本披露涉及一種包括用于養(yǎng)分和水分配的微流體裸片氣霧栽培系統(tǒng)。

相關(guān)技術(shù)

氣霧栽培是無(wú)需土壤來種植植物的過程，其中，植物的根部懸掛于空氣中并且從霧或其他水分配方法接收水分。現(xiàn)有的氣霧栽培系統(tǒng)并入了向根部提供水和其他養(yǎng)分的噴霧器。噴霧器具有不可精確控制或適配的較大水滴。

在市場(chǎng)上存在很多檢測(cè)關(guān)于環(huán)境的質(zhì)量(諸如溫度、環(huán)境光、和濕度)的設(shè)備。現(xiàn)在，這些設(shè)備可通過物聯(lián)網(wǎng)彼此通信。物聯(lián)網(wǎng)即“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”，其延伸至任何物品以便進(jìn)行信息交換和通信。物聯(lián)網(wǎng)是用于將任何設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接以便借助于信息感測(cè)設(shè)備(諸如濕度傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器、光傳感器、紅外傳感器和全球定位系統(tǒng)，僅舉幾例)來進(jìn)行信息交換和通信的網(wǎng)絡(luò)。它們可基于商定的協(xié)議進(jìn)行通信以便實(shí)現(xiàn)智能識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)測(cè)和管理。

在此網(wǎng)絡(luò)中，物品可彼此通信而無(wú)需用戶的干預(yù)。每個(gè)設(shè)備可以訪問相應(yīng)信息的接收器、數(shù)據(jù)發(fā)送信道、存儲(chǔ)功能、處理電路、操作系統(tǒng)、特定應(yīng)用、和數(shù)據(jù)發(fā)送器。該設(shè)備耦合至或者包括其自身的處理和數(shù)據(jù)發(fā)送特征。該設(shè)備被配置為遵守物聯(lián)網(wǎng)的通信協(xié)議。此外，每個(gè)設(shè)備將具有唯一序列號(hào)以用于識(shí)別在物聯(lián)網(wǎng)中的該設(shè)備。

物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于各種各樣的領(lǐng)域，諸如智能交通、環(huán)境保護(hù)、政府工作、公共安全、安全家居、智能火控、工業(yè)監(jiān)測(cè)、養(yǎng)老、個(gè)人健康、花卉種植、水系統(tǒng)監(jiān)測(cè)、食品源、和敵情檢查到情報(bào)收集等。這包括使得傳感器嵌入且配備在各種對(duì)象中，諸如電網(wǎng)、鐵路、橋、隧道、公路、建筑、供水系統(tǒng)、大壩和油氣管道。這些傳感器然后與集中式用戶應(yīng)用自動(dòng)或者手動(dòng)通信以便實(shí)時(shí)在網(wǎng)絡(luò)中管理和控制這些對(duì)象、人員、機(jī)器、設(shè)備和設(shè)施。這允許用戶以更精致且動(dòng)態(tài)的方式管理生產(chǎn)和生活，從而實(shí)現(xiàn)“智能”狀態(tài)，提高資源利用率和生產(chǎn)水平，并給我們提供更多有關(guān)我們環(huán)境的信息。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本披露涉及向氣霧栽培系統(tǒng)中的植物的根部提供對(duì)流體、水或養(yǎng)分、或抑制素(諸如殺蟲劑)的精確控制和輸送，其中，微流體輸送單元包括微流體裸片。例如，該裸片包括襯底、腔室、以及允許以特定速率和液滴大小來精確輸送所選流體體積的噴嘴。

在一個(gè)實(shí)施例中，容器包括定位在中心區(qū)域內(nèi)的多個(gè)裸片，這些裸片向懸掛于該容器內(nèi)的根球提供霧模式的流體?？刂破骰蛘呋谠谠撊萜髦谢蛑車ǖ膫鞲衅髯詣?dòng)地接收指令或者直接從用戶接收指令。該控制器然后以特定于該根球的速率、壓力和體積來控制該微流體裸片噴射流體。

本披露的氣霧栽培系統(tǒng)可與物聯(lián)網(wǎng)相集成，該物聯(lián)網(wǎng)允許設(shè)備彼此自動(dòng)通信并向遠(yuǎn)程用戶傳送數(shù)據(jù)。例如，該微流體裸片可包括在溫室中的植物生長(zhǎng)容器陣列中，其中，每個(gè)容器具有對(duì)相關(guān)聯(lián)容器的水分含量進(jìn)行監(jiān)測(cè)的濕度傳感器。這些傳感器可向遠(yuǎn)程用戶發(fā)送數(shù)據(jù)，該遠(yuǎn)程用戶可提供用于向水分低的容器提供特定量的水的指令?？商娲?，當(dāng)一個(gè)容器低于閾值水分量而沒有來自用戶的輸入時(shí)，控制器可處理傳感器數(shù)據(jù)并提供水。這種閉環(huán)系統(tǒng)可進(jìn)行感測(cè)、采取動(dòng)作并且再次進(jìn)行感測(cè)，均無(wú)需任何外部輸入。存在使用傳感器、控制器和微流體裸片來使此系統(tǒng)自動(dòng)化的無(wú)限能力。

附圖說明

在這些附圖中，相同的參考號(hào)識(shí)別相似的元件。附圖中元件的大小和相對(duì)位置不一定按比例繪制。

圖1至圖3是根據(jù)本披露的實(shí)施例的一種包括微流體裸片的氣霧栽培系統(tǒng)在植物的不同生長(zhǎng)階段的視圖；

圖4a至圖4b是根據(jù)本披露的實(shí)施例的一種包括居中定位在容器內(nèi)的多個(gè)微流體裸片的氣霧栽培系統(tǒng)的視圖；

圖5a至圖5b是根據(jù)本披露的實(shí)施例的一種包括定位在容器內(nèi)壁上的多個(gè)微流體裸片的氣霧栽培系統(tǒng)的視圖；

圖6a至圖6b是根據(jù)本披露的替代性實(shí)施例的一種包括居中定位在容器內(nèi)的多個(gè)微流體裸片的氣霧栽培系統(tǒng)的視圖；

圖7a至圖7b是包括微流體裸片的印刷電路板的頂視圖和底視圖，該印刷電路板包括在氣霧栽培系統(tǒng)中；

圖8a至圖8e是圖7a的微流體裸片的視圖；

圖9是根據(jù)本披露的替代性實(shí)施例的一種包括多個(gè)微流體裸片的氣霧栽培系統(tǒng)的側(cè)視圖；

圖10是根據(jù)本披露的替代性實(shí)施例的一種包括多個(gè)微流體裸片的氣霧栽培系統(tǒng)的俯視圖；

圖11是根據(jù)本披露的實(shí)施例的包括微流體裸片和傳感器的印刷電路板；

圖12是根據(jù)本披露的替代性實(shí)施例的一種包括多個(gè)微流體裸片的氣霧栽培系統(tǒng)的側(cè)視圖；

圖13a至圖13b是包括多個(gè)植物支撐結(jié)構(gòu)和多個(gè)微流體裸片的氣霧栽培系統(tǒng)的視圖；

圖14是用于氣霧栽培系統(tǒng)的多個(gè)印刷電路板和微流體裸片的安排；

圖15是根據(jù)本披露的實(shí)施例的印刷電路板和微流體裸片的安排；

圖16是印刷電路板和微流體裸片的側(cè)視圖；

圖17是根據(jù)本披露的實(shí)施例的氣霧栽培系統(tǒng)；以及

圖18是被配置成用于向多株植物提供養(yǎng)分和水的氣霧栽培系統(tǒng)。

具體實(shí)施方式

在以下描述中，闡明了某些具體細(xì)節(jié)以便提供對(duì)本披露的各個(gè)實(shí)施例的透徹了解。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的是，可以在沒有這些特定細(xì)節(jié)的情況下實(shí)踐本披露。在其他實(shí)例中，與電子部件和半導(dǎo)體制造相關(guān)聯(lián)的公知結(jié)構(gòu)尚未被詳細(xì)描述從而避免使本披露的實(shí)施例的描述變得模糊。

除非上下文另有要求，否則貫穿說明書和所附權(quán)利要求書，“包括(comprise)”一詞及其多種變體(諸如，“包括(comprises)”和“包括(comprising)”)將以一種開放式的和包含性的意義來進(jìn)行解釋，也就是作為“包括，但不限于(including,butnotlimitedto)”。

貫穿本說明書對(duì)“一個(gè)實(shí)施例”或“實(shí)施例”的引用意味著結(jié)合該實(shí)施例所描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、或特性包括在至少一個(gè)實(shí)施例中。因而，貫穿本說明書，短語(yǔ)“在一個(gè)實(shí)施例中”或“在實(shí)施例中”在不同場(chǎng)合中的出現(xiàn)并不一定都是指相同的實(shí)施例。此外，在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，可以以任何適當(dāng)?shù)姆绞絹斫M合特定特征、結(jié)構(gòu)或特性。

如在本說明書和所附的權(quán)利要求書中所使用的，單數(shù)形式的“一種”、“一個(gè)”以及“該”包括復(fù)數(shù)對(duì)象，除非內(nèi)容另外明確指明。還應(yīng)注意，術(shù)語(yǔ)“或者”總體上所使用的意義包括“和/或”，除非內(nèi)容另外明確指明。

如在說明書和所附的權(quán)利要求書中所使用的，“對(duì)應(yīng)(correspond)”、“對(duì)應(yīng)(corresponds)”和“對(duì)應(yīng)(corresponding)”的使用意在描述參考對(duì)象之間的比率或相似性?！皩?duì)應(yīng)(correspond)”或其形式之一的使用不應(yīng)被解釋為意指確切的形狀或尺寸。

本披露涉及一種氣霧栽培系統(tǒng)的各個(gè)實(shí)施例，該氣霧栽培系統(tǒng)包括多個(gè)微流體輸送構(gòu)件、多個(gè)傳感器、以及用于從這些傳感器接收數(shù)據(jù)并控制微流體輸送構(gòu)件的處理電路。該氣霧栽培系統(tǒng)可以包括單個(gè)容器、多個(gè)容器中的單株植物、或者水槽或其他多植物種植容器中的多株植物。微流體輸送構(gòu)件包括微流體裸片和相關(guān)聯(lián)的電子電路以便控制向和從該微流體裸片輸送的流體的各方面。該系統(tǒng)可以包括單個(gè)微流體裸片或多個(gè)微流體裸片。本披露中的系統(tǒng)被配置成與物聯(lián)網(wǎng)(iot)一起使用。該iot包括經(jīng)由互聯(lián)網(wǎng)或其他通信機(jī)制互連的多個(gè)設(shè)備。該iot是通過標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議進(jìn)行通信的設(shè)備網(wǎng)絡(luò)，其中，每個(gè)設(shè)備經(jīng)由iot通信網(wǎng)絡(luò)是潛在可讀的、可識(shí)別的、可定位的、可尋址的且可控制的。在替代性實(shí)施例中，該系統(tǒng)可使得硬線連接在一起的所有部件成為獨(dú)立系統(tǒng)，其中，流體垂直進(jìn)入該系統(tǒng)并按需配給。

該多個(gè)設(shè)備可在有或沒有用戶輸入的情況下彼此進(jìn)行通信，從而使得該系統(tǒng)的一些部分可以自動(dòng)化。例如，該氣霧栽培系統(tǒng)中的水分傳感器向微處理器或其他處理電路提供有關(guān)水分水平的數(shù)據(jù)。如果該水分水平低于閾值，則該微處理器可激活分配水的微流體裸片。這是均可實(shí)現(xiàn)的，無(wú)需用戶的輸入。

反饋回路可實(shí)現(xiàn)特定算法(諸如pid)，那些可駐留在本地微控制器中或者通過iot網(wǎng)絡(luò)連接的遠(yuǎn)程設(shè)備中。也可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器學(xué)習(xí)算法，并且通過使用來自若干系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，控制回路可以進(jìn)化從而在配給水和養(yǎng)分的正確量時(shí)變得更加高效。

該iot還允許遠(yuǎn)程用戶與網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備進(jìn)行交互。例如，水分傳感器和處理電路確定水分低于閾值。該用戶則諸如通過郵件或者通過通知經(jīng)由遠(yuǎn)程通信設(shè)備(諸如手機(jī)、平板計(jì)算機(jī)、或其他計(jì)算設(shè)備)接收指示。該用戶可對(duì)來自該氣霧栽培系統(tǒng)的信息進(jìn)行評(píng)估并且指示該系統(tǒng)向具有更低水分含量的特定植物提供水。該系統(tǒng)允許該用戶指示該系統(tǒng)提供特定量的水或養(yǎng)分并且允許該用戶自定義參數(shù)，諸如流速。

不同于常規(guī)的互聯(lián)網(wǎng)，與物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)聯(lián)的端點(diǎn)設(shè)備通常包括不具有傳統(tǒng)用戶輸入和輸出接口的機(jī)器。例如，通信地耦合到該物聯(lián)網(wǎng)中的端點(diǎn)機(jī)器將通常被配置為不具有顯示控制器、鍵盤控制器、鼠標(biāo)控制器、觸摸控制器、或通常與常規(guī)的互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備(例如，個(gè)人計(jì)算機(jī)(pc)、智能機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理(pda)、平板機(jī)、膝上型計(jì)算機(jī)等)相關(guān)聯(lián)的任何其他人類用戶輸入和輸出通信接口。該機(jī)器可以包括某些警示器、開關(guān)、傳感器、基本的顯示器、有線或無(wú)線控制設(shè)備等。然而，該機(jī)器將典型地不具有通常與經(jīng)由常規(guī)的互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行通信的計(jì)算設(shè)備相關(guān)聯(lián)的人類接口的類型。

與互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)聯(lián)的任何機(jī)器通常分配有互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(ip)地址。該ip地址足以唯一地識(shí)別特定網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的機(jī)器。在一些情況下，單個(gè)機(jī)器在寬帶互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)被唯一地識(shí)別。也就是說，該機(jī)器可與耦合至互聯(lián)網(wǎng)的另一機(jī)器以一對(duì)一關(guān)系進(jìn)行雙向通信。

在一些情況下，單個(gè)機(jī)器具有在局域網(wǎng)(lan)內(nèi)是唯一的ip地址。在這種情況下，該局域網(wǎng)具有耦合至互聯(lián)網(wǎng)的機(jī)器，并且來自該lan內(nèi)，其他機(jī)器能夠傳送至與互聯(lián)網(wǎng)耦合的機(jī)器。在這種情況下，兩個(gè)或更多個(gè)機(jī)器被配置在lan中，并且在該lan中指定的機(jī)器具有互聯(lián)網(wǎng)上唯一的ip地址。該lan中若干機(jī)器中的每個(gè)機(jī)器可通過該指定的機(jī)器傳送至其他可訪問互聯(lián)網(wǎng)的機(jī)器。

物聯(lián)網(wǎng)機(jī)器目前正處于其萌芽時(shí)期。先前尚未耦合至互聯(lián)網(wǎng)的許多常規(guī)機(jī)器現(xiàn)在正在被配置成用于互聯(lián)網(wǎng)通信。也就是說，這些常規(guī)機(jī)器正在被配置成具有收發(fā)器以及用于使能互聯(lián)網(wǎng)通信的其他硬件、固件和軟件。該機(jī)器分配有在lan內(nèi)或?qū)拵Щヂ?lián)網(wǎng)內(nèi)是唯一的ip地址。

現(xiàn)在正在被配置成用于互聯(lián)網(wǎng)通信的這些類型的機(jī)器執(zhí)行工業(yè)功能、商業(yè)功能、消費(fèi)者功能、或其他功能。這些機(jī)器可以包括自動(dòng)售貨機(jī)、封裝設(shè)備、電表、停車計(jì)時(shí)器、工廠自動(dòng)化、遠(yuǎn)程天線監(jiān)測(cè)設(shè)備、機(jī)動(dòng)車輛、火車等等。這些設(shè)備(其現(xiàn)在包括使能互聯(lián)網(wǎng)通信的硬件和軟件)被稱為網(wǎng)絡(luò)使能設(shè)備。而且，即使這些設(shè)備仍然處于物聯(lián)網(wǎng)的萌芽時(shí)期，但是它們?cè)诖俗鳛槌Ｒ?guī)的網(wǎng)絡(luò)使能設(shè)備被引用。

圖1至圖3是根據(jù)本披露的實(shí)施例的一種包括微流體輸送構(gòu)件102的氣霧栽培系統(tǒng)100在植物104的不同生長(zhǎng)階段的視圖。該系統(tǒng)100包括容器106。該容器106支撐一株或多株植物104并且包括根部生長(zhǎng)區(qū)域108。該生長(zhǎng)區(qū)域108由支撐性密封件112與環(huán)境110隔開。該環(huán)境包括該植物104的上部部分(諸如葉子和莖部)延伸的區(qū)域。

如圖1至圖3所示，該植物104以種子114開始。該種子114懸掛于或者以其他方式支撐在該密封件112中。該密封件112可以是多孔的海綿狀材料，或者可以包括剛性支撐元件(諸如網(wǎng)格形式)。可替代地，當(dāng)被放置在該密封件112中時(shí)該植物104可以已經(jīng)包括根部116。該密封件112在豎直位置上支撐該植物104，從而使得該根部116懸掛于該生長(zhǎng)區(qū)域108中并且該上部部分延伸進(jìn)入該環(huán)境110。該環(huán)境110可以是用戶的家或者可以是在管理的溫室環(huán)境中。該系統(tǒng)可以被倒置從而使得根球位于葉子和莖部之上。

該用戶可以以支撐在該密封件112中的單個(gè)種子114開始。該密封件112將該環(huán)境110與該根部生長(zhǎng)區(qū)域108分隔開?？赡苡欣氖潜３治⒘：推渌镔|(zhì)遠(yuǎn)離根部。該密封件112可以包括用于防止不希望的細(xì)菌從該環(huán)境110進(jìn)入該根部生長(zhǎng)區(qū)域108中的細(xì)菌過濾器。

該微流體輸送構(gòu)件102定位在該容器106的底部表面118上。噴嘴(未示出)面向該生長(zhǎng)區(qū)域108并且被配置成用于向該根部116提供水和養(yǎng)分。使用該微流體輸送構(gòu)件(諸如噴墨打印頭技術(shù))給予用戶對(duì)液滴大小和計(jì)時(shí)的控制。由于不同的植物需要不同量的水和養(yǎng)分，因此這種系統(tǒng)允許用戶控制水或養(yǎng)分的液滴計(jì)時(shí)和大小。也可配給抑制素(諸如殺蟲劑)或其他健康穩(wěn)定劑。具體地，微流體裸片可創(chuàng)建允許更易于吸收配給流體的非常小的液滴。離散液滴控制也是可實(shí)現(xiàn)的。在該微流體裸片中使用熱或壓電技術(shù)可允許輸送一滴或數(shù)萬(wàn)億滴，從而使得該系統(tǒng)可基于該系統(tǒng)的需要來配給一微微升或一升。

該系統(tǒng)100可適配為包括傳感器120。這些傳感器檢測(cè)溫度、濕度、壓力、氧水平、二氧化碳水平、光、或影響植物生長(zhǎng)的任何數(shù)量的環(huán)境參數(shù)。該系統(tǒng)100還包括控制器122。該控制器122耦合至這些傳感器120并且耦合至該微流體輸送構(gòu)件102。該控制器122控制該微流體輸送構(gòu)件102的輸出率。該控制器122被配置成用于控制液滴大小，例如通過選擇定位在該微流體輸送構(gòu)件上的微流體裸片的襯底中的加熱器的特定加熱周期(或者噴射周期(如果利用壓電技術(shù)))。該控制器122可配置用于調(diào)節(jié)正在噴射的流體的粘度。例如，水具有不同于養(yǎng)分水組合或僅流體的養(yǎng)分的粘度。流體噴射速率可被調(diào)節(jié)至對(duì)于正在生長(zhǎng)的特定類型的植物或者對(duì)于植物的特定生長(zhǎng)階段是最佳的。例如，與植物生長(zhǎng)的更休眠階段相反，當(dāng)準(zhǔn)備開花或結(jié)果時(shí)一些植物需要不同類型的養(yǎng)分。此系統(tǒng)可以包括跟蹤植物年齡的實(shí)時(shí)時(shí)鐘。例如，植物已經(jīng)存活了多少分鐘、多少小時(shí)、多少天。該時(shí)鐘可以從第一塊根跟蹤穿透種子或第一片葉子等。

該控制器122從這些傳感器120接收環(huán)境參數(shù)信號(hào)。在一些實(shí)施例中，該控制器對(duì)來自這些傳感器的這些環(huán)境參數(shù)信號(hào)進(jìn)行處理并且確定經(jīng)由該微流體輸送構(gòu)件102向該根部116提供多少水和養(yǎng)分。該控制器可以包括向遠(yuǎn)離該系統(tǒng)的用戶發(fā)送信息的收發(fā)器。該控制器被配置為與物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行交互，從而使得該控制器可與溫室中相鄰的氣霧栽培系統(tǒng)進(jìn)行交互并且可提供數(shù)據(jù)并從遠(yuǎn)程用戶接收輸入。例如，如果每個(gè)容器106具有相關(guān)聯(lián)的光傳感器，則網(wǎng)絡(luò)控制器可接收并確定溫室中的平均光強(qiáng)度。該用戶可以基于環(huán)境參數(shù)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)估并且向該網(wǎng)絡(luò)控制器提供有關(guān)如何調(diào)節(jié)內(nèi)部照明系統(tǒng)或者調(diào)節(jié)針對(duì)使用太陽(yáng)光的系統(tǒng)的陰影供應(yīng)板的指令。該用戶還可指示向系統(tǒng)的不同植物的不同根部提供的水和養(yǎng)分量。具體地，該用戶可以提供有關(guān)時(shí)長(zhǎng)、液滴大小、和提供的具體養(yǎng)分的量的指令。該液滴大小受噴嘴尺寸(諸如直徑5-50微米)的影響，其中，高壓用于確保流體與根球的交互。另一個(gè)益處是控制每個(gè)時(shí)間段噴射的滴數(shù)。此系統(tǒng)允許精確控制噴射的流體量。例如，每秒或其他所選時(shí)間段1微微升至35微微升。

電源124鄰近干燥區(qū)域126中的控制器122被定位。該電源124通過連接件(未示出)向整個(gè)系統(tǒng)100提供電力。存貯器128耦合至該容器106。在圖1中，存貯器128被定位在生長(zhǎng)區(qū)域108內(nèi)，然而，該存貯器128可以被定位在容器的外壁130上或者與容器間隔開，由管或管道耦合。

在圖1至圖3中，該存貯器128包括用戶通過其提供流體的開口132。該流體可以只是水、可以只是養(yǎng)分、或者可以是水和養(yǎng)分的組合。流體連接件(未示出)將該流體移動(dòng)至該微流體輸送構(gòu)件102以分配到該生長(zhǎng)區(qū)域108中。該流體連接件可由該控制器122控制。

傳感器120可包括攝像機(jī)或被配置成用于確定根部何時(shí)開始從種子伸出的其他檢測(cè)機(jī)制。與完整的根球116相比，該種子具有不同的養(yǎng)分和水需求。這些傳感器120被配置成用于將該根部生長(zhǎng)區(qū)域108中的信息收集到該控制器122中。該控制器122對(duì)該信息進(jìn)行處理并且或者控制該微流體輸送構(gòu)件102和該存貯器128滿足該植物的需要或者該控制器122向用戶發(fā)送該信息，從而給予該用戶調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)置的機(jī)會(huì)。

圖2中展示了養(yǎng)分塊134?？梢赃x擇此養(yǎng)分塊以便為被選擇在此系統(tǒng)中生長(zhǎng)的這種類型的種子提供養(yǎng)分。養(yǎng)分塊134可以是緩慢釋放塊，該緩慢釋放塊將養(yǎng)分中的一部分釋放到放置在該存貯器128中的水中。

在圖3中，霧模式136離開該微流體輸送構(gòu)件102豎直朝向根部116。該霧模式中液滴大小可由用戶控制或者可提前編程。此外，該微流體輸送構(gòu)件102可以是可替換的，從而使得如果該用戶選擇以不同霧模式136種植不同植物，則該微流體輸送構(gòu)件102可以和包括新生長(zhǎng)植物的液滴大小和其他有益特征的微流體輸送構(gòu)件版本互換。針對(duì)每個(gè)微流體輸送構(gòu)件，這些霧模式可以不同。此外，各自可具有不同的流速。

圖4a和圖4b是居中定位在氣霧栽培系統(tǒng)144中的第一和第二微流體輸送構(gòu)件140、142的安排的頂視圖和透視圖。該第一和第二微流體輸送構(gòu)件140、142包括具有噴嘴148的微流體裸片。該微流體裸片可以包括在印刷電路板上，詳情參見圖7a、圖7b。

這些噴嘴148背向該第二微流體輸送構(gòu)件142。該第二微流體輸送構(gòu)件142也包括面向該第一微流體輸送構(gòu)件140的噴嘴148的相反方向的噴嘴。該第一和第二微流體構(gòu)件140、142中的每個(gè)微流體構(gòu)件包括從管道或其他流體運(yùn)輸器150接收流體的入口。

該第一和第二微流體輸送構(gòu)件140、142居中懸掛以便水平地提供霧模式152。該流體運(yùn)輸器150可以包括為該第一和第二微流體輸送構(gòu)件140、142提供機(jī)械支撐的剛性特征。該支撐可被調(diào)節(jié)為適應(yīng)根球的尺寸和形狀。例如，如果該根球變得太大或者與該微流體輸送構(gòu)件重合從而使得這些噴嘴被堵塞或者部分被堵塞，則可以豎直方向調(diào)節(jié)該支撐來移動(dòng)該微流體輸送構(gòu)件。該支撐繞基部還是可旋轉(zhuǎn)的以便允許調(diào)節(jié)至該系統(tǒng)的中心的左邊和右邊。

該流體運(yùn)輸器150還可以提供到該控制器的電連接件。該第一和第二微流體輸送構(gòu)件140、142可以在單獨(dú)的封裝體中或者可以包括在單個(gè)封裝體中。取決于用戶的預(yù)期用途，該單個(gè)封裝體可以是允許具有不同的噴嘴和腔室設(shè)計(jì)的輸送構(gòu)件在該系統(tǒng)中易于被替換或互換的即插即用安排。例如，不同的設(shè)計(jì)被配置為用于不同的流體，從而使得該即插即用安排可以涉及養(yǎng)分輸送。

圖5a和圖5b是包括氣霧栽培系統(tǒng)168中的四個(gè)微流體輸送構(gòu)件160、162、164、166的頂視圖和透視圖。該系統(tǒng)168包括容器170，其中，該微流體輸送構(gòu)件附接至該容器170的內(nèi)壁172上。該輸送構(gòu)件包括面向內(nèi)部生長(zhǎng)區(qū)域176的噴嘴174。該內(nèi)壁172可以包括將該輸送構(gòu)件緊固到該壁上的特征?？商娲兀黧w運(yùn)輸器178可以提供機(jī)械支撐以便在該生長(zhǎng)區(qū)域176中將該輸送構(gòu)件保持在位。

該流體運(yùn)輸器178按需或按預(yù)定計(jì)劃提供水和養(yǎng)分。該運(yùn)輸器還可以向該輸送構(gòu)件提供電信號(hào)以便控制霧模式180。每個(gè)輸送構(gòu)件可被同時(shí)控制以便創(chuàng)建圖5a中示出的加號(hào)形狀的霧圖案180。可替代地，該輸送構(gòu)件可呈模式被激活并被去激活，從而使得并非所有的輸送構(gòu)件同時(shí)配給流體。

在此系統(tǒng)中，裸片可以專用于特定流體，噴射一種流體。該流體可以是純凈的單流體(像水)或者可以是組合流體(諸如具有養(yǎng)分的水)。可替代地，該裸片可以接收多種流體，并且一些噴嘴排出一種流體同時(shí)同一裸片的其他噴嘴排出不同的流體。

在一些實(shí)施例中，針對(duì)一個(gè)輸送構(gòu)件(諸如第一輸送構(gòu)件164)的該運(yùn)輸器178可以運(yùn)輸與針對(duì)該第二輸送構(gòu)件166的運(yùn)輸器不同的流體。例如，該第一輸送構(gòu)件164可以接收去離子水，而該第二輸送構(gòu)件166接收富營(yíng)養(yǎng)流體。

圖6a和圖6b是定位在氣霧栽培系統(tǒng)190內(nèi)的四個(gè)微流體輸送構(gòu)件182、184、186、188的頂視圖和透視圖。每個(gè)輸送構(gòu)件可以具有單獨(dú)的流體運(yùn)輸器192或者可以共享單個(gè)流體運(yùn)輸器。流體分配模式200遠(yuǎn)離每個(gè)輸送構(gòu)件上的噴嘴194延伸。這些輸送構(gòu)件可以同時(shí)或或以一定模式被操作。

圖7a和圖7b是根據(jù)本披露的實(shí)施例的包括在氣霧栽培系統(tǒng)中的微流體輸送構(gòu)件250的頂部透視圖和底部透視圖。該輸送構(gòu)件250包括承載半導(dǎo)體裸片254的印刷電路板252。該印刷電路板252包括第一和第二圓形開口256、258和橢圓形開口260。根據(jù)本披露的實(shí)施例的氣霧栽培系統(tǒng)中的容器可以包括被配置成用于與這些開口256、258、260進(jìn)行交互以便將該微流體輸送構(gòu)件250保持在位的叉齒。取決于該輸送構(gòu)件如何被緊固到該氣霧栽培系統(tǒng)中的壁上或支撐件上，這些開口256、258、260可以是其他形狀和尺寸。在一些實(shí)施例中，可移除開口。例如，參見圖9和圖12的實(shí)施例。這些開口具有不同的形狀從而使得該輸送構(gòu)件可正確地定位在該系統(tǒng)中。該電路板的上表面和下表面可以涂覆有阻焊掩模262a、262b。當(dāng)該裸片254的接觸焊盤定位在該電路板252上或者當(dāng)形成觸頭264時(shí)，可以提供該阻焊掩模262a中的開口。該阻焊掩模262a和262b可以作為保護(hù)層被用于覆蓋由該電路板252承載的將該裸片254的這些接觸焊盤耦合至這些電觸頭264的電連接件(未示出)，這些電觸頭將這些接觸焊盤耦合至外部電源。

該印刷電路板252(pcb)是剛性平面電路板，具有上表面和下表面。該電路板252包括一層或多層絕緣和導(dǎo)電材料。在一個(gè)實(shí)施例中，該電路板包括fr4pcb，其是利用環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑由編織的玻璃纖維組成的復(fù)合材料(具有耐燃性)。在其他實(shí)施例中，該電路板包括陶瓷、玻璃或塑料。

該電路板252包括該電路板252的上表面上的全部電連接件。該裸片254也包括在該上表面上，從而使得噴嘴268背向該上表面。這允許噴嘴268直接遠(yuǎn)離該印刷電路板來噴射流體。此裸片被配置成用于噴射各種液滴大小和霧模式的流體。例如，該裸片可以遠(yuǎn)離該電路板5-10cm噴射霧羽流。

該裸片254包括耦合至該電路板上的接觸焊盤的多根引線，詳情參見圖8a。這些引線和接觸焊盤被絕緣材料270覆蓋。

該裸片的頂表面的區(qū)域可以在尺寸上接近于該電路板的上表面。該電路板的尺寸和形狀可根據(jù)在該氣霧栽培系統(tǒng)的容器中將如何附接該電路板而進(jìn)行調(diào)整。在該電路板的下表面上，過濾器272可以設(shè)置在該裸片的輸入端與流體運(yùn)輸器之間，該流體運(yùn)輸器將流體從存貯器承載入該裸片以用于分配。該過濾器272被配置成用于防止至少一些顆粒穿過開口從而防止該裸片254的這些噴嘴268被堵塞。在一些實(shí)施例中，該過濾器272被配置成用于阻擋大于這些噴嘴268的直徑的三分之一的顆粒。將認(rèn)識(shí)到，在一些實(shí)施例中，該流體運(yùn)輸器可充當(dāng)合適的過濾器，從而使得無(wú)需單獨(dú)的過濾器。在一個(gè)實(shí)施例中，該過濾器272是不銹鋼網(wǎng)格。在其他實(shí)施例中，該過濾器272是隨機(jī)交織的網(wǎng)格，基于聚丙烯或硅。過濾大小大約為該裸片的噴嘴尺寸的一半，這意味著對(duì)于尺寸2x的噴嘴，x尺寸和較大的顆粒被過濾掉。

該過濾器272利用粘接劑材料274被附接至下表面。該粘接劑材料274可以是不容易被存貯器中的流體溶解的粘接劑材料。

該電路板包括該裸片254定位在其上的開口(未示出)。該過濾器272覆蓋該開口的另一側(cè)。在替代性實(shí)施例中，該流體運(yùn)輸器可以附接至該電路板的一端，從而使得該電路板具有從該流體運(yùn)輸器到該裸片的用于向該裸片的腔室提供流體的信道。

在該開口以上，該半導(dǎo)體裸片254被緊固到該電路板的上表面。該半導(dǎo)體裸片254通過被配置成用于將該半導(dǎo)體裸片保持到該電路板的任何粘接劑材料而被緊固到該電路板的上表面。該粘接劑材料可以與用于將該過濾器272緊固到該微流體輸送構(gòu)件250的粘接劑材料相同或不同。

在該氣霧栽培系統(tǒng)中待提供的不同養(yǎng)分具有與噴墨打印機(jī)使用的典型鏈路不同的化學(xué)性能。微流體裸片最初被設(shè)計(jì)為用于噴墨打印機(jī)。在制造和控制方面的最近發(fā)展情況允許這些微流體裸片用于各種系統(tǒng)中。通常的噴墨打印頭使用非常昂貴、非常特定的材料來防止墨損壞支撐墨噴射工藝的部件(諸如存貯器)。在本披露中，普通材料(諸如fr4板)可用于創(chuàng)建先進(jìn)但成本有效的系統(tǒng)。內(nèi)襯(未示出)可以被包括以便將流體通過其傳遞到該裸片的開口排成一行。該內(nèi)襯提供保護(hù)涂層以便允許成本有效的電路板用于此系統(tǒng)中而不會(huì)有來自可以由該裸片噴射的各種養(yǎng)分的損害。在一個(gè)實(shí)施例中，該內(nèi)襯是金的，然而，在其他實(shí)施例中，該內(nèi)襯可以是氮化硅、其他氧化物、碳化硅、和其他金屬(諸如鉭或鋁)、或塑料(諸如pet)。

圖8a至圖8e各自包括微流體裸片254的更多細(xì)節(jié)。該微流體裸片254包括襯底280、多個(gè)中間層282、和噴嘴板284。該多個(gè)中間層282包括被定位在該襯底與該噴嘴板之間的介質(zhì)層和腔室層286。在一個(gè)實(shí)施例中，該噴嘴板為12微米厚。該襯底可以是在濕潤(rùn)環(huán)境中將不會(huì)生銹或劣化的硅。在一些實(shí)施例中，該硅可以具有向同一裸片提供不同流體(諸如水和養(yǎng)分流體)的兩個(gè)或更多個(gè)入口路徑。該裸片允許流體的定向、可控分配。

圖8b是圖8a的通過線8b-8b的橫截面。圖8d是圖8a的通過線8d-8d的橫截面。圖8c是圖8b的區(qū)域的放大視圖。圖8e是圖8d的區(qū)域的放大視圖。

該裸片254包括從這些中間介質(zhì)層282之一向下延伸至該電路板250上的這些接觸焊盤288的多根電連接引線290。每根引線耦合至單個(gè)接觸焊盤。該裸片的左側(cè)和右側(cè)上的開口292提供到這些引線耦合至其的這些中間層282的接入。這些開口292穿過該噴嘴板284和腔室層286以便暴露形成在這些中間介質(zhì)層上的接觸焊盤294。在其他實(shí)施例中，可以具有僅定位在該裸片的一側(cè)的一個(gè)開口292，從而使得從該裸片延伸的所有引線從一側(cè)延伸，而其他側(cè)仍對(duì)這些引線無(wú)阻礙。

在所展示的實(shí)施例中，具有18個(gè)噴嘴296通過該噴嘴板284，中心線的每一側(cè)九個(gè)噴嘴。在一些實(shí)施例中，該噴嘴具有20-30微米之間的直徑。每個(gè)噴嘴與該氣霧栽培系統(tǒng)中的該流體運(yùn)輸器和該存貯器流體連通。該裸片254包括完全穿過該襯底280的入口路徑298，并且與該腔室層286和該噴嘴板284進(jìn)行交互。該入口路徑298是矩形開口，然而，可以根據(jù)流路徑約束使用其他形狀。該入口路徑298與穿過該電路板的開口的流體路徑流體連通。

該入口路徑298耦合至與個(gè)體腔室302流體連通的信道300，形成該流體路徑，參見圖8c。這些腔室302之上是包括該多個(gè)噴嘴296的該噴嘴板284。每個(gè)噴嘴296處于這些腔室302中的對(duì)應(yīng)腔室之上。該裸片254可以具有任何數(shù)量的腔室和噴嘴，包括僅一個(gè)腔室和噴嘴對(duì)。在所展示的實(shí)施例中，該裸片包括18個(gè)腔室，每個(gè)腔室與相應(yīng)的噴嘴相關(guān)聯(lián)。可替代地，其可具有十個(gè)噴嘴以及為一組五個(gè)噴嘴提供流體的兩個(gè)腔室。在這些腔室和噴嘴之間無(wú)需具有一對(duì)一的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

在每個(gè)噴嘴腔室附近的是加熱元件304，該加熱元件電耦合至由該裸片254的這些接觸焊盤294之一提供的電信號(hào)并且由該電信號(hào)激活。每個(gè)加熱元件304耦合至第一觸頭和第二觸頭。該第一觸頭通過導(dǎo)電跡線耦合至該裸片上的這些接觸焊盤之一的對(duì)應(yīng)接觸焊盤。該第二觸頭耦合至地線。在一個(gè)實(shí)施例中，僅具有由該裸片的兩側(cè)的觸頭共享的單個(gè)地線。

在使用中，當(dāng)這些腔室302的每個(gè)腔室中的流體被該加熱元件304加熱時(shí)，該流體蒸發(fā)以產(chǎn)生氣泡。產(chǎn)生氣泡的膨脹使得流體從該噴嘴296噴射并形成液滴。

該微流體裸片可以使用加熱器(諸如這些加熱元件304)來噴射流體。這些加熱元件用于熱噴墨打印頭?？商娲?，該微流體裸片可以使用壓電部件來噴射流體。

如以上提及的，該襯底280包括通過與這些腔室302和這些噴嘴296相關(guān)聯(lián)的中心區(qū)域的該入口路徑298。該入口路徑被配置為允許流體從該裸片的底表面流入信道，這些信道耦合至這些噴嘴腔室并且加熱待噴射出這些噴嘴的該流體。

該腔室層286限定了成角度的漏斗路徑306，這些漏斗路徑將該流體從信道300饋送到腔室302中，參見圖8e。該腔室層286定位在這些中間介質(zhì)層282的頂部。該腔室層限定了這些信道和與每個(gè)噴嘴相關(guān)聯(lián)的該多個(gè)腔室之間的邊界。在一個(gè)實(shí)施例中，該腔室層單獨(dú)形成在模具中并且然后附接至該襯底。在其他實(shí)施例中，該腔室層通過該襯底頂部的沉積層、掩模層和蝕刻層形成。

圖8e的放大視圖包括形成在該噴嘴板中的四個(gè)噴嘴，該四個(gè)噴嘴與定位在每個(gè)噴嘴下方的四個(gè)腔室相關(guān)聯(lián)。該信道通過該漏斗路徑將流體饋送到每個(gè)腔室中?？煽匆姀脑撀闫牡妆砻嫦蛏涎由熘猎撔诺赖脑撊肟?。如上所述，該入口允許流體從外部設(shè)備(諸如上述氣霧栽培系統(tǒng)的存貯器)流出。該入口與這些信道和這些腔室流體連通，這些腔室被配置為在使用時(shí)通過這些噴嘴來噴射流體。

圖9是根據(jù)本披露的氣霧栽培系統(tǒng)350的實(shí)施例的橫截面視圖，該氣霧栽培系統(tǒng)包括定位在容器356的內(nèi)部區(qū)域354中的多個(gè)微流體輸送構(gòu)件352。該容器356可以支撐單株植物或多株植物。出于展示性目的，提供了單個(gè)種子358。該種子358被支撐在結(jié)構(gòu)層360中，該結(jié)構(gòu)層緊固地配合在該容器的內(nèi)部?？梢跃哂型苟蚍胖迷摻Y(jié)構(gòu)層360的其他支撐特征?？商娲兀摻Y(jié)構(gòu)層360可以是可壓縮以插入該容器中并且在正常狀態(tài)下可擴(kuò)展的材料，該材料將向該容器356的內(nèi)壁362提供壓力以便將該結(jié)構(gòu)層360維持在位。

該結(jié)構(gòu)層360對(duì)該內(nèi)部區(qū)域354進(jìn)行密封以便為植物根部創(chuàng)建封閉的生長(zhǎng)區(qū)域。該結(jié)構(gòu)層360可以阻擋光或者可以允許一些光從該環(huán)境中傳遞進(jìn)入該內(nèi)部區(qū)域。此容器356包括壁362上的開口364。這些開口364允許流體運(yùn)輸管或管道366耦合至這些微流體輸送構(gòu)件352的背側(cè)。將這些微流體輸送構(gòu)件352耦合至控制器368和電源的電連接件還可以沿著該流體運(yùn)輸管366行進(jìn)。可包括插塞材料370以便提供繞該流體運(yùn)輸管366的水密密封和氣密密封。

每個(gè)微流體輸送構(gòu)件352包括印刷電路板372和微流體裸片374。在一些實(shí)施例中，傳感器可以鄰近該印刷電路板372上的該微流體裸片374被定位，參見圖9。

該容器356包括底部376，該底部包括排水管378。該底部376可以成角度以便允許過量的水和流體更容易地排出該內(nèi)部區(qū)域354。在排水管中可以包括過濾器380以便防止較大顆粒穿過該排水管。在水和流體通過那個(gè)系統(tǒng)的循環(huán)中包括該過濾器380。

圖9中該容器右側(cè)的這兩個(gè)微流體輸送構(gòu)件352均耦合至單個(gè)流體運(yùn)輸構(gòu)件382，該流體運(yùn)輸構(gòu)件可以耦合至流體存貯器(未示出)。在一個(gè)實(shí)施例中，這兩個(gè)右側(cè)微流體輸送構(gòu)件352將把水分配到該系統(tǒng)中，同時(shí)這兩個(gè)左側(cè)微流體輸送構(gòu)件352將把不同的養(yǎng)分分配到該系統(tǒng)中。這兩個(gè)左側(cè)微流體輸送構(gòu)件352可以以有利于植物且由用戶編程的不同速率提供不同的養(yǎng)分。閥門可以被包括并且由控制器控制以便允許向各種流體運(yùn)輸構(gòu)件提供不同的流體。

圖10是包括附著于容器406的內(nèi)壁404上的微流體輸送構(gòu)件402的氣霧栽培系統(tǒng)400的俯視圖。這些微流體輸送構(gòu)件402可以是即插即用種類從而使得每一個(gè)都易于更換?？梢赃x擇具有不同的噴嘴形狀和尺寸并且允許它們噴射的流體的不同分配模式的不同輸送構(gòu)件。例如，用戶可以選擇三個(gè)被配置成用于以指定的霧模式噴射水的微流體輸送構(gòu)件，并且可以選擇三個(gè)被配置成用于噴射養(yǎng)分流體的微流體輸送構(gòu)件。該養(yǎng)分流體可以具有不同于水的粘度，并且可以通過選擇特定的裸片配置來優(yōu)化對(duì)每個(gè)流體的噴射控制。

圖11是根據(jù)本披露的實(shí)施例的微流體輸送構(gòu)件410。此微流體輸送構(gòu)件和此微流體輸送構(gòu)件的變體可以包括在本披露描述的各個(gè)實(shí)施例中。該微流體輸送構(gòu)件410包括至少一個(gè)微流體裸片412。一個(gè)或多個(gè)傳感器414靠近印刷電路板416上的該微流體裸片412被定位。

該印刷電路板416包括與該裸片412和該傳感器414間隔開的第一端420處的多個(gè)觸頭418。電連接件通過該電路板傳遞到該裸片和該傳感器以便從這些設(shè)備發(fā)送和接收信號(hào)。該傳感器可以檢測(cè)光、水分、壓力、溫度、或針對(duì)植物生長(zhǎng)要監(jiān)測(cè)的其他環(huán)境參數(shù)。

圖12是包括被定位成與容器436的內(nèi)壁434齊平的多個(gè)微流體輸送構(gòu)件432的氣霧栽培系統(tǒng)430的替代性實(shí)施例。這些輸送構(gòu)件432包括一個(gè)設(shè)備或多個(gè)設(shè)備438，諸如微流體裸片和傳感器。這些設(shè)備438附接至由電支撐件442接收的印刷電路板440。該電支撐件442從該內(nèi)壁434延伸以便接收該印刷電路板并將該印刷電路板保持在位。來自控制器444的電連接件通過該壁434行進(jìn)以便耦合至該電支撐件442并且最終向和從這些微流體輸送構(gòu)件432接收并發(fā)送信號(hào)。這些印刷電路板440可以包括觸頭(諸如圖11中展示的那些)，這些觸頭可與形成在該電支撐件442的內(nèi)表面上的電連接件進(jìn)行連通。這些電路板和這些支撐件442被配置成用于形成水密密封以便防止流體進(jìn)入并影響這些電連接件。流體運(yùn)輸構(gòu)件446、448、和450耦合至每個(gè)微流體輸送構(gòu)件的背側(cè)以便向設(shè)備(諸如微流體裸片)提供流體。

圖13a和圖13b是根據(jù)本披露的實(shí)施例的氣霧栽培系統(tǒng)500的側(cè)視圖。該系統(tǒng)500包括被配置為支撐多株植物504以用于無(wú)土種植的水槽或容器502。圖13b是容器502的通過圖13a中的線13b-13b的橫截面視圖。所展示的實(shí)施例包括單排植物和三列植物。該容器可以更大，諸如排和列陣列以便種植任何數(shù)量的植物。

多個(gè)微流體輸送構(gòu)件506定位在該容器502的生長(zhǎng)區(qū)域508中。這些微流體輸送構(gòu)件506定位在這些植物504的對(duì)應(yīng)植物下。這些輸送構(gòu)件506定位在支撐件510上，這些支撐件被配置為在豎直方向上移動(dòng)以便允許基于該植物504的根球512的大小來手動(dòng)或自動(dòng)調(diào)節(jié)。

該系統(tǒng)500包括定位在該容器502的內(nèi)壁516上的多個(gè)傳感器514。這些傳感器被配置成用于檢測(cè)各種環(huán)境參數(shù)(包括但不限于：光、水分、濕度、壓力)以及根部到這些微流體輸送構(gòu)件的接近度。在一些實(shí)施例中，可以在內(nèi)壁上包括附加微流體輸送構(gòu)件以便允許從根球的中心部分和從根球的外部輸送流體。

到用于向和從電源和控制器發(fā)送數(shù)據(jù)和電力的該多個(gè)傳感器的電連接件可以定位在該容器壁內(nèi)。可替代地，這些傳感器可以定位在被配置成用于卡扣或插入壁中的印刷電路板。這允許如果傳感器或附加微流體輸送構(gòu)件中的一個(gè)發(fā)生故障時(shí)或者如果不同的環(huán)境參數(shù)被檢測(cè)到時(shí)而交換傳感器或附加微流體輸送構(gòu)件。

這些微流體輸送構(gòu)件506可以通過支撐件510接收電力并發(fā)送數(shù)據(jù)。該支撐件還向這些輸送構(gòu)件提供噴射出這些輸送構(gòu)件506上的多個(gè)微流體裸片的流體。詳情參見圖14和圖15。該支撐件可以包括用于輸送僅一種類型的流體(諸如水)的單個(gè)流體輸送路徑。該支撐件可以包括用于將多種類型的流體承載到這些微流體輸送構(gòu)件506以用于同時(shí)或在不同時(shí)間噴射不同流體的多個(gè)流體輸送路徑。

機(jī)械部件被包括以便在該容器內(nèi)上下移動(dòng)該支撐件從而適合根球512不斷變化的尺寸。在此實(shí)施例中，這些傳感器向該控制器提供有關(guān)根部到該微流體輸送構(gòu)件的接近度的信息，該控制器可以向用戶傳送此信息，該用戶然后可以確定調(diào)節(jié)該微流體輸送構(gòu)件的量?？商娲?，該控制器可以針對(duì)這些植物中的一株或所有植物來自動(dòng)調(diào)節(jié)這些微流體輸送構(gòu)件的位置。這是一種可定制系統(tǒng)，從而使得該用戶可使得該系統(tǒng)自動(dòng)化，該用戶可手動(dòng)進(jìn)行全部調(diào)節(jié)或者一些自動(dòng)化任務(wù)和一些手動(dòng)任務(wù)的組合。例如，該用戶可以選擇以設(shè)定間期被提供給該系統(tǒng)的水，并且設(shè)置該系統(tǒng)以便通知用戶根球何時(shí)在距離這些微流體輸送構(gòu)件的設(shè)定距離內(nèi)。該用戶可獨(dú)立地編程或手動(dòng)調(diào)節(jié)每株植物的環(huán)境或者該用戶可在生長(zhǎng)區(qū)域內(nèi)一起調(diào)節(jié)整體環(huán)境。通過物聯(lián)網(wǎng)，該用戶還可調(diào)節(jié)圍繞植物的葉子和莖部部分的外部環(huán)境。

這些微流體輸送構(gòu)件可以包括鄰近該裸片的、支撐在根球下的傳感器。例如，接近度傳感器可隨著根球已經(jīng)生長(zhǎng)到接近這些微流體輸送構(gòu)件時(shí)進(jìn)行檢測(cè)。這些根部可阻擋該微流體裸片上的噴嘴，從而阻礙向根部輸送流體。

基部518提供供該支撐件510移進(jìn)移出的區(qū)域，同時(shí)維持用于根部生長(zhǎng)的密封環(huán)境。結(jié)構(gòu)層520支撐這些植物以便允許根部懸掛于生長(zhǎng)環(huán)境中。該基部518可以包括用于保持由這些微流體輸送構(gòu)件506噴射的流體的存貯器?？商娲?，該存貯器可以與該容器間隔開。該基部可以收集未被植物吸收的水和養(yǎng)分。在一些實(shí)施例中，該基部可以耦合至過濾器和重復(fù)使用或循環(huán)使用過量流體的再循環(huán)系統(tǒng)。

圖14是圖13a的微流體輸送構(gòu)件530的放大視圖。此微流體輸送構(gòu)件可以與本披露中描述的任何實(shí)施例結(jié)合使用。該微流體輸送構(gòu)件530包括多個(gè)印刷電路板532。每個(gè)電路板532可以包括微流體裸片534。可替代地，取決于應(yīng)用，該裸片之一可以被包括在少于所有這些印刷電路板上。在一些實(shí)施例中，該印刷電路板可以保持微流體裸片和傳感器?？商娲兀恍┯∷㈦娐钒蹇梢员３治⒘黧w裸片，而其他的保持傳感器536。

在此實(shí)施例中，這些印刷電路板是五邊形，從而使得在組裝時(shí)該微流體輸送構(gòu)件530與足球在形狀上相似。支撐件(諸如圖13a和圖13b中的支撐件510)可提供電力、流體并從該裸片和傳感器發(fā)送和接收信號(hào)。可以以各種形狀和尺寸來設(shè)置這些印刷電路板以便符合特定應(yīng)用。在一個(gè)實(shí)施例中，該支撐件510向面向該微流體輸送構(gòu)件內(nèi)部的每個(gè)印刷電路板的背側(cè)提供流體和控制信號(hào)。

圖15是與托架538電和物理耦合在一起的兩個(gè)印刷電路板532的替代性實(shí)施例。該托架538可以包括被配置成與這些印刷電路板上的觸頭540進(jìn)行交互的內(nèi)部電觸頭。這些觸頭540允許有關(guān)如何且何時(shí)從定位在這些電路板532上的微流體裸片534噴射流體的電信號(hào)(包括控制信號(hào))。這些觸頭540與該裸片534之間的電連接件穿過被保護(hù)免受外部元素(諸如水)的該電路板(內(nèi)在地在該電路板內(nèi))。這些電路板可以支撐并包括傳感器，諸如有關(guān)本披露中的其他實(shí)施例描述的那些。

電路板組532可以被耦合在一起以便一起受控。例如，都包括被配置成用于噴射水的微流體裸片的這些電路板集群或組532可以用單個(gè)連接件來控制，從而使得所有電路板耦合在一起并且僅一個(gè)電路板接收這些控制信號(hào)。類似地，附加組的微流體裸片可以被配置成用于噴射養(yǎng)分并且由單獨(dú)的控制信號(hào)來控制，該單獨(dú)的控制信號(hào)由養(yǎng)分噴射微流體裸片之間共享。

圖16是電路板550的側(cè)視圖，該電路板具有該電路板的第一側(cè)554的微流體裸片552。該電路板包括保護(hù)形成在該電路板中或上的電跡線的保護(hù)層556。流體運(yùn)輸構(gòu)件558向該電路板550的第二側(cè)560提供流體。具有通過與該流體運(yùn)輸構(gòu)件558對(duì)準(zhǔn)的該電路板550的開口562以便允許流體進(jìn)入裸片552的入口路徑564。過濾器568可以定位在該流體運(yùn)輸構(gòu)件與該裸片之間。保護(hù)內(nèi)襯570保護(hù)該電路板的、由該開口562暴露的暴露表面。當(dāng)待噴射的流體潛在地?fù)p壞了該電路板時(shí)可以包括該保護(hù)內(nèi)襯570。

支撐件572將該裸片與該電路板的該第一側(cè)分隔開。電連接件574形成在該電路板上并且耦合至該電路板中未示出的電跡線。絕緣蓋576覆蓋從該裸片上的觸頭到該電路板上的這些觸頭574的引線578。該支撐件572是可選的。該裸片可定向地安裝在該電路板550上。

圖17是包括被配置成用于種植植物的容器602的氣霧栽培系統(tǒng)600。在此展示中，植物從種子606開始，然而，用戶可以以已經(jīng)生根的植物而非種子來開始。此容器602包括定位在內(nèi)部區(qū)域610內(nèi)的多個(gè)微流體構(gòu)件608。這些微流體構(gòu)件608包括將流體噴射到該區(qū)域610中的微流體裸片612。這些微流體構(gòu)件608的安排和位置可以不同于根據(jù)本披露的展示的安排。

流體存貯器630向這些微流體構(gòu)件608的子集提供流體，并且養(yǎng)分存貯器632向這些微流體構(gòu)件608的其他子集提供養(yǎng)分。在一些實(shí)施例中，該流體存貯器630與該養(yǎng)分存貯器632耦合至每個(gè)微流體構(gòu)件，從而使得該控制器指明哪個(gè)存貯器提供從該微流體構(gòu)件上的該微流體裸片噴射的物質(zhì)。

內(nèi)部環(huán)境傳感器614被包括在該容器602中以便檢測(cè)內(nèi)部區(qū)域610內(nèi)的質(zhì)量和數(shù)量。這些內(nèi)部傳感器檢測(cè)與植物的根部和生長(zhǎng)區(qū)域610相關(guān)聯(lián)的環(huán)境質(zhì)量。附加外部傳感器(諸如光傳感器616、溫度傳感器618和其他傳感器620)被包括在環(huán)繞該容器外部的外部區(qū)域622中。這些外部傳感器檢測(cè)與植物的葉子和莖部相關(guān)聯(lián)的環(huán)境質(zhì)量。

在該容器602的底部有開口626，該開口允許流體在被這些微流體構(gòu)件608噴射后從該容器排出。該開口626可以耦合至移動(dòng)過量流體的流體運(yùn)輸構(gòu)件629。該過量流體可以通過過濾器628被過濾并且被返回至存貯器630。該系統(tǒng)可以通過將流體再循環(huán)回至該系統(tǒng)來減少水或其他流體浪費(fèi)?？商娲?，該經(jīng)過濾的流體可以作為廢物被移出該系統(tǒng)。

控制器624通過直接連接或者無(wú)線地耦合至內(nèi)部和外部傳感器中的每個(gè)傳感器。電力由電源634提供。電力可通過定位在該容器的壁內(nèi)的電連接件直接提供給這些傳感器和微流體構(gòu)件?？商娲?，這些電連接件可以沿著向該裸片提供流體的這些流體運(yùn)輸構(gòu)件進(jìn)行傳遞。

如果該控制器與這些傳感器和微流體構(gòu)件無(wú)線通信，則該傳感器或微流體構(gòu)件自身包括封裝體內(nèi)或與該傳感器相同的印刷電路板上的收發(fā)器。該控制器可接收并處理來自每個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)并且相應(yīng)地做出響應(yīng)。此安排使得該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)通過物聯(lián)網(wǎng)提供的優(yōu)點(diǎn)。具體地，這些傳感器中的每個(gè)傳感器可以檢測(cè)信息，諸如之后由該控制器自動(dòng)處理的環(huán)境參數(shù)和質(zhì)量。該控制器可以被編程以便自動(dòng)響應(yīng)這些環(huán)境參數(shù)?？商娲?，該控制器向遠(yuǎn)程用戶發(fā)送該信息，并且該用戶可以向該系統(tǒng)提供指令。

此系統(tǒng)可以用于用戶的家中以允許遠(yuǎn)程控制所選類型的植物的生長(zhǎng)環(huán)境。例如，西紅柿具有與大麗花不同的一組生長(zhǎng)條件。該用戶可根據(jù)其計(jì)算設(shè)備(諸如手機(jī)、膝上型計(jì)算機(jī)、或具有輸入端、顯示器和處理器的其他計(jì)算系統(tǒng))來控制生長(zhǎng)環(huán)境。隨著這些傳感器檢測(cè)環(huán)境的多個(gè)方面，這些傳感器向該用戶提供信息。該用戶可響應(yīng)于該信息而選擇對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

可以具有在溫室646中被分組在一起的多個(gè)系統(tǒng)600，從而使得每個(gè)系統(tǒng)600具有其自身的存儲(chǔ)在溫室網(wǎng)絡(luò)631中的存儲(chǔ)器633中的唯一標(biāo)識(shí)符，參見圖18和系統(tǒng)600a-600c。每個(gè)系統(tǒng)利用個(gè)體收發(fā)器設(shè)備637與收發(fā)器控制器635通信。該通信可以是無(wú)線的(例如，wi-fi收發(fā)器、藍(lán)牙收發(fā)器、蜂窩收發(fā)器、衛(wèi)星收發(fā)器、gps或sps接收器等)。

每個(gè)系統(tǒng)600的控制器624可利用iot，該iot允許任何對(duì)象通過網(wǎng)絡(luò)可被尋址且可接入。通常，物聯(lián)網(wǎng)(iot)設(shè)備用于指代具有可尋址接口(例如，互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(ip)地址、藍(lán)牙標(biāo)識(shí)符(id)、近場(chǎng)通信(nfc)id等)并且可通過有線或無(wú)線連接(諸如溫室網(wǎng)絡(luò)內(nèi)或從溫室網(wǎng)絡(luò)到遠(yuǎn)程用戶設(shè)備640的外部網(wǎng)絡(luò)631)向一個(gè)或多個(gè)其他設(shè)備發(fā)送信息的任何對(duì)象(例如，發(fā)光設(shè)備、傳感器、微流體裸片、或其他機(jī)電設(shè)備)。該iot設(shè)備可以具有無(wú)源通信接口(諸如快速響應(yīng)(qr)碼、射頻識(shí)別(frid)標(biāo)簽、nfc標(biāo)簽等)或者有源通信接口(諸如調(diào)制解調(diào)器、收發(fā)器、發(fā)送器-接收器等)。該iot設(shè)備可具有一組特定屬性(例如，設(shè)備狀態(tài)(諸如該iot設(shè)備是導(dǎo)通還是關(guān)斷、打開還是關(guān)閉、空閑或活躍、任務(wù)執(zhí)行可用還是繁忙等)、冷卻或加熱功能、環(huán)境監(jiān)測(cè)和記錄功能、發(fā)光功能、發(fā)聲功能等)，這些屬性可通過中央處理單元(cpu)、微處理器、asic(諸如溫室的收發(fā)器控制器635)被嵌入和/或控制和/或監(jiān)測(cè)。

只要這些設(shè)備配備有用于與iot網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的可尋址通信接口，則每個(gè)iot設(shè)備被配置為連接至網(wǎng)絡(luò)(諸如本地自組織網(wǎng)絡(luò)或互聯(lián)網(wǎng))。這些iot設(shè)備還可以包括手機(jī)、臺(tái)式計(jì)算機(jī)、膝上型計(jì)算機(jī)、平板計(jì)算機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理(pda)等。從而，該iot網(wǎng)絡(luò)可以包括通常不具有互聯(lián)網(wǎng)連通性的設(shè)備(例如，溫度或光傳感器)。

在此溫室環(huán)境中，每個(gè)系統(tǒng)600a-600c可以包括由其自身的傳感器組來監(jiān)測(cè)的單株植物，或者每個(gè)系統(tǒng)可以包括多株植物，例如來自同一種類的一組植物。相鄰系統(tǒng)可種植具有不同生長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)的不同種類的植物。從而，系統(tǒng)600a可種植一種植物，而系統(tǒng)600c種植不同類型的植物。每個(gè)系統(tǒng)的存儲(chǔ)器可存儲(chǔ)有關(guān)正在生長(zhǎng)的這類型植物的信息。該收發(fā)器控制器635可從這些系統(tǒng)600a-600c接收數(shù)據(jù)，處理該數(shù)據(jù)并共同調(diào)節(jié)溫室或按需調(diào)節(jié)單個(gè)系統(tǒng)。例如，該收發(fā)器控制器635控制分散在整個(gè)溫室中的機(jī)電部件642。這些機(jī)電部件642包括生長(zhǎng)燈、噴霧器、用于調(diào)節(jié)燈的陰影供應(yīng)板、允許外部空氣進(jìn)入的溫室屋頂中的板等。

該收發(fā)器控制器635可周期性地掃描各種傳感器644，這些傳感器被配置成用于觀察并收集有關(guān)溫室646內(nèi)部的數(shù)據(jù)(諸如溫室的各個(gè)位置的溫度和光強(qiáng)度)。該控制器635可連續(xù)地分析不同位置處的溫度以便基于不同植物的具體生長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)來維持不同位置的整個(gè)已知溫度或者維持不同位置的特定溫度。該控制器還可監(jiān)測(cè)溫室中的這些機(jī)電部件的功能和狀況。如果一個(gè)機(jī)電部件需要維護(hù)或者已經(jīng)發(fā)生故障了，則該控制器可通知用戶。

在一個(gè)實(shí)施例中，該溫室646具有內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，在該內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)容器或系統(tǒng)具有其自身的唯一標(biāo)識(shí)符，并且該溫室具有其自身的通過標(biāo)準(zhǔn)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)(諸如網(wǎng)絡(luò)631)進(jìn)行通信的唯一ip地址。該溫室中這些設(shè)備將不具有其自身的用于外部通信的唯一ip地址；然而，它們?cè)谄渥陨淼木W(wǎng)絡(luò)中是唯一可識(shí)別的。該溫室可以包括一個(gè)或多個(gè)外部天線或集成天線，包括但不限于：wi-fi天線、蜂窩天線、衛(wèi)星定位系統(tǒng)(sps)天線(例如，全球定位系統(tǒng)(gps)天線)等。

這種利用iot技術(shù)的安排允許用于優(yōu)化能量輸送的智能電網(wǎng)和能量管理以及生長(zhǎng)設(shè)施的靈活或遠(yuǎn)程管理。此種安排允許用戶對(duì)溫室中的或者與溫室相關(guān)聯(lián)的任何設(shè)備或和系統(tǒng)具有集中控制。

該溫室646可以包括耦合至該收發(fā)器控制器635的計(jì)算終端，諸如計(jì)算機(jī)、膝上型計(jì)算機(jī)、平板計(jì)算機(jī)、或包括輸入和輸出設(shè)備的其他設(shè)備。例如，可以具有對(duì)由各個(gè)傳感器644和每個(gè)氣霧栽培系統(tǒng)中的特定傳感器620a-620c收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示的顯示器、鍵盤、和鼠標(biāo)。該用戶可查看整個(gè)溫室的狀況或者將其查看縮小至一個(gè)系統(tǒng)600a-600c。

通過存儲(chǔ)在與該控制器相關(guān)聯(lián)的存儲(chǔ)器中，可以具有由該控制器635可執(zhí)行的軟件指令的特定集合以便執(zhí)行與溫室管理相關(guān)聯(lián)的一些功能。該軟件指令可操作地將硬件和其他軟件配置在溫室中，從而使得電子數(shù)據(jù)可以通過網(wǎng)絡(luò)通信路徑被傳送至另一網(wǎng)絡(luò)使能設(shè)備，諸如遠(yuǎn)程用戶設(shè)備。

該控制器被配置成用于存儲(chǔ)這些系統(tǒng)600a-600c中正在生長(zhǎng)的各個(gè)種類的植物中的每種植物的生長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)，從而使得當(dāng)這些傳感器之一檢測(cè)超過或降到低于閾值的環(huán)境參數(shù)時(shí)該控制器可調(diào)節(jié)環(huán)境以便優(yōu)化那株特定植物的生長(zhǎng)。例如，如果具有被編程用于接收每天設(shè)定時(shí)間段的一定水平的光的植物并且是多云天氣，則該控制器可檢測(cè)低光環(huán)境并且激活與該特定植物對(duì)準(zhǔn)的相關(guān)聯(lián)人工照明單元。該控制器可繼續(xù)監(jiān)測(cè)由那株植物接收的光直到該植物在那個(gè)期間已經(jīng)接收到適當(dāng)量的光。

在一個(gè)實(shí)施例中，溫室可以是基于編程到該控制器中的參數(shù)由該控制器635控制的完全自動(dòng)化環(huán)境。該控制器被配置成用于控制致動(dòng)器打開并關(guān)閉溫室壁和屋頂中的板，該控制器被配置成用于控制水分經(jīng)由該微流體裸片噴射到這些氣霧栽培系統(tǒng)中的每個(gè)氣霧栽培系統(tǒng)中，并且該控制器被配置成用于控制和管理溫室內(nèi)的溫度并且用于鄰近每株植物來監(jiān)測(cè)水或養(yǎng)分存貯器中的流體水平。在一些實(shí)施例中，可以提供攝像機(jī)或其他圖像捕獲設(shè)備以便監(jiān)測(cè)果實(shí)大小。可以提供致動(dòng)器以便將這些攝像機(jī)移動(dòng)至各個(gè)位置從而監(jiān)測(cè)單株植物上的各種不同的果實(shí)。

通過本披露的安排，將微流體裸片并入氣霧栽培系統(tǒng)中允許對(duì)水分配的數(shù)字控制。例如，可對(duì)噴嘴進(jìn)行編程以便一次發(fā)射一分鐘直到兩秒內(nèi)200000滴。可從一微微升直至60微微升中來選擇液滴大小。單個(gè)裸片可接收兩種或更多種流體以便按需創(chuàng)建流體養(yǎng)分組合，諸如水和富氮流體。此外，可以創(chuàng)建包括針對(duì)大規(guī)模應(yīng)用的數(shù)千噴嘴的大格式裸片。

以上所描述的各個(gè)實(shí)施例可以被組合以提供進(jìn)一步的實(shí)施例。如果有必要，可以對(duì)實(shí)施例的各方面進(jìn)行修改以采用各專利、申請(qǐng)和出版物的概念來提供更進(jìn)一步的實(shí)施例。

鑒于以上詳細(xì)描述，可以對(duì)實(shí)施例做出這些和其他改變。一般而言，在以下權(quán)利要求書中，所使用的術(shù)語(yǔ)不應(yīng)當(dāng)被解釋為將權(quán)利要求書局限于本說明書和權(quán)利要求書中所披露的特定實(shí)施例，而是應(yīng)當(dāng)被解釋為包括所有可能的實(shí)施例、連同這些權(quán)利要求有權(quán)獲得的等效物的整個(gè)范圍。相應(yīng)地，權(quán)利要求書并不受到本披露的限制。