KR101349648B1 - Ｌｅｄ 광원을 이용한 순환식 수경 재배 시스템 - Google Patents

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Abstract

피라미드 복층 구조로 구성되는 수경 재배기와, 급수 펌프를 이용하여 배양액을 순환 공급하는 배양액 순환기와, 재배 작물에 최적화된 광을 공급하는 LED 광원 모듈과, 재배 환경을 감지하기 위한 센서와, 상기 센서에 의해 감지되는 센싱 값을 모니터링하고, 모니터링된 센싱 값에 따라 상기 배양액 순환기를 제어하여 배양액을 혼합 및 순환 공급하도록 제어하고, 상기 LED 광원 모듈을 제어하여 광의 파장 및 조도를 제어하는 제어 모듈을 구성한다. 상기와 같은 LED를 이용한 순환식 수경 재배 시스템에 의하면, LED 광원 모듈을 이용하여 재배 작물 별로 최적의 파장 및 조도를 갖는 광을 조사함으로써, 생육 성장을 증대하는 효과가 있다. 또한, LED 광원 모듈을 이동식으로 구성함으로써, 일조 시간에 LED 광원 모듈에 가려 일조량이 줄어드는 것을 방지하는 효과가 있다. 한편, 수경 재배기를 피라미드식 복층 구조로 구성함으로써, 실내에서의 단위 면적당 생산 효율을 높이는 효과가 있다. 그리고 수경 재배기의 배양액이 순환 공급되어 재사용되도록 구성함으로써, 고가의 배양액이 불필요하게 낭비되는 것을 방지하고, 배액에 포함된 질소와 인산염에 의한 수자원 토양 오염을 줄이는 효과가 있다.

Description

ＬＥＤ 광원을 이용한 순환식 수경 재배 시스템{CIRCULAR WATER CULTURE SYSTEM USING LIGHT EMITTING DIODE LIGHT SOURCE}
본 발명은 수경 재배 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로는 LED(light emitting diode) 광원을 이용한 순환식 수경 재배 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
최근에는 지구촌 환경의 오염과 이상 징후가 심화됨에 따라 농산물의 피해가 증대되고 있고 생산성 예측도 어려운 실정이다. 특히, 사회 경제적으로는 전세계적으로 FTA가 확산됨에 따라 농가의 경제적 어려움 또한 가중되고 있다. 이와 같은 농업 환경의 이상적 급변에 따라, 보다 안정적으로 농업 생산물을 수확하고 안정적으로 농업 경영을 할 필요가 대두되고 있다.
이에, 이러한 급변 환경에 대처하기 위해 실내 수경 재배 방식이 대두되고 있다. 이러한 실내 수경 재배 방식은 특성 상 소규모의 가정용 재배에도 각광받고 있다. 최근의 수경 재배는 각종 영양분과 무기질을 포함하는 배양액을 이용하여 식물을 재배하는 방식으로서, 실내 광원으로서 LED 광원의 이용이 확산되고 있다.
그런데, 종래의 수경 재배 시스템은 실내라는 특성 상 수확량의 증대에 한계가 있다는 문제점이 있다. 그리고 질소나 인산염이 포함된 배양액이 여과없이 배출되면서 수자원 토양 오염을 초래하는 문제점이 있다. 또한, LED 광원이 수경 재배 시스템의 상단에 고정 설치되기 때문에, 낮 시간에 비닐 하우스나 창을 통해 일조량이 늘어나는 때에 태양광을 가려 일조량을 줄어드는 구조적 문제가 있다.
본 발명의 목적은 LED 광원을 이용한 순환식 수경 재배 시스템을 제공하는 데 있다.
상술한 본 발명의 목적에 따른 LED 광원을 이용한 순환식 수경 재배 시스템은, 피라미드 복층 구조로 구성되는 수경 재배기와, 급수 펌프를 이용하여 배양액을 순환 공급하는 배양액 순환기와, 재배 작물에 최적화된 광을 공급하는 LED 광원 모듈과, 재배 환경을 감지하기 위한 센서와, 상기 센서에 의해 감지되는 센싱 값을 모니터링하고, 모니터링된 센싱 값에 따라 상기 배양액 순환기를 제어하여 배양액을 혼합 및 순환 공급하도록 제어하고, 상기 LED 광원 모듈을 제어하여 광의 파장 및 조도를 제어하는 제어 모듈을 포함하도록 구성될 수 있다. 이때, 상기 센서에 의해 감지되는 센싱 값을 송신하는 통신모듈과, 상기 통신 모듈로부터 센싱 값을 수신하여 모니터링하는 원격 단말과, 상기 수신된 센싱 값을 저장하는 데이터베이스를 포함하도록 구성될 수 있다. 그리고 상기 LED 광원 모듈은 착탈 가능한 이동식으로 구비되는 것이 바람직하다. 그리고 상기 배양액 순환기에 의해 순환 공급되는 배양액을 필터링하기 위한 필터를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 그리고 상기 센서는 지그비(zigbee) 통신을 통해 상기 센싱 값을 상기 통신 모듈로 송신하도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 센서는 외부 온도, 습도 및 조도를 감지하기 위한 외부 기상 센서와, 난방 및 에너지 관리를 위해 내부 온도를 감지하기 위한 내부 온도 감지 센서와, 재배 작물의 잎의 상부 온도를 감지하기 위한 엽온 센서와, 뿌리 부위의 양액 상태를 감지하기 위한 뿌리 부위 센서와, 전기전도도(EC) 및 pH를 감지하기 위한 양액 감지 센서와, 상기 LED 광원 모듈의 조도를 감지하기 위한 내부 조도 센서 중 적어도 하나 이상을 포함하도록 구성될 수 있다. 그리고 상기 통신 모듈은 유선 또는 무선을 통해 TCP 통신 방식으로 상기 센싱 값을 송신하도록 구성될 수 있다. 한편, 상기 원격 단말은 퍼스널 컴퓨터, 울트라 모바일(Ultra Mobile PC, UMPC), PDA, 스마트폰 중 어느 하나로 구성될 수 있다.
상기와 같은 LED를 이용한 순환식 수경 재배 시스템에 의하면, LED 광원 모듈을 이용하여 재배 작물 별로 최적의 파장 및 조도를 갖는 광을 조사함으로써, 생육 성장을 증대하는 효과가 있다. 또한, LED 광원 모듈을 이동식으로 구성함으로써, 일조 시간에 LED 광원 모듈에 가려 일조량이 줄어드는 것을 방지하는 효과가 있다. 한편, 수경 재배기를 피라미드식 복층 구조로 구성함으로써, 실내에서의 단위 면적당 생산 효율을 높이는 효과가 있다. 그리고 수경 재배기의 배양액이 순환 공급되어 재사용되도록 구성함으로써, 고가의 배양액이 불필요하게 낭비되는 것을 방지하고, 배액에 포함된 질소와 인산염에 의한 수자원 토양 오염을 줄이는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED를 이용한 수경 재배 시스템의 부분 실물 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED를 이용한 순환식 수경 재배 시스템의 블록 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 순환식 수경 재배 시스템의 사용자 등록 GUI의 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 순환식 수경 재배 시스템의 수경 재배 관리 GUI의 제1 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 순환식 수경 재배 시스템의 수경 재배 관리 GUI의 제2 예시도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 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. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
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 특징들이나 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 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED를 이용한 순환식 수경 재배 시스템의 블록 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 LED를 이용한 순환식 수경 재배 시스템(100)(이하, '순환식 수경 재배 시스템'이라 함)은 수경 재배기(110), 배양액 순환기(120), LED 광원 모듈(130), 센서(140), 제어 모듈(150), 통신 모듈(160), 원격 단말(170) 및 데이터베이스(180)를 포함하도록 구성될 수 있다.
순환식 수경 재배 시스템(100)은 LED 광원 모듈(130)을 이용하여 재배 식물에 맞는 최적의 광을 최적의 조도로 조사하여 생육 성장을 조절할 수 있다. 또한, 상단에 구비되는 LED 광원 모듈(130)을 착탈 가능한 이동식으로 구성하여 일조 시간 대의 자연광 조사량을 늘릴 수 있는 특징이 있다. 그리고 수경 재배기(110)를 피라미드식 복층 구조로 구성하여 단위 면적 당 생산량을 늘일 수 있는 특징이 있다. 그리고 배양액 순환기(120)는 배양액을 순환 재공급하여 배양약에 포함된 질소와 인산염의 배출을 줄임으로써, 수자원 토양 오염을 줄이고 배양액의 낭비를 줄일 수 있는 특징이 있다. 이하, 세부적인 구성에 대하여 설명한다.
수경 재배기(110)는 피라미드 복층 구조로 구성될 수 있다. 수경 재배기(110)는 작물을 재배하기 위한 공간으로서, 피라미드 식의 복층 구조로 구현됨으로써, 한정된 공간을 좀 더 효율적으로 이용할 수 있다.
배양액 순환기(120)는 급수 펌프를 이용하여 배양액을 순환 공급하도록 구성될 수 있다. 배양액 순환기(120)는 혼합 탱크 내에서 배양액을 혼합하고 급수 펌프를 이용하여 배양액을 수경 재배기(110)로 순환 재공급한다. 이와 같은 순환 공급에 의해, 배양액에 포함된 질소나 인산염이 낭비되어 배출되는 것을 방지할 수 있다. 이는 토양의 오염도 줄일 수 있다. 한편, 배양약이 순환 공급되면서 발생되는 침전물 등을 걸러서 깨끗한 배양액을 공급하기 위한 필터가 더 구비되는 것이 바람직하다.
LED 광원 모듈(130)은 재배 작물에 최적화된 광을 공급하도록 구성될 수 있다. 재배 작물마다 재배 조건에 맞는 최적의 광 파장과 조도가 있는데, 재배 작물에 맞게 최적의 광이 조사되도록 하여 생육 성장을 조절할 수 있다. 한편, LED 광원 모듈(130)은 수경 재배기(110)의 상단에 구비되는데, 종래와 달리 착탈 가능한 이동식으로 구비됨으로써, 일조량이 많은 낮 시간에는 자연광이 가림막없이 수경 재배기(110)로 조사될 수 있도록 조절할 수 있다.
센서(140)는 재배 환경을 감지하도록 구성될 수 있다. 센서(140)는 온도, 습도, 조도 등의 재배 환경을 감지하기 위한 구성인데, USN(ubiquitous sensor network)로 구성되어 실시간으로 센싱 값을 송신하도록 구성된다. 이때, 지그비(zibbee) 통신 또는 블루투스(Bluetooth) 통신을 통해 센싱 값을 통신 모듈(160)로 송신하도록 구성될 수 있다. 센서(140)의 종류에는 외부 기상 센서, 내부 온도 감지 센서, 엽온 센서, 뿌리 부위 센서, 양액 감지 센서, 내부 조도 센서 등이 있다. 이하, 세부적인 구성에 대하여 설명한다.
외부 기상 센서는 외부 온도, 습도 및 조도를 감지한다. 그리고 내부 온도 감지 센서는 난방 및 에너지 관리를 위해 내부 온도를 감지한다. 그리고 엽온 센서는 재배 작물의 잎의 상부 온도를 감지한다. 그리고 뿌리 부위 센서는 뿌리 부위의 양액 상태를 감지한다. 그리고 양액 감지 센서는 전기전도도(EC) 및 pH를 감지한다. 그리고 내부 조도 센서는 LED 광원 모듈(130)의 조도를 감지한다. 이와 같은 센서들의 센싱 값은 수경 재배기(110), 배양액 순환기(120) 및 LED 광원 모듈(130) 등을 재배 조건에 맞게 제어하는 기초가 된다.
제어 모듈(150)은 센서(140)에 의해 감지되는 센싱 값을 모니터링하고, 모니터링된 센싱 값에 따라 배양액 순환기(120)를 제어하여 배양액을 혼합 및 순환 공급하도록 제어하고, LED 광원 모듈(130)을 제어하여 광의 파장 및 조도를 제어하는 것으로 구성될 수 있다. 즉, 제어 모듈(150)은 센싱 값을 피드백받아 최적의 재배 환경을 유지시켜 준다.
통신 모듈(160)은 센서(140)에 의해 감지되는 센싱 값을 송신하도록 구성될 수 있다. 이때, 통신 모듈(160)은 유선 또는 무선을 통해 TCP 통신 방식으로 센싱 값을 송신하도록 구성될 수 있다. 즉, 통신 모듈(160)은 주로 원격지 통신을 위한 구성이다. 이는 사용자가 원격지에서도 순환식 수경 재배 시스템(100)의 동작과 재배 환경을 모니터링할 수 있도록 하기 위함이다.
원격 단말(170)은 통신 모듈(160)로부터 센싱 값을 수신하여 모니터링하도록 구성될 수 있다. 여기에서, 사용자는 원격 단말(170)을 통해 순환식 수경 재배 시스템(100)을 모니터링하고 제어할 수 있도록 구성된다. 이때, 원격 단말(170)은 퍼스널 컴퓨터, 울트라 모바일(Ultra Mobile PC, UMPC), PDA, 스마트폰 중 어느 하나로 구성될 수 있다. 울트라 모바일, PDA, 스마트폰으로 구성된 경우에는 사용자가 이동 중에도 모니터링 가능하다.
데이터베이스(180)는 앞서 수신된 센싱 값을 저장하도록 구성될 수 있다. 이러한 데이터베이스(180)는 재배 환경, 재배 일지 등을 모두 기록하도록 구성될 수 있으며, 사용자는 원격 단말(170)에서 데이터베이스(180)(내지는 서버)에 사용자 등록하고 접속하여 조회할 수 있도록 구성될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED를 이용한 수경 재배 시스템의 부분 실물 예시도이다.
도 1에는 수경 재배 시스템(100)이 수경 재배기(110), 배양액 순환기(120) 및 LED 광원 모듈(130)의 구조가 예시적으로 도시되어 있음을 알 수 있다.
도 1에서 보듯이, 수경 재배 시스템(100)은 LED 광원 모듈(120)이 상단에 구비되지만, 착탈 가능하도록 이동식으로 구성되어 수경 재배 시스템(100)의 상단을 통해 일조량이 가려지지 않도록 할 수 있다. 또한, 배양액 순환기(120)는 수경 재배기(110)의 배양액을 혼합 탱크에서 혼합된 배양액을 수경 재배기(110)로 순환 재공급하여 배양액의 낭비를 줄이고 인산염 등에 의한 토양 오염을 줄일 수 있다. 그리고 수경 재배기(110)는 피라미드 복층식 구조로 구비되어 있다. 이에, 동일한 면적에 보다 많은 식물을 재배할 수 있다. 즉, 단위 면적당 생산량의 증대에 일조할 수 있음을 알 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 순환식 수경 재배 시스템의 사용자 등록 GUI의 예시도이다.
도 3의 사용자 등록 GUI는 사용자가 원격 단말(170)에서 데이터베이스(180)에 접속하여 순환식 수경 재배 시스템(100)의 동작 및 센싱 값을 실시간 조회하기 위한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 순환식 수경 재배 시스템의 수경 재배 관리 GUI의 제1 예시도이다.
도 4를 참조하면, 센싱 값을 나타내는 수경 재배 관리 GUI가 도시되어 있는데, 데이터베이스(180)에 등록된 사용자의 순환식 수경 재배 시스템(100)이 다수 개가 등록되어 조회될 수 있음을 알 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 순환식 수경 재배 시스템의 수경 재배 관리 GUI의 제2 예시도이다.
도 5에 따르면, 개별적인 수경 재배 관리 GUI에서 좀 더 세부적인 센싱값들이 조회될 수 있음을 알 수 있다. 실시간 모니터링을 통해 보다 최적의 재배 환경을 원격지에서도 모니터링하고 제어할 수 있음을 알 수 있다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 순환식 수경 재배 시스템
110: 수경 재배기 120: 배양액 순환기
130: LED 광원 모듈 140: 센서
150: 제어 모듈 160: 통신 모듈
170: 원격 단말 180: 데이터베이스

Claims (8)

  1. 작물을 재배하기 위한 공간으로 피라미드 복층 구조로 구성되는 수경 재배기;
    급수 펌프를 이용하여 배양액을 상기 수경 재배기로 순환 공급하는 배양액 순환기;
    상기 수경 재배기의 상부에 착탈 가능한 이동식으로 설치되어, 재배 작물에 최적화된 광을 공급하는 LED 광원 모듈;
    상기 수경 재배기 내부의 재배 환경을 감지하기 위한 센서; 및,
    상기 센서에 의해 감지되는 센싱 값을 모니터링하고, 모니터링된 센싱 값에 따라 상기 배양액 순환기를 제어하여 배양액을 혼합 및 순환 공급하도록 제어하고, 상기 LED 광원 모듈을 제어하여 광의 파장 및 조도를 제어하는 제어 모듈을 포함하며,
    상기 센서는, 외부 온도, 습도 및 조도를 감지하기 위한 외부 기상 센서; 난방 및 에너지 관리를 위해 내부 온도를 감지하기 위한 내부 온도 감지 센서; 재배 작물의 잎의 상부 온도를 감지하기 위한 엽온 센서; 뿌리 부위의 양액 상태를 감지하기 위한 뿌리 부위 센서; 전기전도도(EC) 및 pH를 감지하기 위한 양액 감지 센서; 및 상기 LED 광원 모듈의 조도를 감지하기 위한 내부 조도 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED를 이용한 순환식 수경 재배 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 센서에 의해 감지되는 센싱 값을 송신하는 통신 모듈;
    상기 통신 모듈로부터 센싱 값을 수신하여 모니터링하는 원격 단말;
    상기 수신된 센싱 값을 저장하는 데이터베이스를 포함하는 LED를 이용한 순환식 수경 재배 시스템.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 배양액 순환기에 의해 순환 공급되는 배양액을 필터링하기 위한 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED를 이용한 순환식 수경 재배 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 센서는,
    지그비(zigbee) 통신을 통해 상기 센싱 값을 상기 통신 모듈로 송신하는 것을 특징으로 하는 LED를 이용한 순환식 수경 재배 시스템.
  6. 삭제
  7. 제2항에 있어서, 상기 통신 모듈은,
    유선 또는 무선을 통해 TCP 통신 방식으로 상기 센싱 값을 송신하는 것을 특징으로 하는 LED를 이용한 순환식 수경 재배 시스템.
  8. 제2항에 있어서, 상기 원격 단말은,
    퍼스널 컴퓨터, 울트라 모바일(Ultra Mobile PC, UMPC), PDA, 스마트폰 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 LED를 이용한 순환식 수경 재배 시스템.
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