KR100971702B1 - 초음파와 음파를 이용한 식물 재배 방법 및 그 장치 - Google Patents

초음파와 음파를 이용한 식물 재배 방법 및 그 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 식물 재배 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 특히 초음파와 음파를 이용한 식물 재배 방법 및 그 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 음파와 초음파를 동시에 발생시키는 스피커가 식물에게 음악을 발생시켜서 식물의 생육을 촉진시키는 식물 재배 방법이 개시된다. 본 발명에 따른 초음파와 음파를 이용한 식물 재배 방법 및 그 장치는 식물에 이로운 음파 주파수와 단일초음파 주파수를 이용하여 식물에 생육과 병해충을 방지할 수 있는 효과가 있다.
식물, 재배, 생육, 음파, 초음파.

Description

초음파와 음파를 이용한 식물 재배 방법 및 그 장치{Method for growing plants using sonic and ultrasonic waves and Apparatus thereof}
본 발명은 식물 재배 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 특히 초음파와 음파를 이용한 식물 재배 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
음악을 동식물, 특히 농작물에 들려주어 생육을 촉진시키는 방법은 비료나 농약등의 화학물질을 사용하는 생육방법과 달리, 작물의 생육을 촉진하고 병해충을 방지하며, 환경공해를 유발시키지 않는다는 장점을 지니고 있다.
식물에 음악을 들려주어 생육을 촉진하려는 시도는 1860년경 진화론을 주장한 찰스 다윈에 의해 최초로 시도된 이래, 1950년 인도의 싱 교수가 인도의 전통음악인 라가를 벼, 땅콩 및 담배에 들려주어 수확량 증가를 이룬 것으로 알려지고 있는데, 이는 음파가 식물세포에 공명현상을 일으켜 신진대사를 자극하고 음향에너지가 세포분자 및 원형질의 운동을 촉진시킴에 기인한 것으로 알려지고 있다.
그러나 종래의 생육촉진방법에 사용된 음악은 주로 4,000Hz의 이상의 고주 파를 사용하는 동시에 오케스트라에 의한 심포니 연주음악과 유사한 복잡한 음악을 사용하기 때문에 인간의 청신경을 자극하여 스트레스를 유발시키며, 인공음으로 듣기에도 거북하여 재배자의 작업능률이 떨어지고 식물의 생육촉진 효율이 떨어진다는 문제점을 지니고 있었다. 또한, 종래 기술에 따르면 식물의 생육을 촉진시키기 위하여 전기방법을 사용하는 경우 경제적으로 식물을 재배할 수 없다는 문제점을 지니고 있었다.
또한, 종래 기술에 따르면, 그린음악, 음파, 초음파 등을 이용한 동, 식물 등의 생육 및 병·해충 억제에 관한 방법, 장치 등은 단순하게 음악, 음파, 초음파 등이 동, 식물 재배 관련하여 그 효과, 장치 등을 내용으로 하나 넓은 작물재배 공간과 좁고 긴 시설하우스에 어떻게 적용되어 있는지 그 방법과 시스템장치 구현에 관한 내용이 나와 있지 않았고 주파수 범위가 폭넓게 되어 있었다. 따라서, 종래 기술에 따르면, 실제 농식물 재배 농장에서 구현 가능하고 효과적인 방법이 제시되지 않은 문제점이 있다.
본 발명은 식물에 이로운 음파 주파수와 단일초음파 주파수를 이용하여 식물에 생육과 병해충을 방지할 수 있는 초음파와 음파를 이용한 식물 재배 방법 및 그 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 소음공해, 환경오염 및 생태계 파괴없이 작물의 생육을 촉진하고 병해충을 방지할 수 있는 초음파와 음파를 이용한 식물 재배 방법 및 그 장치를 제공한다.
본 발명이 제시하는 이외의 기술적 과제들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 음파와 초음파를 동시에 발생시키는 스피커가 식물에게 음악을 발생시켜서 식물의 생육을 촉진시키는 식물 재배 방법이 개시된다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 음파와 초음파를 이용하여 식물을 재배하는 장치에 있어서, 음파와 초음파를 동시에 발생시키는 스피커; 및 상기 음파와 초음파에 상응하는 신호를 발생시켜서 상기 스피커에 전송하는 웨이브 발생 장치를 포함하는 식물 재배 장치가 개시된다.
여기서, 상기 웨이브 발생 장치는, 복수의 파장을 가진 복수 웨이브를 생성하는 음파발생부; 상기 음파발생부에서 생성된 웨이브에서 제거될 특정 파장을 가진 단일 웨이브를 생성하는 단일주파수 발생부; 상기 복수 웨이브로부터 상기 단일 웨이브를 제거하는 단일주파수 제거회로; 및 상기 단일주파수 제거회로로부터 상기 단일 웨이브가 제거된 상기 복수 웨이브를 상기 스피커에 전달하는 파워 앰프를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 음파는 1Hz 내지 3KHz의 주파수 범위를 가질 수 있다.
여기서, 상기 초음파는 20KHz 내지 26KHz의 주파수 범위를 가질 수 있다.
여기서, 상기 음파와 초음파는 65 내지 80dB의 음압을 가질 수 있다.
여기서, 상기 스피커는 시설 하우스안에 설치될 수 있다.
여기서, 상기 스피커는 복수이며, 서로 바라보는 스피커는 40m 내지 60m 이격되어 설치될 수 있다.
여기서, 본 발명에 따른 식물 재배 장치는 상기 웨이브 발생 장치에서 상기 음파 또는 초음파 발생시 상기 신호 수신시 발광하는 LED부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 초음파와 음파를 이용한 식물 재배 방법 및 그 장치는 식물에 이로운 음파 주파수와 단일초음파 주파수를 이용하여 식물에 생육과 병해충을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 초음파와 음파를 이용한 식물 재배 방법 및 그 장치 는 소음공해, 환경오염 및 생태계 파괴없이 작물의 생육을 촉진하고 병해충을 방지할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징 들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 식물 재배 장치에 대한 도면이다. 도 1을 참조하면, 웨이브 발생장치(110)는 음파와 초음파를 발생하고, 이러한 음파와 초음파는 스피커(a)를 통해 식물에게 전달된다.
여기서, 음파는 그 주파수가 1Hz-3KHz이며, 초음파의 주파수는 23KHz(+/_ 3KHz)가 될 수 있다. 또한, 음파와 초음파의 음압(dB)은 넓은 작물 재배 면적과 좁고 긴 시설하우스 시설에 적합하도록 그 크기가 65-80(dB)정도 될 수 있다. 스피 커(a)에서 발생하는 초음파 및 음파의 음압은 80(dB)이고, 약 35m 지점(c)에서는 음압이 65(dB)로 작아진다. 또한, 최대 도달 거리(b)에서는 그 크기가 미약하게 측정된다.
또한 점선으로 그려진 부분(상,하 10m / 좌,우 40m 정도)이 음파 및 초음파 음압 영역이며 가장자리에서 약 65(dB)의 음압을 측정 할 수 있다.
스피커(a)에서 약 4m 지점 후단(d)의 경우 약 65(dB)의 음압이 발생한다. 이는 스피커(a) 방향이 오른쪽 방향이고 스피커 몸체 구조를 왼쪽 방향으로 설계하여 음압이 조절된 것이다.
이러한 구조에 의해서, 음파와 초음파의 주파수 및 음압의 조절을 통해 식물의 재배 환경을 조성할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하나의 식물 재배 장치가 시설 하우스내에 설치된 도면이다. 여기서, 시설 하우스(e)는 현재 보급 권장되고 있는 1-2W형(600평) 시설 하우스이다.
시설 하우스(e) 내에 스피커(a)에서 발생하는 음파 및 초음파의 범위(d, b, c)는 도면과 같이 음압(65-80dB)에 상응하여 발생한다. 따라서 좁고 긴 시설 하우스(e)의 고른 음압 분포를 위해 웨이브발생장치(210)와 연결된 8개의 스피커(a)를 배치해서 넓은 시설 하우스(e) 내에서 작물에게 적정 음압((dB)을 들려줄 수 있다.
8개의 스피커(2, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18)가 웨이브발생장치(210)에 연 결된 구조는 도 3에 도시하였다. 도 3을 참조하면, 시설 하우스(1)의 내부에 도 1에서 상술한 음파 및 초음파의 영역(5, 7, 8, 9)를 가진 8개의 스피커(2, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18)가 설치되어 있다. 상술한 음압의 경우 서로 바라보는 스피커는 40m 내지 60m 이격되어 설치된다.
하나의 스피커로 넓은 시설 하우스(1)에 영향을 주려면 그 출력이 매우 커서, 시설 하우스(1) 내에 작용하는 음파보다 시설 하우스(1) 외부로 출력되는 음파로 인해 소음 피해를 야기시킬 수 밖에 없으므로 시설 하우스(1) 내에 맞는 스피커(2, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18)의 배치가 필요하다.
또한, 상술한 1-2W형 보다 면적이 넓은 시설 하우스의 경우 스피커를 음파 및 초음파 라인이 형성하는 면적에 맞게 설치할 수 있다. 스피커(12)와 스피커(13)는 서로 반대 방향으로 4~5m 간격을 두고 배치를 한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 식물 재배 장치의 구성도이다. 도 4를 참조하면, 음파발생부(410), 단일주파수발생부(420), 단일주파수제거회로(430) 및 파워 앰프(440)이 도시된다.
단일 주파수 발생부(420)에서 필요없는 단일 음파신호를 발생하지 않을 경우 f(y)는 f(v)와 똑같은 신호가 되며, 이는 파워 앰프(440)에 공급된다.
그러나 VR(e)를 조정하여 단일 주파수 발생부(420)에서 단일 음파신호(예를 들면, 50Hz)를 발생하는 경우 이는 단일주파수제거회로(430)를 통과하면서, f(y)는 50±2㎐ 주파수가 제거된다. 따라서, f(y)는 f(v)에서 f(x)가 제거된 신호와 같다.
도 5는 f(y)는 f(v)에서 f(x)가 제거된 신호를 도시한다. 따라서, f(y)는 원하는 웨이브가 제거될 수 있으며, 이에 따라서, 작물의 생육에 필요한 웨이브가 도달할 수 있도록 한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 식물 재배 장치의 스피커 구성도이다. 도 6을 참조하면, 스피커 몸체(600)로서 음파 입력선(610), 매칭트랜스(615), 음파입력 DC 입력 공통선(620), 초음파 DC 공급선(630), 우퍼유닛(640), 초음파유닛(650), 초음파 발생확인 LED(660), 초음파 발생기(670) 등으로 구성되었다.
웨이브발생장치에서 발생하는 오디오(라디오, CD, 그린음악, 단일음파 제거 등등) 전기신호는 음파 입력선(610)을 통해 입력되고, 이는 스피커 몸체(600)의 베이스 소리를 내는 우퍼유닛(640) 및 초음파발생기(670)에 연결됨으로서 음파 및 초음파가 발생한다.
스피커 몸체(600)와 웨이브발생장치는 그 거리가 짧게는 수m에서 길게는 수백m까지 될 수 있다. 우퍼유닛(640)의 임피던스는 4,8,16 Ω등 저 임피던스가 될 수 있다.
그러나 웨이브발생장치와 스피커 몸체(600)까지 거리는 최대 수백m 거리이므로 스피커 선의 임피던스는 수십 Ω에서 수 kΩ이 될 수 있다. 따라서 매칭트랜스(615)는 입, 출력의 임피던스를 맞춤으로서 원하는 음파의 음압을 만들 수 있다.
또한 초음파 발생기(670)는 초음파 DC 공급선(630)이 DC 15~40V를 공급하여 초음파발생기(670) 내부에 DC 12V로 동작할 수 있도록 정전압 장치를 구성할 수 있 다.
초음파 DC 공급선(630)에 전원이 공급시 우퍼유닛(640)과 초음파유닛(650)에 초음파가 발생한다. 또한, 초음파발생 시 사용자는 외부에서 발생여부를 확인할 수 없으므로 초음파발생 확인LED(660)를 추가하여 초음파 발생시만 1초 간격을 갖고 ON, OFF를 반복 발광하며, 초음파 발생이 정지되거나 고장 시 초음파발생 확인LED(660)가 꺼지는 것으로 사용자는 현재 상태를 확인할 수 있다.
오디오 음파입력, 음파입력 DC 입력 공통선(620)은 음파와 초음파를 발생하려면 각각 2가닥씩 4가닥의 선이 필요하지만, 선 가격절약 및 작업시간 절약 등을 위해 공통선으로 3선을 이용하였다.
또한 초음파 DC 공급선(630)에 직류전압을 공급하게 된 이유는 초음파 발생기(670)에 교류 60Hz를 공급하여 내부에서 AC를 DC로 만들 경우 스피커 몸체(600)까지 교류성분이 내부회로와 우퍼유닛(640)에 타고 들어가 음파발생시 교류성분인 60Hz의 웨이브의 발생 때문이다. 따라서 초음파 발생기(670)에 직류를 공급함으로써 교류 60Hz 사용시 문제점을 해결할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 식물 재배 장치의 비교 실험예를 도시한 도면이고, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 식물 재배 장치의 설치 실험예를 도시한 도면이다.
도 7을 참조하면, 무처리구(710), 비교실험군1(720), 비교실험군2(730)이 도시된다. 도 8을 참조하면, 음파차단장치(810, 820)가 시설 하우스의 외부에 추가 적으로 설치될 수 있다. 또한, 시설 하우스의 내부에는 출입문 주위에 스피커(830, 840)가 설치될 수 있다.
무처리구(710)는 음파 또는 초음파 없이 생장한 실험군이며, 비교실험군1(720)은 2KHz 이하의 주파수를 가지고 70 dB의 음압을 가지며, 악기를 사용하여 제작한 연주음에 자연의 음향을 조화한 음파를 식물에 들려준 실험군이다.
또한, 비교실험군2(730)는 음파발생 주파수가 1Hz-３KHz, 초음파의 주파수는 22KHz(+/_ 1KHz), 그리고 음파와 초음파의 음압(dB)은 65-80(dB) 정도이며 해가 뜨는 시각으로부터 2시간이상 그 음파와 초음파를 발생시킨 실험군이다.
아래 표는 위와 같이 서로 다른 실험 조건에서 재배 식물별로 길이, 무게, 유과수를 서로 비교한 표이다.
미나리 당근 무우 상추 배추 오이
평균길이
(cm /촉 )		 무게
(g/개)		 무게
(g/개)		 무게
(g/포기)		 무게
(g/포기)		 무게
(g/개)		 유과수
(개/포기)
무처리구 36(100) 38(100) 690(100) 598(100) 34(100) 96(100) 13(100)
비교
실험군1		 44(122) 45(118) 780(113) 670(112) 38(110) 124(129) 15(115)
비교
실험군2		 47(130) 47(123) 979(142) 736(123) 39(115) 139(145) 16(123)
비교
실험군3		 35(96) 37(97) 690(100) 586(98) 33(97) 90(94) 13(100)
여기서, 비교실험군3은 음파발생 주파수가 1Hz-３KHz, 초음파의 주파수는 22KHz(+/_ 1KHz), 그리고 음파와 초음파의 음압(dB)은 95(dB) 이상이다. 괄호 안의 숫자는 무처리구를 기준으로 과부족 상태를 %로 나타낸 수치이다.
이러한 결과는 비교실험군2에서 생육의 효과가 가장 좋음을 나타낸다.
그 외 본 발명의 실시예에 따른 초음파와 음파를 이용한 식물 재배 방법 및 그 장치에 대한 구체적인 임베디드 시스템, O/S 등의 공통 플랫폼 기술과 통신 프로토콜, I/O 인터페이스 등 인터페이스 표준화 기술 및 엑추에이터, 배터리, 센서 등 부품 표준화 기술 등에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 식물 재배 장치에 대한 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하나의 식물 재배 장치가 시설 하우스내에 설치된 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 복수의 식물 재배 장치가 시설 하우스내에 설치된 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 식물 재배 장치의 구성도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 식물 재배 장치에서 발생한 웨이브에 대한 도면.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 식물 재배 장치의 스피커 구성도.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 식물 재배 장치의 비교 실험예를 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 식물 재배 장치의 설치 구조를 도시한 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
110 : 웨이브 발생장치 a : 스피커
610 : 음파 입력선 615 : 매칭트랜스
620 : 음파입력 DC 입력 공통선 630 : 초음파 DC 공급선
640 : 우퍼유닛 650 : 초음파유닛
660 : 초음파 발생확인 LED 670 : 초음파 발생기

Claims (14)

  1. 음파와 초음파를 동시에 발생시키는 스피커가 식물에게 음악을 발생시켜서 식물의 생육을 촉진시키는 식물 재배 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 음파는 1Hz 내지 3KHz의 주파수 범위를 가지는 것을 특징으로 하는 식물 재배 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 초음파는 20KHz 내지 26KHz의 주파수 범위를 가지는 것을 특징으로 하는 식물 재배 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 음파와 초음파는 65 내지 80dB의 음압을 가지는 것을 특징으로 하는 식물 재배 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 스피커는 시설 하우스안에 설치된 것을 특징으로 하는 식물 재배 방법.
  6. 제1항 또는 제5항에 있어서,
    상기 스피커는 복수이며, 서로 바라보는 스피커는 40m 내지 60m 이격되어 설치되는 것을 특징으로 하는 식물 재배 방법.
  7. 음파와 초음파를 이용하여 식물을 재배하는 장치에 있어서,
    음파와 초음파를 동시에 발생시키는 스피커; 및
    상기 음파와 초음파에 상응하는 신호를 발생시켜서 상기 스피커에 전송하는 웨이브 발생 장치를 포함하는 식물 재배 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 웨이브 발생 장치는,
    복수의 파장을 가진 복수 웨이브를 생성하는 음파발생부;
    상기 음파발생부에서 생성된 웨이브에서 제거될 특정 파장을 가진 단일 웨이브를 생성하는 단일주파수 발생부;
    상기 복수 웨이브로부터 상기 단일 웨이브를 제거하는 단일주파수 제거회로; 및
    상기 단일주파수 제거회로로부터 상기 단일 웨이브가 제거된 상기 복수 웨이브를 상기 스피커에 전달하는 파워 앰프를 포함하는 식물 재배 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 음파는 1Hz 내지 3KHz의 주파수 범위를 가지는 것을 특징으로 하는 식물 재배 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 초음파는 20KHz 내지 26KHz의 주파수 범위를 가지는 것을 특징으로 하는 식물 재배 장치.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 음파와 초음파는 65 내지 80dB의 음압을 가지는 것을 특징으로 하는 식물 재배 장치.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 스피커는 시설 하우스안에 설치된 것을 특징으로 하는 식물 재배 장치.
  13. 제7항 또는 제12항에 있어서,
    상기 스피커는 복수이며, 서로 바라보는 스피커는 40m 내지 60m 이격되어 설치되는 것을 특징으로 하는 식물 재배 장치.
  14. 제7항에 있어서,
    상기 웨이브 발생 장치에서 상기 음파 또는 초음파 발생시 상기 신호 수신시 발광하는 LED부를 더 포함하는 식물 재배 장치.
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