KR101279101B1 - 엘이디 광원을 이용한 식물 재배 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 엘이디 광원을 이용한 식물 재배 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 엘이디 광원을 이용한 식물 재배 시스템은, 내부에 재배될 식물이 식재되는 하우징과; 상기 하우징 내부에 설치되어 있고, 발광되는 빛의 파장과 조도의 조절이 가능하도록 된 가변형 LED모듈과; 상기 가변형 LED가 조사하는 빛의 파장과 조도 및 파동을 제어하는 광제어기와; 상기 하우징 외부 태양광의 세기와 온도를 감지하는 외부 센서유닛과; 상기 하우징 내부의 온도와 조도를 감지하는 내부 센서유닛과; 이산화티타늄, 4염화티타늄, 티타늄테트라이소프로폭사이드 중 어느 하나가 포함되어 구성된 티타늄 화합물을 포함한 광합성 촉진 조성액이 저장되어 있는 저장탱크와; 상기 하우징 내부에 다수 설치되어 있으며, 상기 저장탱크와 배관 연결되어 하우징 내부로 광합성 촉진 조성액을 공급하는 공급노즐과, 상기 저장탱크로부터 공급노즐로 조성액을 공급하는 펌프로 구성된 공급장치와; 상기 외부 센서유닛 및 내부 센서유닛으로부터 수신되는 데이터와, 기설정된 데이터를 바탕으로 상기 광제어기와 펌프의 구동을 제어하는 컨트롤러와; 상기 컨트롤러에 전원을 공급하는 전원공급장치;를 포함하여 구성된다.
본 발명에 의해, LED를 이용하여 식물을 재배하되, 광합성 촉진을 위해 비료 등으로 사용하고 있는 광합성 촉진 조성액을 하우징 내부의 식물에 도포하는 설비를 구비하여 LED의 빛의 파장과 조도, 파동을 제어하는 한편, LED의 제어와 더불어 하우징 내부에 식물에 도포하는 광합성 촉진 조성액의 분사율을 조절하도록 함으로써 기존의 식물 재배 기간을 더 단축시킬 수 있고, 태양광을 이용하여 배터리를 충전시켜 이 충전된 전원을 이용함으로써 상용전력의 소모를 줄여 친환경적으로 식물을 재배할 수 있으며, 태양광 모듈을 구성함에 있어 집광판이 하우징 내부로 태양광을 반사시킬 수 있도록 구성함으로써 하우징 내부로 조사되는 태양광의 양을 증가시킴으로써 주간에는 태양광을, 야간에는 LED를 최대로 활용하여 식물 재배 속도를 최대한 단축킬 수 있게 된다.
본 발명의 엘이디 광원을 이용한 식물 재배 시스템은, 내부에 재배될 식물이 식재되는 하우징과; 상기 하우징 내부에 설치되어 있고, 발광되는 빛의 파장과 조도의 조절이 가능하도록 된 가변형 LED모듈과; 상기 가변형 LED가 조사하는 빛의 파장과 조도 및 파동을 제어하는 광제어기와; 상기 하우징 외부 태양광의 세기와 온도를 감지하는 외부 센서유닛과; 상기 하우징 내부의 온도와 조도를 감지하는 내부 센서유닛과; 이산화티타늄, 4염화티타늄, 티타늄테트라이소프로폭사이드 중 어느 하나가 포함되어 구성된 티타늄 화합물을 포함한 광합성 촉진 조성액이 저장되어 있는 저장탱크와; 상기 하우징 내부에 다수 설치되어 있으며, 상기 저장탱크와 배관 연결되어 하우징 내부로 광합성 촉진 조성액을 공급하는 공급노즐과, 상기 저장탱크로부터 공급노즐로 조성액을 공급하는 펌프로 구성된 공급장치와; 상기 외부 센서유닛 및 내부 센서유닛으로부터 수신되는 데이터와, 기설정된 데이터를 바탕으로 상기 광제어기와 펌프의 구동을 제어하는 컨트롤러와; 상기 컨트롤러에 전원을 공급하는 전원공급장치;를 포함하여 구성된다.
본 발명에 의해, LED를 이용하여 식물을 재배하되, 광합성 촉진을 위해 비료 등으로 사용하고 있는 광합성 촉진 조성액을 하우징 내부의 식물에 도포하는 설비를 구비하여 LED의 빛의 파장과 조도, 파동을 제어하는 한편, LED의 제어와 더불어 하우징 내부에 식물에 도포하는 광합성 촉진 조성액의 분사율을 조절하도록 함으로써 기존의 식물 재배 기간을 더 단축시킬 수 있고, 태양광을 이용하여 배터리를 충전시켜 이 충전된 전원을 이용함으로써 상용전력의 소모를 줄여 친환경적으로 식물을 재배할 수 있으며, 태양광 모듈을 구성함에 있어 집광판이 하우징 내부로 태양광을 반사시킬 수 있도록 구성함으로써 하우징 내부로 조사되는 태양광의 양을 증가시킴으로써 주간에는 태양광을, 야간에는 LED를 최대로 활용하여 식물 재배 속도를 최대한 단축킬 수 있게 된다.
Description
본 발명은 식물 재배 시스템에 관한 것으로, 외부 태양광의 세기와 온도를 감지하여 이를 바탕으로 LED의 파장, 조도 및 파동을 제어하는 한편, 광합성 촉진 조성액을 식물에 도포함으로써 식물의 광합성을 촉진시켜 식물 성장을 촉진시키도록 한, 엘이디 광원을 이용한 식물 재배 시스템에 관한 것이다.
식물 재배에 있어 LED 광원을 이용한 기술로, "식물공장 LED 조명장치 및 이의 제조방법"(한국 등록특허공보 제10-0959994호, 특허문헌 1)이 공개된 바 있다.
상기 특허문헌1의 요약에는 식물 재배에 사용되는 LED에서 발생하는 열을 직, 병렬로 연결된 공기 순환장치를 통해 겨울철에는 실내 보온용으로 사용하고, 여름철에는 외부로 배출시켜 식물공장 내부의 온도를 적정 수준으로 유지하도록 하였다.
또, "파장과 조도 및 파동의 조절이 가능한 조명 시스템"(한국 등록특허공보 제10-0998491호, 특허문헌 2)의 청구항1에는 가변형 LED모듈을 이용하여 태양광의 세기와 온도를 감지하여 이를 바탕으로 식물 재배에 필요한 LED의 파장, 조도 및 파동을 제어하는 기술이 공개되기도 하였다.
상기 기술은 계절별로 또는 식물의 발아, 개화, 성정 시기에 맞추어 각 시기별로 요구되는 특정 파장대의 조도의 빛을 가변형 LED를 통해 식물에 조사함으로써 식물의 성장을 촉진하도록 하였다.
이처럼 식물 재배에 사용되는 LED는 초기의 도입단계에서 최근은 LED를 사용할 때 발생되는 문제점의 해소 및 LED를 이용하여 빛의 파장 등을 가변형으로 하여 식물 성장에 최적화될 수 있도록 하는 수준에까지 도달하게 되었다.
그러나, 이처럼 LED를 이용하여 식물 성장을 촉진시키는 방법으로는 LED를 사용하지 않을 때에 비해 최대 10 ~ 20% 정도로 식물 성장 속도를 단축시킬 수 있을 뿐, 더이상의 성장 속도를 단축시키지 못하는 한계를 지니고 있었다.
이에 LED를 활용하면서 식물의 생장 속도를 더욱 단축시킬 수 있는 기술의 개발이 필요한 실정이다.
본 발명의 엘이디 광원을 이용한 식물 재배 시스템은 상기와 같은 LED를 이용하여 식물을 재배하되, 광합성 촉진을 위해 비료 등으로 사용하고 있는 광합성 촉진 조성액을 하우징 내부의 식물에 도포하는 설비를 구비하여 LED의 빛의 파장과 조도, 파동을 제어하는 한편, LED의 제어와 더불어 하우징 내부에 식물에 도포하는 광합성 촉진 조성액의 분사율을 조절하도록 함으로써 기존의 식물 재배 기간을 더 단축시키도록 하려는 것이다.
또, 태양광을 이용하여 배터리를 충전시켜 이 충전된 전원을 이용함으로써 상용전력의 소모를 줄여 친환경적으로 식물을 재배할 수 있도록 하려는 것이다.
특히, 태양광 모듈을 구성함에 있어 집광판이 하우징 내부로 태양광을 반사시킬 수 있도록 구성함으로써 하우징 내부로 조사되는 태양광의 양을 증가시킴으로써 주간에는 태양광을, 야간에는 LED를 최대로 활용하여 식물 재배 속도를 최대한 단축시키려는 것이다.
본 발명의 엘이디 광원을 이용한 식물 재배 시스템은 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 내부에 재배될 식물이 식재되는 하우징과; 상기 하우징 내부에 설치되어 있고, 발광되는 빛의 파장과 조도의 조절이 가능하도록 된 가변형 LED모듈과; 상기 가변형 LED가 조사하는 빛의 파장과 조도 및 파동을 제어하는 광제어기와; 상기 하우징 외부 태양광의 세기와 온도를 감지하는 외부 센서유닛과; 상기 하우징 내부의 온도와 조도를 감지하는 내부 센서유닛과; 이산화티타늄, 4염화티타늄, 티타늄테트라이소프로폭사이드 중 어느 하나가 포함되어 구성된 티타늄 화합물을 포함한 광합성 촉진 조성액이 저장되어 있는 저장탱크와; 상기 하우징 내부에 다수 설치되어 있으며, 상기 저장탱크와 배관 연결되어 하우징 내부로 광합성 촉진 조성액을 공급하는 공급노즐과, 상기 저장탱크로부터 공급노즐로 조성액을 공급하는 펌프로 구성된 공급장치와; 상기 외부 센서유닛 및 내부 센서유닛으로부터 수신되는 데이터와, 기설정된 데이터를 바탕으로 상기 광제어기와 펌프의 구동을 제어하는 컨트롤러와; 상기 컨트롤러에 전원을 공급하는 전원공급장치;를 포함하여 구성된다.
이때, 상기 전원공급장치는 상용전원인 것을 특징으로 한다.
또는, 상기 전원공급장치는 상용전원을 공급받아 충전되는 배터리인 것을 특징으로 한다.
또는, 상기 전원공급장치는 상기 하우징 외부에 설치되어 있는 태양광 발전 모듈과, 상기 태양광 발전 모듈에 의해 형성된 전원을 충전하는 배터리로 구성된 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 태양광 발전 모듈은 집광판이 태양광을 하우징 내부로 반사할 수 있을 정도의 각도로 하우징 외부에 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의해, LED를 이용하여 식물을 재배하되, 광합성 촉진을 위해 비료 등으로 사용하고 있는 광합성 촉진 조성액을 하우징 내부의 식물에 도포하는 설비를 구비하여 LED의 빛의 파장과 조도, 파동을 제어하는 한편, LED의 제어와 더불어 하우징 내부에 식물에 도포하는 광합성 촉진 조성액의 분사율을 조절하도록 함으로써 기존의 식물 재배 기간을 더 단축시킬 수 있게 된다.
또, 태양광을 이용하여 배터리를 충전시켜 이 충전된 전원을 이용함으로써 상용전력의 소모를 줄여 친환경적으로 식물을 재배할 수 있게 된다.
특히, 태양광 모듈을 구성함에 있어 집광판이 하우징 내부로 태양광을 반사시킬 수 있도록 구성함으로써 하우징 내부로 조사되는 태양광의 양을 증가시킴으로써 주간에는 태양광을, 야간에는 LED를 최대로 활용하여 식물 재배 속도를 최대한 단축킬 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 엘이디 광원을 이용한 식물 재배 시스템을 개략적으로 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 엘이디 광원을 이용한 식물 재배 시스템을 나타낸 구성도.
도 3은 본 발명에서 태양광을 이용하여 집광판을 설치한 예를 나타낸 개략도.
도 4는 본 발명에서 태양광을 이용하여 집광판을 설치한 또다른 예를 나타낸 개략도.
도 2는 본 발명의 엘이디 광원을 이용한 식물 재배 시스템을 나타낸 구성도.
도 3은 본 발명에서 태양광을 이용하여 집광판을 설치한 예를 나타낸 개략도.
도 4는 본 발명에서 태양광을 이용하여 집광판을 설치한 또다른 예를 나타낸 개략도.
이하, 본 발명의 엘이디 광원을 이용한 식물 재배 시스템에 대하여 첨부된 도면을 통해 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 엘이디 광원을 이용한 식물 재배 시스템은 크게 하우징(1), 가변형 LED모듈(2), 광제어기(3), 전원공급장치(9), 외부 센서유닛(4), 내부 센서유닛(5), 저장탱크(6), 공급장치(7) 및 컨트롤러(8)로 구성되어 있다.
도 1에는 이러한 본 발명의 엘이디 광원을 이용한 식물 재배 시스템의 구성도가 개략적으로 도시되어 있다.
도면에 나타난 바와 같이 하우징(1)의 내부에는 재배될 식물이 식재되어 있으며, 도시된 바와 같이 가변형 LED모듈(2)이 하우징(1) 내부에 배치되어 있다.
가변형 LED모듈(2)은 다수의 LED로 구성되어 있고, 광제어기(3)의 제어에 의해 발산하는 빛의 파장과 조도, 그리고 파동의 조절이 가능하다.
이러한 가변형 LED모듈(2)은 각각 적색, 녹색, 청색의 빛을 발하는 세 개의 칩이 하나의 패키지로 결합되어 다양한 파장의 색상을 발광하도록 구성되거나, 각각 적색, 녹색, 청색의 빛을 발하는 LED들이 교호적으로 배열되어 각각의 LED에서 발산하는 빛이 혼합되어 다양한 파장의 색상을 발광하도록 구성할 수도 있다.
상기 가변형 LED모듈(2)이 조사하는 빛의 색상(파장)과, 세기(조도) 및 점멸(파동)은 광제어기(3)의 광출력신호에 의해 조절된다.
LED에서 발산되는 빛의 파장, 조도, 파동을 조절하는 것은 공지의 기술에 해당하므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
광제어기(3)는 컨트롤러(8)가 무선으로 전송하는 광출력신호에 따라 상기 가변형 LED모듈(2)의 점등을 제어하여 가변형 LED모듈(2)이 발산하는 빛의 파장, 조도, 파동을 제어하게 된다.
이러한 광제어기(3)는 컨트롤러(8)로부터 광출력신호를 유,무선으로 전송받는 수신부(3a)와, 사용자의 조작신호를 입력받는 조작부(3b)와, 조작부(3b)를 통해 입력되어 설정된 기준값과, 상기 수신부(3a)를 통해 전송되는 광출력신호를 바탕으로 광제어신호를 생성하여 가변형 LED모듈(2)로 출력하는 중앙처리부(3c)를 포함하여 구성된다.
이때, 중앙처리부(3c)는 운영 프로그램과 수신 및 입력되는 광출력신호 및 기준값이 저장되는 메모리(3d)가 연결되어 있다.
외부 센서유닛(4)은 태양광의 세기를 감지하는 조도센서, 온도를 감지하는 온도센서 등으로 이루어진다.
내부 센서유닛(5) 역시 하우징(1) 내부의 조도를 감지하는 조도센서 및 온도를 감지하는 온도 센서 등으로 이루어진다.
저장탱크(6)에는 이산화티타늄, 4염화티타늄, 티타늄테트라이소프로폭사이드 중 어느 하나가 포함되어 구성된 티타늄 화합물을 포함한 광합성 촉진 조성액이 저장되어 있다.
티타늄은 식물의 광합성 효율을 높여 농작물의 수확량을 증대시키며, 식물 병원균에 대한 항균 작용을 높여주는 역할을 한다.
또, 티타늄은 식물의 광합성 과정에서 태양의 빛에너지 중 엽록소의 자외선 이용 효율을 증가시켜 작물의 수량을 획기적으로 증대시킬 수 있다.
이처럼 관합성 촉진에 관해 티타늄을 적용한 예는 다수의 공지기술로 제시된 바 있으나, 아직까지 LED를 이용한 인공 조명을 적용하면서 이러한 티타늄을 이용한 광합성을 촉진시키려는 시도가 없었다.
본 발명은 이러한 티타늄 화합물이 포함된 광합성 촉진 조성액을 저장탱크(6)에 저장한 채 상기 가변형 LED모듈(2)을 이용하여 빛을 조사할 때 저장탱크(6)에 저장되어 있는 광합성 촉진 조성액을 식물에 도포함으로써 식물의 광합성을 보다 촉진시켜 생장 속도를 보다 단축시킬 수 있게 된다.
이를 위해 상기 하우징(1) 내부에 다수 설치되어 있으며, 상기 저장탱크(6)와 배관 연결되어 하우징(1) 내부로 광합성 촉진 조성액을 공급하는 공급노즐(7a)과, 상기 저장탱크(6)로부터 공급노즐(7a)로 조성액을 공급하는 펌프(7b)로 구성된 공급장치(7)를 설치하여 하우징(1) 내부의 식물에 광합성 촉진 조성액을 도포하도록 구성되어 있다.
한편, 본 발명에서는 상기 외부 센서유닛(4) 및 내부 센서유닛(5)으로부터 수신되는 데이터와, 기설정된 데이터를 바탕으로 상기 광제어기(3)와 펌프(7b)의 구동을 제어하는 컨트롤러(8)를 포함하여 구성되어 있다.
컨트롤러(8)의 구성 예로, 재배 식물의 광 요구량, 발육온도, 습도 등에 대한 데이터와, 사용자가 입력하여 설정하는 데이터와, 운용 프로그램이 저장되는 메모리(8a)와,
사용자의 조작신호를 입력받는 입력부(8b)와,
외부 센서유닛(4)과 내부 센서유닛(5)으로부터 감지한 온도 및 조도에 대한 데이터를 수신받는 수신부(8c)와,
광제어기(3)로 광출력신호를 송신하고, 펌프(7b)로 구동제어신호를 송신하는 송신부(8d)와,
메모리(8a), 입력부(8b), 수신부(8c) 및 송신부(8d)와 연결되어 컨트롤러(8)를 전체적으로 제어하는 마이콤(8e)을 포함하여 이루어질 수 있다.
이러한 마이콤(8e)은 상기 전원공급장치(9)로부터 전원을 공급받아 구동되고, 메모리(8a)에 기저장된 데이터와 수신부(8c)로부터 입력되는 데이터를 바탕으로 광출력신호를 생성한 후에 송신부(8d)를 통해 유,무선으로 광제어기(3)로 전송하게 된다.
이때, 전원공급장치(9)는 상용전원이거나, 상용전원으로부터 공급받아 충전되는 배터리 등으로 구성될 수 있다.
또, 하우징(1) 외부에 설치되는 태양광 발전 모듈과, 이 태양광 발전 모듈에 의해 형성된 전원을 충전하는 배터리 등으로 구성될 수 있다.
이처럼 태양광 발전 모듈을 이용할 경우 외부로부터 상용 전원을 최소한으로 끌어들여 사용하게 되므로 친환경적인 장점을 갖게 된다.
이때, 상기 태양광 발전 모듈은 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 집광판(10)이 태양광을 하우징(1) 내부로 반사할 수 있을 정도의 각도로 하우징(1) 외부에 설치되도록 함으로써 태양광을 이용하여 발전하는 과정에서 하우징(1) 내부에 태양광의 일부가 반사되어 유입됨으로써 식물의 생장을 보다 촉진시킬 수도 있다 할 것이다.
도 3에는 집광판(10)을 이용하여 배터리를 충전하는 충전부(11)를 간단하게 블록으로 도시하였다.
아울러, 도 4에 도시되어 있는 바와 같이 집광판(10)을 회전 가능하도록 한 채 하우징의 내부 또는 하우징 상부에 설치하여 태양광의 위치에 따라 가변적으로 회전시켜 하우징 내부로 태양광이 보다 원할하게 유입되도록 구성할 수도 있다.
태양광을 이용하여 배터리를 충전하는 구성은 기존의 공지된 구성을 적용하면 되므로 그 세부 구성에 대한 설명은 생략하였다.
1 : 하우징 2 : LED모듈
3 : 광제어기 3a : 수신부
3b : 조작부 3c : 중앙처리부
3d : 메모리 4 : 외부 센서유닛
5 : 내부 센서유닛 6 : 저장탱크
7 : 공급장치 7a : 공급노즐
7b : 펌프 8 : 컨트롤러
8a : 메모리 8b : 입력부
8c : 수신부 8d : 송신부
8e : 마이콤 9 : 전원공급장치
10 : 집광판 11 : 충전부
3 : 광제어기 3a : 수신부
3b : 조작부 3c : 중앙처리부
3d : 메모리 4 : 외부 센서유닛
5 : 내부 센서유닛 6 : 저장탱크
7 : 공급장치 7a : 공급노즐
7b : 펌프 8 : 컨트롤러
8a : 메모리 8b : 입력부
8c : 수신부 8d : 송신부
8e : 마이콤 9 : 전원공급장치
10 : 집광판 11 : 충전부
Claims (5)
- 식물 재배 시스템에 있어서,
내부에 재배될 식물이 식재되는 하우징(1)과;
상기 하우징(1) 내부에 설치되어 있고, 발광되는 빛의 파장과 조도의 조절이 가능하도록 된 가변형 LED모듈(2)과;
상기 가변형 LED가 조사하는 빛의 파장과 조도 및 파동을 제어하는 광제어기(3)와;
상기 하우징(1) 외부 태양광의 세기와 온도를 감지하는 외부 센서유닛(4)과;
상기 하우징(1) 내부의 온도와 조도를 감지하는 내부 센서유닛(5)과;
이산화티타늄, 4염화티타늄, 티타늄테트라이소프로폭사이드 중 어느 하나가 포함되어 구성된 티타늄 화합물을 포함한 광합성 촉진 조성액이 저장되어 있는 저장탱크(6)와;
상기 하우징(1) 내부에 다수 설치되어 있으며, 상기 저장탱크(6)와 배관 연결되어 하우징(1) 내부로 광합성 촉진 조성액을 공급하는 공급노즐(7a)과, 상기 저장탱크(6)로부터 공급노즐(7a)로 조성액을 공급하는 펌프(7b)로 구성된 공급장치(7)와;
상기 외부 센서유닛(4) 및 내부 센서유닛(5)으로부터 수신되는 데이터와, 기설정된 데이터를 바탕으로 상기 광제어기(3)와 펌프(7b)의 구동을 제어하는 컨트롤러(8)와;
상기 컨트롤러(8)에 전원을 공급하는 전원공급장치(9);를 포함하여 구성되어 있고,
상기 전원공급장치(9)는 상기 하우징(1) 외부에 설치되어 있는 태양광 발전 모듈과, 상기 태양광 발전 모듈에 의해 형성된 전원을 충전하는 배터리로 구성되어 있으며,
상기 태양광 발전 모듈은 집광판(10)이 태양광을 하우징(1) 내부로 반사할 수 있을 정도의 각도로 하우징(1) 외부에 설치되어 있고,
상기 광제어기(3)는 컨트롤러(8)로부터 광출력신호를 유,무선으로 전송받는 수신부(3a)와, 사용자의 조작신호를 입력받는 조작부(3b)와, 조작부(3b)를 통해 입력되어 설정된 기준값과, 상기 수신부(3a)를 통해 전송되는 광출력신호를 바탕으로 광제어신호를 생성하여 가변형 LED모듈(2)로 출력하는 중앙처리부(3c)로 구성되어 있고,
상기 중앙처리부(3c)는 운영 프로그램과 수신 및 입력되는 광출력신호 및 기준값이 저장되는 메모리(3d)가 연결되어 있는 것을 특징으로 하는,
엘이디 광원을 이용한 식물 재배 시스템.
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