минуты. Это обеспечивает своевременный мониторинг и регулировку стратегии полива. Кроме того, детектор может непосредственно передавать данные во второе средство обработки данных детектора или средство хранения данных.
Соответственно, в настоящем изобретении можно использовать свойства, такие как температура (т.е. температура в зоне корней), содержание воды и содержание питательных веществ, определяющие электропроводность текучей среды в субстрате, например, для точного определения содержания питательных веществ в искусственном субстрате в отличие от уровней отдельного элемента. 'Содержание питательных веществ' также относится к содержанию отдельных питательных веществ, которое можно измерить, например, датчиком.
2
2
В отличие от существующих систем, следовательно, в настоящем изобретении обеспечено гибкое решение для регулирования проблемы сточной воды, характерной для беспочвенных культур гидропонных систем. Как обсуждалось выше, субстраты в гидропонных системах часто имеют фиксированные объемы воды, в отличие от почв и транспортировки в почвах, в которых вода может распространяться по неограниченному объему субстрата, в любом направлении. Фиксированные объемы воды гидропонных систем обычно составляют примерно 1-30 литров на м, чаще всего между 4-15 литрами на м. На одно растение фиксированные объемы воды обычно составляют между 0,5-10 литрами. Фиксированные объемы воды в гидропонных системах также довольно малы, по сравнению с корневыми областями растений в почве.
3
Беспочвенные субстраты в гидропонных системах можно располагать на поверхности почвы, на бетонных полах, в водосточных желобах, подвижных столах и т.д. Относительно меньшие объемы воды в комбинации c выращиванием из почвы делает возможным для выращивателей собирать излишнюю воду, дезинфицировать воду и повторно использовать воду для применения новых растворов питательных веществ. Количество сливаемой воды относительно небольшое (например, от 0 до 60 м на га в летний день). С помощью существующих систем дезинфекции (с использованием, например, насосов, конкретно предназначенных для этой цели) собранную слитую воду можно дезинфицировать обычно в течение 24 часов, так чтобы она была готова для использования на следующий день.
В искусственных субстратах, например, давление всасывания, прикладываемое растениями для поглощения воды, обычно находится в диапазоне между pF 0 и 2, чаще всего между pF 0 и 1,5. Хотя поглощение воды растениями в этом диапазоне не ограничено, различия в этом диапазоне могут определять различия в распределениях сухого вещества в растениях. В отличие от этого, в сельскохозяйственных почвах, нормальные диапазоны pF находятся между pF 2 и pF 4,2 (прикладываемое давление всасывания растениями составляет между 100 и 16000 атм). В этом диапазоне мы говорим о доступности воды для растений, а не о влияниях на распределение сухого веса.
Портативное устройство связи может быть дополнительно выполнено с возможностью: приема данных детектора от детектора системы; и передачи данных детектора в первое средство обработки данных детектора. Это может позволить пользователю проверять данные детектора, относящиеся к выходным данным или состоянию детектора в области выращивания, и дополнительно направлять принятые данные в первое средство обработки данных детектора для хранения данных для последующего анализа или для обновления входных данных или данных конфигурации в системе после исправления, или обновления, установки или конфигурации компонентов системы.
Первое средство обработки данных детектора может быть дополнительно выполнено с возможностью: обработки измеренных свойств, принятых от каждого детектора для определения содержания питательных веществ в субстрате, ассоциативно связанном c каждым детектором; и предоставления выходных данных, указывающих на требуемую подачу полива для ростового субстрата, на основе рассчитанного содержания питательных веществ в субстрате. Управление подачей полива на основании содержания питательных веществ неизвестно, поскольку обычно используют другие входные данные, такие как обнаруженная радиация или обнаруженные уровни воды. Использование уровней питательных веществ для управления поливом, отражает признание того, что по меньшей мере время от времени уровень содержания воды не должен сохраняться на определенном значении, если это оказывает вредное воздействие на уровень питательных веществ. Например, когда прикладываются целенаправленные усилия для уменьшения уровня содержания воды в субстрате, существует риск того, что в результате увеличится уровень питательных веществ. Вследствие этого было признано неуместным игнорировать уровень питательных веществ при осуществлении регулировки уровня содержания воды. В предпочтительных вариантах осуществления свойство, указывающее на содержание питательных веществ, представляет собой электропроводность текучей среды в ростовом субстрате.
Портативное устройство связи может дополнительно быть выполнено с возможностью: приема идентификатора детектора от детектора системы; приема данных детектора, относящихся к детектору; и передачи идентификатора детектора и данных детектора в первое средство обработки данных, также называемое 'центральное средство обработки детектора'. Это обеспечивает гибкий ввод данных детектора в центральное средство обработки системы без необходимости присутствия в центральном средстве обработки данных детектора, так что конфигурация может выполняться более эффективно в области выращивания.
Портативное устройство связи может быть дополнительно выполнено с возможностью: приема, посредством пользовательского ввода, обозначенных пользователем данных детектора; ассоциативной связи обозначенных пользователем данных детектора c идентификатором детектора; и передачи идентификатора детектора и обозначенных пользователем данных детектора в первое средство обработки данных детектора. Ввод пользовательских данных позволяет пользователю обозначать данные для детектора и передавать данные в первое средство обработки данных детектора для удаленного местоположения, так что конфигурация может выполняться более эффективно в области выращивания.
Данные, ассоциативно связанные c идентификатором детектора, могут включать в себя любое или все из: данных о местоположении детектора; состояния питания детектора; состояния канала связи между детектором и первым средством обработки данных детектора; информации, указывающей на тип и/или размер ростового субстрата, измеренный детектором; и/или свойства или свойств ростового субстрата, измеренных детектором. Некоторые или все вышеуказанные данные можно передавать либо посредством детектора, либо ввода в портативное детекторное устройство связи пользователем.
Портативное устройство связи может быть дополнительно выполнено с возможностью: приема измеренных свойств от детектора; ассоциативной связи измеренных свойств c идентификатором детектора в детекторе; и передачи идентификатора детектора и ассоциативно связанных с ним измеренных свойств в первое средство обработки данных детектора системы. Это может позволить пользователю проверять выходные данные детектора в области выращивания и далее направлять их в центральное средство обработки для хранения данных для последующего анализа или для обновления входных данных или данных 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 дополнительно быть выполнено с возможностью: ассоциативной связи идентификатора детектора с определенными данными местоположения; и передачи идентификатора детектора и ассоциативно связанных данных о местоположении в первое средство обработки данных детектора системы. Это позволяет передавать местоположения детектора или детекторов системы в первое средство обработки данных детектора без необходимости возврата к первому средству обработки данных детектора.
В изобретении дополнительно предоставлен способ регулирования условий выращивания растений с использованием системы согласно изобретению.
Способ может дополнительно содержать ввод входных данных условий для предупреждения в портативное устройство связи, на котором запущено приложение согласно изобретению, как описано выше.
Также предоставлено портативное устройство связи, выполненное с возможностью использования в системе согласно изобретению, например, смартфон или специальное карманное устройство. Предпочтительно, во время использования портативное устройство связи образует часть системы согласно изобретению.
В изобретении дополнительно предоставлен компьютерный программный продукт, загружаемый в память электронного устройства связи, и содержащий команды, которые при выполнении электронным устройством связи выполняют его конфигурацию в качестве заявленного портативного детекторного устройства связи.
В изобретении дополнительно предоставлена платформа для анализа данных для обработки зарегистрированных данных, используемых в системе согласно изобретению. Предпочтительно, это позволяет пользователям получать экспертную рекомендацию на основании проанализированных данных.
Ряд факторов, отслеживаемых детекторами системы, может оказывать влияние, как отдельно, так и в комбинации c уровнем питательных веществ, и эти факторы могут варьироваться в зависимости от большой системы выращивания растений. Система настоящего изобретения позволяет пользователю реализовать низкозатратную систему и быстро и легко перемещать оборудование или детекторы в разные области теплицы или другую область выращивания, так чтобы можно было быстро и легко отслеживать условия во множестве областей без необходимости покупать новое оборудование для каждой области.
Настоящее изобретение, таким образом, предусматривает быструю, гибкую систему обратной связи, которую можно использовать для тщательного и надежного отслеживания уровня питательных веществе в плите и регулировки подачи воды в зависимости от этого уровня. Это позволяет своевременно регулировать среду каждого растения, предоставляя максимальный результат для данного запаса воды и/или питательных веществ.
Преимущества усовершенствованной регулировки распределения воды и/или питательных веществ особенно значительны во время ранней стадии, когда блок, содержащий растение, вновь размещают на плите. На этом этапе важно, чтобы первый слой содержал достаточно воды и питательных веществ для обеспечения хорошего укоренения внутри плиты. Это позволяет положительному развитию корней обеспечить оптимальный и здоровый рост растений. Преимущественно, плита согласно настоящему изобретению позволяет не только обеспечить достаточное количество воды и питательных веществ, но она также обеспечивает тщательную регулировку уровня воды и питательных веществ в непосредственной близости от корней. Это может помочь избежать избыточной подпитки растений, которая может снизить рост фруктов и/или овощей.
Систему настоящего изобретения можно использовать в любой системе выращивания растений (как сеятелями, так и выращивателями) и можно реализовать по существу с любым субстратом для выращивания растений, который может содержать натуральные или искусственные материалы и который можно реализовать в управляемой среде, такой как теплица, в пластмассовых туннелях или во внешней среде. Преимущества изобретения можно реализовать по существу в любом варианте сельскохозяйственного или садоводческого применения, где необходимо отслеживать условия выращивания, описанные в настоящем документе.
Краткое описание фигур
Далее предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения будут описаны со ссылкой на сопровождающие фигуры, на которых:
На Фиг. 1 представлена плита, используемая для выращивания растений;
На Фиг. 2 представлена система выращивания растений, содержащая блок вместе c плитой фиг. 1;
На Фиг. 3 представлен блок фиг. 2 вместе c брикетом и растением;
На Фиг. 4 представлено устройство для полива, расположенное рядом с системой выращивания растений фиг. 2;
На Фиг. 5 представлено расположение детекторов воды и питательных веществ в системе выращивания растений фиг. 2;
На Фиг. 6 схематично представлена система регулировки роста растений, содержащая элементы настоящего изобретения;
На Фиг. 7 представлена дополнительная система, содержащая элементы настоящего изобретения;
На Фиг. 8 представлен пример графического пользовательского интерфейса, показывающего измеренные уровни содержания воды, электропроводности и температуры;
На Фиг. 9A и 9B представлены дополнительные примеры графических пользовательских интерфейсов;
На Фиг. 10 представлен пример графического пользовательского интерфейса, показывающего многократные измерения уровней содержания воды, электропроводности и температуры;
На Фиг. 11A представлен пример графического пользовательского интерфейса, представляющего дневную динамику в системе, в котором контрольная точка может быть введено пользователем;
На Фиг. 11B представлен пример графического пользовательского интерфейса, представляющего годовую динамику в системе, в которой контрольная (т.е. целевая) линия представлена рядом с кривой управления поливом;
На Фиг. 11C представлен пример графического пользовательского интерфейса, показывающего прогнозируемые линии, построенные на основании некоторых контрольных точек;
На Фиг. 11D представлен пример предупреждений; и
На Фиг. 11E представлен другой скриншот графического пользовательского интерфейса, запускаемого на смартфоне.
Подробное раскрытие настоящего изобретения
Со ссылкой на Фиг. 1 показана плита 1 из минеральной ваты, имеющая первый слой первой плотности, находящийся над вторым слоем второй плотности. Плита 1 имеет объем 6,8 литра, хотя более обычно для предпочтительных вариантов осуществления объем может быть в диапазоне от 3 литров до 20 литров, более предпочтительно в диапазоне от 5 литров до 15 литров, и наиболее предпочтительно в диапазоне от 5 до 11 литров. Некоторые плиты могут иметь объем в диапазоне от 6 литров до 8 литров. Альтернативно, объем может находиться в диапазоне, например, от 3 литров до 15 литров, или от 3 литров до 10 литров. Альтернативная предпочтительная плита имеет объем 9 литров. Плита может содержать множество слоев, включая нижний слой и верхний слой, условия выращивания которых могут изменяться друг относительно друга.
Как и в случае в варианте осуществления, показанном на фиг. 1, предпочтительно, чтобы высота нижнего слоя была больше, чем высота верхнего слоя. Например, отношения между высотами верхнего и нижнего слоев могут составлять 1:(1-3), или предпочтительно 1:(1,2-2,5). Более предпочтительно, это отношение составляет 1:(1,2-1,8).
Было обнаружено, что использование двух отличающихся плотностей в плите предпочтительного варианта осуществления вместе c ее относительно небольшим размером, способствует удержанию воды и питательных веществ и также обеспечивает их распределение по существу равномерно по всей плите.
Далее со ссылкой на Фиг. 2 плита 1 показана c блоком 2, расположенным на ее верхней поверхности. Плита 1 дополнительно содержит непроницаемое для жидкости покрытие вокруг минеральной ваты, причем покрытие имеет два отверстия. Во-первых, имеется отверстие на верхней поверхности, чтобы обеспечить контакт между плитой 1 из минеральной ваты и блоком 2. Во-вторых, имеется отверстие на нижней поверхности, которое действует как дренажное отверстие 3.
Блок 2 и плита 1 предпочтительно образованы из одинакового или аналогичного материала. Таким образом, приведенное ниже описание касаемо материала плиты 1 может в равной степени быть применено к блоку 2. В частности, блок 2 может содержать каменную вату и связующие вещества и/или смачивающие вещества, описанные ниже.
Размеры блока могут быть выбраны в зависимости от выращиваемого растения. Например, предпочтительная длина и ширина блока для растений перца или огурца составляет 10 см. Для растений томата длину увеличивают до 15 см или даже 20 см. Высота блоков находится предпочтительно в диапазоне от 7 до 12 см, и более предпочтительно в диапазоне от 8 до 10 см.
Вследствие этого, предпочтительные размеры для перца и огурца находятся в диапазоне от 10см*10см*7см до 10см*10см*12см, и более предпочтительно от 10см*10см*8см до 10см*10см*10см.
На Фиг. 3 представлено растение 5 в положении внутри брикета 4, находящегося внутри блока 2, такого как показан на фиг. 2. Как и блок 2, брикет 4 обычно образован из минеральной ваты со связующим веществом и/или смачивающим веществом, как описано ниже в описании плиты 1.
В некоторых вариантах осуществления брикет 4 не предоставляют, и семена находятся непосредственно внутри отверстия в блоке, из которого впоследствии вырастает растение 5. Примером растения, для которого выбран такой подход, является огурец.
Предпочтительно, растение 5 представляет собой фруктовое или овощное растение, такое как растение томата или тому подобное. Альтернативно, растение может быть, например, растением огурца, баклажана или сладкого перца. Настоящее изобретение может способствовать увеличению урожая фруктов или овощей с растения и также может повысить качество этих фруктов или овощей путем повышения точности регулировки условий выращивания субстрата, в котором выращивают растение.
Как упомянуто выше, плита 1 предпочтительно является плитой из минеральной ваты. Задействованные минеральные волокна могут представлять собой любые искусственные стекловидные волокна (MMVF), такие как стеклянные волокна, керамические волокна, базальтовые волокна, шлаковата, каменная вата и другие, но как правило это волокна каменной ваты. Каменная вата обычно имеет содержание оксида железа по меньшей мере 3% и содержание щелочноземельных металлов (оксида кальция и оксида магния) составляет от 10 до 40%, наряду с другими обычными оксидными составляющими минеральной ваты. Это кремнезем; оксид алюминия; щелочные металлы (оксид натрия и оксид калия), которые как правило присутствуют в низком количестве; и также может содержать оксид титана и другие второстепенные оксиды. В общем, продукт может быть образован из любого из типов искусственных стекловидных волокон, которые обычно известны для изготовления ростовых субстратов.
Минеральная вата обычно связана связующей системой, которая содержит композицию связующих веществ и дополнительно смачивающее вещество.
На Фиг. 4 представлена система выращивания растений, содержащая плиту 1, блок 2 и брикет 4 фиг. 1-3 и устройство для полива. Устройство 6 для полива выполнено с возможностью подачи раствора воды и питательных веществ в систему, либо непосредственно к блоку или к плите. Предпочтительно, устройство для полива выполнено с возможностью подачи раствора воды и/или питательных веществ непосредственно в блок 2. Поскольку блок находится вдали от дренажного отверстия 3 (как описано выше со ссылкой на Фиг. 2), раствор из устройства для полива должен проходить более чем 50% от расстояния вдоль плиты 1 до достижения дренажного отверстия 3. Альтернативно, устройство для полива может подавать раствор воды и питательных веществ в плиту 1 непосредственно, но оно предпочтительно расположено для этого либо рядом с блоком, либо на дистальной стороне блока 2 относительно дренажного отверстия 3.
Устройство 6 для полива можно соединить с отдельными резервуарами для питательных веществ и воды, и можно регулировать для выбора соответствующих пропорций питательных веществ и воды. Альтернативно, можно обеспечить единый объединенный резервуар для питательных веществ и воды, так чтобы устройство для полива подавало в систему жидкость, имеющую такие же пропорции воды и питательных веществ, как было определено и в резервуаре.
Регулировка устройства для полива может предпочтительно осуществляться с использованием системы регулировки или способа в соответствии c вариантами осуществления настоящего изобретения. Система регулировки может регулировать устройства для полива, предоставляющие питательные вещества и воду для множества систем выращивания растений, каждая из которых содержит плиту 1, на которой размещен блок 2, содержащий растение. Систему регулировки можно регулировать на основе обнаруженных уровней воды и питательных веществ в одной или более плитах, как описано в EP2953447A, которая включена в настоящий документ посредством ссылки. Дополнительную регулировку можно выполнять на основе обнаруженных уровней содержания воды и/или температур в одной или более плитах.
Расположения детекторов 7, используемых для обнаружения этих уровней в одном варианте осуществления, представлены на фиг.5. Примеры предпочтительных детекторов описаны в EP2953446A, которая включена в настоящий документ посредством ссылки. Детекторы обычно содержат часть корпуса вместе c одним или более, как правило, тремя или шестью зондами, которые проходят от корпуса в плиту. Зонды обычно изготавливают из нержавеющей стали или другого проводящего материала, и используют для измерения уровней содержания воды и/или электропроводности (EC) субстрата путем анализа температуры, сопротивления и/или емкости субстрата. Уровни EC можно использовать для определения уровня питательных веществ в растворе в плите 1, поскольку они отражают ионное содержание этого раствора.
Предпочтительно, уровень ЕС сохраняют в диапазоне от 1,0 мСм/см до 812 мСм/см, более предпочтительно в диапазоне от 2 мСм/см до 7 мСм/см. Предпочтительные уровни EC могут быть выбраны согласно типу культуры. Если EC будет слишком низким (например, менее чем 1,0 мСм/см) растение будут нуждаться в питательных веществах. Если EC находится в диапазоне от 2 мСм/см до 3,5 мСм/см, это увеличит объем производительности. Если EC немного выше, это приведет к улучшению качества плодов (например, EC в диапазоне от 3,5 мСм/см до 5 мСм/см). Если EC будет слишком высокий (например, более 5 мСм/см для перца и огурцов или более 12 мСм/см для томата) это приведет к проблемам с качеством плодов, таким как вершинная гниль. Высокая EC подразумевает, что будут высокие уровни натрия и хлора в субстрате, которые могут привести к потере урожая и необходимости выбрасывать воду из теплицы.
В системах предшествующего уровня техники детекторы 7 размещают на верхней поверхности плиты 1, при этом зонды проходят вертикально сквозь плиту. Этот подход предназначен для обеспечения измерения, которое отражает общее содержание воды или питательных веществ по всей вертикальной протяженности плиты 1. Однако на практике такие зонды обычно дают результаты, которые непропорционально зависят от условий в одной или нескольких областях плиты, например, в верхней части плиты. Одна из причин, по которой может возникать это несоответствие, заключается в изменении уровня EC на плите 1, которое ясно влияет на измеренные электрические свойства, такие как сопротивление и/или емкость, из которых вычисляют, например, содержание воды.
Дополнительные трудности возникают в подходах предшествующего уровня техники из-за количества блоков 2, как правило размещаемых на плите 1. Часто трудно найти положения на плите 1, которые функционально эквивалентны для каждого блока 2, особенно с учетом потенциальной асимметрии в системе, вызванной расположением дренажного отверстия 3 на одном конце плиты 1.
В системе настоящего изобретения, эти трудности можно преодолеть. В частности, на фиг. 5 представлено, что детекторы 7 находятся на стороне плиты 1 (т.е. часть корпуса детектора 7 находится на вертикальной поверхности плиты, и зонды проходят горизонтально). Этот подход доступен из-за усовершенствованного содержания воды и распределения ЕС внутри плиты 1. Поскольку они по существу равномерны в плите 1 предпочтительного варианта осуществления, горизонтальная протяженность зондов обеспечивает точное считывание.
Фактически, несмотря на то, что плита 1 фиг. 5 представлена c множеством детекторов 7, это не относится ко всем предпочтительным вариантам осуществления. Ряд детекторов 7, показанных на фиг.5, обеспечивает измерение распределения содержания воды и распределения ЕС, и используется для анализа характеристик плиты 1, предоставляя результаты, такие как подробно описанные ниже. Однако на практике было обнаружено, что только один детектор 7 может быть необходим на одну плиту, и детекторы могут быть распределены вокруг разных плит в области выращивания, чтобы получить наглядное представление об общих условиях выращивания для этой области. Этот детектор 7 предпочтительно содержит горизонтально проходящие зонды, расположенные в положении смещения от блока в направлении дренажного отверстия 3.
Детекторы 7 можно использовать для регулирования количества воды и/или питательных веществ, подаваемых на плиту 1 путем использования системы 10 регулировки, такой как система, представленная на фиг.6, как описано в EP3016492A1, которая включена в настоящий документ посредством ссылки. Система регулировки также может изменять концентрацию питательных веществ в растворе, подаваемом устройствами 6 для полива на плиты 1. Как можно увидеть на Фиг. 6, детекторы 7 отслеживают данные в плитах 1, и передают их через сеть 8 в блок 9 регулирования и портативное устройство 12 связи, такое как мобильный телефон, смартфон, планшет или аналогичное устройство, находящееся в связи с сетью. Данные загружают в базу данных, такую как облачный сервис. Блок регулировки затем приводит в движение устройства 6 для полива (капельницы) через сеть 8 для того, чтобы подать воду и питательные вещества на плиты 1. Блок 9 регулировки может быть запрограммирован на требуемую стратегию полива и может автоматически обеспечивать выполнение полива для регулирования уровней питательных веществ в плите 1 и также может регулировать уровни содержания воды таким образом. Таким образом, достигается автоматическая регулировка способа полива для обеспечения требуемого результата.
Система может содержать одно или более портативное устройство (устройства) 12 связи, такое как смартфон, планшет или тому подобное, и/или специальное 'карманное' устройство в комбинации c приемником (не показано), как будет описано относительно Фиг. 7. Портативное устройство 12 связи или ПК, соединенный с сетью, например, могут быть выполнены с возможностью запуска приложения, выполняющего способ регулировки, как будет описано более подробно ниже.
Обычно, каждая система регулировки будет содержать большое количество плит 1. Могут быть детекторы 7, размещенные на каждой плите 1, или могут быть детекторы, размещенные на выборке из плит 1 для обеспечения репрезентативных результатов. Детекторы 1 неподвижно закреплены на плитах 1 для того, чтобы они могли обеспечивать результаты для блока 9 регулирования с равномерными интервалами. Например, детекторы могут предоставлять результаты с интервалами в одну минуту, пять минут или другой подходящий период времени. Это обеспечивает постоянное или периодическое отслеживание плит 1 в системе, так чтобы их можно было поливать подходящим образом.
Устройства 6 для полива системы можно регулировать для применения конкретной стратегии полива. Например, такая стратегия может содержать ряд отдельных фаз, предназначенных для управления растениями посредством генеративного и вегетативного роста. Как будет понятно в данной области, генеративный рост относится к типу роста, при котором стимулируется образование цветов/плодов, в то время как во время вегетативного роста у растения формируется более высокая доля листьев и других элементов зелени. Генеративный рост стимулируется, когда растение испытывает относительный недостаток воды, в то время как вегетативный рост стимулируется обильным запасом воды. Вегетативный рост приводит к более высокому увеличению общей биомассы растения, в то время как генеративный рост увеличивает долю роста, которая вносит вклад в образование плодов или цветов.
Известно, что можно использовать преимущества этих разных типов роста путем применения стратегий полива, во время которых изменяют предпочтительный уровень содержания воды. Согласно такой стратегии полива субстрат для выращивания растений поливают каждый день в попытке достичь требуемого уровня содержания воды. Содержание воды в субстрате измеряют в виде процентной доли от содержания воды в субстрате, когда субстрат полностью насыщен. Таким образом, значение 0% обеспечивает сухой субстрат, в то время как значение 100% обеспечивает полностью насыщенный субстрат.
Обычно, стратегия полива данного типа содержит ряд отдельных стадий. 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, стимулируется рост корня в плите 1. В этот момент, однако выращиватель стремится обеспечить, чтобы растение 5 как можно скорее давало плоды. Для того чтобы достичь этого, выращиватель производитель стремится придать «генеративный импульс» (то есть импульс для инициирования генеративного роста). Это делают во время первого периода стратегии полива путем снижения требуемого содержания воды до минимального уровня перед его повторным увеличением. Принцип состоит в том, что уменьшение содержания воды будет стимулировать генеративный рост растения и таким образом цветение растения, что приведет к плодам в самое ближайшее доступное время.
После применения генеративного импульса, выращиватель стремится вернуть растение в устойчивую фазу преимущественно вегетативного роста для того, чтобы получить листья и структуру растения, которые будут поддерживать растущий в настоящее время плод. Таким образом, ближе к концу первого периода стратегии полива увеличивают требуемое содержание воды. Требуемый уровень содержания воды увеличивают до тех пор, пока он не достигнет устойчивого значения, при котором он будет оставаться по существу постоянным во время второго периода стратегии полива.
Во втором периоде больше стимулируют вегетативный рост из-за более высокого содержания воды в субстрате. Второй период в целом соответствует летнему сезону, во время которого относительно высокое количество солнечного света заставляет растения расти с большей скоростью. Соответственно, растениям должна быть обеспечена относительно высокая доля воды. Следует признать, что, хотя рост может быть направлен в сторону вегетативного роста во время этого периода больше, чем в другие периоды, плоды продолжают расти, хотя скорость регулируют этим управлением. Поскольку сезон сменяется осенью, а затем зимой, скорость испарения снижается. В результате больше нет необходимости сохранять такое же содержание воды в субстрате. Кроме того, на этой стадии возникает задача стимулировать дальнейший рост плодов до того, как растение достигнет конца цикла. По обеим этим причинам, стратегия полива может содержать третий период, в котором уменьшают уровень содержания воды. Скорость уменьшения является относительно постепенной.
Уменьшение содержания воды во время третьего периода стимулирует генеративный рост растения, и тем самым продлевает сезон, во время которого полезные плоды могут быть получены с растения.
Соответственно, стратегии полива могут использоваться для того, чтобы попытаться направить растение между состояниями генеративного и вегетативного роста, чтобы увеличить урожай плодов, полученных из растения. Традиционно, этот способ осуществляют путем доведения уровней содержания воды в субстрате до требуемых уровней. Однако сейчас признано, что такой регулировки недостаточно для обеспечения оптимальных условий выращивания. В частности, уменьшение уровней содержания воды может привести к увеличению уровней питательных веществ, которые, как было обнаружено, могут препятствовать росту растений. Соответственно, в настоящих вариантах осуществления уровень воды, подаваемой на плиту, регулируют в зависимости от уровней питательных веществ для того, чтобы избежать нежелательных результатов.
На Фиг. 7 представлена система 11, содержащая множество детекторов 1101 (также называемых датчиками), приемник 1102, первое устройство 1103 обработки данных детектора (называемое в некоторых вариантах осуществления как центральное устройство обработки данных детектора или смартбокс), преобразователь 1104 сигнала ('конвертер'), и портативные устройства 1105 и 12 связи.
В этом примере первое портативное устройство 1105 связи является специальным 'карманным' устройством, которое связано за счет использования радиотехнологии c приемником 1102. В этом примере второе портативное устройство 12 связи является телефоном смартфоном, который не требует приемника 1102.
Система также включает в себя базу данных, такую как облачный сервис 1120, и центральное устройство 1103 обработки данных выполнено с возможностью доступа к набору данных из облака и извлечения данных для временного сохранения в его памяти для обработки. Данные могут быть отправлены из детекторов 1101 в приемник 1102 и из приемника 1102 в смартбокс 1103. Смартбокс обрабатывает необработанные данные для получения обработанных значений. Например, детектор (т.е. датчик) может измерять свойство субстрата, смартбокс обрабатывает или транслирует обработанные данные, и данные передают в облако для хранения в качестве зарегистрированных данных.
Как можно видеть из Фиг. 7, обмен данными осуществляется в двух направлениях. Соответственно, данные можно отправлять из смартбокса 1103 в облако 1120 или из облака 1120 в смартбокс 1103. Должно быть понятно, что в альтернативных вариантах осуществления данные можно передавать в облако непосредственно из приемника и/или датчика, как показано на фиг. 7. В таких вариантах осуществления функциональная возможность смартбокса, как описано в настоящем документе, может выполняться дистанционно с участка выращивателя, например, в облачном сервисе. Другими словами, важна функциональная возможность устройства Смартбокс, а не само устройство, независимо от того, выполняется ли это в устройстве на участке выращивателя или дистанционно.
В этом примере система содержит как смартфон 12, так и специальное карманное устройство 1105, хотя должно быть понятно, что для предупреждения пользователя можно использовать только одно портативное устройство связи. Также будет понятно, что предупреждение, запускаемое приложением, может быть передано пользователю с помощью любого средства без использования портативного устройства связи, например, по электронной почте или сообщением, переданным на пользовательское устройство, такое как ПК пользователя.
Портативное устройство связи, однако, имеет преимущество в обеспечении доставки своевременного предупреждения 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 из датчика 1101. В альтернативных вариантах осуществления смартфон может действовать как в качестве карманного устройства для проверки датчиков, так и в качестве обрабатывающего устройства для запуска приложения согласно изобретению, предупреждая пользователя и отображая графические пользовательские интерфейсы.
Система также может быть соединена с климатическим компьютером 1106 для регулирования доставкой воды и питательных веществ в ростовые субстраты. Пользовательское устройство, такое как ноутбук, настольный компьютер, устройство мобильной связи или другой электронный интерфейс, может быть соединен с системой через физическую или беспроводную сеть, как в 1107. Система настоящего изобретения может содержать некоторые или все из вышеуказанных элементов и их описание относительно этого варианта осуществления не подразумевает, что любой или все являются существенными элементами, поскольку изобретение можно выполнить c помощью поднабора описанных компонентов и/или признаков.
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 субстрата для выращивания растений, когда детектор помещают на или в контакт с или по меньшей мере частично вставляют в субстрат для выращивания растений. В некоторых системах детекторы могут проводить прямое измерение отдельных питательных веществ и температуры и делать расчет, например, содержания воды, уровня pH или содержания питательных веществ субстрата. Однако было обнаружено, что в системе настоящего изобретения предпочтительно, чтобы детектор проводил считывание связанного свойства, указывающего температуру, содержание воды, содержание кислорода, общее содержание питательных веществ, содержание отдельных питательных веществ (таких как кальций, калий, натрий), параметры корней, параметры растений или уровни pH субстрата, и передавал это свойство непосредственно на удаленный процессор, такой как смартбокс предпочтительного варианта осуществления, таким образом, чтобы преобразование зарегистрированного и переданного параметра можно регулировать, управлять и выполнять централизованно и удаленно от детектора или датчика 1101. В общем, электропроводность (EC) можно использовать в качестве контрольной точки для общего пищевого режима. Однако отдельные измерения питательных веществ могут быть важными для обнаружения баланса отдельных элементов, например, для установления, как связаны концентрации между аммиаком и нитратами.
Детектор также может быть выполнен с возможностью определения других уместных параметров растений, таких как экструдаты или микроорганизмы, например, с помощью масс-спектроскопии. Параметры растений могут относиться, например, к физическим параметрам корней, таким как длина и ширина, но также к pH вокруг корней (актуально для процессов поглощения), химическому использованию кислорода корнями или, например, к выработке этилена в качестве состояния роста. Измерения растений могут включать, например, фотосинтез, площадь листьев, длину, толщину стебля, толщину побега, EC стеблевого тока.
Примеры свойств, являющихся показателем приведенных выше свойств, могут включать: емкость, являющуюся показателем содержания воды, или электропроводность, являющуюся показателем содержания питательных веществ. Из значений электропроводности можно получить свойства, являющиеся показателем общего уровня питательных веществ или уровней отдельных питательных веществ. Содержание воздуха в плите также можно измерить опосредованно, поскольку оно связано с объемом плиты, который может быть известен, плотностью ее волокон, содержанием воды и содержанием питательных веществ. Вследствие этого, содержание воздуха можно рассчитать после измерения этих свойств. Например, если в некоторых примерах плита имеет объем 11 литров, 2% составляют волокна, а 98% поры. Если содержание воды составляет 60%, объем пор - объем воды составляет содержание воздуха 98%-60%=38%. 38% от 11 литров=4,18 литров воздуха. Температуру можно измерять непосредственно и передавать непосредственно, требуя минимального или не требуя преобразования после передачи из детектора или датчика.
Передача индикативных свойств и расчет фактических значений в смарт боксе или в устройстве обработки данных первого детектора или в портативном устройстве системы согласно изобретению может помочь соблюсти требования к рабочим характеристикам и связанным с ними затратам на электронику в детекторе или датчике 1101 ниже чем, если выполнять расчеты в самом детекторе или датчике. Кроме того, это может обеспечить централизованное управление любыми факторами калибровки для коррекции и преобразования, которые могут быть необходимы, и дополнительно обеспечивает повышенную точность измерений и процесса преобразования системы в целом. Это также может помочь в уменьшении нагрузки на источник питания детекторов 1101 для сохранения срока годности детекторов, когда они работают на аккумуляторах, поскольку необходимо меньше обработки в детекторах, потому что обработку можно выполнять в центральном устройстве управления, которое может иметь более сильный или более долговечный источник питания, такой как сетевое соединение, солнечный или ветровой источник питания или, например, более сильный аккумулятор. Эти факторы также могут помочь уменьшить вес детекторов 1101. Это позволяет расположить детекторы 1101 на или в субстрате для выращивания растений без необходимости в значительном прикреплении устройств или в удерживающем средстве для удерживания детектора на месте.
Данные датчиков или детекторов предпочтительного варианта осуществления передаются с интервалами предпочтительно каждые 3 минуты на некоторой частоте с использованием диапазонов RFID-UHF (МГц/ГГц), которые являются известными средствами электронной связи. Используемые временные интервалы могут варьировать между, например, 20 секунд и 10 минут в зависимости от частоты необходимых обновлений и требований пользователя.
В некоторых вариантах осуществления детектор может содержать множество вытянутых зондов 1108, которые выполнены с возможностью вставки в субстрат для выращивания растений для измерения его свойств. Детектор может дополнительно содержать направляющий элемент или пластину 1109, которая выполнена с возможностью сохранения вытянутого зонда 1108 на установленном расстоянии от поверхности субстрата для выращивания растений, которой может быть по существу верхняя поверхность. Использование ограниченной электроники, источника питания небольшого веса и простого установочного механизма обеспечивает легкую транспортировку детектора или детекторов и, вследствие этого, легкое развертывание во множестве мест в зоне выращивания растений, такой как теплица или зона полива, c минимальными усилиями и минимальным выполнением стадий повторной установки.
Детекторы или датчики 1101 можно выполнить с возможностью связи по каналам связи c центральным устройством 1103 обработки данных детектора, известным в предпочтительном варианте осуществления, как смартбокс, или c портативным устройством связи, описанным в связи с системой. Каналом связи могут быть прямые проводные соединения. Однако было обнаружено, что предпочтительно использовать беспроводное соединение, поскольку это обеспечивает легкое перемещение детекторов и минимальные усилия установки. Беспроводная связь может быть прямо c центральным устройством 1103 обработки данных детектора, причем центральное устройство обработки данных детектора обладает возможностью беспроводной связи. Однако может быть предпочтительно обеспечить отдельный беспроводной приемник 1102 для получения беспроводных сообщений от детекторов 1101 и необязательно отправки им беспроводных сообщений. Приемник 1102 можно соединить по физическому каналу, такому как Ethernet, кабельному соединению или посредством беспроводной связи 1110 с центральным устройством 1103 обработки данных детектора. Как приемник, так и смартбокс можно снабдить аккумуляторной батареей для обеспечения энергии. Ее можно встроить в центральное устройство 1103 обработки данных детектора смартбокса.
Беспроводные сообщения можно передавать с помощью известных технологий, которые широко используют в электронных средствах связи, таких как полос RFID-UFH в диапазоне от 800 до 1000 МГц или 2,4 ГГц. Однако можно использовать альтернативное беспроводное средство связи, например, такое как IEEE 802.11. Физическими соединениями между различными устройствами в системе могут быть соединения Ethernet по медному проводу, оптическому волокну и любому другому подходящему средству связи, которое широко известно в электронных и связанных с компьютером средствах связи, включая, если необходимо, мобильные сети передачи данных.
Центральное устройство 1103 обработки данных детектора, смартбокс, содержит по меньшей мере один процессор и по меньшей мере одну память. В памяти можно хранить, либо в базе данных, либо в виде отдельных файлов данных, либо в любом подходящем средстве хранения данных, один или более файлов данных, связанных с одной или более стратегиями или циклами полива. Предпочтительно, набор данных с течением времени объединяют в виде зарегистрированных данных и хранят в базе данных, такой как облачный сервис 1120. Предпочтительно устройство 1103 смартбокс выполнено с возможностью доступа к набору данных из облака и извлечения данных для временного хранения и в его память для обработки.
Набор данных может обеспечивать взаимосвязи между измеренными параметрами, предоставляемыми детекторами, и выходными данными требуемого полива, также называемыми параметры требуемого полива. Выходные данные требуемого полива представляют параметры, которые обозначают стратегию полива. Например, выходные данные полива могут быть связаны с требуемым циклом полива, простой индикацией включения/выключения поливного оборудования или может содержать дополнительные детали, такие как величина расхода для полива, цикл полива, обозначающий продолжительности периодов включения и выключения для цикла полива и продолжительность времени, в течение которой следует применять цикл полива. Предпочтительный вариант осуществления содержит 1 базу данных, но может содержать больше, например, 2, 3 или 4 базы данных. Первая база данных содержит исходные зарегистрированные параметры, тогда как вторая база данных может содержать пересчитанные или преобразованные параметры после преобразования для таких свойств, как содержание воды, электропроводность и температура.
В памяти устройства 1103 также содержатся одна или более, предпочтительно две модели. Первая модель может быть известна как модель субстрата и содержит команды для преобразования исходных выходных данных детектора или датчика в реальные значения содержания воды, электропроводности и температуры. Дополнительную модель, содержащуюся в устройстве 1103, можно назвать модель полива, и она содержит команды для расчета новых значений, например, для расчета уменьшения содержания воды между 2 циклами полива, или ранжирования данных для анализа, представления или сравнения таким образом, чтобы можно было вывести дополнительные циклы полива для субстрата. Модели также можно объединить в единую базу данных. Другие выходные данные центрального устройства обработки данных детектора могут содержать совокупные данные, собранные из детекторов с течением времени и/или представленные в отношении различных местоположений детектора или каждого детектора.
Процессор устройства 1103 обработки данных вследствие этого может быть выполнен с возможностью получения выходных данных детектора, связанных с параметрами, измеренными детекторами, для обработки выходных данных детектора для определения одного или более из температуры, содержания воды, уровней pH и содержания питательных веществ ростового субстрата и для вывода совокупных данных детектора, требуемой стратегии полива или команды по поливу.
Первое ('центральное') устройство 1103 обработки данных также можно соединить с каждым или с обоими из климатического компьютера 1106 и пользовательского терминала 1107. Климатический компьютер можно выполнить с возможностью мониторинга и регулирования различных климатических факторов в зоне выращивания, таких как радиация, температура, влажность и тому подобное. Соединение 1111 между устройством 1103 обработки и климатическим компьютером 1106 может быть беспроводным, физическим или Ethernet или другим компьютерным сетевым соединением. Однако в некоторых случаях центральное обработки 1103 устройство и климатический компьютер 1106 можно объединить в единое устройство, которое может представлять просто отдельные логические компьютерные программы, действующие на общем аппаратном устройстве. В этом случае связь между двумя элементами может быть просто посредством внутреннего средства связи в аппаратном устройстве, таком как шина процессора, или память в аппаратном устройстве или за счет передачи функций и переменных между логические компьютерные процессами, проходящими на устройстве. В связи с этим центральное средство 1103 обработки данных детектора и климатический компьютер можно выполнить в виде отдельных логических процессов на общем вычислительном устройстве. Настоящая система вследствие этого может функционировать вместе с климатическим компьютером таким образом, чтобы настоящая система регулировала полив и/или фертигацию, в то время как климатический компьютер при необходимости может регулировать климатические условия, такие как нагрев, вентиляцию и/или кондиционирование воздуха.
В альтернативном варианте в некоторых обстоятельствах необходимо обмениваться данными c климатическим компьютером через аналоговые входные и выходные соединения. В этом случае может быть необходим цифроаналоговый преобразователь 1104, который можно соединить с центральным устройством 1103 обработки данных детектора с помощью физического соединения или можно образовать в виде единого целого с устройством обработки данных, и его можно выполнить для преобразования цифровых значений, выходящих из центрального устройства обработки данных детектора, в аналоговые электронные выходные сигналы, которые затем передают в климатический компьютер с помощью аналогового интерфейса 1112 после прохождения через цифровой интерфейс 1113.
Пользовательский терминал 1107 можно соединить или, как описано выше, логически объединить c одним или обоими из климатического компьютера 1106 и центрального устройства 1103 обработки данных. Пользовательский терминал может содержать экран и средство ввода в виде клавиатуры, сенсорного экрана, средства аудио ввода или других интерфейсов человека с машиной, которые хорошо известны для электронных устройств. Пользовательский терминал можно использовать для конфигурирования центрального средства обработки данных детектора путем загрузки файлов данных в средство обработки для обозначения взаимосвязей между входными данными детектора и выходными данными регулировки полива и для применения общих параметров конфигурации к средству обработки. Управление поливом часто основано на контрольных точках, таких как: установка времени начала для начала полива; времени окончания; скорости капания, продолжительности и/или частоты цикла; установка временных интервалов (времени перерыва) перед возобновлением полива.
Система настоящего изобретения обеспечивает один или ряд входных данных от разных датчиков из диапазона мест в зоне выращивания, подлежащих измерению, преобразованию и объединению в единую систему, которая может выдавать необходимую регулировку полива или ввода питательных веществ для начала или остановки полива или ввода питательных веществ и адаптации циклов и частоты полива или ввода питательных веществ и тому подобное.
Система может дополнительно включать в себя портативное детекторное устройство 1105 связи, также известное как портативное устройство, поскольку его можно предпочтительно выполнить с возможностью переноса одной рукой пользователя, чтобы обеспечить легкую транспортировку устройства и другого изделия, такого как один или более детекторов 1101, во второй руке пользователя. Детекторы 1101 часто можно располагать в удаленных или разрозненных местах вокруг теплицы или зоны полива, которые иногда могут занимать несколько гектар. Вследствие этого, пользователю часто необходимо проходить значительные расстояния, чтобы добраться до детектора, чтобы проверить либо его конфигурации или установку, либо переместить его на новое место. Вследствие этого, предпочтительно иметь легкое и портативное ручное устройство для помощи в проверке установки, калибровки, конфигурирования и общего состояния детекторов в системе. Это устраняет потребность во множестве обратных ходок от детекторов назад к пользовательскому терминалу или центральному устройству обработки для изменения аспектов установки, а затем проверки конфигурирования или выходных данных. Вследствие этого, ручное портативное устройство снабжено своим собственным источником питания таким образом, чтобы его можно бы носить независимо. Оно также содержит встроенный дисплей, так чтобы на устройстве можно было представлять выходные данные или информацию о состоянии от любого из детекторов 1101. Устройство может быть прочным, а его корпус изготовлен из ударопрочного материала для предотвращения повреждения, когда его используют в сельскохозяйственных или садовых условиях. Устройство обычно выполняют так, чтобы его мог легко переносить пользователь, которому может быть нужно ногами проходить большие расстояния, чтобы добраться до детекторов в системе. Однако нет необходимости, чтобы ручное устройство содержало определенные аспекты функциональности для облегчения установки, проверки и настройки детекторов и системы в целом.
В центральное средство обработки данных необходимо сообщить ряд факторов для каждого детектора. Портативное устройство связи можно использовать для считывания, ввода или передачи любого или их всех в центральное устройство обработки данных детектора (смартбокс). Они включают: детали их текущего места, дату и/или время, в которое детектор поместили в текущее место, любые настройки детектора, касающиеся того, какие свойства заданы для мониторинга и передачи, состояние мощности источника питания детектора, состояние соединения детектора с центральным устройством обработки, проверку вывода показаний датчика, точки доступа, которая предназначена для датчика или детектора для связи с системой, просмотр исходных выходных данных или свойств субстрата, для которых применяют детектор или датчик, таких как материал, тип и размеры, и любые другие уместные данные датчика.
Соответственно, портативное устройство связи будет предпочтительно содержать следующие функции. Оно будет способно либо определять свое собственное место, либо принимать входные данные пользователя, связанные с местоположением устройства и/или связанного детектора. Оно будет способно получать по меньшей мере идентификатор детектора, c которым оно сообщается, либо с помощью входных данных пользователя, либо с помощью прямой связи c детектором 1101. Оно может содержать оптическое считывание бар кода, альфа-числового идентификатора, QR-кода или другого оптического или визуального идентификатора или считывание идентификатора RFID или коммуникации ближнего поля (NFC). В предпочтительных вариантах осуществления используют полосы RFID-UHF, выбранные соответственно в частотном диапазоне обычно от 800 до 1000 МГц или 2,4 ГГц. Идентификатор может содержать серийный номер и/или код продукта детектора или датчика. Портативное устройство связи можно выполнить с возможностью связи данных его местоположения с конкретным детектором и с возможностью передачи данных местоположения и идентификатора детектора в центральное устройство обработки данных, так что центральное устройство обработки данных может хранить запись местоположения каждого детектора, которое может быть ассоциативно связано центральным средством обработки данных c параметрами, которые детектор выводит с течением времени. Портативное устройство связи также может быть способно переводить детектор в тестовый режим.
В предпочтительных вариантах осуществления множество аспектов функциональности будет общими между смартбоксом, центральным устройством обработки данных детектора и портативным устройством. Они включают: отображение доступных или связанных узлов (датчиков или детекторов) пользователю и данных, связанных с детекторами или датчиками, выбор узлов (датчиков или детекторов) и тестирование на выходной сигнал, функциональность связи и т.д.; проверку точных показаний датчика; настройку местоположения узла; проверку соединения датчика c центральным средством обработки данных; направление узлов в правильную точку доступа/центральный процессор данных детектора; расчет значений содержания воды (WC), электропроводности (EC) и температуры.
Портативное устройство связи (например, выделенное портативное устройство или смартфон, задействованный для специализированного применения) также может иметь дополнительные признаки, такие как: регистрация измерений в блоках множества измерений; можно делать базовый статистический анализ результатов, например, в блоке можно рассчитывать средние значения и стандартное отклонение; может иметься текстовая функция помощи и можно установить меняющиеся языки; также можно сделать считывания состояния питания.
Выделенное портативное устройство 1105 в комбинации по меньшей мере c одним датчиком 1109 можно назвать 'измеритель'. Портативное устройство одновременно может сообщаться c одним детектором. В отличии, например, от смартфона портативное устройство работает автономно и не соединено с сетью. Портативное устройство может производить единственные измерения, множество измерений, регистрацию данных, взятых за период времени (например, ряд дней). Зарегистрированные данные затем можно объединять и обрабатывать и представлять в качестве функции времени в подходящем приложении на любом подходящем устройстве, таком как, например, на ПК, планшете, мобильном телефоне и т.д.
Центральное устройство 1103 обработки данных детектора или смартбокс может отправлять данные в базу данных или облако 1120 (как показано на фиг. 7, причем связь является двухсторонней). Примеры пользовательских интерфейсов, включая графики на основании таких данных, показаны на Фигурах 8-11, описанных ниже. Пользовательские интерфейсы предпочтительно отображаются на портативном устройстве связи, предпочтительно на беспроводном устройстве, таком как, например, смартфон или планшет, хотя их также можно отображать на любом пользовательском терминале, на котором запущено приложение, таком как ПК.
На Фиг. 8 представлен пример измерений электропроводности (EC), содержания воды (WC) и температуры (T) в качестве функции времени, причем каждая кривая представляет среднее соответствующих измерений, полученных от одного или более детекторов, развернутых в 'секции' участка выращивателя). На Фиг. 9A представлена функция 'приборной доски' графического пользовательского интерфейса c графиками средних данных, полученных в течение 36 часов в различных секциях. Дату получают от одного или более детекторов. В примере фиг. 9B данные двух датчиков в секции представлены друг за другом. WC выражено в % WC на основании объема, EC выражена в дС/м (дека Сименс на метр), а T в этом примере выражено в градусах C. Как показано на фиг. 10, представлены WC, EC и температура, обнаруженные в двух местах 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 и распределение значений по сериям, например, на секцию полива. Предпочтительно, это обеспечивает надежное регулирование настройки для оптимизации стратегии полива. Измерения, как правило, выполняют приблизительно на 20 плитах, и генерируют среднее измерение для типичной плиты, которую можно назвать контрольная плита. Контрольные плиты в теплицах можно легко определить с использованием множества измерений.
Выделенное портативное устройство также можно выполнить с возможностью обмена данными c детектором для изменения режима детектора с периодического вывода данных на непрерывный вывод данных. Периодический вывод данных можно использовать для сохранения срока службы детектора, в то время как непрерывный вывод данных можно использовать для полной проверки данных или состояния детектора.
Например, в некоторых предпочтительных вариантах осуществления измеритель можно снабдить функцией регистрации, в которой измерения проводят с заданными временными интервалами. Например, пользователь может легко настроить временные интервалы, в которые необходимо выполнять измерения в плите. В предпочтительных вариантах осуществления измеритель может проводить и сохранять 2300 или более измерений, выполненных в плите. Это дает надежную информацию, которая касается значений WC, EC и температуры в качестве функции времени (т.е. кривые), взятой в течение периода времени, определенного, например, выращивателем. Примеры таких кривых показаны на Фигурах 8, 9 и 10. Долгосрочное использование измерителя без перерывов или отказа также вносит вклад в стабильные и надежные измеренные данные. На основании этих данных можно отрегулировать стратегию полива с использованием способа согласно изобретению для того, чтобы оптимизировать выращивание.
Выращиватель может вводить контрольные точки, например, по содержанию воды для установки состояний, в которых подается предупреждение. Например, выращиватель может настроить систему подавать предупреждение, если содержание воды падает на 3% (EG). Система может использовать зарегистрированные данные для прогноза параметров секции, например, на текущий день. Вследствие этого, система может использовать данные, зарегистрированные, например, за день до этого, чтобы сделать прогноз, который показывает, когда окончится содержание воды, если погодные условия являются аналогичными. Их можно представлять, например, от заката.
На Фиг. 11A и 11B показаны примеры графических пользовательских интерфейсов, в которых пользователь может вводить контрольные точки для регулирования стратегии полива, на основании суточной и годовой динамики, соответственно. Настройку контрольной точки можно делать, например, по уровням WC и/или EC. Со ссылкой на Фиг. 11A контрольную точку или пороговое значение WC устанавливают на 10% для увеличения содержания воды за день суточная динамика). Например, % уменьшения может быть между 0,5 и 30%. Продолжительность можно устанавливать в часах и/или минутах.
На Фиг. 11B представлен пример генератора контрольных точек для годовой динамики, с помощью которого выращиватель может устанавливать требуемые значения EC и WC в некоторые недели года. На фиг. 11B показанные недели представляют недели от начала сбора урожая (а не календарные недели), причем неделю начала сбора урожая маркируют 0 неделя. Рядом с контрольными точками, установленными выращивателем, можно отображать рекомендованную контрольную точку, например, полученную от аналитической платформы или консультанта. Необходимо понять, что контрольные точки можно варьировать по типу культуры или типу плиты, например. Пунктирная кривая, маркированная треугольниками, представляет целевую EC, в то время как пунктирная кривая, маркированная квадратами, представляет целевое WC. Непрерывные линии, соответственно, отображают фактические измеренные уровни EC и WC (в виде обработанных данных из смартбокса). На фиг. 11C прогнозируемые линий (ромбы) построены на основании некоторых контрольных точек. На фиг. 11D приведен пример предупреждений. На Фиг. 11E представлен другой скриншот графического пользовательского интерфейса, задействованного на смартфоне. На фиг. 11E показано базовое 'меню' графического пользовательского интерфейса, причем пользователь может выбирать между типами отображаемых графиков (секция, отдельные датчики, суточная/годовая динамика).
В предпочтительных вариантах осуществления система соединена с климатическим компьютером и может предпочтительно сообщать данные в графической форме, либо одномоментно, либо непрерывно. Например, данные можно посылать непосредственно в облако или климатический компьютер каждые 3 минуты, и таким образом данные посылают непрерывно. Данные также можно отображать в графиках сразу при получении.
Портативное устройство связи (будь это выделенное портативное устройство или устройство смартфон, которое описано выше) может содержать интерфейс связи для сообщения c детекторами. Устройство может дополнительно быть выполнено с возможностью обмена данными c детектором для определения идентификатора детектора, для соединения идентификатора детектора c информацией о местоположении и для направления информации в центральное средство обработки данных детектора. Например, информацию о местоположении может вводить в портативное устройство 1105 пользователь, или альтернативно или дополнительно ее может определять само устройство с использованием аппаратных средств GPS или другого средства определения местоположения. Средство определения местоположения может представлять собой средство, выполненное с возможностью оптического считывания бар кода, альфа-числового идентификатора, QR-кода или другого оптического или визуального идентификатора, RFID или устройства коммуникации ближнего поля (NFC), находящегося в местоположении устройства, и указания информации, касающейся местоположения. Информация о местоположении может содержать координаты карты или координаты GPS или информацию о столбцах и рядах, связанную с местоположением субстрата в зоне выращивания. Информация о местоположении может дополнительно содержать номер или код теплицы, код секции полива, код камеры, номер ряда и номер плиты. В предпочтительном варианте осуществления информация о местоположении среди прочего содержит как минимум код секции полива и номер ряда. Устройство можно дополнительно выполнить с возможностью проведения измерений выходных данных детектора, отображения их пользователю и необязательной их передачи в центральный процессор данных по дополнительному каналу связи. Устройство можно выполнить с возможностью в ответ на входные данные пользователя, помещать детектор в режим настройки или тестовый режим и с возможностью передачи результатов изменения состояния или результатов тестирования в центральное средство обработки данных детектора по дополнительному каналу связи. Канал связи может быть физическим или беспроводным, однако, использование беспроводных сообщений уменьшает время установки и настройки и может уменьшить стоимость материала, когда идет речь о больших расстояниях.
Портативным устройством связи может быть стандартная часть электронного оборудования для связи, такого как PDA или мобильный телефон, такой как смартфон, и, вследствие этого, изобретение можно реализовать в виде компьютерного программного продукта, содержащего команды, которые при выполнении процессором электронного устройства связи, содержащего удаленное средство связи, конфигурируют устройство для установки канала связи c детектором, запрашивая детектор для определения идентификатора детектора, чтобы ассоциативно связать идентификатор c информацией о конфигурации детектора и с возможностью передачи информации о конфигурации в центральное средство обработки данных детектора. Информация о конфигурации может содержать данные местоположения, данные конфигурации детектора, данные состояния детектора, такие как информация об источнике питания, время использования в дополнение к функции и параметрам, которые обсуждались выше относительно портативного устройства.
Объединенные данные выращивателей загружают в облако, и их можно хранить на сервере для обработки, например, внутри аналитической платформы. Это позволяет консультантам дистанционно видеть данные выращивателей на удаленном устройстве, таком как портативный компьютер, планшет или смартфон, например. На аналитической платформе можно проводить стадии визуализации данных, анализ данных, интеграцию данных и управление процессом. Предпочтительно, загруженные данные объединяют с течением времени и оценивают. Например, результаты аналитической оценки, выполненной экспертами или консультантами, можно автоматически отображать в отчетах для предоставления пользователям. В предпочтительных вариантах осуществления контрольные точки и расчеты можно автоматически загружать в климатический компьютер выращивателя, так чтобы предпочтительно обеспечить автоматическое управление (т.е. регулировку полива). Проанализированные данные можно послать из облака в климатический компьютер и/или в любые другие удаленные устройства, например, для управления или корректировки отдельной стратегии полива.
Зарегистрированные данные (также называемые данные платформы) можно дополнительно объединять из любых устройств измерения или климатических компьютеров с образованием объединенных данных на платформе - причем платформа видна для удаленных устройств. Данные платформы также могут содержать данные, такие как места установки и параметры климатических компьютеров, данные регистрации урожая и другие данные, важные для выращивателей.
Специалисту будут понятны варианты и модификации вариантов осуществления, описанных выше. Такие варианты и модификации могут включать эквивалент и другие признаки, которые уже известны и которые можно использовать вместо или в дополнение к признакам, описанным в настоящем документе. Признаки, которые описаны в контексте отдельных вариантов осуществления, можно предоставить в комбинации в едином варианте осуществления. И наоборот, признаки, которые описаны в контексте единственного варианта осуществления, также можно предоставить отдельно или в любой подходящей подкомбинации.
Следует заметить, что термин 'содержащий' не исключает другие элементы или стадии, единственная форма не исключает множество, единственный признак может выполнять функции нескольких признаков, перечисленных в формуле изобретения, а ссылочные обозначения в формуле изобретения не следует истолковывать, как ограничение объема формулы изобретения. также следует заметить, что Фигуры необязательно должны быть в масштабе; вместо этого при пояснении акцент обычно делают на принципы настоящего изобретения.