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2、用于反馈控制的微流体裸片和传感器 的气雾栽培系统 (57)摘要 本披露涉及具有用于反馈控制的微流体裸 片和传感器的气雾栽培系统。 具体地， 本披露涉 及一种用于植物生长的温室或单个容器， 所述温 室或单个容器耦合至物联网并且包括用于水或 养分分配的微流体裸片。 基于包括在生长环境内 的传感器， 所述微流体裸片是可自动控制的或者 利用来自远程用户的指令进行控制的。 权利要求书2页 说明书16页 附图17页 CN 206533866 U 2017.10.03 CN 206533866 U 1.一种系统， 其特征在于， 包括： 被配置成用于支撑植物的容器； 以及 定位在所述容器内的微流体裸片， 所述。
3、裸片包括： 衬底； 在所述衬底上的第一绝缘层； 在所述第一绝缘层中的多个腔室； 在所述第一绝缘层上的第二绝缘层； 以及 在所述第二绝缘层中的多个喷嘴。 2.如权利要求1所述的系统， 其特征在于， 进一步包括控制器， 所述控制器耦合至所述 微流体裸片并且被配置成用于控制所述微流体裸片。 3.如权利要求2所述的系统， 其特征在于， 进一步包括： 耦合至所述控制器的收发器； 以及 耦合至所述控制器的多个传感器。 4.如权利要求3所述的系统， 其特征在于， 所述多个传感器被配置成用于检测环境参数并输出环境参数信号； 所述控制器被配置成用于接收所述环境参数信号并响应于所述环境参数信号而输出 微流体裸片控。
4、制信号。 5.如权利要求3所述的系统， 其特征在于， 进一步包括： 通信网络； 所述多个传感器被配置成用于检测环境参数并输出环境参数信号； 所述控制器被配置成用于接收所述环境参数信号并输出数据信号； 所述收发器被配置成用于利用所述通信网络来发送所述数据信号。 6.如权利要求1所述的系统， 其特征在于， 进一步包括： 耦合至所述微流体裸片的第一流体存贮器； 以及 耦合至所述微流体裸片的第二流体存贮器， 第一流体不同于第二流体。 7.如权利要求6所述的系统， 其特征在于， 进一步包括： 耦合在所述存贮器与所述微流体裸片之间的第一阀门； 耦合在所述存贮器与所述微流体裸片之间的第二阀门； 以及 被配置。
5、成用于控制所述微流体裸片、 所述第一阀门和所述第二阀门的处理电路。 8.如权利要求7所述的系统， 其特征在于， 进一步包括： 耦合至所述处理电路的多个传感器， 每个传感器被配置成用于检测环境参数并且被配 置成用于输出环境参数信号， 所述处理电路被配置成用于接收所述环境参数信号并用于基 于所述环境参数信号来控制所述第一阀门和所述第二阀门。 9.如权利要求1所述的系统， 其特征在于， 进一步包括： 被配置成用于对所述多个腔室 进行加热的多个加热器。 10.如权利要求1所述的系统， 其特征在于， 进一步包括： 耦合至所述微流体裸片的流体存贮器； 耦合在所述存贮器与所述微流体裸片之间的阀门； 以及 被。
6、配置成用于控制所述微流体裸片和所述阀门的处理电路。 权 利 要 求 书 1/2 页 2 CN 206533866 U 2 11.如权利要求10所述的系统， 其特征在于， 进一步包括： 耦合至所述处理电路的多个传感器， 每个传感器被配置成用于检测环境参数并且被配 置成用于输出环境参数信号， 所述处理电路被配置成用于接收所述环境参数信号并用于基 于所述环境参数信号来控制所述阀门。 12.如权利要求11所述的系统， 其特征在于， 进一步包括： 耦合至所述处理电路的收发器， 所述收发器被配置成用于从所述处理电路接收有关所 述环境参数的信息并且向远程用户设备发送所述信息。 13.如权利要求12所述的系统。
7、， 其特征在于， 所述收发器被配置成用于接收用于控制所 述微流体裸片的指令并且向所述处理电路发送所述指令以便控制所述微流体裸片。 14.一种气雾栽培系统， 其特征在于， 包括： 多个容器， 每个容器被配置成用于支撑和培育至少一株植物； 流体存贮器； 多个微流体设备， 每个容器包括至少一个微流体设备， 每个微流体设备包括： 衬底； 与所述存贮器流体连通的多个腔室； 以及 多个喷嘴； 以及 耦合至所述微流体设备的控制器， 所述控制器被配置成用于控制所述微流体设备向所 述植物提供流体。 15.如权利要求14所述的系统， 其特征在于， 进一步包括多个湿度传感器， 每个容器包 括所述湿度传感器之一， 所。
8、述控制器被配置成用于： 从多个湿度传感器中的每个湿度传感 器接收信号； 判定所述信号是否低于阈值湿度值； 识别所述信号低于所述阈值湿度值的容 器； 并且激活所述容器中的所述微流体设备。 16.如权利要求14所述的系统， 其特征在于， 每个容器包括一组微流体设备。 17.如权利要求16所述的系统， 其特征在于， 所述组中的每个微流体设备被固定到所述 容器的内壁上， 其中， 所述喷嘴面向所述容器的中心区域。 18.如权利要求17所述的系统， 其特征在于， 每个微流体设备包括印刷电路板、 定位在 所述印刷电路板上的微流体裸片、 固定到所述内壁上的印刷电路板支架， 所述印刷电路板 被配置成从所述印刷电。
9、路板支架上被移除。 19.如权利要求18所述的系统， 其特征在于， 所述印刷电路板支架包括被配置成用于与 所述印刷电路板上的电触头进行交互的电触头， 所述印刷电路板支架耦合至所述控制器并 且被配置成用于从所述控制器向所述微流体裸片发送控制信号。 20.如权利要求14所述的系统， 其特征在于， 所述微流体设备包括压电喷射部件。 21.如权利要求14所述的系统， 其特征在于， 所述微流体设备包括在所述衬底中形成的 加热器。 权 利 要 求 书 2/2 页 3 CN 206533866 U 3 具有用于反馈控制的微流体裸片和传感器的气雾栽培系统 技术领域 0001 本披露涉及一种包括用于养分和水分配。
10、的微流体裸片气雾栽培系统。 背景技术 0002 气雾栽培是无需土壤来种植植物的过程， 其中， 植物的根部悬挂于空气中并且从 雾或其他水分配方法接收水分。 现有的气雾栽培系统并入了向根部提供水和其他养分的喷 雾器。 喷雾器具有不可精确控制或适配的较大水滴。 0003 在市场上存在很多检测关于环境的质量(诸如温度、 环境光、 和湿度)的设备。 现 在， 这些设备可通过物联网彼此通信。 物联网即 “物物相连的互联网” ， 其延伸至任何物品以 便进行信息交换和通信。 物联网是用于将任何设备与互联网连接以便借助于信息感测设备 (诸如湿度传感器、 压力传感器、 温度传感器、 光传感器、 红外传感器和全球定。
11、位系统， 仅举 几例)来进行信息交换和通信的网络。 它们可基于商定的协议进行通信以便实现智能识别、 定位、 跟踪、 监测和管理。 0004 在此网络中， 物品可彼此通信而无需用户的干预。 每个设备可以访问相应信息的 接收器、 数据发送信道、 存储功能、 处理电路、 操作系统、 特定应用、 和数据发送器。 该设备耦 合至或者包括其自身的处理和数据发送特征。 该设备被配置为遵守物联网的通信协议。 此 外， 每个设备将具有唯一序列号以用于识别在物联网中的该设备。 0005 物联网应用于各种各样的领域， 诸如智能交通、 环境保护、 政府工作、 公共安全、 安 全家居、 智能火控、 工业监测、 养老、 。
12、个人健康、 花卉种植、 水系统监测、 食品源、 和敌情检查 到情报收集等。 这包括使得传感器嵌入且配备在各种对象中， 诸如电网、 铁路、 桥、 隧道、 公 路、 建筑、 供水系统、 大坝和油气管道。 这些传感器然后与集中式用户应用自动或者手动通 信以便实时在网络中管理和控制这些对象、 人员、 机器、 设备和设施。 这允许用户以更精致 且动态的方式管理生产和生活， 从而实现 “智能” 状态， 提高资源利用率和生产水平， 并给我 们提供更多有关我们环境的信息。 实用新型内容 0006 本公开的目的是提供一种气雾栽培系统， 以至少部分地解决上述问题。 0007 本披露涉及向气雾栽培系统中的植物的根部。
13、提供对流体、 水或养分、 或抑制素(诸 如杀虫剂)的精确控制和输送， 其中， 微流体输送单元包括微流体裸片。 例如， 该裸片包括衬 底、 腔室、 以及允许以特定速率和液滴大小来精确输送所选流体体积的喷嘴。 0008 在一个实施例中， 容器包括定位在中心区域内的多个裸片， 这些裸片向悬挂于该 容器内的根球提供雾模式的流体。 控制器或者基于在该容器中或周围包括的传感器自动地 接收指令或者直接从用户接收指令。 该控制器然后以特定于该根球的速率、 压力和体积来 控制该微流体裸片喷射流体。 0009 根据本公开的一个方面， 提供了一种系统， 包括： 0010 被配置成用于支撑植物的容器； 以及 说 明 。
14、书 1/16 页 4 CN 206533866 U 4 0011 定位在所述容器内的微流体裸片， 所述裸片包括： 0012 衬底； 0013 在所述衬底上的第一绝缘层； 0014 在所述第一绝缘层中的多个腔室； 0015 在所述第一绝缘层上的第二绝缘层； 以及 0016 在所述第二绝缘层中的多个喷嘴。 0017 在一个实施例中， 所述系统进一步包括控制器， 所述控制器耦合至所述微流体裸 片并且被配置成用于控制所述微流体裸片。 0018 在一个实施例中， 所述系统进一步包括： 耦合至所述控制器的收发器； 以及耦合至 所述控制器的多个传感器。 0019 在一个实施例中， 所述多个传感器被配置成用于。
15、检测环境参数并输出环境参数信 号； 所述控制器被配置成用于接收所述环境参数信号并响应于所述环境参数信号而输出微 流体裸片控制信号。 0020 在一个实施例中， 所述系统进一步包括： 通信网络； 所述多个传感器被配置成用于 检测环境参数并输出环境参数信号； 所述控制器被配置成用于接收所述环境参数信号并输 出数据信号； 所述收发器被配置成用于利用所述通信网络来发送所述数据信号。 0021 在一个实施例中， 所述系统进一步包括： 耦合至所述微流体裸片的第一流体存贮 器； 以及耦合至所述微流体裸片的第二流体存贮器， 第一流体不同于第二流体。 0022 在一个实施例中， 所述系统进一步包括： 耦合在所述。
16、存贮器与所述微流体裸片之 间的第一阀门； 耦合在所述存贮器与所述微流体裸片之间的第二阀门； 以及被配置成用于 控制所述微流体裸片、 所述第一阀门和所述第二阀门的处理电路。 0023 在一个实施例中， 所述系统进一步包括： 耦合至所述处理电路的多个传感器， 每个 传感器被配置成用于检测环境参数并且被配置成用于输出环境参数信号， 所述处理电路被 配置成用于接收所述环境参数信号并用于基于所述环境参数信号来控制所述第一阀门和 所述第二阀门。 0024 在一个实施例中， 所述系统进一步包括： 被配置成用于对所述多个腔室进行加热 的多个加热器。 0025 在一个实施例中， 所述系统进一步包括： 耦合至所述。
17、微流体裸片的流体存贮器； 耦 合在所述存贮器与所述微流体裸片之间的阀门； 以及被配置成用于控制所述微流体裸片和 所述阀门的处理电路。 0026 在一个实施例中， 所述系统进一步包括： 耦合至所述处理电路的多个传感器， 每个 传感器被配置成用于检测环境参数并且被配置成用于输出环境参数信号， 所述处理电路被 配置成用于接收所述环境参数信号并用于基于所述环境参数信号来控制所述阀门。 0027 在一个实施例中， 所述系统进一步包括： 耦合至所述处理电路的收发器， 所述收发 器被配置成用于从所述处理电路接收有关所述环境参数的信息并且向远程用户设备发送 所述信息。 0028 在一个实施例中， 所述收发器被。
18、配置成用于接收用于控制所述微流体裸片的指令 并且向所述处理电路发送所述指令以便控制所述微流体裸片。 0029 根据本公开的另一方面， 提供了一种气雾栽培系统， 包括： 说 明 书 2/16 页 5 CN 206533866 U 5 0030 多个容器， 每个容器被配置成用于支撑和培育至少一株植物； 0031 流体存贮器； 0032 多个微流体设备， 每个容器包括至少一个微流体设备， 每个微流体设备包括： 0033 衬底； 0034 与所述存贮器流体连通的多个腔室； 以及 0035 多个喷嘴； 以及 0036 耦合至所述微流体设备的控制器， 所述控制器被配置成用于控制所述微流体设备 向所述植物提。
19、供流体。 0037 在一个实施例中， 所述系统进一步包括多个湿度传感器， 每个容器包括所述湿度 传感器之一， 所述控制器被配置成用于： 从多个湿度传感器中的每个湿度传感器接收信号； 判定所述信号是否低于阈值湿度值； 识别所述信号低于所述阈值湿度值的容器； 并且激活 所述容器中的所述微流体设备。 0038 在一个实施例中， 每个容器包括一组微流体设备。 0039 在一个实施例中， 所述组中的每个微流体设备被固定到所述容器的内壁上， 其中， 所述喷嘴面向所述容器的中心区域。 0040 在一个实施例中， 每个微流体设备包括印刷电路板、 定位在所述印刷电路板上的 微流体裸片、 固定到所述内壁上的印刷电。
20、路板支架， 所述印刷电路板被配置成从所述印刷 电路板支架上被移除。 0041 在一个实施例中， 所述印刷电路板支架包括被配置成用于与所述印刷电路板上的 电触头进行交互的电触头， 所述印刷电路板支架耦合至所述控制器并且被配置成用于从所 述控制器向所述微流体裸片发送控制信号。 0042 在一个实施例中， 所述微流体设备包括压电喷射部件。 0043 在一个实施例中， 所述微流体设备包括在所述衬底中形成的加热器。 0044 本披露的气雾栽培系统可与物联网相集成， 该物联网允许设备彼此自动通信并向 远程用户传送数据。 例如， 该微流体裸片可包括在温室中的植物生长容器阵列中， 其中， 每 个容器具有对相关。
21、联容器的水分含量进行监测的湿度传感器。 这些传感器可向远程用户发 送数据， 该远程用户可提供用于向水分低的容器提供特定量的水的指令。 可替代地， 当一个 容器低于阈值水分量而没有来自用户的输入时， 控制器可处理传感器数据并提供水。 这种 闭环系统可进行感测、 采取动作并且再次进行感测， 均无需任何外部输入。 存在使用传感 器、 控制器和微流体裸片来使此系统自动化的无限能力。 附图说明 0045 在这些附图中， 相同的参考号识别相似的元件。 附图中元件的大小和相对位置不 一定按比例绘制。 0046 图1至图3是根据本披露的实施例的一种包括微流体裸片的气雾栽培系统在植物 的不同生长阶段的视图； 0。
22、047 图4A至图4B是根据本披露的实施例的一种包括居中定位在容器内的多个微流体 裸片的气雾栽培系统的视图； 0048 图5A至图5B是根据本披露的实施例的一种包括定位在容器内壁上的多个微流体 说 明 书 3/16 页 6 CN 206533866 U 6 裸片的气雾栽培系统的视图； 0049 图6A至图6B是根据本披露的替代性实施例的一种包括居中定位在容器内的多个 微流体裸片的气雾栽培系统的视图； 0050 图7A至图7B是包括微流体裸片的印刷电路板的顶视图和底视图， 该印刷电路板包 括在气雾栽培系统中； 0051 图8A至图8E是图7A的微流体裸片的视图； 0052 图9是根据本披露的替代。
23、性实施例的一种包括多个微流体裸片的气雾栽培系统的 侧视图； 0053 图10是根据本披露的替代性实施例的一种包括多个微流体裸片的气雾栽培系统 的俯视图； 0054 图11是根据本披露的实施例的包括微流体裸片和传感器的印刷电路板； 0055 图12是根据本披露的替代性实施例的一种包括多个微流体裸片的气雾栽培系统 的侧视图； 0056 图13A至图13B是包括多个植物支撑结构和多个微流体裸片的气雾栽培系统的视 图； 0057 图14是用于气雾栽培系统的多个印刷电路板和微流体裸片的安排； 0058 图15是根据本披露的实施例的印刷电路板和微流体裸片的安排； 0059 图16是印刷电路板和微流体裸片的。
24、侧视图； 0060 图17是根据本披露的实施例的气雾栽培系统； 以及 0061 图18是被配置成用于向多株植物提供养分和水的气雾栽培系统。 具体实施方式 0062 在以下描述中， 阐明了某些具体细节以便提供对本披露的各个实施例的透彻了 解。 然而， 本领域技术人员将理解的是， 可以在没有这些特定细节的情况下实践本披露。 在 其他实例中， 与电子部件和半导体制造相关联的公知结构尚未被详细描述从而避免使本披 露的实施例的描述变得模糊。 0063 除非上下文另有要求， 否则贯穿说明书和所附权利要求书，“包括(comprise)” 一 词及其多种变体(诸如，“包括(comprises)” 和 “包括(。
25、comprising)” )将以一种开放式的和 包含性的意义来进行解释， 也就是作为 “包括， 但不限于(including,but not limited to)” 。 0064 贯穿本说明书对 “一个实施例” 或 “实施例” 的引用意味着结合该实施例所描述的 具体特征、 结构、 或特性包括在至少一个实施例中。 因而， 贯穿本说明书， 短语 “在一个实施 例中” 或 “在实施例中” 在不同场合中的出现并不一定都是指相同的实施例。 此外， 在一个或 多个实施例中， 可以以任何适当的方式来组合特定特征、 结构或特性。 0065 如在本说明书和所附的权利要求书中所使用的， 单数形式的 “一种” 、。
26、“一个” 以及 “该” 包括复数对象， 除非内容另外明确指明。 还应注意， 术语 “或者” 总体上所使用的意义包 括 “和/或” ， 除非内容另外明确指明。 0066 如在说明书和所附的权利要求书中所使用的，“对应 (correspond)” 、“对应 (corresponds)” 和 “对应(corresponding)” 的使用意在描述参考对象之间的比率或相似 说 明 书 4/16 页 7 CN 206533866 U 7 性。“对应(correspond)” 或其形式之一的使用不应被解释为意指确切的形状或尺寸。 0067 本披露涉及一种气雾栽培系统的各个实施例， 该气雾栽培系统包括多个微。
27、流体输 送构件、 多个传感器、 以及用于从这些传感器接收数据并控制微流体输送构件的处理电路。 该气雾栽培系统可以包括单个容器、 多个容器中的单株植物、 或者水槽或其他多植物种植 容器中的多株植物。 微流体输送构件包括微流体裸片和相关联的电子电路以便控制向和从 该微流体裸片输送的流体的各方面。 该系统可以包括单个微流体裸片或多个微流体裸片。 本披露中的系统被配置成与物联网 (IoT)一起使用。 该IoT包括经由互联网或其他通信机 制互连的多个设备。 该IoT是通过标准协议进行通信的设备网络， 其中， 每个设备经由IoT通 信网络是潜在可读的、 可识别的、 可定位的、 可寻址的且可控制的。 在替代。
28、性实施例中，南宫28官方网站 该系 统可使得硬线连接在一起的所有部件成为独立系统， 其中， 流体垂直进入该系统并按需配 给。 0068 该多个设备可在有或没有用户输入的情况下彼此进行通信， 从而使得该系统的一 些部分可以自动化。 例如， 该气雾栽培系统中的水分传感器向微处理器或其他处理电路提 供有关水分水平的数据。 如果该水分水平低于阈值， 则该微处理器可激活分配水的微流体 裸片。 这是均可实现的， 无需用户的输入。 0069 反馈回路可实现特定算法(诸如PID)， 那些可驻留在本地微控制器中或者通过IoT 网络连接的远程设备中。 也可以实现机器学习算法， 并且通过使用来自若干系统的数据， 控 制回路可以进化。
29、从而在配给水和养分的正确量时变得更加高效。 0070 该IoT还允许远程用户与网络中的设备进行交互。 例如， 水分传感器和处理电路确 定水分低于阈值。 该用户则诸如通过邮件或者通过通知经由远程通信设备(诸如手机、 平板 计算机、 或其他计算设备) 接收指示。 该用户可对来自该气雾栽培系统的信息进行评估并 且指示该系统向具有更低水分含量的特定植物提供水。 该系统允许该用户指示该系统提供 特定量的水或养分并且允许该用户自定义参数， 诸如流速。 0071 不同于常规的互联网， 与物联网相关联的端点设备通常包括不具有传统用户输入 和输出接口的机器。 例如， 通信地耦合到该物联网中的端点机器将通常被配置。
30、为不具有显 示控制器、 键盘控制器、 鼠标控制器、 触摸控制器、 或通常与常规的互联网设备(例如， 个人 计算机 (PC)、 智能机、 个人数字助理(PDA)、 平板机、 膝上型计算机等) 相关联的任何其他 人类用户输入和输出通信接口。 该机器可以包括某些警示器、 开关、 传感器、 基本的显示器、 有线或无线控制设备等。 然而， 该机器将典型地不具有通常与经由常规的互联网进行通信 的计算设备相关联的人类接口的类型。 0072 与互联网相关联的任何机器通常分配有互联网协议(IP)地址。 该IP地址足以唯一 地识别特定网络内的机器。 在一些情况下， 单个机器在宽带互联网内被唯一地识别。 也就是 说。
31、， 该机器可与耦合至互联网的另一机器以一对一关系进行双向通信。 0073 在一些情况下， 单个机器具有在局域网(LAN)内是唯一的IP 地址。 在这种情况下， 该局域网具有耦合至互联网的机器， 并且来自该LAN内， 其他机器能够传送至与互联网耦合 的机器。 在这种情况下， 两个或更多个机器被配置在LAN中， 并且在该LAN中指定的机器具有 互联网上唯一的IP地址。 该LAN中若干机器中的每个机器可通过该指定的机器传送至其他 可访问互联网的机器。 0074 物联网机器目前正处于其萌芽时期。 先前尚未耦合至互联网的许多常规机器现在 说 明 书 5/16 页 8 CN 206533866 U 8 正。
32、在被配置成用于互联网通信。 也就是说， 这些常规机器正在被配置成具有收发器以及用 于使能互联网通信的其他硬件、 固件和软件。 该机器分配有在LAN内或宽带互联网内是唯一 的IP地址。 0075 现在正在被配置成用于互联网通信的这些类型的机器执行工业功能、 商业功能、 消费者功能、 或其他功能。 这些机器可以包括自动售货机、 封装设备、 电表、 停车计时器、 工 厂自动化、 远程天线监测设备、 机动车辆、 火车等等。 这些设备(其现在包括使能互联网通信 的硬件和软件)被称为网络使能设备。 而且， 即使这些设备仍然处于物联网的萌芽时期， 但 是它们在此作为常规的网络使能设备被引用。 0076 图1。
33、至图3是根据本披露的实施例的一种包括微流体输送构件 102的气雾栽培系 统100在植物104的不同生长阶段的视图。 该系统 100包括容器106。 该容器106支撑一株或 多株植物104并且包括根部生长区域108。 该生长区域108由支撑性密封件112与环境110隔 开。 该环境包括该植物104的上部部分(诸如叶子和茎部)延伸的区域。 0077 如图1至图3所示， 该植物104以种子114开始。 该种子114悬挂于或者以其他方式支 撑在该密封件112中。 该密封件112可以是多孔的海绵状材料， 或者可以包括刚性支撑元件 (诸如网格形式)。 可替代地， 当被放置在该密封件112中时该植物104可。
34、以已经包括根部 116。 该密封件112在竖直位置上支撑该植物104， 从而使得该根部 116悬挂于该生长区域 108中并且该上部部分延伸进入该环境110。 该环境110可以是用户的家或者可以是在管理 的温室环境中。 该系统可以被倒置从而使得根球位于叶子和茎部之上。 0078 该用户可以以支撑在该密封件112中的单个种子114开始。 该密封件112将该环境 110与该根部生长区域108分隔开。 可能有利的是保持微粒和其他物质远离根部。 该密封件 112可以包括用于防止不希望的细菌从该环境110进入该根部生长区域108中的细菌过滤 器。 0079 该微流体输送构件102定位在该容器106的底部表。
35、面118上。 喷嘴(未示出)面向该 生长区域108并且被配置成用于向该根部116提供水和养分。 使用该微流体输送构件(诸如 喷墨打印头技术)给予用户对液滴大小和计时的控制。 由于不同的植物需要不同量的水和 养分， 因此这种系统允许用户控制水或养分的液滴计时和大小。 也可配给抑制素(诸如杀虫 剂)或其他健康稳定剂。 具体地， 微流体裸片可创建允许更易于吸收配给流体的非常小的液 滴。 离散液滴控制也是可实现的。 在该微流体裸片中使用热或压电技术可允许输送一滴或 数万亿滴， 从而使得该系统可基于该系统的需要来配给一微微升或一升。 0080 该系统100可适配为包括传感器120。 这些传感器检测温度、。
36、 湿度、 压力、 氧水平、 二 氧化碳水平、 光、 或影响植物生长的任何数量的环境参数。 该系统100还包括控制器122。 该 控制器122耦合至这些传感器120并且耦合至该微流体输送构件102。 该控制器122控制该微 流体输送构件102的输出率。 该控制器122被配置成用于控制液滴大小， 例如通过选择定位 在该微流体输送构件上的微流体裸片的衬底中的加热器的特定加热周期(或者喷射周期 (如果利用压电技术)。 该控制器122可配置用于调节正在喷射的流体的粘度。 例如， 水具有 不同于养分水组合或仅流体的养分的粘度。 流体喷射速率可被调节至对于正在生长的特定 类型的植物或者对于植物的特定生长阶段。
37、是最佳的。 例如， 与植物生长的更休眠阶段相反， 当准备开花或结果时一些植物需要不同类型的养分。 此系统可以包括跟踪植物年龄的实时 时钟。 例如， 植物已经存活了多少分钟、 多少小时、 多少天。 该时钟可以从第一块根跟踪穿透 说 明 书 6/16 页 9 CN 206533866 U 9 种子或第一片叶子等。 0081 该控制器122从这些传感器120接收环境参数信号。 在一些实施例中， 该控制器对 来自这些传感器的这些环境参数信号进行处理并且确定经由该微流体输送构件102向该根 部116提供多少水和养分。 该控制器可以包括向远离该系统的用户发送信息的收发器。 该控 制器被配置为与物联网进行交。
38、互， 从而使得该控制器可与温室中相邻的气雾栽培系统进行 交互并且可提供数据并从远程用户接收输入。 例如， 如果每个容器106具有相关联的光传感 器， 则网络控制器可接收并确定温室中的平均光强度。 该用户可以基于环境参数对这些数 据进行评估并且向该网络控制器提供有关如何调节内部照明系统或者调节针对使用太阳 光的系统的阴影供应板的指令。 该用户还可指示向系统的不同植物的不同根部提供的水和 养分量。 具体地， 该用户可以提供有关时长、 液滴大小、 和提供的具体养分的量的指令。 该液 滴大小受喷嘴尺寸(诸如直径5-50微米)的影响， 其中， 高压用于确保流体与根球的交互。 另 一个益处是控制每个时间段。
39、喷射的滴数。 此系统允许精确控制喷射的流体量。 例如， 每秒或 其他所选时间段1微微升至35 微微升。 0082 电源124邻近干燥区域126中的控制器122被定位。 该电源124 通过连接件(未示 出)向整个系统100提供电力。 存贮器128耦合至该容器106。 在图1中， 存贮器128被定位在生 长区域108内， 然而， 该存贮器128可以被定位在容器的外壁130上或者与容器间隔开， 由管 或管道耦合。 0083 在图1至图3中， 该存贮器128包括用户通过其提供流体的开口 132。 该流体可以只 是水、 可以只是养分、 或者可以是水和养分的组合。 流体连接件(未示出)将该流体移动至该 微。
40、流体输送构件102以分配到该生长区域108中。 该流体连接件可由该控制器122控制。 0084 传感器120可包括摄像机或被配置成用于确定根部何时开始从种子伸出的其他检 测机制。 与完整的根球116相比， 该种子具有不同的养分和水需求。 这些传感器120被配置成 用于将该根部生长区域108 中的信息收集到该控制器122中。 该控制器122对该信息进行处 理并且或者控制该微流体输送构件102和该存贮器128满足该植物的需要或者该控制器122 向用户发送该信息， 从而给予该用户调节系统设置的机会。 0085 图2中展示了养分块134。 可以选择此养分块以便为被选择在此系统中生长的这种 类型的种子提。
41、供养分。 养分块134可以是缓慢释放块， 该缓慢释放块将养分中的一部分释放 到放置在该存贮器128中的水中。 0086 在图3中， 雾模式136离开该微流体输送构件102竖直朝向根部 116。 该雾模式中液 滴大小可由用户控制或者可提前编程。 此外， 该微流体输送构件102可以是可替换的， 从而 使得如果该用户选择以不同雾模式136种植不同植物， 则该微流体输送构件102可以和包括 新生长植物的液滴大小和其他有益特征的微流体输送构件版本互换。 针对每个微流体输送 构件， 这些雾模式可以不同。 此外， 各自可具有不同的流速。 0087 图4A和图4B是居中定位在气雾栽培系统144中的第一和第二微。
42、流体输送构件140、 142的安排的顶视图和透视图。 该第一和第二微流体输送构件140、 142包括具有喷嘴148的 微流体裸片。 该微流体裸片可以包括在印刷电路板上， 详情参见图7A、 图7B。 0088 这些喷嘴148背向该第二微流体输送构件142。 该第二微流体输送构件142也包括 面向该第一微流体输送构件140的喷嘴148的相反方向的喷嘴。 该第一和第二微流体构件 140、 142中的每个微流体构件包括从管道或其他流体运输器150接收流体的入口。 说 明 书 7/16 页 10 CN 206533866 U 10 0089 该第一和第二微流体输送构件140、 142居中悬挂以便水平地提。
43、供雾模式152。 该流 体运输器150可以包括为该第一和第二微流体输送构件140、 142提供机械支撑的刚性特征。 该支撑可被调节为适应根球的尺寸和形状。 例如， 如果该根球变得太大或者与该微流体输 送构件重合从而使得这些喷嘴被堵塞或者部分被堵塞， 则可以竖直方向调节该支撑来移动 该微流体输送构件。 该支撑绕基部还是可旋转的以便允许调节至该系统的中心的左边和右 边。 0090 该流体运输器150还可以提供到该控制器的电连接件。 该第一和第二微流体输送 构件140、 142可以在单独的封装体中或者可以包括在单个封装体中。 取决于用户的预期用 途， 该单个封装体可以是允许具有不同的喷嘴和腔室设计的。
44、输送构件在该系统中易于被替 换或互换的即插即用安排。 例如， 不同的设计被配置为用于不同的流体， 从而使得该即插即 用安排可以涉及养分输送。 0091 图5A和图5B是包括气雾栽培系统168中的四个微流体输送构件 160、 162、 164、 166 的顶视图和透视图。 该系统168包括容器170， 其中， 该微流体输送构件附接至该容器170的 内壁172上。 该输送构件包括面向内部生长区域176的喷嘴174。 该内壁172可以包括将该输 送构件紧固到该壁上的特征。 可替代地， 流体运输器178可以提供机械支撑以便在该生长区 域176中将该输送构件保持在位。 0092 该流体运输器178按需或。
45、按预定计划提供水和养分。 该运输器还可以向该输送构 件提供电信号以便控制雾模式180。 每个输送构件可被同时控制以便创建图5A中示出的加 号形状的雾图案180。 可替代地， 该输送构件可呈模式被激活并被去激活， 从而使得并非所 有的输送构件同时配给流体。 0093 在此系统中， 裸片可以专用于特定流体， 喷射一种流体。 该流体可以是纯净的单流 体(像水)或者可以是组合流体(诸如具有养分的水)。 可替代地， 该裸片可以接收多种流体， 并且一些喷嘴排出一种流体同时同一裸片的其他喷嘴排出不同的流体。 0094 在一些实施例中， 针对一个输送构件(诸如第一输送构件164) 的该运输器178可 以运输与。
46、针对该第二输送构件166的运输器不同的流体。 例如， 该第一输送构件164可以接 收去离子水， 而该第二输送构件166接收富营养流体。 0095 图6A和图6B是定位在气雾栽培系统190内的四个微流体输送构件182、 184、 186、 188的顶视图和透视图。 每个输送构件可以具有单独的流体运输器192或者可以共享单个流 体运输器。 流体分配模式 200远离每个输送构件上的喷嘴194延伸。 这些输送构件可以同时 或或以一定模式被操作。 0096 图7A和图7B是根据本披露的实施例的包括在气雾栽培系统中的微流体输送构件 250的顶部透视图和底部透视图。 该输送构件250包括承载半导体裸片254。
47、的印刷电路板 252。 该印刷电路板252包括第一和第二圆形开口256、 258和椭圆形开口260。 根据本披露的 实施例的气雾栽培系统中的容器可以包括被配置成用于与这些开口256、 258、 260进行交互 以便将该微流体输送构件250保持在位的叉齿。 取决于该输送构件如何被紧固到该气雾栽 培系统中的壁上或支撑件上， 这些开口256、 258、 260可以是其他形状和尺寸。 在一些实施例 中， 可移除开口。 例如， 参见图9和图12的实施例。 这些开口具有不同的形状从而使得该输送 构件可正确地定位在该系统中。 该电路板的上表面和下表面可以涂覆有阻焊掩模262a、 262b。 当该裸片254的。
48、接触焊盘定位在该电路板252上或者当形成触头264时， 可以提供该阻 说 明 书 8/16 页 11 CN 206533866 U 11 焊掩模262a中的开口。 该阻焊掩模262a和262b可以作为保护层被用于覆盖由该电路板252 承载的将该裸片254的这些接触焊盘耦合至这些电触头264的电连接件(未示出)， 这些电触 头将这些接触焊盘耦合至外部电源。 0097 该印刷电路板252(PCB)是刚性平面电路板， 具有上表面和下表面。 该电路板252包 括一层或多层绝缘和导电材料。 在一个实施例中， 该电路板包括FR4PCB， 其是利用环氧树脂 粘结剂由编织的玻璃纤维组成的复合材料(具有耐燃性)。
49、。 在其他实施例中， 该电路板包括 陶瓷、 玻璃或塑料。 0098 该电路板252包括该电路板252的上表面上的全部电连接件。 该裸片254也包括在 该上表面上， 从而使得喷嘴268背向该上表面。 这允许喷嘴268直接远离该印刷电路板来喷 射流体。 此裸片被配置成用于喷射各种液滴大小和雾模式的流体。 例如， 该裸片可以远离该 电路板5-10cm喷射雾羽流。 0099 该裸片254包括耦合至该电路板上的接触焊盘的多根引线A。 这些引 线 该裸片的顶表面的区域可以在尺寸上接近于该电路板的上表面。 该电路板的尺寸 和形状可根据在该气雾栽培系统的容器中将如何附接该电路板而进行调整。 在该电路板的 下表面上， 过滤器272可以设置在该裸片的输入端与流体运输器之间， 该流体运输器将流体 从存贮器承载入该裸。
本披露涉及具有用于反馈控制的微流体裸片和传感器的气雾栽培系统。具体地，本披露涉及一种用于植物生长的温室或单个容器，所述温室或单个容器耦合至物联网并且包括用于水或养分分配的微流体裸片。基于包括在生长环境内的传感器，所述微流体裸片是可自动控制的或者利用来自远程用户的指令进行控制的。
1.一种系统，其特征在于，包括：被配置成用于支撑植物的容器；以及定位在所述容器内的微流体裸片，所述裸片包括：衬底；在所述衬底上的第一绝缘层；在所述第一绝缘层中的多个腔室；在所述第一绝缘层上的第二绝缘层；以及在所述第二绝缘层中的多个喷嘴。 2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，进一步包括控制器，所述控制器耦合至所述微流体裸片并且被配置成用于控制所述微流体裸片。 3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，进一步包括：耦合至所述控制器的收发器；以及耦合至所述控制器的多个传感器。 4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述多个传感器被配置成用于检测环境参数并输出环境参数信号；所述控制器被配置成用于接收所述环境参数信号并响应于所述环境参数信号而输出微流体裸片控制信号。 5.如权利要求3所述的系统，其特征在于，进一步包括：通信网络；所述多个传感器被配置成用于检测环境参数并输出环境参数信号；所述控制器被配置成用于接收所述环境参数信号并输出数据信号；所述收发器被配置成用于利用所述通信网络来发送所述数据信号。 6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，进一步包括：耦合至所述微流体裸片的第一流体存贮器；以及耦合至所述微流体裸片的第二流体存贮器，第一流体不同于第二流体。 7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，进一步包括：耦合在所述存贮器与所述微流体裸片之间的第一阀门；耦合在所述存贮器与所述微流体裸片之间的第二阀门；以及被配置成用于控制所述微流体裸片、所述第一阀门和所述第二阀门的处理电路。 8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，进一步包括：耦合至所述处理电路的多个传感器，每个传感器被配置成用于检测环境参数并且被配置成用于输出环境参数信号，所述处理电路被配置成用于接收所述环境参数信号并用于基于所述环境参数信号来控制所述第一阀门和所述第二阀门。 9.如权利要求1所述的系统，其特征在于，进一步包括：被配置成用于对所述多个腔室进行加热的多个加热器。 10.如权利要求1所述的系统，其特征在于，进一步包括：耦合至所述微流体裸片的流体存贮器；耦合在所述存贮器与所述微流体裸片之间的阀门；以及被配置成用于控制所述微流体裸片和所述阀门的处理电路。 11.如权利要求10所述的系统，其特征在于，进一步包括：耦合至所述处理电路的多个传感器，每个传感器被配置成用于检测环境参数并且被配置成用于输出环境参数信号，所述处理电路被配置成用于接收所述环境参数信号并用于基于所述环境参数信号来控制所述阀门。 12.如权利要求11所述的系统，其特征在于，进一步包括：耦合至所述处理电路的收发器，所述收发器被配置成用于从所述处理电路接收有关所述环境参数的信息并且向远程用户设备发送所述信息。 13.如权利要求12所述的系统，其特征在于，所述收发器被配置成用于接收用于控制所述微流体裸片的指令并且向所述处理电路发送所述指令以便控制所述微流体裸片。 14.一种气雾栽培系统，其特征在于，包括：多个容器，每个容器被配置成用于支撑和培育至少一株植物；流体存贮器；多个微流体设备，每个容器包括至少一个微流体设备，每个微流体设备包括：衬底；与所述存贮器流体连通的多个腔室；以及多个喷嘴；以及耦合至所述微流体设备的控制器，所述控制器被配置成用于控制所述微流体设备向所述植物提供流体。 15.如权利要求14所述的系统，其特征在于，进一步包括多个湿度传感器，每个容器包括所述湿度传感器之一，所述控制器被配置成用于：从多个湿度传感器中的每个湿度传感器接收信号；判定所述信号是否低于阈值湿度值；识别所述信号低于所述阈值湿度值的容器；并且激活所述容器中的所述微流体设备。 16.如权利要求14所述的系统，其特征在于，每个容器包括一组微流体设备。 17.如权利要求16所述的系统，其特征在于，所述组中的每个微流体设备被固定到所述容器的内壁上，其中，所述喷嘴面向所述容器的中心区域。 18.如权利要求17所述的系统，其特征在于，每个微流体设备包括印刷电路板、定位在所述印刷电路板上的微流体裸片、固定到所述内壁上的印刷电路板支架，所述印刷电路板被配置成从所述印刷电路板支架上被移除。 19.如权利要求18所述的系统，其特征在于，所述印刷电路板支架包括被配置成用于与所述印刷电路板上的电触头进行交互的电触头，所述印刷电路板支架耦合至所述控制器并且被配置成用于从所述控制器向所述微流体裸片发送控制信号。 20.如权利要求14所述的系统，其特征在于，所述微流体设备包括压电喷射部件。 21.如权利要求14所述的系统，其特征在于，所述微流体设备包括在所述衬底中形成的加热器。
气雾栽培是无需土壤来种植植物的过程，其中，植物的根部悬挂于空气中并且从雾或其他水分配方法接收水分。现有的气雾栽培系统并入了向根部提供水和其他养分的喷雾器。喷雾器具有不可精确控制或适配的较大水滴。
在市场上存在很多检测关于环境的质量(诸如温度、环境光、和湿度)的设备。现在，这些设备可通过物联网彼此通信。物联网即“物物相连的互联网”，其延伸至任何物品以便进行信息交换和通信。物联网是用于将任何设备与互联网连接以便借助于信息感测设备(诸如湿度传感器、压力传感器、温度传感器、光传感器、红外传感器和全球定位系统，仅举几例)来进行信息交换和通信的网络。它们可基于商定的协议进行通信以便实现智能识别、定位、跟踪、监测和管理。
在此网络中，物品可彼此通信而无需用户的干预。每个设备可以访问相应信息的接收器、数据发送信道、存储功能、处理电路、操作系统、特定应用、和数据发送器。该设备耦合至或者包括其自身的处理和数据发送特征。该设备被配置为遵守物联网的通信协议。此外，每个设备将具有唯一序列号以用于识别在物联网中的该设备。
物联网应用于各种各样的领域，诸如智能交通、环境保护、政府工作、公共安全、安全家居、智能火控、工业监测、养老、个人健康、花卉种植、水系统监测、食品源、和敌情检查到情报收集等。这包括使得传感器嵌入且配备在各种对象中，诸如电网、铁路、桥、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝和油气管道。这些传感器然后与集中式用户应用自动或者手动通信以便实时在网络中管理和控制这些对象、人员、机器、设备和设施。这允许用户以更精致且动态的方式管理生产和生活，从而实现“智能”状态，提高资源利用率和生产水平，并给我们提供更多有关我们环境的信息。
本披露涉及向气雾栽培系统中的植物的根部提供对流体、水或养分、或抑制素(诸如杀虫剂)的精确控制和输送，其中，微流体输送单元包括微流体裸片。例如，该裸片包括衬底、腔室、以及允许以特定速率和液滴大小来精确输送所选流体体积的喷嘴。
在一个实施例中，容器包括定位在中心区域内的多个裸片，这些裸片向悬挂于该容器内的根球提供雾模式的流体。控制器或者基于在该容器中或周围包括的传感器自动地接收指令或者直接从用户接收指令。该控制器然后以特定于该根球的速率、压力和体积来控制该微流体裸片喷射流体。
在一个实施例中，所述系统进一步包括控制器，所述控制器耦合至所述微流体裸片并且被配置成用于控制所述微流体裸片。
在一个实施例中，所述系统进一步包括：耦合至所述控制器的收发器；以及耦合至所述控制器的多个传感器。
在一个实施例中，所述多个传感器被配置成用于检测环境参数并输出环境参数信号；所述控制器被配置成用于接收所述环境参数信号并响应于所述环境参数信号而输出微流体裸片控制信号。
在一个实施例中，所述系统进一步包括：通信网络；所述多个传感器被配置成用于检测环境参数并输出环境参数信号；所述控制器被配置成用于接收所述环境参数信号并输出数据信号；所述收发器被配置成用于利用所述通信网络来发送所述数据信号。
在一个实施例中，所述系统进一步包括：耦合至所述微流体裸片的第一流体存贮器；以及耦合至所述微流体裸片的第二流体存贮器，第一流体不同于第二流体。
在一个实施例中，所述系统进一步包括：耦合在所述存贮器与所述微流体裸片之间的第一阀门；耦合在所述存贮器与所述微流体裸片之间的第二阀门；以及被配置成用于控制所述微流体裸片、所述第一阀门和所述第二阀门的处理电路。
在一个实施例中，所述系统进一步包括：耦合至所述处理电路的多个传感器，每个传感器被配置成用于检测环境参数并且被配置成用于输出环境参数信号，所述处理电路被配置成用于接收所述环境参数信号并用于基于所述环境参数信号来控制所述第一阀门和所述第二阀门。
在一个实施例中，所述系统进一步包括：被配置成用于对所述多个腔室进行加热的多个加热器。
在一个实施例中，所述系统进一步包括：耦合至所述微流体裸片的流体存贮器；耦合在所述存贮器与所述微流体裸片之间的阀门；以及被配置成用于控制所述微流体裸片和所述阀门的处理电路。
在一个实施例中，所述系统进一步包括：耦合至所述处理电路的多个传感器，每个传感器被配置成用于检测环境参数并且被配置成用于输出环境参数信号，所述处理电路被配置成用于接收所述环境参数信号并用于基于所述环境参数信号来控制所述阀门。
在一个实施例中，所述系统进一步包括：耦合至所述处理电路的收发器，所述收发器被配置成用于从所述处理电路接收有关所述环境参数的信息并且向远程用户设备发送所述信息。
在一个实施例中，所述收发器被配置成用于接收用于控制所述微流体裸片的指令并且向所述处理电路发送所述指令以便控制所述微流体裸片。
耦合至所述微流体设备的控制器，所述控制器被配置成用于控制所述微流体设备向所述植物提供流体。
在一个实施例中，所述系统进一步包括多个湿度传感器，每个容器包括所述湿度传感器之一，所述控制器被配置成用于：从多个湿度传感器中的每个湿度传感器接收信号；判定所述信号是否低于阈值湿度值；识别所述信号低于所述阈值湿度值的容器；并且激活所述容器中的所述微流体设备。
在一个实施例中，所述组中的每个微流体设备被固定到所述容器的内壁上，其中，所述喷嘴面向所述容器的中心区域。
在一个实施例中，每个微流体设备包括印刷电路板、定位在所述印刷电路板上的微流体裸片、固定到所述内壁上的印刷电路板支架，所述印刷电路板被配置成从所述印刷电路板支架上被移除。
在一个实施例中，所述印刷电路板支架包括被配置成用于与所述印刷电路板上的电触头进行交互的电触头，所述印刷电路板支架耦合至所述控制器并且被配置成用于从所述控制器向所述微流体裸片发送控制信号。
本披露的气雾栽培系统可与物联网相集成，该物联网允许设备彼此自动通信并向远程用户传送数据。例如，该微流体裸片可包括在温室中的植物生长容器阵列中，其中，每个容器具有对相关联容器的水分含量进行监测的湿度传感器。这些传感器可向远程用户发送数据，该远程用户可提供用于向水分低的容器提供特定量的水的指令。可替代地，当一个容器低于阈值水分量而没有来自用户的输入时，控制器可处理传感器数据并提供水。这种闭环系统可进行感测、采取动作并且再次进行感测，均无需任何外部输入。存在使用传感器、控制器和微流体裸片来使此系统自动化的无限能力。
在这些附图中，相同的参考号识别相似的元件。附图中元件的大小和相对位置不一定按比例绘制。
图1至图3是根据本披露的实施例的一种包括微流体裸片的气雾栽培系统在植物的不同生长阶段的视图；
图4A至图4B是根据本披露的实施例的一种包括居中定位在容器内的多个微流体裸片的气雾栽培系统的视图；
图5A至图5B是根据本披露的实施例的一种包括定位在容器内壁上的多个微流体裸片的气雾栽培系统的视图；
图6A至图6B是根据本披露的替代性实施例的一种包括居中定位在容器内的多个微流体裸片的气雾栽培系统的视图；
图7A至图7B是包括微流体裸片的印刷电路板的顶视图和底视图，该印刷电路板包括在气雾栽培系统中；
图9是根据本披露的替代性实施例的一种包括多个微流体裸片的气雾栽培系统的侧视图；
图10是根据本披露的替代性实施例的一种包括多个微流体裸片的气雾栽培系统的俯视图；
图12是根据本披露的替代性实施例的一种包括多个微流体裸片的气雾栽培系统的侧视图；
图13A至图13B是包括多个植物支撑结构和多个微流体裸片的气雾栽培系统的视图；
在以下描述中，阐明了某些具体细节以便提供对本披露的各个实施例的透彻了解。然而，本领域技术人员将理解的是，可以在没有这些特定细节的情况下实践本披露。在其他实例中，与电子部件和半导体制造相关联的公知结构尚未被详细描述从而避免使本披露的实施例的描述变得模糊。
除非上下文另有要求，否则贯穿说明书和所附权利要求书，“包括(comprise)”一词及其多种变体(诸如，“包括(comprises)”和“包括(comprising)”)将以一种开放式的和包含性的意义来进行解释，也就是作为“包括，但不限于(including,but not limited to)”。
贯穿本说明书对“一个实施例”或“实施例”的引用意味着结合该实施例所描述的具体特征、结构、或特性包括在至少一个实施例中。因而，贯穿本说明书，短语“在一个实施例中”或“在实施例中”在不同场合中的出现并不一定都是指相同的实施例。此外，在一个或多个实施例中，可以以任何适当的方式来组合特定特征、结构或特性。
如在本说明书和所附的权利要求书中所使用的，单数形式的“一种”、“一个”以及“该”包括复数对象，除非内容另外明确指明。还应注意，术语“或者”总体上所使用的意义包括“和/或”，除非内容另外明确指明。
如在说明书和所附的权利要求书中所使用的，“对应 (correspond)”、“对应(corresponds)”和“对应(corresponding)”的使用意在描述参考对象之间的比率或相似性。“对应(correspond)”或其形式之一的使用不应被解释为意指确切的形状或尺寸。
本披露涉及一种气雾栽培系统的各个实施例，该气雾栽培系统包括多个微流体输送构件、多个传感器、以及用于从这些传感器接收数据并控制微流体输送构件的处理电路。该气雾栽培系统可以包括单个容器、多个容器中的单株植物、或者水槽或其他多植物种植容器中的多株植物。微流体输送构件包括微流体裸片和相关联的电子电路以便控制向和从该微流体裸片输送的流体的各方面。该系统可以包括单个微流体裸片或多个微流体裸片。本披露中的系统被配置成与物联网 (IoT)一起使用。该IoT包括经由互联网或其他通信机制互连的多个设备。该IoT是通过标准协议进行通信的设备网络，其中，每个设备经由IoT通信网络是潜在可读的、可识别的、可定位的、可寻址的且可控制的。在替代性实施例中，该系统可使得硬线连接在一起的所有部件成为独立系统，其中，流体垂直进入该系统并按需配给。
该多个设备可在有或没有用户输入的情况下彼此进行通信，从而使得该系统的一些部分可以自动化。例如，该气雾栽培系统中的水分传感器向微处理器或其他处理电路提供有关水分水平的数据。如果该水分水平低于阈值，则该微处理器可激活分配水的微流体裸片。这是均可实现的，无需用户的输入。
反馈回路可实现特定算法(诸如PID)，那些可驻留在本地微控制器中或者通过IoT网络连接的远程设备中。也可以实现机器学习算法，并且通过使用来自若干系统的数据，控制回路可以进化从而在配给水和养分的正确量时变得更加高效。
该IoT还允许远程用户与网络中的设备进行交互。例如，水分传感器和处理电路确定水分低于阈值。该用户则诸如通过邮件或者通过通知经由远程通信设备(诸如手机、平板计算机、或其他计算设备) 接收指示。该用户可对来自该气雾栽培系统的信息进行评估并且指示该系统向具有更低水分含量的特定植物提供水。该系统允许该用户指示该系统提供特定量的水或养分并且允许该用户自定义参数，诸如流速。
不同于常规的互联网，与物联网相关联的端点设备通常包括不具有传统用户输入和输出接口的机器。例如，通信地耦合到该物联网中的端点机器将通常被配置为不具有显示控制器、键盘控制器、鼠标控制器、触摸控制器、或通常与常规的互联网设备(例如，个人计算机 (PC)、智能机、个人数字助理(PDA)、平板机、膝上型计算机等) 相关联的任何其他人类用户输入和输出通信接口。该机器可以包括某些警示器、开关、传感器、基本的显示器、有线或无线控制设备等。然而，该机器将典型地不具有通常与经由常规的互联网进行通信的计算设备相关联的人类接口的类型。
与互联网相关联的任何机器通常分配有互联网协议(IP)地址。该IP地址足以唯一地识别特定网络内的机器。在一些情况下，单个机器在宽带互联网内被唯一地识别。也就是说，该机器可与耦合至互联网的另一机器以一对一关系进行双向通信。
在一些情况下，单个机器具有在局域网(LAN)内是唯一的IP 地址。在这种情况下，该局域网具有耦合至互联网的机器，并且来自该LAN内，其他机器能够传送至与互联网耦合的机器。在这种情况下，两个或更多个机器被配置在LAN中，并且在该LAN中指定的机器具有互联网上唯一的IP地址。该LAN中若干机器中的每个机器可通过该指定的机器传送至其他可访问互联网的机器。
物联网机器目前正处于其萌芽时期。先前尚未耦合至互联网的许多常规机器现在正在被配置成用于互联网通信。也就是说，这些常规机器正在被配置成具有收发器以及用于使能互联网通信的其他硬件、固件和软件。该机器分配有在LAN内或宽带互联网内是唯一的IP地址。
现在正在被配置成用于互联网通信的这些类型的机器执行工业功能、商业功能、消费者功能、或其他功能。这些机器可以包括自动售货机、封装设备、电表、停车计时器、工厂自动化、远程天线监测设备、机动车辆、火车等等。这些设备(其现在包括使能互联网通信的硬件和软件)被称为网络使能设备。而且，即使这些设备仍然处于物联网的萌芽时期，但是它们在此作为常规的网络使能设备被引用。
图1至图3是根据本披露的实施例的一种包括微流体输送构件 102的气雾栽培系统100在植物104的不同生长阶段的视图。该系统 100包括容器106。该容器106支撑一株或多株植物104并且包括根部生长区域108。该生长区域108由支撑性密封件112与环境110隔开。该环境包括该植物104的上部部分(诸如叶子和茎部)延伸的区域。
如图1至图3所示，该植物104以种子114开始。该种子114悬挂于或者以其他方式支撑在该密封件112中。该密封件112可以是多孔的海绵状材料，或者可以包括刚性支撑元件(诸如网格形式)。可替代地，当被放置在该密封件112中时该植物104可以已经包括根部 116。该密封件112在竖直位置上支撑该植物104，从而使得该根部 116悬挂于该生长区域108中并且该上部部分延伸进入该环境110。该环境110可以是用户的家或者可以是在管理的温室环境中。该系统可以被倒置从而使得根球位于叶子和茎部之上。
该用户可以以支撑在该密封件112中的单个种子114开始。该密封件112将该环境110与该根部生长区域108分隔开。可能有利的是保持微粒和其他物质远离根部。该密封件112可以包括用于防止不希望的细菌从该环境110进入该根部生长区域108中的细菌过滤器。
该微流体输送构件102定位在该容器106的底部表面118上。喷嘴(未示出)面向该生长区域108并且被配置成用于向该根部116提供水和养分。使用该微流体输送构件(诸如喷墨打印头技术)给予用户对液滴大小和计时的控制。由于不同的植物需要不同量的水和养分，因此这种系统允许用户控制水或养分的液滴计时和大小。也可配给抑制素(诸如杀虫剂)或其他健康稳定剂。具体地，微流体裸片可创建允许更易于吸收配给流体的非常小的液滴。离散液滴控制也是可实现的。在该微流体裸片中使用热或压电技术可允许输送一滴或数万亿滴，从而使得该系统可基于该系统的需要来配给一微微升或一升。
该系统100可适配为包括传感器120。这些传感器检测温度、湿度、压力、氧水平、二氧化碳水平、光、或影响植物生长的任何数量的环境参数。该系统100还包括控制器122。该控制器122耦合至这些传感器120并且耦合至该微流体输送构件102。该控制器122控制该微流体输送构件102的输出率。该控制器122被配置成用于控制液滴大小，例如通过选择定位在该微流体输送构件上的微流体裸片的衬底中的加热器的特定加热周期(或者喷射周期(如果利用压电技术))。该控制器122可配置用于调节正在喷射的流体的粘度。例如，水具有不同于养分水组合或仅流体的养分的粘度。流体喷射速率可被调节至对于正在生长的特定类型的植物或者对于植物的特定生长阶段是最佳的。例如，与植物生长的更休眠阶段相反，当准备开花或结果时一些植物需要不同类型的养分。此系统可以包括跟踪植物年龄的实时时钟。例如，植物已经存活了多少分钟、多少小时、多少天。该时钟可以从第一块根跟踪穿透种子或第一片叶子等。
该控制器122从这些传感器120接收环境参数信号。在一些实施例中，该控制器对来自这些传感器的这些环境参数信号进行处理并且确定经由该微流体输送构件102向该根部116提供多少水和养分。该控制器可以包括向远离该系统的用户发送信息的收发器。该控制器被配置为与物联网进行交互，从而使得该控制器可与温室中相邻的气雾栽培系统进行交互并且可提供数据并从远程用户接收输入。例如，如果每个容器106具有相关联的光传感器，则网络控制器可接收并确定温室中的平均光强度。该用户可以基于环境参数对这些数据进行评估并且向该网络控制器提供有关如何调节内部照明系统或者调节针对使用太阳光的系统的阴影供应板的指令。该用户还可指示向系统的不同植物的不同根部提供的水和养分量。具体地，该用户可以提供有关时长、液滴大小、和提供的具体养分的量的指令。该液滴大小受喷嘴尺寸(诸如直径5-50微米)的影响，其中，高压用于确保流体与根球的交互。另一个益处是控制每个时间段喷射的滴数。此系统允许精确控制喷射的流体量。例如，每秒或其他所选时间段1微微升至35 微微升。
电源124邻近干燥区域126中的控制器122被定位。该电源124 通过连接件(未示出)向整个系统100提供电力。存贮器128耦合至该容器106。在图1中，存贮器128被定位在生长区域108内，然而，该存贮器128可以被定位在容器的外壁130上或者与容器间隔开，由管或管道耦合。
在图1至图3中，该存贮器128包括用户通过其提供流体的开口 132。该流体可以只是水、可以只是养分、或者可以是水和养分的组合。流体连接件(未示出)将该流体移动至该微流体输送构件102以分配到该生长区域108中。该流体连接件可由该控制器122控制。
传感器120可包括摄像机或被配置成用于确定根部何时开始从种子伸出的其他检测机制。与完整的根球116相比，该种子具有不同的养分和水需求。这些传感器120被配置成用于将该根部生长区域108 中的信息收集到该控制器122中。该控制器122对该信息进行处理并且或者控制该微流体输送构件102和该存贮器128满足该植物的需要或者该控制器122向用户发送该信息，从而给予该用户调节系统设置的机会。
图2中展示了养分块134。可以选择此养分块以便为被选择在此系统中生长的这种类型的种子提供养分。养分块134可以是缓慢释放块，该缓慢释放块将养分中的一部分释放到放置在该存贮器128中的水中。
在图3中，雾模式136离开该微流体输送构件102竖直朝向根部 116。该雾模式中液滴大小可由用户控制或者可提前编程。此外，该微流体输送构件102可以是可替换的，从而使得如果该用户选择以不同雾模式136种植不同植物，则该微流体输送构件102可以和包括新生长植物的液滴大小和其他有益特征的微流体输送构件版本互换。针对每个微流体输送构件，这些雾模式可以不同。此外，各自可具有不同的流速。
图4A和图4B是居中定位在气雾栽培系统144中的第一和第二微流体输送构件140、142的安排的顶视图和透视图。该第一和第二微流体输送构件140、142包括具有喷嘴148的微流体裸片。该微流体裸片可以包括在印刷电路板上，详情参见图7A、图7B。
这些喷嘴148背向该第二微流体输送构件142。该第二微流体输送构件142也包括面向该第一微流体输送构件140的喷嘴148的相反方向的喷嘴。该第一和第二微流体构件140、142中的每个微流体构件包括从管道或其他流体运输器150接收流体的入口。
该第一和第二微流体输送构件140、142居中悬挂以便水平地提供雾模式152。该流体运输器150可以包括为该第一和第二微流体输送构件140、142提供机械支撑的刚性特征。该支撑可被调节为适应根球的尺寸和形状。例如，如果该根球变得太大或者与该微流体输送构件重合从而使得这些喷嘴被堵塞或者部分被堵塞，则可以竖直方向调节该支撑来移动该微流体输送构件。该支撑绕基部还是可旋转的以便允许调节至该系统的中心的左边和右边。
该流体运输器150还可以提供到该控制器的电连接件。该第一和第二微流体输送构件140、142可以在单独的封装体中或者可以包括在单个封装体中。取决于用户的预期用途，该单个封装体可以是允许具有不同的喷嘴和腔室设计的输送构件在该系统中易于被替换或互换的即插即用安排。例如，不同的设计被配置为用于不同的流体，从而使得该即插即用安排可以涉及养分输送。
图5A和图5B是包括气雾栽培系统168中的四个微流体输送构件 160、162、164、166的顶视图和透视图。该系统168包括容器170，其中，该微流体输送构件附接至该容器170的内壁172上。该输送构件包括面向内部生长区域176的喷嘴174。该内壁172可以包括将该输送构件紧固到该壁上的特征。可替代地，流体运输器178可以提供机械支撑以便在该生长区域176中将该输送构件保持在位。
该流体运输器178按需或按预定计划提供水和养分。该运输器还可以向该输送构件提供电信号以便控制雾模式180。每个输送构件可被同时控制以便创建图5A中示出的加号形状的雾图案180。可替代地，该输送构件可呈模式被激活并被去激活，从而使得并非所有的输送构件同时配给流体。
在此系统中，裸片可以专用于特定流体，喷射一种流体。该流体可以是纯净的单流体(像水)或者可以是组合流体(诸如具有养分的水)。可替代地，该裸片可以接收多种流体，并且一些喷嘴排出一种流体同时同一裸片的其他喷嘴排出不同的流体。
在一些实施例中，针对一个输送构件(诸如第一输送构件164) 的该运输器178可以运输与针对该第二输送构件166的运输器不同的流体。例如，该第一输送构件164可以接收去离子水，而该第二输送构件166接收富营养流体。
图6A和图6B是定位在气雾栽培系统190内的四个微流体输送构件182、184、186、188的顶视图和透视图。每个输送构件可以具有单独的流体运输器192或者可以共享单个流体运输器。流体分配模式 200远离每个输送构件上的喷嘴194延伸。这些输送构件可以同时或或以一定模式被操作。
图7A和图7B是根据本披露的实施例的包括在气雾栽培系统中的微流体输送构件250的顶部透视图和底部透视图。该输送构件250包括承载半导体裸片254的印刷电路板252。该印刷电路板252包括第一和第二圆形开口256、258和椭圆形开口260。根据本披露的实施例的气雾栽培系统中的容器可以包括被配置成用于与这些开口256、258、260进行交互以便将该微流体输送构件250保持在位的叉齿。取决于该输送构件如何被紧固到该气雾栽培系统中的壁上或支撑件上，这些开口256、258、260可以是其他形状和尺寸。在一些实施例中，可移除开口。例如，参见图9和图12的实施例。这些开口具有不同的形状从而使得该输送构件可正确地定位在该系统中。该电路板的上表面和下表面可以涂覆有阻焊掩模262a、262b。当该裸片254的接触焊盘定位在该电路板252上或者当形成触头264时，可以提供该阻焊掩模262a中的开口。该阻焊掩模262a和262b可以作为保护层被用于覆盖由该电路板252承载的将该裸片254的这些接触焊盘耦合至这些电触头264的电连接件(未示出)，这些电触头将这些接触焊盘耦合至外部电源。
该印刷电路板252(PCB)是刚性平面电路板，具有上表面和下表面。该电路板252包括一层或多层绝缘和导电材料。在一个实施例中，该电路板包括FR4PCB，其是利用环氧树脂粘结剂由编织的玻璃纤维组成的复合材料(具有耐燃性)。在其他实施例中，该电路板包括陶瓷、玻璃或塑料。
该电路板252包括该电路板252的上表面上的全部电连接件。该裸片254也包括在该上表面上，从而使得喷嘴268背向该上表面。这允许喷嘴268直接远离该印刷电路板来喷射流体。此裸片被配置成用于喷射各种液滴大小和雾模式的流体。例如，该裸片可以远离该电路板5-10cm喷射雾羽流。
该裸片的顶表面的区域可以在尺寸上接近于该电路板的上表面。该电路板的尺寸和形状可根据在该气雾栽培系统的容器中将如何附接该电路板而进行调整。在该电路板的下表面上，过滤器272可以设置在该裸片的输入端与流体运输器之间，该流体运输器将流体从存贮器承载入该裸片以用于分配。该过滤器272被配置成用于防止至少一些颗粒穿过开口从而防止该裸片254的这些喷嘴268被堵塞。在一些实施例中，该过滤器272被配置成用于阻挡大于这些喷嘴268的直径的三分之一的颗粒。将认识到，在一些实施例中，该流体运输器可充当合适的过滤器，从而使得无需单独的过滤器。在一个实施例中，该过滤器272是不锈钢网格。在其他实施例中，该过滤器272是随机交织的网格，基于聚丙烯或硅。过滤大小大约为该裸片的喷嘴尺寸的一半，这意味着对于尺寸2x的喷嘴，x尺寸和较大的颗粒被过滤掉。
该过滤器272利用粘接剂材料274被附接至下表面。该粘接剂材料274可以是不容易被存贮器中的流体溶解的粘接剂材料。
该电路板包括该裸片254定位在其上的开口(未示出)。该过滤器272覆盖该开口的另一侧。在替代性实施例中，该流体运输器可以附接至该电路板的一端，从而使得该电路板具有从该流体运输器到该裸片的用于向该裸片的腔室提供流体的信道。
在该开口以上，该半导体裸片254被紧固到该电路板的上表面。该半导体裸片254通过被配置成用于将该半导体裸片保持到该电路板的任何粘接剂材料而被紧固到该电路板的上表面。该粘接剂材料可以与用于将该过滤器272紧固到该微流体输送构件250的粘接剂材料相同或不同。
在该气雾栽培系统中待提供的不同养分具有与喷墨打印机使用的典型链路不同的化学性能。微流体裸片最初被设计为用于喷墨打印机。在制造和控制方面的最近发展情况允许这些微流体裸片用于各种系统中。通常的喷墨打印头使用非常昂贵、非常特定的材料来防止墨损坏支撑墨喷射工艺的部件(诸如存贮器)。在本披露中，普通材料 (诸如FR4板)可用于创建先进但成本有效的系统。内衬(未示出) 可以被包括以便将流体通过其传递到该裸片的开口排成一行。该内衬提供保护涂层以便允许成本有效的电路板用于此系统中而不会有来自可以由该裸片喷射的各种养分的损害。在一个实施例中，该内衬是金的，然而，在其他实施例中，该内衬可以是氮化硅、其他氧化物、碳化硅、和其他金属(诸如钽或铝)、或塑料(诸如PET)。
图8A至图8E各自包括微流体裸片254的更多细节。该微流体裸片254包括衬底280、多个中间层282、和喷嘴板284。该多个中间层 282包括被定位在该衬底与该喷嘴板之间的介质层和腔室层286。在一个实施例中，该喷嘴板为12微米厚。该衬底可以是在湿润环境中将不会生锈或劣化的硅。在一些实施例中，该硅可以具有向同一裸片提供不同流体(诸如水和养分流体)的两个或更多个入口路径。该裸片允许流体的定向、可控分配。
图8B是图8A的通过线A的通过线B的区域的放大视图。图8E是图8D的区域的放大视图。
该裸片254包括从这些中间介质层282之一向下延伸至该电路板 250上的这些接触焊盘288的多根电连接引线。每根引线耦合至单个接触焊盘。该裸片的左侧和右侧上的开口292提供到这些引线以便暴露形成在这些中间介质层上的接触焊盘294。在其他实施例中，可以具有仅定位在该裸片的一侧的一个开口292，从而使得从该裸片延伸的所有引线从一侧延伸，而其他侧仍对这些引线无阻碍。
在所展示的实施例中，具有18个喷嘴296通过该喷嘴板284，中心线的每一侧九个喷嘴。在一些实施例中，该喷嘴具有20-30微米之间的直径。每个喷嘴与该气雾栽培系统中的该流体运输器和该存贮器流体连通。该裸片254包括完全穿过该衬底280的入口路径298，并且与该腔室层286和该喷嘴板284进行交互。该入口路径298是矩形开口，然而，可以根据流路径约束使用其他形状。该入口路径298与穿过该电路板的开口的流体路径流体连通。
该入口路径298耦合至与个体腔室302流体连通的信道300，形成该流体路径，参见图8C。这些腔室302之上是包括该多个喷嘴296 的该喷嘴板284。每个喷嘴296处于这些腔室302中的对应腔室之上。该裸片254可以具有任何数量的腔室和喷嘴，包括仅一个腔室和喷嘴对。在所展示的实施例中，该裸片包括18个腔室，每个腔室与相应的喷嘴相关联。可替代地，其可具有十个喷嘴以及为一组五个喷嘴提供流体的两个腔室。在这些腔室和喷嘴之间无需具有一对一的对应关系。
在每个喷嘴腔室附近的是加热元件304，该加热元件电耦合至由该裸片254的这些接触焊盘294之一提供的电信号并且由该电信号激活。每个加热元件304耦合至第一触头和第二触头。该第一触头通过导电迹线耦合至该裸片上的这些接触焊盘之一的对应接触焊盘。该第二触头耦合至地线。在一个实施例中，仅具有由该裸片的两侧的触头共享的单个地线。
在使用中，当这些腔室302的每个腔室中的流体被该加热元件304 加热时，该流体蒸发以产生气泡。产生气泡的膨胀使得流体从该喷嘴 296喷射并形成液滴。
该微流体裸片可以使用加热器(诸如这些加热元件304)来喷射流体。这些加热元件用于热喷墨打印头。可替代地，该微流体裸片可以使用压电部件来喷射流体。
如以上提及的，该衬底280包括通过与这些腔室302和这些喷嘴 296相关联的中心区域的该入口路径298。该入口路径被配置为允许流体从该裸片的底表面流入信。
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