KR102061403B1 - 가정용 식물재배를 위한 스마트 식물재배장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 가정에서 식물이 최적의 환경에서 자랄 수 있도록 하는 가정용 식물재배를 위한 스마트 식물재배장치에 관한 것으로, 복수의 칸으로 구분되고, 각각의 칸이 조립식으로 설치되어 재배식물의 생장높이에 따라 추가하거나 제거할 수 있도록 분리형 구조를 갖는 하우징과, 상기 재배식물에 대한 생장 환경 데이터를 측정하기 위한 센서모듈과, 상기 센서모듈이 측정한 생장 환경 데이터에 따라 상기 재배식물에 대한 재배 환경을 조절하기 위한 재배환경 조절모듈과, 상기 센서모듈이 측정한 생장 환경 데이터를 취득하고 상기 생장 환경 데이터의 분석 결과에 근거하여 상기 재배환경 조절모듈을 자동적으로 제어하는 제어모듈과, 상기 제어모듈에서 취득한 생장 환경 데이터를 전송받아 확인하거나 상기 제어모듈을 원격으로 제어하도록 애플리케이션이 구동되는 이동 단말기를 포함함으로써, 식물재배에 필요한 광량조절, 수분조절, 온도습도 조절이 쉽도록 각종 전자장비의 탑재가 용이하며, 식물의 생장에 따라 높이를 조절할 수 있도록 조립식으로 설계되고, 수분공급이 흙 속에서 원활하도록 설계되어 식물의 생육에 필요한 조건을 자동으로 유지시켜 줌으로써, 가정에서 식물의 재배를 용이하게 할 수 있다.
Description
본 발명은 가정에서 식물이 최적의 환경에서 자랄 수 있도록 하는 가정용 식물재배를 위한 스마트 식물재배장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 식물재배에 필요한 광량조절, 수분조절, 온도습도 조절이 쉽도록 각종 전자장비의 탑재가 용이하며, 식물의 생장에 따라 높이를 조절할 수 있도록 조립식으로 설계되고, 수분공급이 흙 속에서 원활하도록 설계되어 식물의 생육에 필요한 조건을 자동으로 유지시켜 줌으로써, 가정에서 식물의 재배를 용이하게 하는 스마트 식물재배장치에 관한 것이다.
최근 싱글족, 독거노인 등 1인 가구가 전체 약 1900만 가구 중 520만 가구를 차지하여 27.2%의 비율인 것으로 조사되었으며, 계속적으로 1인 가구의 수는 증가하는 추세이다. 특히, 독거노인의 경우 현재 노인 6명 중 1명을 차지하고 있을 뿐 아니라 그 비중은 앞으로 더 증가 할 것으로 전망된다.
이와 같은 1인 가구의 증가는 반려시장의 성장을 초래하는데, 반려 산업 규모는 2016년 2조원에서 2020년 5조8000억 원까지 늘어날 것으로 전망된다(2017년 04월 06일자 헤럴드경제).
이와 같이 반려시장이 성장추세에 있지만, 반려의 대상으로 동물을 선택하기 어려운 사람들, 예컨대 바쁜 직장인이나 노인들에게 반려식물이 각광받고 있으며, 식물을 대상으로 하는 반려시장 또한 커지는 경향을 보인다.
예컨대, 화분, 화초, 원예재료 등의 매출량이 매년 큰 폭으로 증가하여 가정에서 식물을 키우는 일이 점점 늘어나고 있는 것을 알 수 있다.
그러나, 가정의 실내에서 식물을 잘 성장시키기 위해서는 광량, 수분, 온도, 습도 등 식물이 성장할 수 있는 환경을 사람이 일일이 조절해줘야 하는데, 식물을 키워본 경험이 많은 사람일 경우에는 스스로 터득된 경험에 의해, 식물을 재배할 수 있지만, 식물을 키워본 경험이 적거나 다양한 식물군을 재배하는 경우에는 각각의 식물의 재배정보에 포함되는 온도, 습도 및 일사량 등의 성장환경조건을 각 재배자가 체감으로 정확하게 예측하여 식물을 재배하는 일이 쉽지 않다는 등의 여러가지 문제점이 있었다.
또한, 바쁜 직장인들은 집에서 생활하는 비율이 적기 때문에, 실질적으로 식물을 제대로 관리하며 재배하는 일이 쉽지 않은 현실이다.
이와 관련된 종래의 기술로서, 한국등록특허 제10-0481162호는 성장하는 식물의 재배 관리를 용이하게 제어할 수 있는 성장환경 제어가 가능한 디지털 화분이 개시되어 있다.
상기 등록특허는 식물을 재배하는 재배자가 식물의 성장환경인, 광조사량, 주위 온도 및 수분 등과 식물의 생존 유무를 감지할 수 있도록 각종 센서를 구비하고, 이들 센서에 의해 감지한 각종 데이터를 재배자가 인지할 수 있도록 퍼스널 컴퓨터의 모니터 또는 표시부(액정표시장치)에 표시함으로써, 식물의 재배 관리를 보다 용이하게 하는 장점은 있지만, 수집된 데이터를 재배자가 확인한 후 직접 필요한 에너지를 식물에 공급해야 한다는 점에서 시간을 내기 어려운 직장인들이나 노인들에게는 적합하지 못하며, 일괄적으로 특정 데이터를 측정하여 식물의 상태를 추정하므로 식물의 상태가 재배자에게 정확하게 전달되지 못할 위험성이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 식물의 재배에 필요한 광량조절, 수분조절, 온도습도 조절이 용이하며, 수분공급이 흙 속에서 원활하도록 설계되어 식물의 생육에 필요한 조건을 자동으로 유지시켜 줌으로써, 식물의 재배를 용이하게 하는 가정용 식물재배를 위한 스마트 식물재배장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 광량, 수분, 온도, 습도 조절을 위한 각종 전자장비의 탑재가 용이한 하우징 구조를 갖는 스마트 식물재배장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 식물이 성장함에 따라 알맞은 환경을 제공하도록 조립식으로 설계되어 식물의 생장에 따라 하우징의 높이를 조절할 수 있는 가정용 식물재배를 위한 스마트 식물재배장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 복수의 칸으로 구분되고, 각각의 칸이 조립식으로 설치되어 재배식물의 생장높이에 따라 추가하거나 제거할 수 있도록 분리형 구조를 갖는 하우징과, 상기 재배식물에 대한 생장 환경 데이터를 측정하기 위한 센서모듈과, 상기 센서모듈이 측정한 생장 환경 데이터에 따라 상기 재배식물에 대한 재배 환경을 조절하기 위한 재배환경 조절모듈과, 상기 센서모듈이 측정한 생장 환경 데이터를 취득하고 상기 생장 환경 데이터의 분석 결과에 근거하여 상기 재배환경 조절모듈을 자동적으로 제어하는 제어모듈과, 상기 제어모듈에서 취득한 생장 환경 데이터를 전송받아 확인하거나 상기 제어모듈을 원격으로 제어하도록 애플리케이션이 구동되는 이동 단말기를 포함하는 가정용 식물재배를 위한 스마트 식물재배장치가 제공된다.
본 발명에서, 상기 하우징은 상기 제어모듈을 설치하기 위한 중앙처리 칸과, 상기 재배식물에게 생장에 적합한 환경을 조성하도록 상기 재배환경 조절모듈을 설치하는 상부 메인 칸과, 상기 재배식물을 심기 위한 흙을 채울 수 있는 공간을 제공하며, 상기 재배식물에게 공급되는 물이 빠져나가도록 배수구 및 물받이가 구비되는 하부 메인 칸과, 상기 재배식물의 생장높이에 따라 추가하거나 제거가 가능한 여분 칸을 포함할 수 있다.
상기 하부 메인 칸 내부에는 상기 재배식물의 뿌리를 중심으로 고르게 물이 통과할 수 있도록 외부의 물탱크에서 물을 공급받아 화분 내부로 물을 공급하는 내장형 물탱크가 더 설치될 수 있다.
여기서, 상기 내장형 물탱크는 외부에서 공급받은 물을 화분 내부로 배출하는 복수개의 배출홀이 형성되며, 상기 배출홀에는 상기 재배식물의 뿌리에 인접하게 물을 공급하기 위한 급수장치가 연결될 수 있다.
상기 급수장치는 상기 물탱크의 배출홀에 연결되는 연결관과, 상기 연결관에 조립식으로 끼워지며 상기 재배식물의 뿌리 길이 및 방향에 따라 길이와 방향을 다르게 조절가능하도록 하는 길이조절관과, 상기 길이조절관의 단부에 연결되며, 재배식물의 뿌리에 물을 공급하기 위한 다수개의 구멍이 형성된 콘 형태의 급수관과, 상기 급수관의 구멍을 통해 흙이 유입되는 것을 방지하여 물 전달 경로가 막히는 것을 방지하는 흙 유입 방지막을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 재배식물에 공급된 물을 정화하여 재배식물에게 재 공급하도록 물을 순환시키는 물순환 시스템이 더 포함될 수 있다.
상기 물순환 시스템은 상기 재배식물이 심겨진 하부 메인 칸의 물받이에 모인 물을 펌핑하는 펌핑수단과, 상기 물받이에 흙이 유입되는 것을 방지하고 상기 재배식물에 공급된 물을 정화하여 재사용이 가능하도록 하는 정화수단과, 상기 센서모듈에 의해 상기 물받이의 수위가 일정 수준 밑으로 내려간 것이 측정되면 상기 제어모듈의 제어에 따라 상기 물받이로 물을 급수하는 외부 물탱크를 포함할 수 있다.
상기 정화수단은 패브릭, 메쉬, 숯 및 상토를 포함하며, 상기 하부 메인 칸의 바닥에서부터 패브릭, 메쉬, 숯, 상토의 순서로 깔아 흙 유입 방지 및 물의 재 사용이 가능하도록 한다.
한편, 상기 하우징은 실내의 산소량을 늘리기 위해 밀폐형으로 제작하며, 아크릴, 도자기, 나무, 유리 또는 금속 재질로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 센서모듈은 상기 하우징 내 토양의 건조도를 실시간으로 측정하는 토양습도 센서와, 상기 하우징 내 온도 및 습도를 실시간으로 측정하는 온도습도 센서와, 상기 재배식물에 물을 공급하는 물탱크 또는 물받이의 수위를 측정하는 수위센서를 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 재배환경 조절모듈은 상기 재배식물에 엘이디광을 발산하도록 하는 조명 모듈과, 상기 하우징 내 측정된 토양의 건조도, 물탱크의 수위 또는 물받이의 수위에 따라 물을 급수하는 급수펌프와, 상기 하우징 내 측정된 온도 및 습도 데이터에 따라 상기 하우징 내를 환기시키기 위한 환기팬을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 재배식물의 영상을 얻어 상기 이동 단말기로 영상을 보내주기 위한 카메라 모듈이 더 설치될 수 있다.
상기 제어모듈은 상기 센서모듈로부터 제공되는 생장 환경 데이터를 취득하는 제1 제어장치와, 상기 제1 제어장치와 통신하여 제1 제어장치로부터 제공되는 생장 환경 데이터를 상기 이동 단말기로 제공하는 제2 제어장치와, 상기 제1 제어장치에서 취득한 데이터를 통해 상기 재배환경 조절모듈을 제어하기 위한 릴레이모듈을 포함할 수 있다.
이상에서 살펴본 본 발명에 의하면, 식물의 재배에 필요한 광량, 수분, 온도, 습도 조절을 위한 각종 전자장비를 하우징 내부에 설치하는 것이 용이하여 식물재배에 필요한 광량조절, 수분조절, 온도습도 등 식물의 재배에 필요한 조건을 자동으로 유지시켜 줌으로써, 식물의 재배를 용이하게 하는 효과가 있다.
또한, 식물이 성장함에 따라 알맞은 환경을 제공하도록 조립식으로 설계되어 식물의 생장에 따라 하우징의 높이를 조절할 수 있는 효과가 있다.
또한, 수분공급이 흙 속에서 원활하게 이루어지도록 설계되고, 재배식물에 공급된 물을 정화하여 재 공급함으로써, 식물 재배에 따른 물의 소비량을 크게 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 가정용 식물재배를 위한 스마트 식물재배장치의 전체 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 하우징을 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 2의 정면도이다.
도 4는 본 발명의 화분 내장형 물탱크를 나타내는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 급수장치의 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명의 내장형 물탱크와 급수장치를 실제 제작하여 촬영한 사진이다.
도 7은 본 발명의 물순환 시스템을 나타내는 구성도이다.
도 2는 본 발명의 하우징을 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 2의 정면도이다.
도 4는 본 발명의 화분 내장형 물탱크를 나타내는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 급수장치의 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명의 내장형 물탱크와 급수장치를 실제 제작하여 촬영한 사진이다.
도 7은 본 발명의 물순환 시스템을 나타내는 구성도이다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
도 1은 본 발명의 가정용 식물재배를 위한 스마트 식물재배장치의 전체 구성을 나타내는 블록도이고, 도 2는 본 발명의 하우징을 나타내는 사시도이고, 도 3은 도 2의 정면도이다.
본 발명의 가정용 식물재배를 위한 스마트 식물재배장치는 재배식물의 생장높이에 따라 추가하거나 제거할 수 있도록 분리형 구조를 갖는 하우징(100)과, 상기 재배식물에 대한 생장 환경 데이터를 측정하기 위한 센서모듈(200)과, 상기 센서모듈(200)이 측정한 생장 환경 데이터에 따라 상기 재배식물에 대한 재배 환경을 조절하기 위한 재배환경 조절모듈(300)과, 상기 센서모듈(200)이 측정한 생장 환경 데이터를 취득하고 상기 생장 환경 데이터의 분석 결과에 근거하여 상기 재배환경 조절모듈(300)을 자동적으로 제어하는 제어모듈(400)과, 상기 제어모듈(400)에서 취득한 생장 환경 데이터를 전송받아 확인하거나 상기 제어모듈을 원격으로 제어하도록 애플리케이션이 구동되는 이동 단말기(500)를 포함하여 구성된다.
상기 하우징(100)은 반려 식물을 실내에서 잘 기를 수 있도록 식물이 자라는 공간을 제공함과 동시에 상기 센서모듈(200), 재배환경 조절모듈(300), 제어모듈(400) 등이 설치되는 장소가 된다.
또한, 상기 하우징(100)은 식물의 생장에 따라 높이를 조절할 수 있도록 구조를 갖는데 특징이 있다. 이를 위해, 상기 하우징(100)은 복수의 칸으로 구분되고, 각각의 칸이 조립식 구조를 갖음으로써, 재배식물이 성장함에 따라 생장높이에 맞게 상기 칸을 추가하거나 제거할 수 있는 분리형 구조를 갖는다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 하우징(100)은 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 제어모듈(400)을 설치하기 위한 중앙처리 칸(110)과, 상기 재배식물에게 생장에 적합한 환경을 조성하도록 상기 재배환경 조절모듈(300)을 설치하는 상부 메인 칸(120)과, 상기 재배식물을 심기 위한 흙을 채울 수 있는 공간을 제공하는 하부 메인 칸(130)과, 상기 재배식물의 생장높이에 따라 추가하거나 제거 가능한 여분 칸(140)을 포함하여 구성된다.
또한, 상기 하우징(100)은 실내의 산소량을 늘리기 위해 밀폐형으로 제작하는 것이 바람직하며, 아크릴, 도자기, 나무, 유리 또는 금속 재질로 이루어질 수 있다.
본 발명에서는 상기 하우징(100)을 중앙처리 칸(110), 상부 메인 칸(120), 하부 메인 칸(130) 및 여분 칸(140)을 포함하여 4개의 칸으로 구성하였으나, 본 발명의 하우징(100)이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 중앙처리 칸(110)과 상부 메인 칸(120)을 일체화하여 구성할 수도 있고, 상기 상부 메인 칸(120)과 하부 메인 칸(130)을 일체화하는 것도 가능하다.
중요한 점은 각각의 칸이 조립식 구조를 갖음으로써, 각 칸의 추가 및 제거가 용이하여 재배식물이 성장함에 따라 생장높이에 맞게 상기 여분 칸(140)을 추가 설치할 수 있는 점이다. 본 발명에서는 끼워맞춤 방식으로 윗 칸과 아래 칸을 조립할 수 있는 구조를 채택하였으나, 이외에도 각 칸들의 조립식 구조는 공지된 기술이 적용가능하다.
또한, 상기 중앙처리 칸(110), 상부 메인 칸(120), 하부 메인 칸(130) 및 여분 칸(140)은 공기순환이 잘 되도록 직육면체 형상으로 형성한다.
상기 여분 칸(140)은 도 2에 도시한 바와 같이, 평소에는 맨 위에 위치시키거나 사용자에 따라 넓게 쓰고 싶은 칸에 넣어 사용이 가능하며, 식물이 성장하여 키가 크게 되면 상기 하부 메인 칸(130) 위에 조립하여 사용할 수 있다.
또한, 상기 중앙처리 칸(110)은 상기 제어모듈(400)을 설치하는 공간으로 사용되며, 전면에 터치스크린을 추가하여 얼굴인식 화면 등이나 영상 등을 출력할 수 있는 구조로 만들 수 있다. 상기 터치스크린의 설치를 위해 상기 중앙처리 칸(110)에는 설치구멍(112)이 전면에 포함된다.
상기 상부 메인 칸(120)은 식물이 위치하는 공간의 윗 칸이며, 상기 재배환경 조절모듈(300), 예컨대 카메라와 조명 등을 고정시킬 수 있는 구멍이 위치한다.
한편, 상기 하부 메인 칸(130)은 흙을 채울 수 있는 공간으로, 상부에는 공기의 배출 및 순환을 위한 환기팬이 설치될 수 있으며, 하면에는 상기 재배식물에게 공급되는 물이 빠져나가도록 배수구(132)가 형성되고, 상기 배수구(132)의 밑에는 물받이(134)가 구비된다.
이와 같은 하우징(100)에는 상기 센서모듈(200), 재배환경 조절모듈(300), 제어모듈(400) 등이 설치된다.
상기 센서모듈(200)은 상기 재배식물에 대한 생장 환경 데이터를 측정하기 위한 것으로, 본 발명에서는 상기 하우징(100) 내 토양의 건조도를 실시간으로 측정하는 토양습도 센서(210)와, 상기 하우징 내 온도 및 습도를 실시간으로 측정하는 온도습도 센서(220)와, 상기 재배식물에 물을 공급하는 물탱크 또는 물받이의 수위를 측정하는 수위센서(230)를 포함할 수 있다.
상기 토양습도 센서(210)는 흙의 공극공간에 있는 수분 함량에 따라 변하는 저항 값을 측정하여 하우징 내 토양의 건조도를 측정할 수 있으며, 토양습도 센서(210)에서 측정된 데이터 값을 상기 제어모듈(400)에 송신하여 상기 제어모듈(400)에서 나오는 디지털신호에 따라 재배환경 조절모듈(300)을 조절함으로써 하우징 내의 토양의 건조도를 조절할 수 있다.
후술하겠지만, 상기 재배환경 조절모듈(300)에는 급수펌프가 포함되어 상기 토양습도 센서(210)에서 측정된 데이터에 따라 토양에 물을 공급하도록 ON/OFF 되도록 제어된다.
한편, 상기 온도습도 센서(220)는 토양습도 센서(210)에서와 마찬가지로 측정된 데이터 값을 바탕으로 상기 제어모듈(400)에 송신하여 상기 제어모듈(400)에서 나오는 디지털신호에 따라 재배환경 조절모듈(300)의 환기팬이 ON/OFF 되도록 제어한다.
상기 수위센서(230)는 재배식물에 물을 공급하는 물탱크 또는 물받이(134)의 수위를 측정하고 상기 제어모듈(400)에서 수위 데이터를 취득하며, 물탱크 또는 물받이(134)의 물 용량이 기준치보다 낮아지면 이를 상기 이동 단말기(500)의 팝업 창으로 알려주도록 한다.
상기 수위센서(230)는 접촉식 수위센서와 비접촉식 수위센서가 사용될 수 있으나, 본 발명에서는 물탱크의 높이에 구애받지 않는 비접촉식 수위센서를 적용하는 것이 바람직하다. 다만, 비접촉식 수위센서의 경우 마이크로웨이브를 사용하여 물체 넘어에 액체를 파악하므로 마이크로 웨이브가 통과하지 못하는 금속재질의 물탱크는 사용할 수 없다.
한편, 상기 재배환경 조절모듈(300)은 상기 센서모듈(200)이 측정한 생장 환경 데이터에 따라 상기 재배식물에 대한 재배 환경을 조절하기 위한 것으로, 본 발명에서는 재배식물에 엘이디광을 발산하도록 하는 조명 모듈(310)과, 상기 하우징(100) 내 측정된 토양의 건조도, 물탱크의 수위 또는 물받이의 수위에 따라 물을 급수하는 급수펌프(320)와, 상기 하우징 내 측정된 온도 및 습도 데이터에 따라 상기 하우징 내를 환기시키기 위한 환기팬(330)을 포함할 수 있다.
상기 조명 모듈(310)은 제어모듈(400)을 통한 디지털 신호 값에 따라 전구가 ON/OFF 되도록 제어되며, 식물이 잘 자라는 엘이디광을 발산하도록 엘이디 전구가 사용된다. 상기 조명 모듈(310)의 ON/OFF 제어를 통해 밤에는 엘이디 전구를 동작시켜 광합성을 통한 실내 산소를 증가시키고, 낮에는 광합성을 하지 않도록 하는 등 광합성이 선택적으로 가능하도록 설계될 수 있다.
또한, 상기 제어모듈(400)은 공유기(510)를 통해 Flask 기반의 웹 서버를 구동하여 이동 단말기(500)에서 접속가능하도록 할 수 있으며, 이를 통해 이동 단말기(500)에서 원격으로 조명 모듈(310)을 제어하고 전구상태를 확인 가능하도록 할 수 있다.
상기 급수펌프(320)는 토양습도 센서(210)에서 받아온 데이터 값을 바탕으로 상기 제어모듈(400)에서 나오는 디지털신호에 따라 ON/OFF 되도록 제어된다. 또한, 급수펌프(320)가 물을 주자마자 정지하는 것을 방지하기위해 ON/OFF되는 기준 값 사이에 간격을 두는 것이 바람직하며, 조명 모듈(310)과 마찬가지로 Flask 기반의 웹 서버를 통해 이동 단말기(500)에서 토양습도 상태를 확인 가능하도록 할 수 있다.
상기 환기팬(330)은 온도습도 센서(220)를 통해 데이터를 취득 후 제어모듈을 사용하여 제어된다. 여기서, 상기 환기팬(330)을 제어하는 기준 값은 25~26℃로 설정함이 바람직하며, 상기 환기팬(330)이 동작과 정지를 반복하는 것을 방지하기위해 ON/OFF되는 기준 값 사이에 간격을 두는 것이 바람직하다.
한편, 상기 제어모듈(400)은 상기 센서모듈(100)로부터 제공되는 생장 환경 데이터를 취득하는 제1 제어장치(410)와, 상기 제1 제어장치(410)와 통신하여 제1 제어장치(410)로부터 제공되는 생장 환경 데이터를 상기 이동 단말기(500)로 제공하는 제2 제어장치(420)와, 상기 제1 제어장치(410)에서 취득한 데이터를 통해 상기 재배환경 조절모듈(300)을 제어하기 위한 릴레이모듈(430)을 포함한다.
상기 제1 제어장치(410)는 아두이노(Arduino) 기반 제어장치로서, 아두이노 보드 형태로 구현될 수 있으며, 상기 센서들 및 재배환경 조성을 위한 각 장치들은 아두이노 보드와 통신가능하도록 구성된다. 여기서 아두이노는 마이크로 컨트롤러를 이용하여 만들어진 개발 보드로서, 전원만 주어지면 사용자에 의해 제공되는 프로그램에 대응되는 다양한 제어기능을 수행하도록 된 개발보드이다.
상기 제2 제어장치(420)는 라즈베리파이(Raspberry Pi) 기반 제어장치로서, 본 발명에 있어서는 상기 이동 단말기(500)와 통신기능을 수행하도록 구성된다.
상기 아두이노와 라즈베리파이는 시리얼(Serial 통신)으로 데이터를 전송하며, 상기 라즈베리파이에서 각 항목별로 나누어 공유기(510)를 통해 이동 단말기(500)과의 무선 통신 기능을 하도록 구성된다.
상기 릴레이모듈(430)은 전자석을 이용한 간단한 스위칭 모듈로서, 여러 제어장치의 ON/OFF 제어가 가능하다.
또한, 본 발명은 상기 재배식물의 영상을 얻어 상기 이동 단말기(500)로 영상을 보내주기 위한 카메라 모듈(340)이 더 설치될 수 있다.
상기 카메라 모듈(340)은 제2 제어장치(420)인 라즈베리파이의 카메라 포트에 연결하여 사용하는 것이 바람직하며, 카메라 모듈(340)에서 프레임을 연속적으로 받아 Flask 웹 서버를 통해 이동 단말기(500)에서 스트리밍할 수 있다.
한편, 본 발명의 스마트 식물재배장치는 토양으로 직접 급수를 전달하여 불필요한 물의 사용을 줄일 수 있고, 뿌리에 직접적으로 물을 전달함으로써 수분의 흡수율을 높일 수 있는 구성을 추가적으로 제안한다.
도 4는 본 발명의 화분 내장형 물탱크를 나타내는 사시도이고, 도 5는 본 발명의 급수장치의 분해 사시도이다.
즉, 본 발명의 하우징(100)의 하부 메인 칸(130) 내부에는 상기 재배식물의 뿌리를 중심으로 고르게 물이 통과할 수 있도록 외부의 물탱크에서 물을 공급받아 화분 내부로 물을 공급하는 내장형 물탱크(150)가 더 설치될 수 있다.
상기 내장형 물탱크(150)는 외부에서 공급받은 물을 화분 내부로 배출하는 복수개의 배출홀(152)이 형성되며, 상기 배출홀(152)에는 상기 재배식물의 뿌리에 인접하게 물을 공급하기 위한 급수장치(160)가 연결될 수 있다.
상기 급수장치(160)는 상기 물탱크(150)의 배출홀(152)에 연결되는 연결관(162)과, 상기 연결관(162)에 조립식으로 끼워지며 상기 재배식물의 뿌리 길이 및 방향에 따라 길이와 방향을 다르게 조절가능하도록 하는 길이조절관(164)과, 상기 길이조절관(164)의 단부에 연결되며, 재배식물의 뿌리에 물을 공급하기 위한 다수개의 구멍(166a)이 형성된 콘 형태의 급수관(166)과, 상기 급수관(166)의 구멍(166a)을 통해 흙이 유입되는 것을 방지하여 물 전달 경로가 막히는 것을 방지하는 흙 유입 방지막(168)을 포함할 수 있다.
상기 내장형 물탱크(150)는 도 4에서 보는 바와 같이, 내부에 홀이 형성된 직육면체 형상으로 이루어질 수 있으며, 상기 홀 역시 직육면체 형상으로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 홀은 식물의 줄기가 끼워져 상기 내장형 물탱크(150)를 상기 하우징(100)의 하부 메인 칸(130) 내부에 위치시킬 수 있도록 하는 것이며, 이와 같이 직육면체 형상의 내장형 물탱크(150)는 물탱크 내에 공급된 물의 양을 계산하기 용이하다. 예컨대, 물탱크의 면적(A)×물의 높이(h)로 물의 양이 계산되며 계산된 값을 통해 물의 공급하는 양을 조절할 수 있다.
또한, 흙 속에 물을 직접적으로 공급하는 물탱크(150)가 있어서, 흙의 습도를 조절하는 역할도 할 수 있다.
상기 급수장치(160)는 상기 재배식물의 뿌리에 인접하게 물을 공급하여 효과적으로 급수할 수 있으며, 흙 유입 방지막(168)으로 인해 급수관(166)의 구멍(166a)을 통해 흙이 유입되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 토양에 삽입 후 주변의 흙에 의해 구멍이 막히거나 급수장치(160) 내부로 흙이 들어가 매번 청소를 해야 하는 번거로움을 없앨 수 있다.
도 6은 본 발명의 내장형 물탱크와 급수장치를 실제 제작하여 촬영한 사진으로서, 상기 내장형 물탱크(150)와 급수장치(160)는 아크릴과 고무호스, 콘 형태의 플라스틱 재료, 스타킹 등을 이용해 제작하였으며, 내장형 물탱크(150)의 경우 외부 호스로부터 모터를 통해 물을 채우고 급수장치(160) 윗부분에 설치된 연결관(162)을 물탱크(150)에 연결하여 급수장치(160)에 물이 전달되도록 하였다.
상기 물탱크(150)에서 전달된 물은 급수장치의 구멍(166a)을 통해 외부로 방출되는데 이때 상기 구멍(166a)의 위치와 방향을 다르게 주어 전방향으로 물이 전달되도록 설계가 가능하다.
이와 같은 급수장치(160)는 뿌리에 직접적으로 물을 전달함으로서 수분 흡수율을 높이고, 사용자의 관리를 용이하게 할 수 있다.
도 7은 본 발명의 물순환 시스템을 나타내는 구성도이다.
도 7에서 보는 바와 같이, 본 발명은 상기 재배식물에 공급된 물을 정화하여 재배식물에게 재 공급하도록 물을 순환시키는 물순환 시스템을 더 포함한다.
상기 물순환 시스템은 상기 재배식물이 심겨진 하부 메인 칸(130)의 물받이(134)에 모인 물을 펌핑하는 펌핑수단(P)과, 상기 물받이(134)에 흙이 유입되는 것을 방지하고 상기 재배식물에 공급된 물을 정화하여 재사용이 가능하도록 하는 정화수단(136)과, 상기 센서모듈(200)에 의해 상기 물받이(134)의 수위가 일정 수준 밑으로 내려간 것이 측정되면 상기 제어모듈(400)의 제어에 따라 상기 물받이(134)로 물을 급수하는 외부 물탱크(150)를 포함할 수 있다.
상기 정화수단(136)은 상기 재배식물이 심겨진 하부 메인 칸(130)의 하부에 설치되는 것으로, 상기 배수구(132) 위에 설치되어 재배식물에 공급된 물을 정화하고 상기 물받이(134)에 흙이 유입되는 것을 방지하는 구성이다.
상기 정화수단(136)은 패브릭, 메쉬, 숯 및 상토를 포함하여 구성할 수 있다.
이 경우, 상기 하부 메인 칸(130)의 바닥에서부터 패브릭, 메쉬, 숯, 상토의 순서로 깔아 재배식물에 공급된 물이 상토를 거친 후, 숯과 메쉬, 패브릭을 차례대로 거치면서 깨끗하게 정화되도록 한다.
여기서, 물받이(134)에는 수위센서(230)를 설치하여 물받이의 수위가 일정 수준 밑으로 내려가면 수위센서(230)가 이를 감지하여, 측정된 데이터를 제1 제어장치(410)에 보내고, 상기 제1 제어장치(410)가 릴레이모듈(430)을 통해 밸브(V)를 열어 물탱크(150)로부터 물을 공급하여 새로운 물이 급수되도록 한다.
상기 물탱크(150)는 외부에 설치된 별도의 물탱크가 사용될 수도 있고, 상기 내장형 물탱크가 적용될 수도 있다.
또한, 영양제(170)를 식물에게 공급할 수 있도록 릴레이모듈(430)을 통해 펌프(P)를 일정 기간마다 동작시켜 일정 량의 영양제를 주기적으로 투입할 수 있도록 한다.
이와 같이, 본 발명은 물순환 시스템을 적용함으로써, 재배식물에 공급된 물을 정화하여 재 공급하여 식물 재배에 따른 물의 소비량을 크게 줄일 수 있다.
상기한 구성으로 된 본 발명의 가정용 식물재배를 위한 스마트 식물재배장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 사용자는 상기 하우징(100)의 하부 메인 칸(130)에 식물을 심고 각종센서들과 장치를 상기 중앙처리 칸(110)과, 상부 메인 칸(120)의 적절한 위치에 설치한다. 이때, 상기 각 장치들과 제어모듈(400)을 무선 또는 유선 중 적절한 방법으로 연결시킨다.
또한, 사용자는 자신의 이동 단말기(500)에 스마트 식물재배장치의 제어를 위한 애플리케이션을 설치하여 실행시킨다. 이때, 사용자는 이동 단말기(500)를 통해 재배식물의 정보, 적정 토양의 습도 범위, 적정 온도습도 범위, 수위 범위, 조도 범위 등 기준 환경 데이터를 설정할 수 있고, 설정된 기준 환경 데이터를 상기 제어모듈(400)에 제공할 수 있다.
이후, 각 센서들(210, 220, 230)로부터 데이터 값을 취득하면, 제1 제어장치(410)에서 시리얼 통신을 통해 제2 제어장치인 라즈베리파이(420)로 데이터를 전송하고, 상기 제2 제어장치는 다시 각 항목별로 나누어 웹서버를 통해 사용자에게 전달한다.
상기 제1 제어장치(410)에서는 취득한 데이터를 바탕으로 릴레이모듈(430)을 사용하여 재배환경 조절모듈(300)의 각 장치를 제어함으로써, 식물의 재배에 필요한 광량, 수분, 온도, 습도 등 식물의 재배에 필요한 조건을 조절하고 가장 적합한 조건으로 자동적으로 유지시켜 줌으로써, 식물의 재배를 용이하게 할 수 있다.
본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
100: 하우징 110: 중앙처리 칸
120: 상부 메인 칸 130: 하부 메인 칸
136: 정화수단 140: 여분 칸
150: 내장형 물탱크 152: 배출홀
160: 급수장치 162: 연결관
164: 길이조절관 166: 급수관
166a: 구멍 168: 흙 유입 방지막
200: 센서모듈 210: 토양습도 센서
220: 온도습도 센서 230: 수위센서
300: 재배환경 조절모듈 310: 조명 모듈
320: 급수펌프 330: 환기팬
400: 제어모듈 500: 이동 단말기
120: 상부 메인 칸 130: 하부 메인 칸
136: 정화수단 140: 여분 칸
150: 내장형 물탱크 152: 배출홀
160: 급수장치 162: 연결관
164: 길이조절관 166: 급수관
166a: 구멍 168: 흙 유입 방지막
200: 센서모듈 210: 토양습도 센서
220: 온도습도 센서 230: 수위센서
300: 재배환경 조절모듈 310: 조명 모듈
320: 급수펌프 330: 환기팬
400: 제어모듈 500: 이동 단말기
Claims (13)
- 복수의 칸으로 구분되고, 각각의 칸이 조립식으로 설치되어 재배식물의 생장높이에 따라 추가하거나 제거할 수 있도록 분리형 구조를 갖는 하우징;
상기 재배식물에 대한 생장 환경 데이터를 측정하기 위한 센서모듈;
상기 센서모듈이 측정한 생장 환경 데이터에 따라 상기 재배식물에 대한 재배 환경을 조절하기 위한 재배환경 조절모듈;
상기 센서모듈이 측정한 생장 환경 데이터를 취득하고 상기 생장 환경 데이터의 분석 결과에 근거하여 상기 재배환경 조절모듈을 자동적으로 제어하는 제어모듈; 및
상기 제어모듈에서 취득한 생장 환경 데이터를 전송받아 확인하거나 상기 제어모듈을 원격으로 제어하도록 애플리케이션이 구동되는 이동 단말기; 를 포함하고, 상기 하우징은 상기 제어모듈을 설치하기 위한 중앙처리 칸; 상기 재배식물에게 생장에 적합한 환경을 조성하도록 상기 재배환경 조절모듈을 설치하는 상부 메인 칸; 상기 재배식물을 심기 위한 흙을 채울 수 있는 공간을 제공하며, 상기 재배식물에게 공급되는 물이 빠져나가도록 배수구 및 물받이가 구비되는 하부 메인 칸; 및 상기 재배식물의 생장높이에 따라 추가하거나 제거가 가능한 여분 칸; 을 포함하되, 상기 하부 메인 칸 내부에는 상기 재배식물의 뿌리를 중심으로 고르게 물이 통과할 수 있도록 외부의 물탱크에서 물을 공급받아 화분 내부로 물을 공급하는 내장형 물탱크가 더 설치되는 것을 특징으로 하고,
상기 내장형 물탱크는 외부에서 공급받은 물을 화분 내부로 배출하는 복수개의 배출홀이 형성되며, 상기 배출홀에는 상기 재배식물의 뿌리에 인접하게 물을 공급하기 위한 급수장치가 연결되는 것을 특징으로 하며,
상기 급수장치는 상기 물탱크의 배출홀에 연결되는 연결관; 상기 연결관에 조립식으로 끼워지며 상기 재배식물의 뿌리 길이 및 방향에 따라 길이와 방향을 다르게 조절가능하도록 하는 길이조절관; 상기 길이조절관의 단부에 연결되며, 재배식물의 뿌리에 물을 공급하기 위한 다수개의 구멍이 형성된 콘 형태의 급수관; 및 상기 급수관의 구멍을 통해 흙이 유입되는 것을 방지하여 물 전달 경로가 막히는 것을 방지하는 흙 유입 방지막; 을 포함하는 가정용 식물재배를 위한 스마트 식물재배장치. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 재배식물에 공급된 물을 정화하여 재배식물에게 재 공급하도록 물을 순환시키는 물순환 시스템이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 가정용 식물재배를 위한 스마트 식물재배장치. - 청구항 6에 있어서,
상기 물순환 시스템은 상기 재배식물이 심겨진 하부 메인 칸의 물받이에 모인 물을 펌핑하는 펌핑수단;
상기 물받이에 흙이 유입되는 것을 방지하고 상기 재배식물에 공급된 물을 정화하여 재사용이 가능하도록 하는 정화수단; 및
상기 센서모듈에 의해 상기 물받이의 수위가 일정 수준 밑으로 내려간 것이 측정되면 상기 제어모듈의 제어에 따라 상기 물받이로 물을 급수하는 외부 물탱크;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 가정용 식물재배를 위한 스마트 식물재배장치. - 청구항 7에 있어서,
상기 정화수단은 패브릭, 메쉬, 숯 및 상토를 포함하며,
상기 하부 메인 칸의 바닥에서부터 패브릭, 메쉬, 숯, 상토의 순서로 깔아 흙 유입 방지 및 물의 재 사용이 가능하도록 하는 것을 특징으로 하는 가정용 식물재배를 위한 스마트 식물재배장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 하우징은 실내의 산소량을 늘리기 위해 밀폐형으로 제작하며,
아크릴, 도자기, 나무, 유리 또는 금속 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가정용 식물재배를 위한 스마트 식물재배장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 센서모듈은 상기 하우징 내 토양의 건조도를 실시간으로 측정하는 토양습도 센서;
상기 하우징 내 온도 및 습도를 실시간으로 측정하는 온도습도 센서; 및
상기 재배식물에 물을 공급하는 물탱크 또는 물받이의 수위를 측정하는 수위센서;
를 포함하는 가정용 식물재배를 위한 스마트 식물재배장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 재배환경 조절모듈은 상기 재배식물에 엘이디광을 발산하도록 하는 조명 모듈;
상기 하우징 내 측정된 토양의 건조도, 물탱크의 수위 또는 물받이의 수위에 따라 물을 급수하는 급수펌프; 및
상기 하우징 내 측정된 온도 및 습도 데이터에 따라 상기 하우징 내를 환기시키기 위한 환기팬;
을 포함하는 가정용 식물재배를 위한 스마트 식물재배장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 재배식물의 영상을 얻어 상기 이동 단말기로 영상을 보내주기 위한 카메라 모듈이 더 설치되는 것을 특징으로 하는 가정용 식물재배를 위한 스마트 식물재배장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 제어모듈은 상기 센서모듈로부터 제공되는 생장 환경 데이터를 취득하는 제1 제어장치;
상기 제1 제어장치와 통신하여 제1 제어장치로부터 제공되는 생장 환경 데이터를 상기 이동 단말기로 제공하는 제2 제어장치; 및
상기 제1 제어장치에서 취득한 데이터를 통해 상기 재배환경 조절모듈을 제어하기 위한 릴레이모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 가정용 식물재배를 위한 스마트 식물재배장치.
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