KR101555540B1 - 수경 재배 시스템과 그 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수경 재배 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 재배식물을 내부에 배치하고 일정시간 동안 양액을 순환 공급시키는 양액 공급 수단을 구비하는 식물 생육 챔버와, 상기 식물 생육 챔버에 연결되어 재배식물의 생육정보 화면과 생육 환경 제어 화면을 동시에 디스플레이하는 모니터와, 상기 식물 생육 챔버 내부의 온도 및 습도를 감지하는 센서를 포함하고 상기 센서로부터 측정된 온도 및 습도 측정값에 따라 소정의 온도 및 습도를 제어하는 생육 환경 제어 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 수경 재배 시스템과 그 제어 방법을 제공한다.

Description

수경 재배 시스템과 그 제어 방법{Hydroponic system and method for controlling the same}
본 발명은 수경재배 시스템과 그 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로 수경재배란 흙을 사용하지 않고 수용성 영양분으로 만든 배양액 속에서 식물을 키우는 방법을 일컫는 말이다. 이러한 수경재배는 최근 빛, 온도, 습도, 이산화탄소 등 재배 환경을 인공적으로 제어해 계절에 관계없이 자동으로 연속 생산하는 식물공장으로 그 개념이 확장되고 있다.
식물공장은 실내 농업이기 때문에 연중 생산이 가능하고 날씨와 상관없이 농사를 지을 수 있어 생산량 증대와 안정적인 공급 효과를 볼 수 있는 반면, 모든 시설을 인공적으로 만들어야 하기 때문에 설비 및 유지 비용이 많이 들어 경쟁력이 떨어질 수 있는 단점이 있다.
최근 이러한 단점을 극복하기 위한 일환으로 수경재배 시스템을 간단하게 구현하여 거실 등의 비교적 협소한 공간에 설치하는 실내 수경재배 시스템이 개발되고 있다.
그러나, 대부분의 실내 수경재배 시스템은 온도, 습도, 풍속 등을 사용자가 인식하고 제어하기가 용이하지 않아 수경재배의 실효성이 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 실내에서 사용자가 재배하고자 하는 식물의 환경 조건을 파악하여 재배 환경을 직접 제어할 수 있도록 한 실내 수경 재배 시스템 및 그 제어 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 재배하고자 하는 식물의 생육 정보를 사용자에게 인지시킴으로써 식물재배를 보다 편리하게 할 수 있는 한편 교육적 효과도 제공하는 것이다.
본 발명은 상술한 목적을 달성하기 위해, 재배식물을 내부에 배치하고 일정시간 동안 양액을 순환 공급시키는 양액 공급 수단과 재배 식물에 빛을 제공하는 광원을 구비하는 식물 생육 챔버와, 상기 식물 생육 챔버에 연결되어 재배식물의 생육정보 화면과 생육 환경 제어 화면을 동시에 디스플레이하는 모니터와, 상기 식물 생육 챔버 내부의 온도 및 습도를 감지하는 센서를 포함하고 상기 센서로부터 측정된 온도 및 습도 측정값에 따라 소정의 온도 및 습도를 제어하는 생육 환경 제어 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 수경 재배 시스템을 제공한다.
바람직하게는, 상기 양액 공급 수단은 수중 펌프가 잠기는 양액 수조와, 재배 식물을 식재하는 포트를 구비하고 상기 수중 펌프로부터 양액을 공급받는 공급 유로와 상기 양액 수조로 배출되는 배출 유로를 구비한 트레이와, 상기 수중 펌프를 간헐적으로 작동 제어하는 타이머와, 상기 양액 수조 내의 양액에 공기 방울을 발생시키는 일으키는 기포 발생기를 포함할 수 있다.
또한, 바람직하게는 상기 생육 환경 제어 시스템은 상기 센서로부터 측정된 온도 및 습도를 소정의 온도 및 습도로 제어하는 온습도 제어기와, 상기 챔버의 내부 온도를 냉각시키는 냉각 수단과, 상기 챔버의 내부로 바람을 공급하는 공급 팬과, 상기 챔버의 외부로 바람을 방출하는 방출 팬을 포함할 수 있다.
또한, 상기 냉각 수단은 상기 냉각 수단은 열전소자와, 상기 열전 소자의 양측면에 부착되는 히트 싱크와, 상기 일측 히트 싱크를 통해 챔버 내부로 냉기를 방출하는 냉각 팬과, 상기 타측 히트 싱크를 통해 챔버의 외부로 열을 방출하는 방열 팬을 포함할 수 있다.
또한, 바람직하게는 상기 생육 환경 제어 화면에는 상기 챔버 내부의 온도와 습도를 실시간으로 측정한 측정값을 표시하는 현재 온도 및 습도 표시부와, 상기 챔버 내부에서 재배될 식물 생육 조건에 적합한 온도와 습도를 표시하는 설정 희망 온도 및 습도 표시부와, 상기 챔버 내부의 온도 및 습도를 수동으로 제어하기 위한 수동 제어 표시부와, 상기 챔버 내부의 풍속을 제어하기 위한 풍속 제어 표시부를 구비할 수 있다.
여기에서, 상기 식물 생육 챔버의 케이스는 편백나무 목재로 이루어질 수 있다.
한편, 본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위해, 재배할 식물을 선정하고 재배할 식물에 따른 온도 및 습도를 설정하는 단계와, 재배 식물을 식물 생육 챔버 내에 배치하고 식물 생육 챔버 내부의 온도 및 습도를 실시간으로 측정하는 단계와, 상기 설정 단계에서의 설정치와 상기 측정 단계에서의 측정치를 비교하는 단계와, 상기 측정치가 상기 설정치보다 높은 경우 냉각 팬을 구동하는 단계와, 상기 측정치가 상기 설정치와 일치하거나 낮은 경우 냉각 팬 작동을 종료 상태로 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수경 재배 시스템 제어 방법을 제공한다.
본 발명은 재배 식물 챔버에 재배 식물의 생육 환경을 제어하는 화면을 나타내는 모니터를 제공함으로써 실내에서 사용자가 재배하고자 하는 식물의 환경 조건을 파악하여 재배 환경을 직접 제어할 수 있도록 한 효과가 있다.
또한, 본 발명은 재배하고자 하는 식물의 생육 정보를 사용자에게 인지시킴으로써 식물재배를 보다 편리하게 할 수 있는 한편 교육적 효과도 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 수경 재배 시스템을 나타낸 외관도.
도 2는 본 발명에 따른 수경 재배 시스템의 분해 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 생육환경제어화면을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 따른 냉각 유닛의 분해 사시도.
도 5는 본 발명에 따른 수경 재배 시스템의 제어 방법을 나타낸 흐름도.
본 발명과 본 발명의 실시에 의해 달성되는 기술적 과제는 다음에서 설명하는 바람직한 실시예들에 의해 명확해질 것이다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 살펴보기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 수경 재배 시스템을 나타낸 외관도이고, 도 2는 본 발명에 따른 수경 재배 시스템의 분해 사시도이다. 본 발명에 따른 수경 재배 시스템은 식물 생육 챔버(10)와, 모니터(20)와, 생육 환경 제어 시스템으로 구성되어 있다.
식물 생육 챔버(10)는 재배식물을 내부에 배치하고 일정시간 동안 양액을 순환 공급시키는 양액 공급 수단과 재배 식물에 빛을 제공하는 광원을 구비한다.
양액 공급 수단은 수중 펌프(11)가 잠기는 양액 수조(12)와, 재배 식물을 식재하는 포트(13)를 구비하고 상기 수중 펌프(11)로부터 양액을 공급받는 공급 유로(14)와 상기 양액 수조(12)로 배출되는 배출 유로(15)를 구비한 트레이(16)와, 상기 수중 펌프(11)를 간헐적으로 작동 제어하는 타이머(17)를 포함한다. 바람직하게는, 상기 양액 수조(12)는 양액에 공기 방울을 발생시키는 기포 발생기(미도시함)를 더 포함할 수 있다. 기포 발생기는 양액 수조에 저장된 물이 장기간 방치될 경우 부영양화 등으로 인해 오염되는 것을 저지할 수 있다.
상기 광원으로는 바람직하게는 LED 램프(18)가 채용될 수 있다. LED 램프(18)로는 적색, 청색 또는 백색 발광 LED 칩을 선택적으로 채택할 수 있다.
한편, 식물 생육 챔버(20)의 케이스는 플라스틱, 금속재 또는 목재의 재질을 가질 수 있다. 바람직하게는 상기 케이스는 목재 중 편백나무 목재를 채용할 수 있다. 편백나무는 자기 방어 물질인 피톤치드를 대량 방출하는 성질을 가진다. 피톤치드는 식물의 주의의 병원균으로부터 자신을 보호하기 위하여 발산하는 자기 방어물질로서, 강한 살균 작용을 주위 공기를 정화시키고 인간이 그 공기를 호흡을 통해서 흡입하면 인간의 몸속에 있는 나쁜 균들을 선택적으로 살균함으로써 혈액을 맑게 하고 면역력 또는 강하게 할 수 있다.
상기 모니터(20)는 도 3에 도시된 바와 같이 식물 생육 챔버(10)의 상부에 연결되어 재배식물의 생육정보 화면(21)과 생육 환경 제어 화면(22)을 동시에 디스플레이한다.
상기 생육 환경 제어 화면(22)에는 상기 챔버 내부(10)의 온도와 습도를 실시간으로 측정한 측정값을 표시하는 현재 온도 및 습도 표시부(22A)와, 상기 챔버(10) 내부에서 재배될 식물 생육 조건에 적합한 온도와 습도를 표시하는 설정 희망 온도 및 습도 표시부(22B)와, 상기 챔버(10) 내부의 온도 및 습도를 수동으로 제어하기 위한 수동 제어 표시부(22C)와, 상기 챔버(10) 내부의 풍속을 제어하기 위한 풍속 제어 표시부(22D)를 구비할 수 있다.
상기 생육 환경 제어 시스템은 식물 생육 챔버(10) 내부의 온도 및 습도를 감지하는 센서(31)를 포함하고 상기 센서(31)로부터 측정된 온도 및 습도 측정값에 따라 소정의 온도 및 습도를 제어하는 역할을 한다.
상기 생육 환경 제어 시스템은 상기 센서로부터 측정된 온도 및 습도를 소정의 온도 및 습도로 제어하는 온습도 제어기(32)와, 챔버(10)의 내부 온도를 냉각시키는 냉각 수단(33)과, 챔버(10)의 내부로 바람을 공급하는 공급 팬(34)과, 챔버(10)내의 공기를 흡입하여 외부로 바람을 방출하는 방출 팬(35)을 포함할 수 있다.
여기에서, 상기 냉각 수단은 도 4에 도시된 바와 같이, 열전소자(33A)와, 열전 소자(33A)의 양측면에 부착되는 히트 싱크(33B, 33C)와, 상기 일측 히트 싱크(33B)를 통해 챔버(10) 내부로 냉기를 방출하는 냉각 팬(33D)과, 상기 타측 히트 싱크(33C)를 통해 챔버(10)의 외부로 열을 방출하는 방열 팬(33E)을 포함할 수 있다.
열전소자(33A)는 소형 히트펌프로서 일측 히트 싱크(33B)에서 열을 흡수하여 반대측 히트싱크(33C)로 열을 이동시키는 역할을 한다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 수경 재배 시스템은 도 5에 나타낸 흐름도와 같이 제어된다.
즉, 본 발명에 따른 수경 재배 시스템 제어 방법은, 재배할 식물을 선정하고 재배할 식물에 따른 온도 및 습도를 설정하는 단계(S101)와, 재배 식물을 식물 생육 챔버 내에 배치하고 식물 생육 챔버 내부의 온도 및 습도를 실시간으로 측정하는 단계(S102)와, 상기 설정 단계(S101)에서의 설정치와 상기 측정 단계(S102)에서의 측정치를 비교하는 단계(S103)와, 상기 측정치가 상기 설정치보다 높은 경우 냉각 팬을 구동하는 단계(S104)와, 상기 측정치가 상기 설정치와 일치하거나 낮은 경우 냉각 팬 작동을 종료 상태로 하는 단계(S105)로 구성된다.
여기에서, 상기 설정치는 통상적으로 재배식물의 재배 적정 온도로서 상온보다 낮은 편이다. 예를 들어, 상추의 적정 재배온도는 약 20℃이다. 한편, 상기 측정치는 통상적으로 챔버(10) 내에 있는 LED 램프(10)의 방열로 인해 실내 온도보다 약간 높은 편이다.
상기 설정 단계(S101)는 구체적으로는 상기 재배할 식물의 생육 적정 온도 및 습도의 상한 및 하한을 설정하는 단계로 구성될 수 있다.
이때, 상기 측정치가 상기 설정치의 상한보다 큰 경우 상기 상한치가 제어 목표치로 되거나, 상기 측정치가 상기 상한과 상기 하한의 사이에 있는 경우 상한치와 하한치의 사이의 수치가 제어 목표치로 되거나, 상기 측정치가 상기 설정치의 하한보다 작은 경우 상기 하한치가 제어 목표치로 된다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 기술하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 청구범위에 정의된 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형 또는 변경하여 실시할 수 있음을 알 수 있을 것이다.
10 : 식물 생육 챔버
11 : 수중 펌프 12 : 양액 수조
13 : 포트 14 : 공급 유로
15 : 배출 유로 16 : 트레이
17 : 타이머 18 : LED 램프
20 : 모니터
21 : 생육 정보 화면 22 : 생육환경 제어 화면
31 : 센서 32 : 온습도 제어기
33 : 냉각 수단 34 : 공급 팬
35 : 방출 팬

Claims (7)

  1. 재배식물을 내부에 배치하고 일정시간 동안 양액을 순환 공급시키는 양액 공급 수단과 재배 식물에 빛을 제공하는 광원을 구비하는 식물 생육 챔버와, 상기 식물 생육 챔버에 연결되어 재배식물의 생육정보 화면과 생육 환경 제어 화면을 동시에 디스플레이하는 모니터와, 상기 식물 생육 챔버 내부의 온도 및 습도를 감지하는 센서를 포함하고 상기 센서로부터 측정된 온도 및 습도 측정값에 따라 소정의 온도 및 습도를 제어하는 생육 환경 제어 시스템을 포함하는 수경 재배 시스템에 있어서,
    상기 양액 공급 수단은, 수중 펌프가 잠기는 양액 수조와, 재배 식물을 식재하는 포트를 구비하고 상기 수중 펌프로부터 양액을 공급받는 공급 유로와 상기 양액 수조로 배출되는 배출 유로를 구비한 트레이와, 상기 수중 펌프를 간헐적으로 작동 제어하는 타이머와, 상기 양액 수조 내의 양액에 공기 방울을 발생시키는 일으키는 기포 발생기를 포함하고,
    상기 생육 환경 제어 시스템은, 상기 센서로부터 측정된 온도 및 습도를 소정의 온도 및 습도로 제어하는 온습도 제어기와, 상기 챔버의 내부 온도를 냉각시키는 냉각 수단과, 상기 챔버의 내부로 바람을 공급하는 공급 팬과, 상기 챔버의 외부로 바람을 방출하는 방출 팬을 포함하되,
    상기 냉각 수단은, 열전소자와, 상기 열전 소자의 양측면에 부착되어 상기 열전 소자를 통하여 열을 상호 전달하는 히트 싱크와, 일측의 상기 히트 싱크를 통해 챔버 내부로 냉기를 방출하는 냉각 팬과, 타측의 상기 히트 싱크를 통해 챔버의 외부로 열을 방출하는 방열 팬을 포함하는 것을 특징으로 하는 수경 재배 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 생육 환경 제어 화면에는 상기 챔버 내부의 온도와 습도를 실시간으로 측정한 측정값을 표시하는 현재 온도 및 습도 표시부와, 상기 챔버 내부에서 재배될 식물 생육 조건에 적합한 온도와 습도를 표시하는 설정 희망 온도 및 습도 표시부와, 상기 챔버 내부의 온도 및 습도를 수동으로 제어하기 위한 수동 제어 표시부와, 상기 챔버 내부의 풍속을 제어하기 위한 풍속 제어 표시부를 구비하는 것을 특징으로 하는 수경 재배 시스템.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 식물 생육 챔버의 케이스는 편백나무 목재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 수경 재배 시스템.
  7. 삭제
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