CN113163725A - 植物生长控制*** - Google Patents

Abstract

一种用于控制水培生长***中的植物生长条件的***(10、11)，该用于控制植物生长条件的***包括：至少一个检测器(7、22、1101)，其用于测量植物生长基质或环境条件的至少一种特性；第一数据处理装置(9、1103)和第二数据处理装置(9、12、1107)；数据存储装置(1120)；并且该检测器或每个检测器(7、1101)布置成测量植物生长基质或环境条件的一种或多种特性，并且通过通信链路将检测器标识符和所测量的一种或多种特性传输到第一数据处理装置；第一数据处理装置(9、1103)布置成：在存储器中保存预定义的生长数据，所述预定义的生长数据包括灌溉数据、环境数据、植物数据、收割数据、作物数据和/或气候数据，并限定以下两者之间的关系：基质的温度、pH水平、水含量、养分含量、氧含量、空气温度、湿度和光照水平、气候条件、植物参数、收割和作物条件中的一个或多个的多个值；和多个期望的灌溉参数和环境参数；处理从每个检测器接收的所测量的特性以获得基质的经处理的特性；基于经处理的特性和预定义的生长数据，提供指示生长基质的期望生长输入的输出，并且将经处理的数据发送到数据存储装置(1120)，数据存储装置布置成将所发送的数据存储为记录数据；第二数据处理装置(9、12、1107)布置成：从数据存储装置(1120)接收数据；基于记录数据计算基质的预测特性；确定基质的经处理的特性与基质的预测特性之间的差异；接收用于基于差异输出消息的消息条件输入；以及当该差异满足消息条件时输出消息。

Description

植物生长控制***

技术领域

本发明涉及在包括人工基质的水培生长***中的植物的生长，该***包括控制植物生长条件(诸如用于植物生长的矿棉基质中的植物生长条件)以及环境条件。

背景技术

水培生长***在本领域中是已知的，该***用于使用矿物营养溶液在没有土壤的情况下生长植物(即无土培养)。水培生长***中的植物可以在各种类型的基质中生长，这些基质诸如为矿棉、玻璃棉、椰糠(椰壳纤维)或泥炭板。

已知植物可以在矿棉生长基质中生长。这种生长基质通常以粘结的塞、块、板或垫/毡的形式提供，并且通常包括粘合剂(通常为有机粘合剂)，以便为产品提供结构完整性。

通常，植物的生长过程分为两个阶段进行管理：由“培育者”管理的第一阶段，在第一阶段植物从种子开始生长；以及由“种植者”管理的第二阶段，在该阶段期间植物被维持并且进行任何收割。例如，在番茄植物的情况下，培育者可以在具有大约25mm至30mm厚度和大约20mm至30mm半径的圆筒形塞中种植单个的番茄种子。在种子发芽之后，培育者将塞放置在长方体块内，以允许根系和植物的进一步生长。然后，照料块内的单个植物，直到该单个植物可以从培育者转移到种植者的阶段。

尽管通常在每个块中仅提供单个植物，但是也可以在单个块中提供多个植物。在一些示例中，在生长的早期阶段，通过***茎将块中的单个植物***成两个植物，导致两个植物共享单个根系。在另一个替代方案中，多个植物可以被嫁接在一起并且在单个块内生长。

培育者使用单独的塞和块不是对所有植物都必需的，但是已经在例如欧洲专利申请EP2111746中描述了使用单独的塞和块提供了许多优点。特别地，塞的小尺寸允许在初始阶段更规则地对植物浇水而不会使其基质浸透。

在从培育者接收植物之后，种植者将许多块放置在矿棉的单个板上以形成植物生长***。矿棉板通常被包在箔或其他防渗层中，除了上表面上的用于接收具有植物的块的开口和设置在底表面上的排水孔不被包住。

在植物随后的生长期间，使用滴头提供水和养分，该滴头将包含水和养分的液体直接输送到***或输送到块或板。块和板中的水和养分被植物的根吸收，从而植物生长。未被植物吸收的水和养分或者保留在基质***中，或者通过排水孔排出。

期望在生长过程中尽可能有效地使用水和养分。这是出于成本和环境两者的原因。特别是，获得养分是昂贵的，而含有这些养分的废水由于环境法规而难以处理。这些压力将随着原料(特别是肥料，如磷酸盐)变得日益缺乏而增加。避免这种浪费的期望与改善植物生长条件的期望相匹配，从而以这种方式增加从植物获得果实的产量和质量。

水培生长***(例如温室)的环境可以由气候控制计算机控制，该气候控制计算机例如配置成调节诸如日照时间、温度、湿度、风速或风向等因素。气候控制计算机也可以监测基质中的植物生长、植物健康、水和养分含量。测量植物生长基质内的水和/或养分含量是已知的。尽管已知的***和装置可以提供关于农业土壤成分的有用信息，并且可以帮助土壤灌溉的自动化，但是它们不能提供用于有效管理水培生长***(诸如矿棉基质)中的水和水/养分分布的解决方案。出于与上述相同的原因，还期望在生长过程中尽可能有效地使用气候控制计算机所使用的资源，诸如任何电力、水和热。

欧洲专利申请EP3016492提供了一种用于有效管理水培生长***中的水和养分分布的解决方案。当使用这种***时，种植者采用灌溉策略(其表示要提供给***的养分和水的量)，监测该***，然后基于例如水含量或养分的测量结果来调节灌溉水平。然而，这种方法的问题在于，不能及时调节灌溉策略，并且得太早或太晚达到目标水平(例如，水或养分)。

对用户可用的用于在水培生长***中的植物生长期间管理植物灌溉的***的改进存在持续的需求。特别地，期望响应于快速变化的因素(诸如环境因素或***中使用的植物、基质或其他材料的变化)来改善生长条件的控制。

发明内容

为了解决现有技术的缺点，提供了一种用于控制水培生长***中的植物生长条件的***，所述用于控制植物生长条件的***包括：

至少一个检测器，其用于测量植物生长基质或环境条件的至少一种特性；

第一数据处理装置和第二数据处理装置；

数据存储装置；并且

所述检测器或每个检测器布置成测量植物生长基质或环境条件的一种或多种特性，并且通过通信链路将检测器标识符和所测量的一种或多种特性传输到所述第一数据处理装置；

所述第一数据处理装置布置成：

在存储器中保存预定义的生长数据，该预定义的生长数据包括灌溉数据、环境数据、植物数据、收割数据、作物数据和/或气候数据，并且限定以下两者之间的关系：

基质的温度、基质的pH水平、基质的水含量、基质的养分含量、基质的氧含量、空气温度、湿度和光照水平、气候条件、植物参数、收割和作物条件中的一者或多者的多个值；和

多个期望的灌溉参数和环境参数；

处理从每个检测器接收的所测量的特性以获得所述基质的经处理的特性；

基于经处理的特性和预定义的生长数据，提供指示生长基质的期望生长输入、所述基质的环境的输出，其中，所述经处理的特性和所述输出形成经处理的数据；并且

基于所述经处理的数据计算所述基质的预测特性；

确定所述基质的所述经处理的特性与所述基质的所述预测特性之间的差异；

第二数据处理装置布置成：

从所述第一数据处理装置接收所述差异；

接收用于基于所述差异输出消息的消息条件输入；并且

当所述差异满足所述消息条件时，输出消息。

应当理解，该***适于如上所述的繁殖以及生长阶段中的水培***；换言之，该***可以由培育者以及种植者使用。

有利地，控制***为用户(例如，培育者或种植者)提供在栽培期间的关键时刻对他们的作物进行最佳控制的能力。这是通过在必须改变生长策略时向用户输出消息以确保可以及时地达到基质的预测特性来实现的。通过具有其中第一数据处理装置能够充当缓冲器以从一个或多个检测器收集数据并处理数据的***，可以容易地向第二数据处理装置提供经处理的数据和其他通知(诸如警报)。当然，第一数据处理装置可以将所述差异发送到第二数据处理装置。在一些实施例中，测量的特性、经处理的特性、预测特性、所述输出、预定义的生长数据、保存在存储器中的关系和/或经处理的数据也可以由第二数据处理装置从第一数据处理装置接收。

从部署在现场的检测器获得数据，并将数据发送到第一数据处理装置。在优选实施例中，检测器是无线传感器。另外，可以从存储气候信息(诸如关于当地气候条件的信息)的气候计算机、从与植物生长信息以及收割和/或作物信息相关的输入获得数据。

然后，可以将数据从第一数据处理装置发送到诸如云或数据库等数据存储装置，并且随时间推移将数据存储为记录数据。或者，该***还可以包括数据存储装置，诸如云或数据库等。第一数据处理装置还可以布置成将经处理的数据发送到数据存储装置，并且数据存储装置可以布置成将随时间推移发送的数据存储为记录数据。在一些实施例中，数据存储装置和第一数据处理装置可以是可以被称为“智能盒”的单个单元或设备的一部分。在其他实施例中，数据存储装置和第一数据处理装置可以是例如云服务的一部分。应当理解，第一数据处理装置和第二数据处理装置的功能可以例如通过相同的单元或云服务来实现。

上面提到的“消息”可以是推荐，诸如要应用的设定点的推荐。这样的推荐可以包含建议。该建议可以提供有关应用于***的设定的细节，以基于收集的生长数据和存储的各种参数(诸如基质的温度、基质的pH水平、基质的水含量、基质的养分含量、基质的氧含量、空气温度、湿度和光照水平、PAR水平、气候条件、CO2水平、植物参数、收割和作物条件中的一者或多者)与灌溉和环境参数之间的关系来控制植物生长条件。如下所述，这种灌溉和环境参数可以包括灌溉、加肥灌溉、加热、通风、照明、遮蔽和湿度。该建议还可以示出预测应用灌溉和/或环境参数对***的影响。另外，如下所述，推荐可以在有或没有用户输入的情况下由***自动应用。

检测器可以配置成测量存在于植物处或周围环境(即，生长空间中和周围)中的参数。例如，当测量温度时，检测器可操作为测量环境温度(即，生长环境中的特定位置或在整个生长空间中的代表性位置中的温度)或测量植物温度。

除了上述参数之外，还可以通过检测器测量其他植物参数。具体植物参数的示例包括植物茎粗、植物高度和植物液流。当测量植物参数时，检测器可以采用一个或多个侵入式探针和非侵入式传感器来执行测量。在本上下文中，“侵入式”是指探针可以构造和布置成在使用中***植物体中，以便进行特定的植物测量。非侵入式传感器可以允许在不需要穿入植物的情况下进行植物测量。

然后，第一数据处理装置(例如，其可以称为“桥接器”)基于记录的数据(记录数据)计算基质的预测特性。“预测特性”是指基于记录的数据在特定时间点或在特定时间量预期的特性的指示。例如，如果天气条件保持相同，则可以根据前一天所达到的水含量来预测种植者的区段在特定一天所达到的水含量。一旦存储在云上，记录的数据可以由任何分析装置分析。在其他实施例中，可以是PC或智能手机的第二数据处理装置基于记录的数据执行基质的预测特性的计算。

特别地，当在经处理的值和预测的值之间存在差异并且该差异满足消息条件时，例如该差异在预定范围内或大于预定阈值(可以由用户设定)时，触发消息。例如，消息触发可以通过用户输入表示***的期望值或特性的“设定点”(也称为目标)来设定。通过设定一个或多个这样的消息，用户能够比现有***更快和更有效地创建定制的灌溉策略。

在一些实施例中，消息条件可以由用户和/或第一数据处理装置输入到第二数据处理装置。当从第一数据处理装置输入消息条件时，第一数据处理装置可以基于存储器中保存的关系或者期望的灌溉参数和环境参数来生成消息条件。

经处理的特性可以涉及基于传感器数据的诸如温度等直接测量的特性，或诸如养分含量等计算的特性。预测特性是指基于记录的数据(例如存储在云上的数据)的特性的指示。换言之，预测值是基于在较早时间针对类似条件集合所获得的值。

在优选实施例中，例如在图形用户界面中显示经处理的特性和预测特性，使得用户能够可视地比较这些特性，并因此做出快速决定并获得关于这些决定的结果的快速反馈。图形用户界面可以属于在PC或被称为“便携式通信设备”的移动设备(诸如智能手机、平板电脑等)上运行的应用程序。例如，经处理的特性和预测特性可以在图形用户界面中彼此相邻地显示(即，并排绘制的曲线)。特别地，用户的决定涉及调整消息触发水平和/或灌溉策略。用户和图形用户界面之间的交互使得能够更灵活和准确地控制生长条件，这些生长条件可以响应于新数据或响应于其他影响因素而容易地和集中地重新配置，所述其他影响因素诸如为环境因素或***中使用的植物或基质或其他材料的变化。

在优选实施例中，用户可以调整触发消息的差异水平，即差异确保消息的预定范围或阈值。有利地，这种灵活性水平改进了控制并且可以增强用户体验。

第一检测器数据处理装置可以布置成调节指示消息触发的输入。这允许***人员将设定点和计算结果上传到种植者的灌溉控制***，以便自动地告知用户最佳的灌溉策略。有利地，可以通过对随时间推移为***整理的作为记录数据的一部分的数据(例如，图形和计算值)的分析评估来获得最优设定点和计算值。在其他实施例中，第二检测器处理装置可以布置成调节指示消息触发的输入。

***中的便携式通信设备可以是例如包括第二数据处理装置的智能手机或平板电脑。因此，便携式检测器通信设备有利地适合于运行用于控制植物生长的应用程序。或者，便携式通信设备可以是与接收器通信的专用“手持”设备。接收器还可以直接向数据存储装置发送数据。

当便携式通信设备与检测器通信时，便携式通信设备可以被称为“便携式检测器通信设备”。***中的便携式通信设备还允许执行***的各个部件的检查和测试，并且允许更容易地设定***，因为用户可以将检测器放置在生长区域中并检查输出，而不需要返回到中央计算机或处理设备来检查或更新***的配置和性能。在该***中可以使用一个或多个检测器，并且优选实施例可以包括1到3个检测器或更多个检测器。有利地，该***可以无线地部署在被监测区域中，如将在下面更详细地描述的。

第一数据处理装置可以布置成基于指示期望的生长输入(例如灌溉输入)的输出来控制对植物生长基质的生长输入和/或对基质所处的环境的生长输入(例如灌溉输入)。“指示期望的灌溉输入的输出”是指由***的第一检测器数据处理装置提供的用于生长基质的输入参数。例如，灌溉输入参数可以是水培***的气候控制计算机中的输入。换言之，不仅***可以确定是否将及时达到期望目标并推荐改变策略，而且可以通过改变气候计算机的灌溉策略来自动实施推荐。在其他实施例中，便携式通信设备可以布置成基于指示期望的生长输入的输出来控制对植物生长基质的生长输入和/或对基质所处的环境的生长输入。

在优选的实施例中，检测器向第一检测器数据处理装置的数据传输以小于10分钟，优选小于5分钟，更优选小于3分钟的时间间隔进行。这使得能够及时地监测和控制灌溉策略。另外，检测器可以直接将数据传输到第二检测器数据处理装置或数据存储装置。

因此，本发明可以使用诸如温度(即，根部温度)、水含量和养分含量的特性来确定基质中的流体的电导率，例如以准确地确定人造基质中的养分含量(与单个元素水平不同)。“养分含量”还指例如可以由传感器测量的单个养分含量。

因此，与现有***不同，本***提供了一种灵活的解决方案，以控制水培***的无土培养所特有的废水问题。如上所述，水培***中的基质通常具有固定的水量，这与土壤和土壤中的传输不同，在土壤和土壤中的传输中水可以在任何方向上散布在不受限制的基质体积上。水培***的固定水量通常为约1升/m²至30升/m²，最常见为4升/m²至15升/m²。每个植物的固定水量通常在0.5升至10升之间。与土壤中植物的根区相比，水培***中固定的水量也相当小。

水培***中的无土基质可以位于土壤的顶部、混凝土地板、水槽、移动台等上。相对较小的水量与从土壤中生长相结合使得种植者可以收集过量的水、对水进行消毒并再利用该水来施用新的养分溶液。排出的水量相对较少(例如，在夏季每天每公顷0m³至60m³)。利用现有的消毒***(使用例如专用于该目的的泵)，收集的排出水通常可以在24小时内消毒，使得其准备好用于第二天。

例如，在人造基质中，植物为吸水而施加的吸力通常在pF 0和2之间的范围内，最常见的是在pF 0和1.5之间。尽管在该范围内植物的吸水是不受限制的，但该范围的差异可以决定植物中干物质分布的差异。相反，在农业土壤中，正常的pF范围在pF 2和pF 4,2之间(由植物施加的吸力在100atm和16000atm之间)。在该范围内，我们讨论植物的水可用性而不是对干重分布的影响。

便携式通信设备可以进一步布置成：从所述***的检测器接收检测器数据；以及将检测器数据发送到第一检测器数据处理装置。便携式通信设备可以布置成从数据存储装置接收经处理的数据。便携式通信设备还可以与数据存储装置通信，并且可以配置成从至少一个无线检测器接收数据并将所接收的数据发送到数据存储装置。这可以允许用户检查与生长区域中的检测器的输出或状态有关的检测器数据，并且进一步将所接收的数据转发到第一检测器数据处理装置以存储数据用于稍后分析，或者在校正、或更新***的部件的安装或配置之后更新***的输入或配置数据。数据可以在一个或多个检测器、便携式通信设备、第一检测器数据处理装置或第二检测器数据处理装置和数据存储装置上长期(例如超过7天)存储。当监测植物生长时，通常是有利的是分析跨越长时间的生长数据以提供可靠的和有用的趋势表示。通过具有能够长期(例如超过7天)存储数据的***，可以为种植者提供可靠的和有代表性的数据。

通常，测量的参数数据(即，由检测器直接测量的数据)可以从检测器发送并且在第一数据处理装置(“桥接器”)本地存储至少一个月、优选地至少两个月的时段。当参数数据被发送到云服务或数据存储装置时，参数数据通常可以在云服务或数据存储装置处存储至少一年、优选地至少两年的时段。类似地，计算的数据(即，已经通过计算处理以提供解释值的测量的参数数据)也可以存储在云服务或数据存储装置处至少一年，优选地至少两年的时段。通过长期存储历史数据，可以提供可靠的数据源，从该数据源可以计算生长趋势和所需的生长活动。此外，将短期数据(过去一个月或两个月的数据)本地存储在桥接器处允许更快地访问频繁用于计算的数据并且向用户示出。

数据可以以离散的平均量存储和处理。例如，来自检测器的测量参数数据可以取五分钟的平均值，以提供测量参数的“5分钟数据”。虽然已经发现5分钟数据对本发明的目的是有用的，但是也已经发现，以与5分钟数据对应的方式产生的在其他时间段(诸如10分钟数据和小时数据等)的平均值的数据，在使用中也是有益的。计算的数据也可以以这种离散量(诸如5分钟数据)存储和处理。

第一检测器数据处理装置还可以布置成：处理从每个检测器接收的测量的特性以确定与每个检测器相关联的基质的养分含量；并且基于所计算的基质的养分含量提供指示用于生长基质的期望灌溉输入的输出。基于养分含量来操纵灌溉输入是未知的，因为通常使用其他输入，例如检测到的辐射或检测到的水量。使用养分水平来操纵灌溉反映了这样的认识：即至少有时，如果水含量水平对营养水平具有不利影响，则不应将水含量水平维持在某一水平。例如，当进行刻意的努力以降低基质内的水含量水平时，存在将导致增加的养分水平的风险。因此，当控制水含量时，忽略养分水平被认为是不合适的。在优选实施例中，指示养分含量的特性是生长基质中流体的电导率。

便携式通信设备还可以配置成：从所述***的检测器接收检测器标识符；接收与所述检测器有关的检测器数据；并将检测器标识符和检测器数据传输到所述第一数据处理装置(也称为“中央检测器处理装置”)。这允许检测器数据向***的中央处理器装置灵活地输入，而不需要出现在中央检测器数据处理器装置处，使得能够在生长区域中更有效地执行配置。

便携式通信设备还可以配置成：通过用户输入来接收用户定义的检测器数据；将所述用户定义的检测器数据与所述检测器标识符相关联；以及将所述检测器标识符和所述用户定义的检测器数据传送到所述第一检测器数据处理装置。输入用户数据允许用户定义检测器的数据，并将该数据发送到远程位置的第一检测器数据处理装置，从而能够在生长区域中更有效地执行配置。

与检测器标识符相关联的数据可以包括以下数据中的任何或全部：所述检测器的位置数据；所述检测器的功率状态；所述检测器和所述第一检测器数据处理装置之间的通信链路的状态；指示由检测器测量的生长基质的类型和/或尺寸的信息；和/或由检测器测量的生长基质的一种或多种特性。上述数据中的一些或全部可以由检测器传输或由用户输入到便携式检测器通信设备。

便携式通信设备还可以配置成：从所述检测器接收测量的特性；将所测量的特性与所述检测器的所述检测器标识符相关联；以及将所述检测器标识符和相关联的测量特性传输到***的第一检测器数据处理装置。这能够允许用户检查在生长区域中的检测器输出，并且进一步将检测器输出转发到中央处理装置以存储数据用于稍后分析，或者在校正或更新***的部件的安装或配置之后更新向***的输入数据或配置数据。

便携式通信设备还可以包括用于确定设备或检测器的位置数据的位置确定装置，并且位置确定装置还配置成：将所述检测器的所述标识符与所确定的位置数据相关联；以及将所述检测器标识符和相关联的位置数据传输到所述***的所述第一检测器数据处理装置。这允许***的一个或多个检测器的位置被发送到第一检测器数据处理装置，而不需要返回到第一检测器数据处理装置。

第一数据处理装置以及一个或多个检测器均可以包括LoRa模块，LoRa模块布置成经由LoRa传输来接收和发送数据。第一数据处理装置可以布置成通过LoRa协议传输而与一个或多个检测器进行通信。LoRa(简称为长距离)协议传输允许以低成本和低功耗建立非常长距离(通常在大约10千米到25千米之间)的数据通信无线网络。这允许检测器和第一数据处理装置(即桥接器)以低成本和高效的方式可靠地连接。

可替换地，或组合地，第一数据处理装置以及一个或多个检测器中可以各自包括蓝牙模块，蓝牙模块布置成彼此建立蓝牙无线网络。第一数据处理装置可以布置成通过蓝牙协议传输而与一个或多个检测器通信。蓝牙传输允许以低成本建立短距离(通常大约100米)的数据通信无线网络。这允许检测器和第一数据处理装置以低成本和高效的方式可靠地连接。

便携式通信设备可以包括蓝牙模块，蓝牙模块布置成与第一数据处理装置或一个或多个检测器建立蓝牙无线网络。便携式通信设备可以布置成通过蓝牙网络而与第一数据处理装置和一个或多个检测器传输和接收数据。这种布置允许便携式通信设备即使在更广泛的网络故障的情况下也与检测器通信。换言之，即使在电力故障的情况下，用户也可以经由短距离网络快速且直接地访问由检测器测量的数据。

还提供了一种使用根据本发明的***控制植物生长条件的方法。

该方法还可以包括将消息条件输入输入到运行根据如上所述的本发明的应用程序的便携式通信设备中。

还提供了一种便携式通信设备，其适于用在上述***中，例如智能手机或专用手持设备。优选地，在使用中，便携式通信设备形成根据本发明的***的一部分。

还提供了一种计算机程序产品，其可加载到电子通信设备的存储器中，并且该计算机程序产品包含指令，当由电子通信设备执行所述指令时，使电子通信设备配置成所要求保护的便携式检测器通信设备。

还提供了用于数据分析的平台，该平台用于处理在根据本发明的***中使用的记录数据。有利地，这使得用户能够基于分析的数据接收专家建议。

由***的检测器监测的多个因素可以单独地或与营养水平组合地具有影响力，并且这些因素可以在大型植物生长***中变化。上述***使得用户能够实现低成本***，并且能够快速且容易地将装备或检测器重新部署到温室的不同区域或其他生长区域，使得可以快速且容易地监测多个区域中的状况，而不需要为每个区域购买新的装备。

因此，提供了一种快速、灵活的反馈***，其可以用于密切且可靠地监测板中的养分水平，并根据该水平控制所施加的水。这使得能够以及时的方式控制每个植物的环境，从而对于给定的水和/或养分供应提供最大的成果。

当含有植物的块被新放置在板上时，在早期阶段，改进控制水和/或养分的分布的益处特别显著。在这一点上，重要的是第一层含有足够的水和养分以确保在板内良好的生根。这允许积极的根发育以确保最佳和健康的植物生长。有益的是，本发明的板不仅允许提供充足的水和养分，而且还允许密切地控制根部附近的水和养分的水平。这能够有助于避免对植物过度供给，而对植物过度供给会减少水果和/或蔬菜的生长。

本发明的***可以用于任何植物生长***(由培育者和种植者等使用)并且可以用基本上任何植物生长基质来实施，所述植物生长基质可以包括天然材料或人造材料并且可以在诸如温室的管理环境中、在塑料通道中或在外部环境中实施。本发明的益处能够在基本上任何农业或园艺应用中实现，其中本文所述的生长条件将被监测。

可以提供一种用于控制水培生长***中的植物生长条件的***，该用于控制植物生长条件的***包括：至少一个检测器，其用于测量植物生长基质的至少一种特性；

第一数据处理装置和第二数据处理装置；

数据存储装置；并且

所述检测器或每个检测器布置成测量植物生长基质的一种或多种特性，并通过通信链路将检测器标识符和所测量的一种或多种特性传输到第一数据处理装置；

第一数据处理装置布置成：

在存储器中保存限定以下两者之间的关系的预定义灌溉数据：

基质的温度、pH水平、水含量、养分含量、氧含量和植物参数中的一个或多个的多个值；和

多个期望的灌溉参数；

处理从每个检测器接收的所测量的特性以获得基质的经处理的特性；

基于经处理的特性和预定义的灌溉数据，提供指示用于生长基质的期望的灌溉输入的输出，其中，在一些实施例中，所述输出和经处理的特性形成经处理的数据；以及

将经处理的数据发送到数据存储装置，数据存储装置布置成将所发送的数据存储为记录数据；

第二数据处理装置布置成：从数据存储装置接收数据；

基于所述记录数据计算基质的预测特性；确定基质的经处

理特性与基质的预测特性之间的差异；

接收用于基于所述差异输出消息的消息条件输入；以及

当所述差异满足消息条件时，输出消息。

可以提供一种用于控制水培生长***中的植物生长条件的***，该用于控制植物生长条件的***包括：

至少一个检测器，其用于测量植物生长基质或环境条件的

至少一种特性；

第一数据处理装置和第二数据处理装置；

数据存储装置；并且

所述检测器或每个检测器布置成测量植物生长基质或环境条件的一种或多种特性，并且通过通信链路将检测器标识符和所测量的一种或多种特性传输到第一数据处理装置；

第一数据处理装置布置成：

在存储器中保存预定义的生长数据，该预定义的生长数据包括灌溉数据、环境数据、植物数据、收割数据、作物数据和/

或气候数据，并且该预定义的生长数据限定以下两者之间的关系：

基质的温度、基质的pH水平、基质的水含量、基质的养分含量、基质的氧含量、空气温度、湿度和光照水平、气候条件、植物参数、收割和作物条件中的一者或多者的多个值；和

多个期望的灌溉参数和环境参数；

处理从每个检测器接收的所测量的特性以获得基质的经处

理的特性；

基于经处理的特性和预定义的生长数据，提供指示生长基质的基质环境的期望生长输入的输出，其中，在一些实施例中，经处理的特性和所述输出形成经处理的数据；以及

将经处理的数据发送到数据存储装置，数据存储装置布置成将所发送的数据存储为记录数据；

第二数据处理装置布置成：

从数据存储装置接收记录数据；

基于记录数据计算基质的预测特性；

确定基质的经处理特性与基质的预测特性之间的差异；

接收用于基于所述差异输出消息的消息条件输入；以及

当所述差异满足消息条件时，输出消息。

附图说明

现在参考附图描述示例性***、方法、便携式通信设备、计算机程序和平台，其中：

图1示出了用于植物生长的板；

图2示出了包括块以及图1的板的植物生长***；

图3示出了图2的块以及塞和植物；

图4示出了在图2的植物生长***附近就位的灌溉设备；

图5示出了水和养分检测器在图2的植物生长***上的位置；

图6示意性地示出了包括各种元件的植物生长控制***；

图7示出了包括各种元件的另一***；

图8示出了显示测量的水含量、电导率和温度水平的图形用户界面的示例；

图9A和图9B示出了图形用户界面的另一示例；

图10示出了显示水含量、电导率和温度水平的多个测量结果的图形用户界面的示例；

图11A是表示***中的日动态的图形用户界面的示例，其中设定点可以由用户输入；

图11B是表示***中的年度动态的图形用户界面的示例，其中参考(即，目标)线显示在灌溉操纵曲线旁边；

图11C是示出了基于某些设定点绘制的预测线的图形用户界面的示例；

图11D示出了一种形式的消息的示例，例如通知；

图11E示出了在智能手机上运行的图形用户界面的另一屏幕截图；以及

图12示出了用于植物生长的板和块的示例性环境。

图13示出了包括各种元件的示例性植物生长控制***。

具体实施方式

参照图1，示出了矿棉板(slab)1，矿棉板1具有布置在第二密度的第二层之上的第一密度的第一层。板1具有6.8升的体积，但是更一般地对于优选实施例，体积可以在3升至20升的范围内，更优选地在5升至15升的范围内，并且最优选地在5升至11升的范围内。一些板可以具有在6升至8升范围内的体积。或者，例如，该体积可以在3升至15升的范围内，或者在3升至10升的范围内。一种可选的优选板具有9升的体积。该板可以包括多个层(包括底层和顶层)，这些层的生长条件可以相对于彼此变化。

如图1所示的实施例的情况那样，优选的是底层的高度大于顶层的高度。例如，顶层和底层的高度之间的比例可以是1：(1至3)，或优选1：(1.2至2.5)。更优选地，该比例为1：(1.2至1.8)。

已经发现，在优选实施例的板中使用两种不同密度以及其相对小的尺寸有助于保持水和养分，并且还确保这些水和养分基本上均匀地分布在整个板中。

现在参照图2，板1被示出为具有位于其上表面上的块(block)2。板1还包括围绕矿棉的防渗覆盖层，该覆盖层具有两个开口。首先，在上表面上有开口，以允许板1的矿棉与块2之间的接触。其次，在下表面上有用作排水孔3的开口。

块2和板1优选地由相同或类似的材料形成。因此，以下关于板1的材料的描述可以同样地应用于块2。特别地，块2可以包括石棉以及下面描述的粘合剂和/或润湿剂。

可以根据待栽培的植物来选择块尺寸。例如，用于辣椒植物或黄瓜植物的块的优选长度和宽度是10cm。对于番茄植物，长度增加到15cm或甚至20cm。块的高度优选在7cm至12cm的范围内，更优选在8cm至10cm的范围内。

因此，用于辣椒和黄瓜的块的优选尺寸为10cm×10cm×7cm至10cm×10cm×12cm，更优选为10cm×10cm×10cm×8cm至10cm×10cm×10cm。

图3示出了在塞(plug)4内就位的植物5，塞4布置在例如图2所示的块2内。与块2一样，塞4通常由矿棉以及如下面关于板1的文中所述的粘合剂和/或润湿剂形成。

在一些实施例中，不提供塞4，并且种子直接布置在块中的孔内，植物5随后从该孔生长。采用这种方法的植物的一个示例是黄瓜。

优选地，植物5是水果植物或蔬菜植物，例如番茄植物等。或者，该植物可以是例如黄瓜植物、茄子植物或甜椒植物。本发明能够有助于增加来自植物的水果或蔬菜的产量，并且还可通过增加控制其中生长植物的基质的生长条件的准确性来提高水果或蔬菜的品质。

如上所述，板1优选地是矿棉板。所用的矿物纤维可以是任何人造玻璃质纤维(MMVF)，诸如玻璃纤维、陶瓷纤维、玄武岩纤维、矿渣棉、石棉等，但通常是石棉纤维。石棉通常具有至少3％的氧化铁含量和10％至40％的碱土金属(氧化钙和氧化镁)含量，以及矿棉的其他常见氧化物成分。这些氧化物成分是二氧化硅；氧化铝；通常以低量存在的碱金属(氧化钠和氧化钾)；并且还可以包括二氧化钛和其他少量氧化物。通常，产品可以由通常已知用于生产生长基质的任何类型的人造玻璃质纤维形成。

矿棉通常通过包含粘合剂组合物和另外的润湿剂的粘合体系粘合。

图4示出了植物生长***，该植物生长***包括图1至图3的板1、块2和塞4以及灌溉设备。灌溉设备6布置成向***提供水和养分溶液，或者直接向块或板提供水和养分溶液。优选地，灌溉设备布置成直接向块2提供水和/或养分溶液。由于块布置成远离排水孔3(如上文参照图2所述)，来自灌溉设备的溶液在到达排水孔3之前必须沿板1经过大于50％的距离。或者，灌溉设备可以直接向板1提供水和养分溶液，但是优选地，灌溉设备布置成在块附近或在块2的相对于排水孔3的远侧处提供水和养分溶液。

灌溉设备6可连接到分开的养分储存器和水储存器，并且可被控制以选择养分和水的适当比例。或者，可以提供单个组合的养分和水的储存器，使得灌溉设备向***提供具有与储存器中的养分和水的比例的相同比例的水和养分的液体。

可以使用根据各种实施例的控制***或方法来有利地实现对灌溉设备的控制。控制***可以控制向多个植物生长***提供养分和水的灌溉设备，其中每个植物生长***包括板1，在板1上放置有包含植物的块2。可以基于在一个或多个板中检测到的水、养分水平(如通过引用并入本文的EP2953447A中所述)以及基于如下所述的许多其他因素来控制该控制***。可以基于在一个或多个板中检测的水含量水平和/或温度来执行附加控制。

在图5中示出了在一个实施例中用于检测这些水平的检测器7的位置。在通过引用并入本文的EP2953446A中描述了示例性检测器。检测器通常包括主体部以及一个或多个(通常三个或六个)从主体部延伸到板中的探针。探针通常由不锈钢或其他导电材料制成，并且用于通过分析基质的温度、电阻和/或电容来测量基质的水含量和/或电导率(EC)水平。EC水平可以用于推断板1中溶液内的养分水平，这是因为EC水平反映该溶液的离子含量。

优选地，EC水平保持在1.0mS/cm至12mS/cm的范围内，更优选在2mS/cm至7mS/cm的范围内。可以根据作物类型选择优选的EC水平。如果EC过低(例如低于1.0mS/cm)，则植物将缺乏养分。如果EC在2mS/cm至3.5mS/cm的范围内，这将使产量最大化。如果EC稍高，这将导致更好的果实品质(例如EC在3.5mS/cm至5mS/cm的范围内)。如果EC过高(例如，对于辣椒和黄瓜超过5mS/cm或对于番茄超过12mS/cm)，则这将导致果实质量问题，如脐腐症。高EC意味着在基质中将存在高水平的钠和氯，这会导致产量损失并且需要从温室中排出水。

在现有技术的***中，检测器7放置在板1的上表面上，并且探针竖向延伸穿过板。这种方法旨在提供反映板1的整个竖向范围内总的水或养分含量的测量。然而，在实践中，这种探针通常返回的结果不成比例地受到板1的一个或多个区域中(例如在板的顶部)的条件的影响。这种不一致可能出现的一个原因是由于整个板1的EC水平的变化，这明显影响了所测量的诸如电阻和/或电容等电学特性，例如水含量是根据这些电学特性来计算的。

由于通常放置在板1上的块2的数量，在现有技术方法中出现了进一步的困难。通常难以在板1上找到对于每个块2功能上等同的位置，特别是考虑到由在板1的一端处的排水孔3的位置引起的***中潜在的不对称性。

在本发明的***中，能够克服这些困难。特别地，图5示出了检测器7被布置在板1的侧面上(即，检测器7的主体部被布置为抵靠板的竖向面，并且探针水平延伸)。由于在板1内改善的水含量和EC分布，这种方法是可用的。由于在优选实施例的板1中水含量和EC分布基本上是均匀的，所以探针的水平范围提供了精确的读数。

实际上，虽然图5的板1被示出为具有多个检测器7，但是并不是在所有优选实施例中都是这种情况。图5中所示的检测器7的阵列允许测量水含量分布和EC分布，并且已经用于分析板1的特性，提供了诸如下面详细描述的那些结果。然而，在实践中发现，每个板可能仅需要单个检测器7，并且检测器可以分布在生长区域中的不同板周围，以获得该区域的总体生长条件的说明性指示。该检测器7优选地包括位于从块向排水孔3偏移的位置处的水平延伸的探针。

除了放置成与板1接触以记录来自板的信息(即记录“根区”信息)的上述检测器7之外，如图12所示，在一些实施例中，***还能够使用另外的检测器22。这些检测器可以安装在板1上或附近、安装在柱子上、地面上或杆上或表面上。除了检测器7和另外的检测器22之外，图12还示出了容纳多个板1和块2的温室20，从而提供植物可以在多个块中生长的环境。

另外的检测器22布置成监测、测量和/或传输诸如空气温度、压力、光和/或辐射水平、湿度和/或空气速度的特性和/或指示这样的标准的特性。检测器可以是传感器，诸如温度计(例如，电子温度计，包括数字或模拟温度计)、气压计、光度计、湿度传感器和/或风力计。这允许除了根区信息之外还收集环境信息。

如通过引用并入本文的EP3016492A1中所述，检测器7和另外的检测器22能够用于通过使用诸如图6中所示的控制***10来控制提供给板1的水和/或养分的量。控制***还可以改变由灌溉设备6提供给板1的溶液中的养分的浓度。如从图6中可以看出的，检测器7观察板1中的数据，并且通过网络8将该数据传送到控制单元9和便携式通信设备12(诸如移动电话、智能手机、平板电脑或与网络通信的类似设备)。另外的检测器22观察板所在环境中的数据。在另外的检测器22中通过网络到控制单元和便携式通信设备的通信与检测器7的相同。不管来源如何，数据被上传到诸如云服务等数据库。然后，控制单元通过网络8驱动灌溉设备(滴头)6和环境设备(诸如加湿器、除湿器、通风装置、灯、遮光物、加热器、空调和/或冷却单元)，以便向板1提供水和养分。控制单元9能够被编程为具有期望的灌溉策略，并且能够自动地确保执行灌溉以控制板1中的养分水平，并且还可以以这种方式控制水含量水平。以这种方式，实现了灌溉过程的自动控制以提供期望的结果。

以类似的方式，检测器7和另外的检测器22能够用于控制板1所处的环境(诸如图12所示的温室)中的环境条件。这是通过使用图6所示的控制***来实现的。此外，控制单元9能够被编程为具有期望的灌溉策略，并且能够自动地确保执行环境控制以控制环境条件。与灌溉策略一样，以这种方式，实现了环境过程的自动控制以提供期望的结果。

该***可以包括一个或多个便携式通信设备12(诸如智能手机、平板电脑等)，和/或与接收器(未示出)结合的专用“手持”设备，如将参照图7描述的。连接到网络的便携式通信设备12或PC例如可以配置为运行执行控制方法的应用程序，如将在下面更详细地描述的。

通常，每个控制***将包括大量的板1。可以在每个板1上放置检测器7，或者可以在所选的板1上放置检测器以提供代表性的结果。另外，可以在板所处的环境中放置另外的检测器22。检测器7固定地安装到板1，以便检测器7可以定期向控制单元9提供结果。例如，检测器和另外的检测器可以以一分钟、五分钟或另一合适的时间段的时间间隔提供结果。这允许持续地或周期性地监测***内的板1和环境，使得能够适当地灌溉板并且适当地调节环境条件。

如下所述，可以从气候计算机向***提供进一步的信息。另外，还可以向***提供作物数据(诸如植物和收割信息等)以及来自气候计算机的气候信息。可以通过使用诸如照相机等植物监测设备和自动收割监测设备而自动提供植物和收割信息，或者可以由用户手动提供植物和收割信息。

可以控制***的灌溉设备6以应用特定的灌溉策略。另外，可以控制***的环境设备24以应用特定的环境策略。灌溉策略和环境策略可以相互关联，并形成更广泛的生长策略的一部分。例如，这种生长策略可以包括多个不同的阶段，该生长策略被设计成通过生殖生长和营养生长来引导植物。如本领域所理解的，生殖生长是指促进产生花/果实的生长类型，而在营养生长期间，植物产生更高比例的叶子和其他绿色成分。当植物相对缺水时，促进生殖生长，而通过充足的水供应促进营养生长。营养生长使得植物的总生物量增加较高，而生殖生长增加了有助于产生果实或花的生长比例。

已知通过应用优选的水含量水平发生变化的灌溉策略来利用这些不同的生长类型。根据这种生长策略，每天对植物生长基质浇水以尝试达到期望的水含量水平，并且每天调节环境条件以尝试达到期望的环境条件。基质的水含量被测量为基质完全浸透时基质的水含量的百分比。因此，0％的值代表干燥基质，而100％的值代表完全浸透的基质。

当考虑灌溉策略时，通常，这种类型的灌溉策略包括多个不同的阶段。首先，在将块2放置在板1上之前，板1通常用水浸透或接近浸透。这有助于确保当块2开始被放置在板1上时，促进根部生长到板1中。然而，这时，种植者渴望确保植物5尽可能快地结出果实。为了实现这一点，种植者的目标是赋予“生殖冲动”(即，启动生殖生长的冲动)。这在灌溉策略的第一阶段中通过在再次增加所需水含量之前将所需水含量降低到最小水平来实现。原理是水含量的减少将促进植物的生殖生长，并因此在最早有效时间促进植物的开花结果。

在应用生殖冲动之后，种植者希望使植物返回到以营养生长为主的可持续阶段，以便获得将支撑现在生长的果实的叶和植物结构。因此，在灌溉策略的第一阶段的末尾，所需的水含量增加。增加所需的水含量水平，直到其达到可持续值，在该可持续值下，所需的水含量水平在灌溉策略的第二阶段期间保持基本恒定。

在第二阶段中，由于基质中的更高水含量，促进了更多的营养生长。第二阶段广泛地对应于夏季，在夏季期间，相对高的日照量导致植物以更大的速率蒸腾。因此，必须向植物提供相对高比例的水。应该认识到，尽管在该时期内比在其他时期内更多地将生长转向营养生长，但果实继续生长，尽管速率受到该转向控制。当季节转到秋季然后转到冬季时，蒸腾速率降低。结果，不再需要在基质中保持相同的水含量。此外，在这个阶段，期望在植物到达周期结束之前促进果实进一步生长。由于这两个原因，灌溉策略可包括水含量水平降低的第三阶段。降低的速率是相对渐进的。

在第三阶段期间水含量的降低促进植物的生殖生长，并由此延长可从植物获得有用果实的季节。

因此，灌溉策略可用于尝试在生殖生长状态和营养生长状态之间引导植物，以增加从植物获得的果实的产量。通常，通过将基质内的水含量水平驱动至所需水平来实施该过程。然而，现在认识到，这种控制不足以提供最佳生长条件。特别地，水含量水平的降低会导致养分水平的增加，已发现这会抑制植物生长。因此，在本实施例中，为了避免不希望的结果，根据养分水平来控制提供给板的水的水平。

当考虑生长策略时，显然也适用类似的不同阶段，并且可以通过控制灌溉的方法来刺激生殖冲动和营养冲动。在一年中较冷的部分提供额外的热量，或者在一年中较暖的部分提供冷却或防止光进入温室(例如通过在温室玻璃上使用遮挡物或白垩)，将对植物生长产生影响，同时将改变湿度和光/辐射水平。在一年中较暖的部分还可提供额外的通风。具体的调节量和调节类型将导致植物的生殖和/或营养效应。

关于在一些实施例中所考虑的植物信息和收割信息(也称为作物信息)，其包括植物茎粗和开花高度，这可以在数天和/或数周内测量。还可以监测植物产生的果实的数量以及果实的大小。另外，可以记录植物在生长周期期间由植物产生的果实的位置或果实束的数量，以便鉴定植物处于生长周期的哪个阶段。例如，番茄植物通常具有六阶段生长周期，当植物处于每个不同阶段时，由不同的条件提供益处。

图7示出了***11，***11包括多个检测器1101(也称为传感器)、接收器1102、第一检测器数据处理设备1103(在某些实施例中称为中央检测器数据处理设备或智能盒)、信号转换器1104(“转换器”)以及便携式通信设备1105和12。尽管图7仅示出了根区传感器，但是在下文中也适用于环境传感器，包括传感器如何通信和传输信息；以及如何使用、分析、处理和存储该信息；以及如何由任何平台、图形用户界面、移动设备和便携式通信设备来识别传感器。

在该示例中，第一便携式通信设备1105是使用无线电技术与接收器1102通信的专用“手持”设备。在该示例中，第二便携式通信设备12是不需要接收器1102的智能手机。

该***还包括诸如云服务1120等数据库，并且中央检测器数据处理设备1103配置成从云访问数据集并且检索将被临时存储在其存储器中的数据以供处理。数据可以从检测器1101发送到接收器1102，并且从接收器1102发送到智能盒1103。智能盒处理原始数据以获得处理值。例如，检测器(即，传感器)能够测量基质的特性，智能盒处理或转换原始数据，并且数据被发送到云以作为记录数据而存储。

如从图7中可以看出，数据通信是双向的。因此，数据可以从智能盒1103发送到云1120或者从云1120发送到智能盒1103。应当理解，在替代实施例中，如图7所示，数据可以直接从接收器和/或传感器发送到云。在这样的实施例中，可以远离种植者的地点(例如在云服务中)执行如本文所述的智能盒的功能。换言之，重要的是智能盒装置的功能而不是装置本身，而不管这是在种植者的地点的装置中实现还是远程实现。

在该示例中，***包括智能手机12和专用手持设备1105两者，但是应当理解，可以仅使用一个便携式通信设备向用户发出警报。还应当理解，由应用程序触发的消息可以在不使用便携式通信设备的情况下通过任何方式发送给用户，例如，通过电子邮件或通过发送给用户终端(例如用户的PC)的消息。

然而，便携式通信设备具有确保使消息及时到达用户的优点。智能手机12可以与云1102无线地通信，并且能够运行包括图形用户界面的应用程序，如将在下面更详细地描述的。手持设备需要接收器1102，并且可以从传感器1101下载存储的数据。在替代实施例中，智能手机可以充当用于检查传感器的手持设备和用于运行根据本发明的应用程序、向用户发出警报并显示图形用户界面的处理设备。

该***还可以连接到用于控制生长基质中的水和养分的输送的气候计算机1106。诸如笔记本电脑、台式计算机、移动通信设备或其他电子接口等用户终端可以经由如1107中的物理网络或无线网络连接到***。实施例的***可以包括上述元件中的一些或全部，并且它们关于该实施例的描述不意味着任何或全部上述元件是必要元件，因为可以利用所描述的部件和/或特性的子集来实现该实施例。

***的每个检测器或传感器1101配置成这样：当检测器被放置在植物生长基质上或与植物生长基质接触或至少部分地***植物生长基质中时，能够测量基质的至少一种特性，诸如测量植物生长基质的温度、水含量、pH水平和养分含量等；或者每个检测器或传感器1101配置成能够测量环境的至少一种特性，诸如空气温度、湿度、压力、二氧化碳(CO2)水平、光或辐射水平(也称为光合有效辐射(PAR)水平)和空气运动等。在某些***中，检测器可以直接测量各个养分和温度，并计算例如基质的水含量、pH水平或养分含量。

在一些示例中，检测器包括用于直接测量各个参数的探针和专用传感器。例如，检测器可以包括温度传感器(包括热敏电阻、热电偶、电阻温度计或基于半导体的带隙传感器中的一者或多者)、湿度传感器、CO2传感器、PAR传感器，每个传感器都可选择性地操作以分别测量在检测器处或在检测器附近的温度、湿度、CO2水平和PAR水平。

虽然PAR传感器能够获得可靠且高质量的光水平测量，但是在一些应用中，检测器包括可选择性地操作以测量光的存在与否的简单的光传感器。这种光传感器可以包括例如光电池或光敏电阻器，并且可以布置成在使用中感测光源的存在。

检测器可以配置成测量存在于植物处或周围环境中(即，生长空间中和生长空间周围)的参数。例如，当测量温度时，检测器可操作为测量环境温度(即，生长环境中的特定位置或在整个生长空间中的代表性位置中的温度)或测量植物温度。

除了上述参数之外，还可以通过检测器测量其他植物参数。具体植物参数的示例包括植物茎粗、植物高度和植物液流。当测量植物参数时，检测器可以采用一个或多个侵入式探针和非侵入式传感器来执行测量。在本文中，“侵入式”旨在指探针构造和布置成在使用中***植物体中，以便进行特定的植物测量。非侵入式传感器允许在不需要穿入植物的情况下进行植物测量。

例如，如上所述，检测器可以配置成测量植物液流。液流是流体在植物的根、茎和枝中的流动。液流测量通常通过测量流体和其他化合物通过植物木质部的流动来进行。例如，可通过布置成感测(通常通过使用诸如红外线的辐射)穿过植物木质部的流体流的非侵入式传感器，或通过布置成在使用中***植物上的位置中且获得穿过木质部的流体流的物理测量值的侵入式探针来实现此类测量。

一些测量可能需要种植者或其他技术人员手动地进行测量并将测量结果输入到***中。例如，可以通过用一对测径器测量植物的茎来进行植物茎粗测量。可以将测量的结果输入到检测器1101或便携式通信设备中，以便发送到智能盒1103或数据存储器。或者，可以将测量结果直接输入到智能盒1103中。

已经发现，优选地，在图7所示的实施例的***中，检测器读取指示温度、水含量、氧含量、总养分含量、单个养分含量(例如钙、钾、钠)、根参数、植物参数或基质的pH水平；或空气温度、湿度、压力、光或辐射水平或空气运动的相关特性，并将该特性直接传输到远程处理器(诸如优选实施例的智能盒)，使得能够从检测器或传感器1101集中地和远程地控制、管理和执行所记录和传输的参数的转换。通常，电导率(EC)可以用作总养分状态的设定点。然而，可能重要的是对养分的单独测量以检测单个的平衡元素，例如以确定氨和硝酸盐之间的浓度如何相关。

检测器和/或桥接器还可***作为计算饱和蒸汽压亏缺(VPD)值。VPD值表示空气中的湿度水平与空气饱和时能够保持的最大水分量之间的差值。通常可由检测器通过读取生长环境中的温度和湿度以及任选的植物温度来计算VPD。虽然检测器可以在将VPD数据发送到桥接器之前执行将特定参数计算成VPD值，但是可替换地，桥接器还可以接收特定参数并且执行计算或转换成VPD值。

在检测器执行将基本测量参数转换成“有用”物理值(诸如温度和湿度到VPD值的转换)的示例中，检测器可以仅发送转换的“有用”值，并且丢弃或存储测量的基本值。测量的参数可以本地存储，但是也可以存储在智能盒、数据存储器或存储在云中。这能够大大减少所需的传输容量。或者，检测器可以将基本测量值和转换的“有用”值两者发送到桥接器。这种布置允许桥接器存储基本测量值，以便以后在需要时访问。此外，桥接器可以执行其自身的转换计算，以检查由检测器执行的转换计算。

检测器还可以布置成经由质谱法确定诸如挤出物或微生物等其他相关的植物参数。植物参数可以指例如物理根参数，诸如长度和宽度，但也可以指例如根周围的pH(与摄取过程相关)、根对化学氧的使用或作为生长状态的乙烯的产生。其他植物参数可以包括，例如，光合作用、叶面积、长度、茎厚度或茎粗、头厚度、茎流中的EC、果实的数量和/或果实的大小。

指示上述特性的特性的示例可以包括：表示水含量的电容，或者表示养分含量的电导率。表示整体养分水平或表示单个养分水平的特性可以从电导率值导出。由于板中的空气含量与板体积(其可为已知的)、板的纤维密度、水含量和养分含量相关，因此板中的空气含量也可以间接测量。因此，一旦测量了这些特性，就可以计算空气含量。例如，如果板具有11升的体积，则在一些示例中，2％是纤维，并且98％是孔。如果水含量为60％，则孔体积-水量为98％-60％＝38％空气含量。11升的38％＝4.18升空气。温度可以直接测量并直接传输，在从检测器或传感器传输之后需要最少的转换或不需要转换。

在本发明的***的智能盒或第一检测器数据处理设备中或手持设备中的指示特性的传输和实际值的计算能够帮助保持检测器或传感器1101中的电子器件的性能要求和相关成本低于在检测器或传感器本身中执行计算的情况。此外，这能够允许对可能需要的用于校正和转换的任何校准因子的集中管理，并且进一步允许提高整个***的测量和转换过程的准确度。由于在检测器中需要较少的处理，这还能够帮助减少检测器1101的电源的负担，以节省由电池供电的检测器的电池寿命，这是因为可以在中央控制设备中执行处理，该中央控制设备可以具有更大容量或更持久的电源，例如电网连接、太阳能或风力电源或更大容量的电池。这些因素也能够有助于减少检测器1101的重量。这允许检测器1101位于植物生长基质上或植物生长基质中，而不需要较大的安装装置或保持装置来将检测器保持就位。

使用对于电子通信为已知手段的RFID-UHF(MHz/GHz)频带在某一频率上以一定时间间隔(优选地每3分钟)对优选实施例的传感器或检测器的数据进行广播。有用的时间间隔可以根据所需的更新频率和用户要求而在例如20秒和10分钟之间变化。

在某些实施例中，检测器可以包括多个细长的探针1108，这些细长的探针配置成被***植物生长基质中以测量其特性。检测器还可以包括引导元件或板件1109，引导元件或板件1109布置成将细长探针1108维持在距植物生长基质的表面(可以是大致上表面)设定距离处。使用有限的电子器件、轻质电源和简单的安装机构允许一个或多个检测器易于运输，并因此易于以最小的努力和实施最少的重新安装步骤而部署到植物生长区域(诸如温室或灌溉区域)中的多个位置。

检测器或传感器1101可以被布置为通过通信链路与在优选实施例中被称为智能盒的中央检测器数据处理设备1103通信，或者与关于***描述的便携式通信设备通信。通信链路可以通过直接有线连接。然而，已经发现优选使用无线连接，因为无线连接允许容易地重新定位检测器并且使安装工作最少。可以与中央检测器数据处理设备1103直接进行无线通信，其中中央检测器数据处理设备具有无线通信能力。然而，可能优选的是提供单独的无线接收器1102以从检测器1101接收无线通信，以及可选地向检测器1101发送无线通信。接收器1102可以经由诸如以太网、电缆连接等物理链路或经由无线链路1110连接到中央检测器数据处理设备1103。接收器和智能盒都可以设置有电池组以提供电力。电池组可以被内置到智能盒中央检测器数据处理设备1103中。

无线通信可以由电子通信中常用的已知技术(诸如800MHz至1000MHz或2.4GHz范围内的RFID-UFH频带)来提供。然而，可以使用替代的无线通信手段，例如IEEE802.11。***中各种设备之间的物理连接可以通过铜线、光纤和任何其他合适的通信手段(如在电子和计算机相关通信中通常已知的)上的以太网连接，如果需要，包括移动数据通信网络。

在一些示例中，通过使用LoRa技术来提供无线通信。这种技术通常利用(免许可)亚千兆赫的无线电频带来提供具有低功耗的长距离传输。

LoRa通信可以通过为检测器1101、接收器1102、智能盒1103、便携式通信设备1105和气候计算机1106中的一者或多者配备LoRa模块来实现。LoRa模块可以包括被布置为发送远程射频信号的无线发射器和被布置为接收远程射频信号的无线接收器中的一者或多者。在一些示例中，LoRa模块包括被布置为发送和接收远程射频信号的单个无线收发器。在图13的示例中，如下所述，桥接器1303也配备有LoRa模块，以允许桥接器1303提供LoRa通信。

在一些示例中，通过使用无线个人局域网(PAN)(例如经由蓝牙技术)来提供无线通信。具体地，可以通过使用蓝牙低功耗(BLE)来提供无线通信。这种技术通常利用短波长超高频无线电波来提供低成本和低功耗的短距离数据交换。因此，***的检测器1101和其他部件设备可以配备有用于通过本地BLE网络进行通信和数据交换的蓝牙模块。在图13的示例中，如下所述，桥接器1303还配备有蓝牙模块，以允许桥接器1303提供蓝牙通信。

***13内的一个或多个检测器1301可以被封装在防水外壳中。在本文中，“防水”是指检测器1301容纳在紧密密封的外壳内，该外壳防止诸如水等任何液体进入检测器1301的内部部件。通过被封装在防水外壳中，检测器1301可以被放置在潮湿环境中或附近，并且甚至可以完全或部分地浸没在液体中。这在利用潮汐灌溉的生长应用中监测灌溉条件时特别有利，例如，当水箱充满水时，检测器可能暂时浸没或部分浸没在水中。

中央检测器数据处理(智能盒)设备1103包含至少一个处理器和至少一个存储器。存储器可以将与一个或多个灌溉策略或周期相关的一个或多个数据文件存储在数据库中，或将该一个或多个数据文件存储为单独的数据文件，或者以任何合适的数据存储方式存储该一个或多个数据文件。优选地，数据集随时间推移被整理为记录数据，并且被存储在诸如云服务1120等数据库中。优选地，智能盒设备1103配置为从云访问数据集并且检索要被临时存储在其存储器中以供处理的数据。

数据集可以提供由检测器提供的测量参数与也称为期望灌溉参数的期望灌溉输出和也称为期望环境参数的期望环境输出之间的关系。期望灌溉参数和期望环境参数一起能够被认为是期望生长参数。期望生长输出表示限定生长策略的参数。例如，灌溉输出可以涉及期望的灌溉周期、灌溉设备的简单开/关指示，或者可以包含进一步的细节，诸如灌溉的流速、限定灌溉周期的开和关时期的长度的灌溉周期、以及应当实施灌溉周期的时间长度。示例性环境输出可以涉及通过打开或关闭用于加热或冷却、加湿或干燥、或者照明或遮光的合适装备来升高或降低温度、湿度水平或光水平。优选实施例包括1个数据库，但也可以包含更多，例如2个、3个或4个数据库。第一数据库保存原始记录的参数，而第二数据库可以保存用于诸如水含量、电导率、基质温度、空气温度、湿度和光水平等特性的转换后的转化参数或转换参数。

设备1103的存储器中还保存有一个或多个、优选地至少两个模型。第一模型可以被称为基质模型，并包含用于将检测器或传感器的原始输出数据转换为水含量、电导率和温度的真实值的指令。设备1103中保存的另一模型可以被称为灌溉模型，并且灌溉模型包含计算新值的指令，诸如计算2个灌溉周期之间的水含量的减少，或安排用于分析、显示或比较的数据，以便可以输出用于基质的进一步的灌溉周期。在设备1103中还可以保存详述环境条件的其他模型(诸如环境模型)，以及详述灌溉和环境条件的模型(诸如生长模型)。这些其他模型中的每一个都包含用于计算新值的指令，诸如计算在加热应用期间温度的增加，或者安排用于分析、显示或比较的数据，以便在适当时应用进一步的环境或灌溉输出。模型也可以被组合在单个数据库中。来自中央检测器数据处理设备的其他输出可以包括随时间推移从检测器收集和/或关于该检测器或每个检测器的不同位置显示的汇总数据。

因此，数据处理设备1103的处理器可以配置成接收与由检测器测量的参数相关的检测器输出数据、处理检测器输出数据，以确定生长基质的温度、水含量、pH水平和养分含量中的一者或多者，并且输出汇总的检测器数据、期望的灌溉、环境或生长策略或灌溉、环境或生长指令。

第一(“中央”)数据处理设备1103还可以连接到气候计算机1106和用户终端1107中的任一者或两者。气候计算机可以配置用于监测和控制生长区域中的各种气候因素，诸如以上示例中所述的辐射、温度、湿度等。处理设备1103和气候计算机1106之间的连接1111可以是无线连接、物理连接或以太网连接或其他计算机网络连接。然而，在一些情况下，中央处理设备1103和气候计算机1106可以集成在单个设备中，并且可以仅表示在公共硬件设备上运行的单独的逻辑计算机程序。在这种情况下，两个元件之间的通信可以简单地经由硬件中的内部通信装置，诸如硬件设备中的处理器总线或存储器，或者通过在设备上运行的逻辑计算机进程之间传递函数和变量。这样，中央检测器数据处理设备1103和气候计算机可以被实现为公共计算设备上的单独的逻辑进程。因此，本***可以与气候计算机一起工作，使得本***控制灌溉和/或施肥，而如果需要，气候计算机可以控制诸如加热、通风和/或空气调节等气候条件。

在替代方案中，在某些情况下，必须经由模拟输入连接和模拟输出连接与气候计算机通信。在这种情况下，数模转换器1104可能是必要的，其可以经由物理连接而连接到中央检测器数据处理设备1103，或者可以集成地形成在数据处理设备中，并且可以配置成将从中央检测器数据处理设备输出的数字值转换成模拟电子输出信号，然后在经由数字接口1113传递之后经由模拟接口1112将该模拟电子输出信号传送到气候计算机。

用户终端1107可以连接到气候计算机1106和中央数据处理设备1103中的一者或两者，或者如上所述与气候计算机1106和中央数据处理设备1103中的一者或两者逻辑集成。用户终端可以包括屏幕和键盘形式的输入装置、触摸屏、音频输入装置或对于电子器件而言公知的其他人机接口。用户终端可以用于通过将数据文件上传到处理装置来配置中央检测器数据处理装置，以用于限定检测器输入与灌溉和环境控制输出之间的关系，并且用于将一般配置设定应用于处理装置。灌溉和环境操纵通常基于以下设定点，诸如：开始灌溉和/或加热的设定开始时间；停止时间；滴速、加热温度、周期长度和/或频率；在重新开始灌溉之前的设定间隔时间(休息时间)。

本发明的***允许来自生长区域中的一定范围的区域的一个或多个不同的传感器输入在单个***中被测量、转换和组合，该***能够输出期望的灌溉或营养输入控制以开始或停止灌溉或营养输入，并且该***能够适应灌溉或营养输入周期和频率等。

该***还可以包括便携式检测器通信设备1105(也称为手持设备)，这是因为便携式检测器通信设备1105可以有利地构造成用户的单手可携带，以允许用户的第二只手容易运输设备和其它物品(诸如一个或多个检测器1101)。检测器1101通常可以位于温室或灌溉区域周围的偏远位置或不同位置，检测器有时能够覆盖几公顷。因此，用户常常需要行进相当长的距离到达检测器来检查检测器的配置或安装，或者将检测器移动到新的位置。因此，具有轻的和便携的手持设备以帮助检查***中的检测器的安装、校准、配置和一般状态是有利的。这避免了需要从检测器返回到用户终端或中央处理设备来改变安装的各方面，然后检查配置或输出的多次返回行程。因此，手持便携式设备设置有其自己的电源，使得其可以独立携带。手持便携式设备还包括集成显示器，使得可以在该设备上显示来自任何检测器1101的输出或状态信息。该设备可以是耐用的，并且该设备的主体由抗冲击材料制成，以防止在该设备用于农业或园艺环境中时损坏。该设备通常构造成使得它容易被可能需要步行行进长距离以到达***中的检测器的用户携带。然而，手持设备确实需要包括某些功能方面，以便于检测器和整个***的安装、检查和设定。

中央数据处理装置需要知道每个检测器的多个因素。便携式通信设备可以用于将这些因素中的任何一个或全部读取、输入或传送到中央检测器数据处理(智能盒)设备。这些因素包括：每个检测器当前位置的细节、检测器被放置在其当前位置的日期和/或时间、关于检测器的设定成被监测和传送的特性的任何设定、检测器的电源的功率状态、检测器到中央处理设备的连接状态、传感器读取输出的检查、传感器或检测器被分配到***通信的接入点的检查、原始输出数据的检查、或应用有检测器或传感器的基质的特性(诸如材料、类型和尺寸)、以及任何其他相关传感器数据。

因此，便携式通信设备将优选地包括以下功能。便携式通信设备将能够确定其自身的位置或者接收与设备和/或相关检测器的位置有关的用户输入。便携式通信设备将能够通过用户输入或通过与检测器1101的直接通信来至少接收与便携式通信设备通信的检测器的标识符。这可以包括光学地读取条形码、字母数字标识符、QR码或其他光学或视觉标识符，或者读取RFID或近场通信(NFC)标识符。优选实施例使用RFID-UHF频带，其相应地在通常从800MHz至1000MHz或2.4GHz的频率范围内选择。标识符可以包括检测器或传感器的序列号和/或产品代码。便携式通信设备可以配置成将其位置数据与特定检测器相关联，并且将位置数据和检测器标识符发送到中央数据处理设备，使得中央数据处理设备能够存储每个检测器的位置的记录，该记录可以通过中央数据处理装置而与检测器随时间推移输出的参数相关联。便携式通信设备还能够将检测器置于测试模式。

在优选实施例中，在智能盒中央检测器数据处理设备和手持设备之间的功能的许多方面是共同的。这些方面包括：向用户显示可用的或连接的节点(传感器或检测器)并且显示与检测器或传感器有关的数据，选择节点(传感器或检测器)并测试输出、通信功能等；验证准确的传感器读数；设定节点位置；验证传感器与中央数据处理装置的连接；将节点寻址到正确的接入点/中央检测器数据处理器；计算水含量WC、电导率EC、温度值、湿度等级和光照水平。

便携式通信设备(例如，专用手持设备或运行专用应用程序的智能手机)还可以具有附加特性，诸如：记录多个测量块中的测量值；可以进行结果的基本统计分析，例如，可以计算每个块的平均值和标准偏差；可以包括基于文本的帮助功能，并且可以设定可变语言；还可以进行功率状态读出。

与至少一个传感器1109结合的专用手持设备1105可以被称为“测量仪”。手持设备可以同时与一个检测器通信。例如，与智能手机不同，手持设备独立操作并且不与网络连接。手持设备可以进行单次测量、多次测量，记录在一段时间(例如，若干天)内获取的数据。然后，可以在任何适当的设备(例如PC、平板电脑、移动电话等)上的适当应用程序中，将记录的数据整理和处理，并作为时间的函数显示。

中央检测器数据处理设备1103或智能盒能够向数据库或云1120发送数据(如图7中所示，该通信是双向的)。包括基于这种数据的图的用户界面的示例在以下描述的图8至图11中示出。用户界面优选地显示在便携式通信设备上，通信设备优选地为诸如智能手机或平板电脑等无线设备，但是用户界面也可以显示在诸如PC等运行应用程序的任何用户终端上。

如示出了在大型温室中使用的实施例的各方面的图12所示，实施例可应用于必须监测和控制大量变量的情况。例如，在温室中，存在许多参数，诸如光水平、气体水平和浓度分布；所有这些参数都随时间和温室中的位置而变化。以可靠和可重复的方式监测这些变量是需要大量处理能力的复杂任务。此外，在诸如温室等大的、半敞开的空间中尝试控制变量可能是特别需要的，并且进一步增加了所需的处理能力。因此，温室中的应用特别适合于诸如图7所示的***，其中气候计算机可特别操作以执行所需的所有复杂计算和数据处理。

在一些情况下，可以简化生长条件，并且可以显著减少所需的计算量和数据处理量。例如，植物生长可以发生在种植者具有更强的控制灌溉和环境条件的能力的环境中。这种环境具有较少的需要监测和控制的参数。在这种情况下，气候计算机、信号控制器、用户终端和智能盒可以被替换为“桥接器”，该“桥接器”被布置为与检测器通信以接收数据、处理从检测器导出的数据并且能够将数据计算的结果输出到诸如智能手机等远程装置，或者将该数据上传到云/数据库。此外，桥接器可以向生长环境内的控制器输出指令以控制灌溉和环境变量。

在图13所示的另一实施例中，***13包括多个检测器1301(也称为传感器)、中央检测器数据处理设备1303(在某些实施例中称为“桥接器”)和便携式通信设备12。在该示例中，便携式通信设备是智能手机。尽管检测器1301在图13中被示为根区传感器，但是下文也适用于环境传感器，包括传感器如何通信和传输信息；以及如何使用、分析、处理和存储该信息；以及如何由任何平台、图形用户界面、移动设备和便携式通信设备来识别传感器。***13还包括诸如云服务1320等数据库，并且桥接器1303配置成能够从云访问数据集并且检索将临时存储在其存储器中以供处理的数据。在一些示例中，云服务1320还可以由检测器1301和智能手机12直接访问，并且云服务1320可以直接或间接地与桥接器1303交换来自检测器1301和智能手机12的信息。

在许多方面中，图13的***13类似于图7的***11。然而，本实施例的***13是显著简化的***，其中检测器1301与包括本机应用的中央数据处理设备1303直接通信，中央数据处理设备1303可操作为处理数据并实现控制装置以操纵生长环境内的参数。在此上下文中，“本机”是指该应用是本地保存的软件或程序，并且该应用能够本地化处理数据。此外，处理设备1303机载的本机应用允许从检测器1301数据导出的信息被发送到便携式智能手机设备12并在其上显示，以允许用户快速访问生长信息。该应用还允许用户通过处理设备1303容易地从智能手机设备12控制生长区域内的各种参数。

图13所示的每个示例性检测器1301与图7的检测器1101的相似之处在于，***的每个检测器或传感器1301配置成能够在检测器被放置在植物生长基质上或与植物生长基质接触或至少部分地***到植物生长基质中时测量基质的至少一种特性，诸如植物生长基质的温度、水含量、pH水平和养分含量；或者***的每个检测器或传感器1301配置成能够测量环境的至少一种特性，诸如空气温度、湿度、压力、CO2水平、光或辐射水平(例如PAR水平)、以及空气运动。

如同关于图7的***11描述的检测器1101一样，在图13的***13中，检测器1301可以布置成读取指示温度、水含量、氧含量、总养分含量、单独养分含量(例如钙、钾、钠)、根参数、植物参数或基质的pH水平的相关特性，或读取空气温度、湿度、压力、光或辐射水平或空气运动的相关特性。然后，这些读数被直接传输到桥接器(处理器)1303，使得记录和传输的参数的转换能够被集中地并且与检测器或传感器1301分开地控制、管理和执行。

***13内的一个或多个检测器1301可以被封装在防水外壳中。

除了上面关于图7的检测器1101描述的能力之外，示例性检测器1301中的每一个具有与中央检测器数据处理设备(桥接器)1303直接通信的额外能力。在该示例中，检测器1301和桥接器1303可操作为使用LoRa无线电技术进行通信。桥接器1303和每个检测器1301设置有LoRa模块，从而允许长距离射频信号的发送和接收。可以发送这样的信号以使得能够连接到远程广域网(LoRaWAN)。每个检测器1301还可以彼此发送数据。设想了这样一种有利的配置，其中检测器1301在LoRaWAN网络上共享数据，并且数据被共同提交给桥接器1303。云服务1320还可以连接到LoRaWAN网络，并且桥接器1303和每个检测器1301可以直接向云服务1320传送数据和从云服务1320传送数据。

在一些示例中，桥接器1303可以包括LoRa中继器，LoRa中继器布置成扩展通过LoRa网络的发送或接收的范围。这种中继器可以放大源自和到达桥接器1303的信号，以允许设备(例如检测器1301)在保持连接到***13中的同一网络的同时被定位成进一步远离桥接器1303。

中央检测器数据处理设备(桥接器)1303包含至少一个处理器和至少一个存储器。存储器可以将与一个或多个灌溉策略或周期相关的一个或多个数据文件存储在数据库中或将该一个或多个数据文件存储为单独的数据文件，或者以任何适当的数据存储方式存储该一个或多个数据文件。优选地，数据集随时间推移被整理为记录数据，并且被存储在诸如云服务1320等数据库中。优选地，桥接器设备1303配置成从云访问数据集，并且检索被临时存储在其存储器中以供处理的数据。

数据集可以提供由检测器提供的测量参数与也称为期望灌溉参数的期望灌溉输出和也称为期望环境参数的期望环境输出之间的关系。期望灌溉参数和期望环境参数一起能够被认为是期望生长参数。期望生长输出表示限定生长策略的参数。例如，灌溉输出可以涉及期望灌溉周期、灌溉装备的简单开/关指示，或者可以包含进一步的细节，诸如灌溉的流速、限定灌溉周期的开和关时期的长度的灌溉周期、以及应当实施灌溉周期的时间长度。示例性环境输出可以涉及通过打开或关闭用于加热或冷却、加湿或干燥、或者照明或遮光的合适装备来升高或降低温度、湿度水平或光水平。优选实施例包括1个数据库，但也可以包含更多，例如2个、3个或4个数据库。第一数据库保存原始记录的参数，而第二数据库可以保存用于诸如水含量、电导率、基质温度、空气温度、湿度和光水平等特性的转换后的转化参数或转换参数。

桥接器设备1303的存储器中还保存有一个或多个、优选地至少两个模型。第一模型可以被称为基质模型，并包含用于将检测器或传感器的原始输出数据转换为水含量、电导率、温度、湿度、CO2和PAR水平的真实值的指令。桥接器设备1303中保存的另一模型可以被称为灌溉模型，并且灌溉模型包含计算新值的指令，诸如计算2个灌溉周期之间的水含量的减少，或安排用于分析、显示或比较的数据，以便可以输出用于基质的进一步的灌溉周期。在桥接器设备1303中还可以保存详述环境条件的其他模型(诸如环境模型)，以及详述灌溉和环境条件的模型(诸如生长模型)。这些其他模型中的每一个都包含用于计算新值的指令，诸如计算在加热应用期间温度的增加，或者安排用于分析、显示或比较的数据，以便在适当时应用进一步的环境或灌溉输出。模型也可以被组合在单个数据库中。来自中央检测器数据处理设备的其他输出可以包括随时间推移从检测器收集和/或关于该检测器或每个检测器的不同位置显示的汇总数据。

桥接器设备1303还可以连接到用户终端，配置成允许用户监测和控制生长区域中的各种气候因素。此外，如图13所示，桥接器设备1303无线地连接至智能手机12。此无线连接可以利用任何适当的远程或近程网络技术。例如，桥接器1303和智能手机12可以经由WiFi网络、经由蓝牙技术、经由LoRaWAN网络或任何其他合适的方式连接。这可以例如通过向桥接器设备1303提供WiFi发射器和接收器模块、蓝牙发射器和接收器模块或者LoRa发射器和接收器模块来实现。这种短距离通信方式是特别有利的，因为它们允许即使在网络故障时也能收集和发送数据。例如，即使当云服务1320有故障或不可用时，检测器1301也能够向桥接器1303传输数据以及从桥接器1303传输数据。因此，桥接器能够充当缓冲器，以在服务器或云***1320不可用时收集从检测器1301导出的数据。然后，可以在稍后的时间将数据处理或上传到云***1320。

例如经由蓝牙连接的短距离通信的另一优点在于，建立传感器1301的第一次连接，即，当传感器先前未连接到***时(例如，彼此未连接以及与桥接器1303未连接)。例如，当正在建立生长环境时，或者当新的检测器1301被添加到***13时，可以使用短距离蓝牙连接使检测器1301与特定桥接器1303连接。一旦建立了相关连接，就可以将检测器1301布置并定位在所需位置。

一些生长设施配备有预先存在的本地WiFi网络。在这种情况下，***13的各种部件设备(诸如检测器1301、桥接器1303)能够连接到预先存在的本地网络并且使用该网络用于数据通信。这种布置避免了建立新WiFi网络的需要。

在另一实施例中，检测器1301可操作为直接向智能手机设备12传输数据和从智能手机设备12传输数据，从而允许用户收集和查看从检测器1301导出的数据，而不需要连接到网络或桥接器1303。

桥接器设备1303设置有机载的本机应用，以允许用户访问从检测器1301导出的数据，并且允许用户控制生长区域内的灌溉和环境条件。本机应用通常被保存在桥接器设备1303的存储器中。

图8示出了作为时间的函数的电导率(EC)、水含量(WC)和温度(T)的测量值的示例，每个曲线表示从部署在种植者位置的“区段”中的一个或多个检测器接收的相应测量值的平均值。图9A是图形用户界面的“仪表板”功能的表示，具有在各个区段上36小时内获得的平均数据的曲线图。数据是从一个或多个检测器接收到的。在图9B的示例中，一个区段中的两个传感器的数据被显示为彼此相邻。在该示例中，WC以基于体积的％WC表示，EC以dS/m(十西门子每米)表示，T以摄氏度表示。如图10所示，显示了在温室中的两个位置处检测到的WC、EC和温度。在优选实施例中，***包括至少三个检测器。

在优选实施例中，诸如智能手机或平板电脑等便携式通信设备自动显示每个系列(诸如每个浇水区段)的值的平均值和分布。有利地，这使得能够可靠地调节设定以优化灌溉、环境或生长策略。通常在大约20个板上并且在相当数量的环境传感器上执行测量，并且针对可以被称为参考板的代表性板和针对环境条件生成平均测量值。能够使用多个测量值容易地确定温室中的参考板。

专用手持设备还可以配置成与检测器通信，以将检测器的模式从周期性输出改变为连续输出。周期性输出可用于维持检测器的电池寿命，而连续输出可用于检测器的全面发现或状态检查。

例如，在一些优选实施例中，测量仪可以设置有以预设时间间隔进行测量的记录功能。例如，用户可以容易地调节在板中或在环境上执行测量的时间间隔。在优选实施例中，测量仪可以采集和存储在板中和环境上进行测量而获得的2300个或更多个测量值。这给出了关于WC、EC和温度值的可靠信息，以及关于环境条件的可靠信息，其中WC、EC和温度值是例如由种植者确定的一段时间内的时间的函数(即曲线)。这种曲线的示例在图8、图9和图10中示出。长期使用测量仪而不中断或出现故障也有助于稳定和可靠的测量数据。基于这些数据，能够使用根据本发明的方法调整灌溉策略以优化培养。

种植者可以输入例如水含量、电导率、温度、光水平和/或湿度的设定值，以建立触发消息的条件。例如，种植者可以将***设定成在水含量下降3％(EG)的情况下获得消息。***可以使用记录的数据来预测例如当天的区段的参数。因此，例如，***可以使用从前一天记录的数据做出这样的预测：如果天气条件相似，则指示水含量将何时达到设定值。这可以从例如日落开始显示。

与基于根区设定点一样或作为其替代，这些可以基于气候计算机中的设定点，以允许基于温室参数(例如如上所述的湿度和光量)向种植者发出警报。这种情况的一个示例是种植者可以将***设定成在湿度超过80％的情况下获得信息。***可以使用记录的数据来预测例如当天的区段的参数。因此，例如，***可以使用从前一天记录的数据做出这样的预测：如果天气条件相似，则指示湿度将何时达到设定值。这可以从例如日落开始显示。

利用图13所示的***13，桥接器1303配置成基于温室参数直接向种植者的智能手机设备12发出警报。该警报可以包含手动调节种植区域内的灌溉和环境条件的指令。或者，该警报可以包括***13通过桥接器1303将自动地或自主地实现灌溉或环境条件的某些改变的通知。

图11A和图11B示出了图形用户界面的示例，其中用户可以分别基于日动态和年动态输入设定点以控制灌溉策略。例如，可以在WC和/或EC水平上进行设定点的设定。参照图11A，对于一天中水含量的增加(日动态)，WC设定点或阈值被设定为10％。例如，降低的百分比可以在0.5％和30％之间。持续时间可以以小时和/或分钟来设定。

图11B示出了用于年动态的设定点生成器的示例，由此种植者可以在一年的某些周中设定EC和WC的期望值。在图11B中，所示的周数表示从作物开始的周数(而不是日历周数)，作物开始的周数标记为第0周。紧邻由种植者设定的设定点，可以显示例如从分析平台或顾问接收的建议设定点。这些“建议设定点”可以采取向种植者推荐的形式，这将在下面更详细地描述。

应当理解，设定点可以例如根据作物类型或板类型而变化。由三角形标记的虚线表示目标EC，而由正方形标记的虚线表示目标WC。实线分别表示实际测量的EC和WC水平(作为来自智能盒的处理数据)。在图11C中，基于某些设定点绘制预测线(由菱形标记)。图11D中给出了消息的示例。图11E示出了在智能手机上运行的图形用户界面的另一屏幕截图。在图11E中，示出了图形用户界面的基本“菜单”，由此用户可以在要显示的图形类型(区段、各个传感器、日动态/年动态)之间进行选择。

在优选实施例中，***连接到气候计算机，并且可以有利地立即或连续地以图形形式报告数据。例如，数据可以每3分钟直接发送至云或气候计算机，并且因此数据被连续地发送。当接收到数据时，也可以立即以图表显示数据。

便携式通信设备(如上所述，其为专用手持设备或智能手机设备)可以包括用于与检测器通信的通信接口。该设备还可以配置成与检测器通信以确定检测器的标识符，将检测器标识符与位置信息组合，并且将该信息转发到中央检测器数据处理装置。例如，位置信息可以由用户输入到手持设备1105，或者可以替代地或附加地由使用GPS硬件的设备本身或其他位置确定装置来确定。位置确定装置可以包括这样的装置：该装置布置成光学地读取位于设备的位置处的条形码、字母数字标识符、QR码或其他光学或视觉标识符、RFID或近场通信(NFC)设备并且指示关于位置的信息。位置信息可包括地图坐标或GPS坐标或与生长区域中的基质位置相关的列和行信息。位置信息还可以包括温室编号或代码、灌溉区段代码、罩(hood)代码、行号和板号。在优选实施例中，位置信息至少包括灌溉区段代码和行号。设备还可以配置成测量检测器的输出，以将这些输出显示给用户，并且可选地通过另外的通信链路将这些输出转发到中央数据处理器。设备可以配置成响应于用户输入而将检测器置于设定模式或测试模式，并且通过另外的通信链路将状态改变的结果或测试的结果发送到中央检测器数据处理装置。通信链路可以是物理的或无线的，然而，无线通信的使用减少了安装和装配时间，并且在涉及长距离的情况下能够减少材料成本。

便携式通信设备可以是诸如PDA等标准的电子通信设备，或诸如智能手机等移动电话，因此本发明可以在包含指令的计算机程序产品中实现，当由包括远程通信装置的电子通信设备的处理器执行这些指令时，这些指令使设备配置为建立与检测器的通信链路，询问检测器以确定检测器标识符，将该标识符与检测器的配置信息相关联，并将该配置信息发送到中央检测器数据处理装置。除了上面关于手持设备讨论的功能和参数之外，配置信息可以包括位置数据、检测器配置数据、检测器状态数据(诸如电源信息等)、使用时间。

由种植者整理的数据被上传到云并且可以存储在服务器上以便例如在分析平台内进行处理。这使得顾问能够在诸如笔记本电脑、PC平板计算机或智能手机等远程设备上远程地查看种植者的数据。分析平台可以实现数据可视化、数据分析、数据集成和过程控制的步骤。优选地，随时间推移整理上传的数据并对其进行评估。例如，由专家或顾问执行的分析评估的结果可以呈现在报告中以自动提供给用户。在优选实施例中，设定点和计算值可以自动上传到种植者的气候计算机，从而有利地实现自动操纵(即灌溉和环境条件的控制)。分析的数据可以从云发送到气候计算机和/或任何其他远程设备，例如以操纵或校正个体灌溉、环境或生长策略。

可以另外从任何测量设备或气候计算机对记录的数据(也称为平台数据)进行整理，以形成平台上的集成数据，该平台对于远程设备是可见的。平台数据还可以包括诸如气候计算机设定点和参数、作物登记数据以及与种植者相关的其他数据等数据。

如上所述，在一些实施例中，***能够发出推荐。这些推荐通常经由移动设备、PDA或计算机上的图形用户界面发给种植者。这些推荐包含建议的由种植者采取的行动以便控制植物生长。在一些实施例中，***能够在种植者不采取行动使这些推荐生效的情况下或者仅在从种植者接收到确认之后使这些推荐生效。

基于WC、EC和基质温度、环境条件、植物和作物信息以及气候信息提供推荐。所提供的建议根据植物所处的生长阶段而不同并且由设定点触发和确定。例如，如果超过特定设定点，则发出推荐。例如，如果用于特定植物类型的灌溉理想地在一夜的8％和15％之间，如果灌溉设定得太高，诸如设定为大于15％，则将发出说明应当调整灌溉停止时间的推荐。另一个示例是当检测到100焦耳(J)的辐射时，将发出说明灌溉的适当开始时间的灌溉推荐。

在其图形用户界面中显示给种植者的图形还可以示出推荐将对例如温度或水含量具有的效果，以向种植者提供推荐将具有的效果的指示。通过将除了根区信息之外的环境、植物和气候信息并入***中，能够实现这种预测。

如上所述，这些推荐提供了对多个因素的操纵。这些推荐包括与空气温度、灌溉、电导率和湿度有关的操纵。这通过参考存储这些参数和植物生长数据之间的关系的数据库来实现。例如，这可以包括对于特定的植物品种或类型，空气温度应该在X至Y摄氏度的范围内。分析数据库中的多个参数以便确定合适的设定点，从而给种植者推荐。由于参数的重要性随着时间或年份以及生长阶段而变化，因此分析参数的顺序根据时间或年份以及(可能的)植物的生长阶段而变化。例如，在一年中天气炎热的时期，温度较不容易控制，因此在炎热天气的时期，对诸如灌溉等参数给予较大的加权。

作为提供推荐的这种方法的补充或替代，能够基于用来自诸如上述数据库等的数据库的数据训练的机器学习算法和基于种植者对这样的推荐的反应来提供推荐。这提供了反馈回路以允许机器学习算法继续被训练，从而改进所提供的推荐。

所给出的推荐是根据所使用的基质类型和作物阶段而指定的。在作物开始时，种植者具有较小的植物。这些建议对在夏季充分生长的植物具有不同的要求。另外，推荐还可以根据基质类型而变化。为了确定种植者的适当生长阶段，诸如种植、日期变化、果实(即作物)负荷和座果簇(set fruit cluster)等输入变量是重要变量。基于这些变量，可以确定作物所处的阶段以及所应用的推荐。当种植者应用一个或多个推荐时，他们将看到作物随时间的变化。例如，作物平衡可以从营养期到生殖期而变化；植物头部厚度和长度生长可以根据需要而改变，并且果实组的数量可以增加或减少。在较长的时期内，这将在例如六周的时期内改善的平均果实重量或收割速度或其他相关项目中是明显的。

在一些实施例中，遵循以下过程以便确定是否发出推荐。首先，评估农作物登记信息，该信息是与从植物收割的农作物有关的信息。这允许识别植物的生长阶段。然后使用已知技术预测例如下一周、两周或三周内的植物生长和条件。然后将这些植物的预测与来自标准植物(即遵循预期生长模式的植物)的植物生长参数和条件的预期集合进行比较。如果在维持当前***设定时预测落在预期参数内，则不发出推荐。另一方面，如果预测落在预期参数之外，则基于预期参数和预测参数彼此之间的差异，发出用于改变当前***设定的适当推荐。

对上述实施例的变化和修改对于本领域技术人员将是明显的。这些变化和修改可以包括已经公知的并且可以代替或补充本文描述的特性而使用的等效物和其他特性。在单独实施例的上下文中描述的特性可以在单个实施例中组合提供。相反，在单个实施例的上下文中描述的特性也可以单独地或以任何合适的子组合提供。

应当注意，术语“包括”不排除其他元件或步骤，术语“一”或“一个”不排除多个，单个特性可以实现权利要求中记载的若干特性的功能，并且权利要求中的附图标记不应被解释为限制权利要求的范围。还应当注意，附图不一定是按比例绘制的；而重点通常在于说明本发明的原理。

Claims (23)

1.一种用于控制水培生长***中的植物生长条件的***(13)，用于控制植物生长条件的所述***包括：

至少一个检测器(1301)，其用于测量植物生长基质或环境条件的至少一种特性；

第一数据处理装置(1303)和第二数据处理装置；并且

所述检测器(1301)或每个检测器(1301)布置成测量植物生长基质或环境条件的一种或多种特性，并且通过通信链路将检测器标识符和所测量的一种或多种特性传输到所述第一数据处理装置；

所述第一数据处理装置(1303)布置成：

在存储器中保存预定义的生长数据，所述预定义的生长数据包括灌溉数据、环境数据、植物数据、收割数据、作物数据和/或气候数据，并限定以下两者之间的关系：

所述基质的温度、所述基质的pH水平、所述基质的水含量、所述基质的养分含量、所述基质的氧含量、空气温度、湿度和光照水平、气候条件、植物参数、收割和作物条件中的一者或多者的多个值；和

多个期望的灌溉参数和环境参数；

处理从每个检测器接收的所测量的特性以获得所述基质的经处理的特性；

基于所述经处理的特性和所述预定义的生长数据，提供指示所述生长基质的期望生长输入的输出，其中，所述经处理的特性和所述输出形成经处理的数据；并且

基于所述经处理的数据计算所述基质的预测特性；

确定所述基质的所述经处理的特性与所述基质的所述预测特性之间的差异；

所述第二数据处理装置布置成：

从所述第一数据处理装置(1303)接收所述差异；

接收用于基于所述差异输出消息的消息条件输入；并且

当所述差异满足所述消息条件时，输出消息。

2.根据权利要求1所述的***(13)，还包括数据存储装置(1320)，并且所述第一数据处理装置(1303)还布置成将经处理的数据发送到所述数据存储装置(1320)，所述数据存储装置布置成将所发送的数据存储为记录数据。

3.根据权利要求1或2所述的***(13)，还包括便携式通信设备(12)。

4.根据权利要求3所述的***(13)，其中，所述便携式通信设备(12)包括所述第二数据处理装置。

5.根据权利要求3所述的***(13)，其中，所述便携式通信设备(12)布置成从所述数据存储装置(1320)接收经处理的数据。

6.根据权利要求5所述的***(13)，其中，所述便携式通信设备(12)与所述数据存储装置(1320)通信，并且所述便携式通信设备(12)配置成从所述至少一个无线检测器(1301)接收数据，并将所接收的数据发送到所述数据存储装置(1320)。

7.根据权利要求3至6中任一项所述的***(13)，其中，所述便携式通信设备(12)还布置成基于由所述***的所述第一检测器数据处理装置提供的用于所述生长基质的生长输入参数来控制对植物生长基质的生长输入和/或对所述基质所处的环境的生长输入。

8.根据前述权利要求中任一项所述的***(13)，其中，所述检测器或每个检测器(1301)还布置成以小于10分钟、优选地小于5分钟、更优选地小于3分钟的时间间隔通过通信链路将检测器标识符和所测量的一种或多种特性传输到所述第一检测器数据处理装置。

9.根据前述权利要求中任一项所述的***(13)，其中，所述检测器或每个检测器(1301)还布置成以小于10分钟、优选地小于5分钟、更优选地小于3分钟的时间间隔通过通信链路将检测器标识符和所测量的一种或多种特性传输到所述第二检测器数据处理装置。

10.根据前述权利要求中任一项所述的***(13)，其中，所述检测器或每个检测器(1301)还布置成以小于10分钟、优选地小于5分钟、更优选地小于3分钟的时间间隔通过通信链路将检测器标识符和所测量的一种或多种特性传输到所述数据存储装置(1320)。

11.根据权利要求3至10中任一项所述的***(13)，其中，所述便携式通信设备(12)还布置成：

从检测器接收检测器数据；以及

将检测器数据传输到所述第一检测器数据处理装置。

12.根据前述权利要求中任一项所述的***(13)，其中，所述检测器(1301)中的一个或多个检测器以及所述第一数据处理装置(1303)均包括：LoRa模块和/或蓝牙模块，所述LoRa模块布置成经由LoRa传输来接收和发送数据，并且所述第一数据处理装置布置成通过LoRa协议传输而与所述一个或多个检测器进行通信；并且蓝牙模块布置成彼此建立蓝牙无线网络，并且所述第一数据处理装置(1303)布置成通过蓝牙协议传输而与所述一个或多个检测器(1301)进行通信。

13.根据前述权利要求中任一项所述的***(13)，其中，所述便携式通信设备(12)包括蓝牙模块，所述蓝牙模块布置成与所述第一数据处理装置(1303)或所述检测器(1301)中的一个或多个检测器建立蓝牙无线网络，并且所述便携式通信设备(12)布置成通过所述蓝牙网络而与所述第一数据处理装置和所述检测器中的一个或多个检测器传输和接收数据。

14.根据前述权利要求中任一项所述的***(13)，其中，所述第一数据处理装置和所述数据存储装置是单个单元的一部分。

15.根据权利要求1至14中任一项所述的***(13)，其中，所述数据存储装置是云服务数据库。

16.一种使用根据前述权利要求中任一项所述的***(13)来控制植物生长条件的方法。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述***(13)是根据权利要求3至15中任一项所述的***，所述方法还包括将检测器配置数据输入到所述***的所述便携式通信设备(12)，并且使所述便携式通信设备将所述检测器配置信息发送到所述第一检测器数据处理装置。

18.根据权利要求16或17所述的方法，其中，所述***(13)是根据权利要求3至15中任一项所述的***，所述方法还包括将所述消息条件输入输入到所述便携式通信设备(12)。

19.根据权利要求16至18中任一项所述的方法，其中，所述***(13)是根据权利要求3至15中任一项所述的***，所述方法还包括当所述第二数据处理装置输出所述消息时，由所述便携式通信设备(12)向所述用户发出警报。

20.一种便携式检测器通信设备(12)，其适于在根据权利要求1至15中任一项所述的***中使用。

21.根据权利要求20所述的便携式检测器通信设备，其中，所述设备是移动电话。

22.一种计算机程序产品，其能加载到电子通信设备的存储器中，并且所述计算机程序产品包含指令，当由所述电子通信设备执行所述指令时，使所述电子通信设备配置成根据权利要求20或21所述的便携式通信设备(12)。

23.一种用于数据分析的平台，其用于处理在根据权利要求1至15中任一项所述的***中使用的记录数据。

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