具体实施方式

图1示出水培装置100的前视图。图2示出侧视图，图3示出装置100的俯视图。

装置100包括旋转滚筒101，该旋转滚筒101在一端以能旋转方式仅由支撑架的轴承113支撑而在反端可接入打开。装置100进一步包括使旋转滚筒101绕轴承113旋转的驱动器。

参照图6，旋转滚筒101内限定有环形灌水槽122，该灌水槽122包含液体补给123。旋转滚筒101配置用于径向接合其内部内的多株植物，与储液器122的液体补给123流体接触。装置100还包括补给供应软管110以从支撑架补充储液槽122。

参照图2，支撑架可以包括基座105、自其垂直延伸的竖杆103和支撑轴承113的肘部129。转节104可以与杆103和肘部129交界。

参照图6，旋转滚筒101可以包括外层120和内层121，在这二者之间限定储液槽122。供应软管110可以耦合至伸到外层120与内层121之间的软管延伸部107以在其间注入液体。

参照图1，旋转滚筒101的内部可以包括多个孔口108。在实施例中，塑料布可以覆盖这些孔口101，植物根系穿透塑料布进入储水槽123。

参照图1，装置100包括轴向灯106以径向照射旋转滚筒101内径向保留的植物。

参照图1至图3，在一实施例中，旋转滚筒101呈截头圆锥形，具有耦合到轴承113的端壁及其反端处更大直径的可接入开口。可经由开口接入和维持径向保留的植物。

参照图2，在实施例中，装置100可以包括可覆盖开口的半透明盖板124。在实施例中，盖板124可以通过磁耦合件147耦合到旋转滚筒101。在实施例中，盖板124可以使从灯106发出的光减弱大约40％或更多。

参照图4至图7，支撑架的基座105可以在其中包括至少一个液密隔室114。参照图7，装置100可以包括多个隔室114。隔室114可以例如包括用于在其中容纳水的主隔室114以及用于在其中容纳液体养分的小隔室114。装置100可以包括泵119和抽吸软管115以从各个隔室抽吸水和液体养分。泵119可以经由连接软管116泵送到供应软管110，使得水和/或养分填充储液器122。

每个隔室114可以包括可移除的盖体118，用于接入续填。每个盖体118可以经由相应的按钮117释放。

装置100可以包括电池电源和电子控制部件122，用于控制装置100的操作，包括供应泵119、轴向灯106等。

在实施例中，该装置可以包括加湿器(例如压电激励器)，其使来自隔室119的水汽化且其经由排汽口112从轴承113排汽以加湿旋转滚筒101的内部。

图5示出根据一实施例的装置100的示例性控制系统示意图。控制系统可以包括控制器122，该控制器122包括用于处理数字数据的处理器。处理器可以采取诸如FPGA设备等低功率计算设备的形式。存储器设备与处理器可操作地通信，该存储器设备配置用于存储数字数据，包括计算机程序代码指令。在使用中，处理器从存储装置中提取这些计算机程序代码指令和相关数据来进行解释和执行以控制装置100的功能。

在实施例中，轴向灯106可以包括LED 109矩阵。

另外，参照图5，这些LED 109可以在多个纵向光照阵列127中经由光照阵列接口126单独可控。控制器122能够调节纵向光照阵列127中每一个的操作、强度和色温中的至少一项，以便能够径向上差异化照射旋转滚筒101的内部。可以由控制器112通过时分复用来控制强度。

就此而言，旋转滚筒101的内部可以通过生长区域(例如通过象限或其他划分)来控制，并且可以在每个区域内种植不同种类的植物。存储器设备可以包括针对每个生长区域的区域设置128。旋转传感器125可以与支撑架103和旋转滚筒101对接以确定旋转滚筒的旋转位置，使得控制器122能够控制相应取向的纵向光照阵列127以根据生长区域设置128适当地照射每个生长区域。

例如，可以在第一区域内种植一种喜直射阳光的植物，而在第二区域内种植另一种喜荫光的植物。如此，当旋转滚筒101相对于轴向灯106旋转而轴向灯106相对于旋转滚筒101保持静止时，控制器122能够确定旋转滚筒101相对于支撑架的旋转偏移，以便能够控制单独的纵向光照阵列(各自具有一排或多排LED)以用高强度光照射第一区域并用低强度光照射第二区域。

在替代实施例中，轴向灯106随旋转滚筒101旋转。根据本实施例，控制器102还能够控制单独的纵向光照阵列127，以便能够对旋转滚筒101内部的不同生长区域进行差异化照射。

在实施例中，该装置可以包括无线接口149(诸如WiFi或蓝牙无线接口)以便对接到移动通信设备，诸如包括其上执行软件应用来控制装置100的移动通信设备。

如此，软件应用可用于远程控制装置100的操作并查看其各项读数。

例如，软件应用能够控制装置的操作、控制灌水和轴向灯106的操作方面。软件应用还可以显示各项读数，诸如基座105和储液槽122的液位，包括每个隔室114的单独液位。

在实施例中，软件应用也可用于配置生长区域。

在实施例中，软件应用可以包括允许用户指定种植在每个生长区域内的植物种类的界面。例如，对于可用的生长区域，用户可以从各种常见植物中进行选择，诸如罗勒、欧芹、香菜等。在实施例中，软件应用可以包括针对每个用户指定种类植物的生长区域设置128(或软件应用可以通过因特网从服务器中检索这样的设置)。

如此，如果用户指定旋转滚筒已种植了罗勒、欧芹和香菜，则软件应用能够自动检索这些种类植物的生长区域设置128，以便能够单独控制纵向光照阵列127以根据其已知需求适当地照射这些不同种类植物中的每一种。

在实施例中，控制器122可以进一步控制旋转滚筒101的旋转以调节对不同种类植物的灌水。例如，第一生长区域可以包括需要较少水的第一种类植物，并且第二种类植物种植在第二生长区域内。如此，当第二生长区域处于旋转周期底部时，控制器122可以减慢旋转滚筒121的旋转，使得储液槽122内在该区域汇集的液体123在第二生长区域停留的时间比第一生长区域更长。

图8示出旋转滚筒101与图1所示实施例相比轴向倒置的实施例，其中滚筒101中直径较小的端部朝外。

装置100可以包括电机130以及用于使滚筒101旋转的电机控制器131。

图9示出通过无线接口149与装置可操作地通信的移动通信设备101。

装置100可以包括沿轴向灯106布置的至少一个接近传感器133，用于检测生长于其中的植物135的接近。如此，接近传感器133可以配置用于检测植物135何时长得过高而接近或接触轴向灯106。当检测到植物135已经长得过高或正在接触轴向灯106时，所连接的移动通信设备140可以相应地生成警报。

轴向灯的远端可以包括LED或者其上用于显示各种信息的小型数字显示器。另外，优良的远端可以包括用于控制装置100各个操作方面的触摸传感器、按钮等。

装置100可以包括用于监测植物生长的红外传感器132。来自红外传感器132的读数可以结合其他传感器读数，例如二氧化氮水平、耗水量等，用于确定植物健康。在实施例中，轴向灯可以包括远红光和红外二极管以增强植物135的光合作用，改善植物健康和味道。

装置100可以包括至少一个图像传感器134，用于捕捉滚筒101内部的图像数据。在实施例中，可以处理从图像传感器134获得的图像数据，包括使用机器学习技术来进一步推断其中植物135的健康。

图像传感器134可以包括广角相机以捕捉滚筒101内部的广角图像。在实施例中，图像传感器134配置为能够查看滚筒101内部的整体。然而，在替代实施例中，随着滚筒101旋转，至少一个图像传感器134依序捕捉图像数据，从而将它们拼合在一起以形成滚筒101内部的360°图像。

移动通信设备140的界面可以包括滚筒内部的360°实时视图141。

该界面还可以显示从装置100的各种传感器导出的附加信息，包括用于显示水位读数、水质读数、植物健康读数等。

参照图8，装置100可以包括水位传感器137。在图8所示的实施例中，水位传感器137包括布置于液密隔室114深度上的多个离散式电水接触传感器，以便能够确定其中水和/或液体养分的液位。

当检测到液密隔室114内的水位低或空时，移动通信设备140可以相应地生成警报。

可以打开门136以补充水或液体养分液位。

在实施例中，装置100或移动通信设备140配置用于使用水位传感器137估计用水量并预测需要补充之前剩余的水量。

装置100可以进一步包括水质传感器138，包括总溶解固体(TDS)传感器、pH传感器、盐度传感器、温度传感器等。如此，移动通信设备140的界面可以使用水质传感器138来显示水质读数。

图10示出装置100的通风系统，其中装置100可以包括叶轮142，诸如位于基座105内的叶轮。叶轮可以经由支架103的入口143和上部中央导管144吸入空气。空气可以围绕电机130进行冷却并可以经由电机130处的出口140逸出。

空气可以进入滚筒101并经由其中的孔口145逸出，包括沿轴向灯106逸出。盖板124可以包括贯穿其中或其外围边缘处的孔口146以允许空气逸出。

图10进一步示出允许将壳盖124磁性卡扣配合附接到滚筒101的磁性耦合件147。

图11和图12示出用于将种荚装载到滚筒101中的环形种荚保持插植件148。

环形插植件148包括多个凹穴150，种荚可插入其中。图11中的实施例具有环形插植件148，其包括诸如泡沫等柔性材料，其中凹穴150可以包括用于膨胀的相邻狭缝151。图12具有包含更硬性塑料的环形插植件148。

图13示出包含纤维材料153的预成型种荚152，其中具有多颗种粒155。覆盖物154(诸如深色贴纸)可以覆盖种粒155。采取图14所示的方式，植物135可以生长穿透覆盖物154。

图15示出种荚152横截面均匀的实施例，图16示出种荚152呈楔形以便与截头锥形滚筒101相符的实施例。

图17示出种荚152包括种粒151两侧纤维材料的实施例，图18示出种粒155被覆盖物154保持在基底纤维层153上的实施例。

图19示出预包装种荚保持在塑料外壳156内并具有塑料拉片158，可自此拉出该拉片以露出开口157，植物135可以生长穿过该开口157。一旦拉片已被移除，塑料外壳156便可按原样插入到环形插植件148的凹穴中。外壳156可以包括圆形基底。外壳156可以包括贯穿其中的孔口，包括贯穿其基底的孔口，以允许水渗入其中的种荚152。

图20A至图20C示出将种荚152插入到环形插植件148的凹穴150中。凹穴150的内部横截面可大于其入口的横截面。

尽管种荚152的尺寸可大于凹穴150的开口尺寸，但相邻的狭缝151可以允许凹穴150的开口扩张以在其中接纳种荚152。

一旦如图20B所示保持在凹穴150内，种荚152的尺寸可以超过开口150的尺寸，但仍保持在凹穴150的较大内部内。

另外，由于纤维材料153润湿，它可以如图20C所示的方式在凹穴150的内部进一步膨胀。

在实施例中，插植件148可以指示各个生长区域，其中插植件148被锁定，使其只能以特定取向插入到滚筒101中，或替代地，当插入到滚筒101中时，其取向能够被检测到。

一旦以此方式定位于滚筒100内，控制器122则可以根据插植件的不同生长区域148来控制光供应(通过控制纵向光照阵列127)和水供应(通过控制滚筒101的旋转速率)。

例如，插植件148可以指示用于生长欧芹、罗勒和香菜的区域。如此，当相应的种荚152插入到这些区域内时，控制器122不会根据针对不同种类植物的推荐灌水和光照来控制各个种荚的光照和灌水。

在替代实施例中，每个凹穴150可以编号，其中用户可以使用移动通信设备140的界面来指定插入其中的种粒种类。此后，控制器122则可以根据指定的植物种类来控制插植件148的各个凹穴150的灌水和光照。

在实施例中，每个凹穴150或种荚152可以包括计算机可读介质(诸如RFID、NFC标签等)，由装置100的读取器读取该计算机可读介质以确定生长区域或种荚种类。

图21示出盖板124包括反射内表面160以将光反射回滚筒101内部的实施例。盖板124可以包括深色外表面161。

在下述内容中，出于解释目的，使用具体术语来提供对发明的全面理解。然而，对于本领域技术人员而言清楚明了的是，无需具体细节来实践本发明。出于说明和描述目的，上文阐述了本发明的具体实施例，但这并非旨在本发明穷举或限定为所公开的确定形式，根据上述内容显然可能存在多种修改和变型。本发明实施例的选取及描述仅为最好地解释本发明的原理及实际应用，使得本领域技术人员能够最好地利用本发明及适合所设想的特定用途的各种修改的各种实施例。所附权利要求及其等同方案旨在限定本发明的范围。