KR102099610B1 - 식물공장 시스템 및 이를 이용한 식물의 발아여부 및 육성정도 판단방법 - Google Patents

식물공장 시스템 및 이를 이용한 식물의 발아여부 및 육성정도 판단방법 Download PDF

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Abstract

식물공장 자동화 시스템 및 이를 이용한 식물의 육성정도 판단방법을 개시한다. 본 발명의 식물공장 시스템은 씨앗을 발아시키는 발아부; 발아된 모종에 대한 발아 여부 및 육성 상태를 검사하고 분류하는 검사부; 상기 검사부에서 검사한 분류한 모종 중 육성 상태가 충분한 모종에 대하여 완전히 성장할 때까지 재배하는 재배부; 본 발명의 식물공장 시스템에서의 온도, 습도 및 이산화탄소 농도를 측정할 수 있는 하나 이상의 센서를 포함하는 센서부; 본 발명의 식물공장 시스템에서의 온도, 습도 및 이산화탄소 농도를 조절하는 환경조절부; 본 발명의 식물공장 시스템을 제어하고 동작하기 위한 제어부; 그리고 상기 제어부와 유선 또는 무선으로 통신 가능한 하나 이상의 단말기를 포함하고, 이를 이용하여 식물의 육성정도를 판단하는 방법을 제공한다.

Description

식물공장 시스템 및 이를 이용한 식물의 발아여부 및 육성정도 판단방법{PLANT FACTORY SYSTEM, AND ITS METHOD OF DETERMINE THE GERMINATION AND GROWTH OF PLANT USING THEREOF}
본 발명은 식물공장 시스템 및 이를 이용한 식물의 육성정도 판단방법에 대한 것으로, 보다 상세하게는 목표식물의 발아 및 육성상태를 카메라를 통하여 관측 및 판단할 수 있도록 하는 식물공장 시스템과, 이를 이용한 식물의 발아여부 및 육성정도 판단방법에 대한 것이다.
식물공장은 식물이 자라는데 필요한 환경을 통제된 일정한 시설 내에서 온도, 습도, 빛, 이산화탄소 농도, 배양액 등의 환경조건을 지역이나 기후조건에 관계없이 인공적으로 제어해 연속 생산하는 차세대 농업 시스템이다.
최근 기상이변이 자주 발생함으로써 노지재배 식물의 생산량이 떨어지고 국내 농업 종사자가 급격하게 노령화됨으로써 단위면적당 생산량이 높고 무균실에서 성장해 무공해 식물을 수확이 가능한 식물공장의 필요성이 높아지고 있다.
하지만, 식물공장의 현실은 자동화 장치의 개발이 미흡하여 인력을 고용해야하며, 발아 판단여부, 정식가능 여부, 재배가능 여부, 성장정도를 사람의 주관적인 시각에 따라 판단함으로써 객관적인 판단이 어렵고 표준화된 데이터를 획득을 할 수 없어 식물공장의 생산성을 높일 수 없다는 문제점이 있다.
또한, 많은 노동력이 필요하고 노동비용의 상승으로 식물공장을 운영하기 어려운 실정에 따라 자동화 시스템의 개발이 절실히 필요한 시점이다.
한국등록특허 제10-1571548호 한국등록특허 제10-1822410호 한국등록특허 제10-1263752호
본 발명의 목적은 식물공장으로서 발아부에서 육성시켜 발아한 식물에 대하여 발아유무 및 육성정도를 자동적으로 판별하여 관리자에게 육성중인 식물에 대한 정보를 제공할 수 있도록 하는 발아유무 및 육성정도 판별방법과, 이를 적용한 식물공장을 적용하는 데 그 목적이 있다.
본 발명은 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여,
식물공장 시스템으로서 씨앗을 발아시키는 발아부; 발아된 모종에 대한 발아 여부 및 육성 상태를 검사하고 분류하는 검사부; 상기 검사부에서 검사한 분류한 모종 중 육성 상태가 충분한 모종에 대하여 완전히 성장할 때까지 재배하는 재배부; 본 발명의 식물공장 시스템에서의 온도, 습도 및 이산화탄소 농도를 측정할 수 있는 하나 이상의 센서를 포함하는 센서부; 본 발명의 식물공장 시스템에서의 온도, 습도 및 이산화탄소 농도를 조절하는 환경조절부; 본 발명의 식물공장 시스템을 제어하고 동작하기 위한 제어부; 그리고 상기 제어부와 유선 또는 무선으로 통신 가능한 하나 이상의 단말기를 포함하고,
상기 발아부는 목표식물의 씨앗이 심어진 하나 이상의 발아판을 포함하는 발아부 몸체; 상기 씨앗이 심어진 발아판 위에 양액을 공급하기 위한 발아측 양액공급부; 그리고 상기 씨앗이 심어진 발아판 위에 빛에너지를 공급하기 위하여 하나 이상의 LED를 포함하고 있는 발아부LED를 포함하며,
상기 검사부는 검사부 몸체; 상기 발아부의 발아판을 상기 검사부로 이송시키는 좌우이송부; 상기 좌우이송부 또는 좌우이송부에서 이송된 발아판을 검사부 몸체 내부에서 상하로 이송시키기 위한 상하이송부; 상기 이송되어 상기 검사부 몸체에 위치한 발아판에 대하여 발아한 씨앗의 육성정도를 판별하는 카메라부를 포함하고,
상기 제어부는 상기 센서부가 송신하는 하나 이상의 센서 신호를 수신하여 상기 발아부, 검사부, 재배부 및 환경조절부를 제어하는 시스템제어부; 상기 카메라부에서 촬영한 이미지를 분석하는 데이터분석부; 상기 데이터분석부에서 분석한 데이터를 이용하여 생육분류 데이터(PD)와 개별생육 데이터(PD)를 생성하는 데이터생성부; 상기 제어부에서 사용하는, 상기 센서부에서 송신하는 하나 이상의 센서 신호와 비교할 수 있는 환경정보가 갱신 가능하게 구분되어 저장되어 있는 기준데이터 DB와, 상기 개별생육 데이터(PD)가 갱신 가능하게 구분되어 저장될 수 있는 개별생육상태 DB를 포함하는 제어DB; 그리고 상기 단말기와 유선 또는 무선으로 통신할 수 있는 통신부를 포함하며,
상기 재배부는 하나 이상의 재배판을 포함하는 재배부 몸체; 상기 하나 이상의 재배판에 각각 양액을 공급하는 재배측 양액공급부; 상기 하나 이상의 재배판에 각각 빛에너지를 공급하기 위하여 하나 이상의 LED를 포함하는 재배부LED; 그리고 산소를 공급하기 위한 산소발생기를 포함하는 것을 특징으로 하는, 식물공장 시스템.
상기에서, 하나 이상의 발아판은 각각 액체를 잘 흡수할 수 있는 스펀지로 제작되고, 일정 간격으로 잘려져 개별 스펀지피스로 분리될 수 있도록 하되 완전히 분리되지 않도록 일부가 덜 잘려져 연결되어 있는 발아스펀지; 그리고 선반을 포함하고, 상기 개별 스펀지피스 각각은 씨앗이 끼워져 수용될 수 있도록 수납홈이 형성되는 것이 바람직하다.
상기에서, 발아측 양액공급부는 양액이 보관되는 양액탱크; 양액을 이송시키기 위해 동력을 제공하는 양액펌프; 하나 이상의 관 또는 호스와 하나 이상의 피팅 및 조인트를 포함하는 양액이송라인; 그리고 상기 양액이송라인에 설치되어 양액이송라인을 따라 흐르는 양액을 분무할 수 있도록 하는 하나 이상의 분무스프레이를 포함한다.
상기에서, 검사부 몸체는 지면에 고정된 고정몸체와, 상기 고정몸체 위에서 이동할 수 있는 이동몸체를 포함하고, 상기 고정몸체는 하나 이상의 고정몸체레일이 포함되어 설치되며, 상기 이동몸체에는 상기 고정몸체레일 위에서 이동할 수 있도록 하는 하나 이상의 레일롤러와, 상기 레일롤러에 동력을 제공할 수 있는 롤러모터가 포함되어 설치되는 것이 바람직하다.
상기에서, 하나 이상의 고정몸체레일 및 상기 하나 이상의 레일롤러는 각각 서로 맞물릴 수 있는 톱니바퀴 형태로 형성되는 것이 바람직하다.
상기에서, 이동몸체는 하나 이상의 볼캐스터를 포함하고, 상기 고정몸체에는 상기 볼캐스터의 볼 부분을 수용할 수 있도록 하는 하나 이상의 볼캐스터 레일이 형성되도록 하는 것이 바람직하다.
상기에서, 좌우이송부는 제1이송부와 제2이송부를 포함하고, 상기 제1이송부는 상기 검사부 몸체 위에서 좌우로 슬라이딩하여 움직일 수 있는 하나 이상의 제1이송장치와, 상기 제1이송장치에 동력을 제공하여 움직일 수 있도록 하는 제1이송장치 모터를 포함하며, 상기 제2이송장치는 상기 제1이송부 위에서 좌우로 슬라이딩하여 움직일 수 있는 하나 이상의 제2이송장치와, 상기 제2이송장치에 동력을 제공하여 움직일 수 있도록 하는 제2이송장치 모터를 포함하는 것이 바람직하다.
상기에서, 상하이송부는 상하이송장치와, 상기 상하이송장치에 동력을 제공하여 움직일 수 있도록 하는 상하이송장치 모터를 포함하고, 상기 하나 이상의 상하이송장치는 각각 회전축, 벨트결합부 및 상기 벨트결합부에 결합될 수 있는 벨트를 포함하며, 상기 검사부 몸체는 상기 벨트와 결합될 수 있는 이송장치 하단 베어링을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 카메라부는 상기 카메라를 X축으로 이송시키기 위한 X축 카메라 이송장치; 상기 카메라를 Y축으로 이송시키기 위한 Y축 카메라 이송장치; 그리고 사진촬영이 가능하며, 상기 X축 카메라 이송장치 또는 Y축 카메라 이송장치 중 어느 하나의 단부에 설치되는 카메라를 포함한다.
상기에서, 센서부는 온도센서, 습도센서, 이산화탄소 농도센서, 전기전도도(EC)센서, 총 용존 고형물(TDS)센서 및 pH센서를 포함하고, 상기 환경조절부는 덕트팬 및 공기조화장치, 온도조절장치를 포함하는 것이 바람직하다.
상기의 데이터분석부 및 데이터생성부가 상기 카메라부가 촬영한 영상으로 상기 생육분류 데이터(GD)와 개별생육 데이터(PD)를 생성하여 전송하는 방법으로서, 상기 카메라부가 발아판 위의 발아한 식물 종자를 개별적으로 촬영하고, 해당 발아판에 대한 원시 데이터를 생성하는 촬영단계(S1); 상기 단계(S1)를 통하여 개별적으로 촬영된 각각의 식물에 대하여 육성정도를 판단하는 육성판단단계(S2); 상기 단계(S2) 이후, 상기 촬영단계(S1)를 통해 생성된 원시 데이터에 상기 육성판단단계(S2)에서의 판단결과를 적용하여 생육분류 데이터(GD)와 개별생육 데이터(PD)를 생성하는 데이터 생성단계(S3); 그리고 상기 단계(S3)를 통해 생성된 생육분류 데이터(GD)를 상기 통신부를 통하여 관리자의 단말기에 제공하고, 상기 단계(S3)를 통해 생성된 상기 개별생육 데이터(PD)를 상기 개별 생육상태 DB에 구분 가능하게 갱신 저장하는 데이터 제공단계(S4)를 통하여 데이터를 생성하고 전송한다.
상기의 카메라부가 촬영한 식물에 대하여 육성정도를 판단하는 방법으로서, 상기 카메라부가 촬영한 개별 식물 이미지를 상기 데이터분석부가 수신하는 개별 식물 이미지 수신단계(S21); 상기 단계(S21)를 통하여 수신된 개별 식물 이미지에 대하여 RGB색차계를 기반으로 한 마스크를 적용하는 마스크 처리단계(S22); 상기 단계(S22)를 통하여 마스크 처리된 식물 이미지에 대하여 픽셀값을 이진화하는 이진화 처리단계(S23); 상기 단계(S23)를 통하여 이진화 처리된 식물 이미지에 대하여 컨투어 처리를 하는 컨투어 처리단계(S24); 상기 단계(S24)를 통하여 경계선이 그려진 식물 이미지에 대하여 면적중심을 표시하는 면적중심 처리단계(S25); 상기 단계(S25)를 통하여 면적중심심이 표시된 식물 이미지에 대하여 경계선 사이 변환되는 구간마다 벡터값을 구하여 일정 값 이상 변환되는 구간에 대하여 표시하는 벡터 변화량 처리단계(S26); 상기 단계(S26)를 통하여 변화구간이 표시된 식물 이미지에 대하여 면적중심과 표시된 구간 사이를 기준으로 라인을 형성하고, 컨투어 과정과 면적중심으로부터 경계사각형을 생성하여 라인별로 분할된 이미지를 인식함으로서 엽수마다 경계사각형을 형성할 수 있도록 하는 경계사각형 처리단계(S27); 그리고 상기 단계(S27)를 실시하여 경계사각형이 표시된 이미지에 대하여, 경계사각형의 종횡비와 경개사각형의 개수를 통하여 잎의 개수, 잎의 폭 및 잎의 크기를 판단하여 촬영 대상 식물의 발아여부 및 육성정도를 판단하고 통보하는 육성정보 판단 및 통보단계(S28)를 통하여 육성정도를 판단한다.
상기에서, 하나 이상의 재배판은 각각 내부가 빈 사각 틀 형태로 형성되고 밑바닥 일측에 양액이송라인과 이어져 양액이 인입될 수 있는 이송라인입구가 형성되며, 타측에 양액이송라인과 이어져 양액이 배출될 수 있는 이송라인출구가 형성되고, 상기 이송라인입구와 이송라인출구 사이에는 하나 이상의 칸막이가 형성되는 재배판 몸체; 상기 재배판 몸체 상단을 덮을 수 있으며, 하나 이상의 브라켓홈이 형성되어 있는 재배판 뚜껑; 그리고 상기 브라켓홈에 각각 끼울 수 있는 하나 이상의 육성브라켓을 포함하고. 상기 육성브라켓은 상기 브라켓홈보다 큰 직경을 갖고 가운데가 뚫려 있는 판인 걸림부와, 상기 걸림부의 뚫려 있는 가운데 부분에 연장되는 적어도 둘 이상의 고정핀을 포함하며, 상기 고정핀은 각각 바깥 부분이 경사지게 형성되고, 안쪽 부분으로는 톱니가 형성되고, 상기 적어도 둘 이상의 고정핀 사이에는 일정 거리 떨어져 이격부가 형성되며, 상기 고정핀과 상기 걸림부가 연결되는 부분에는 홈이 형성되되록 하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 식물공장 시스템은 관리자가 발아부 내 발아판에 위치시킨 모종에 대하여 빠르고 일률적으로 발아유무 및 육성정도를 판단함으로서 식물의 육성정도 판별에 걸리는 시간을 획기적으로 줄일 수 있음은 물론, 임의의 기준이 아닌 명확한 판단기준에 따라 발아부에서 지속적인 육성이 필요한지 또는 재배부에서의 육성이 필요한지를 판단함으로서 불필요한 노동력을 줄이고 식물 육성의 정확도롤 높여 궁극적으로 출하량을 높일 수 있다.
또한 본 발명의 식물공장은 흙을 사용하는 것이 아닌 스펀지에 파종하여 발아하는 방식으로서 비용이 크게 소모되는 무균 무독토양을 별도로 구비하여 사용할 필요가 없으며 별도의 식물 세척 및 건조과정이 필요하지 않아 식물공장의 운영비용을 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 식물공장의 구조도.
도 2는 본 발명의 발아부의 일예시 평면도.
도 3은 본 발명의 발아판의 분해사시도.
도 4는 본 발명의 검사부의 구조도.
도 5a~5d는 본 발명의 검사부의 일예시 도면.
도 6은 본 발명의 제어부의 구조도.
도 7a는 본 발명의 데이터분석부 및 데이터생성부의 동작 순서도.
도 7b~7d는 본 발명의 데이터분석부 및 데이터생성부의 동작에 따라 산출되는 데이터의 일예시 구조도.
도 8a는 본 발명에서의 촬영한 식물에 대하여 육성정도를 판단하는 방법을 도시한 순서도.
도 8b~8h는 본 발명의 촬영한 식물에 대하여 변환되는 사진 이미지.
도 9는 본 발명의 재배판의 사용상태 사시도.
도 10은 본 발명의 재배판의 단면 평면 구조도.
도 11은 본 발명의 육성브라켓의 사용상태 사시도.
이하에서는 본 발명을 첨부되는 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다. 하기의 설명은 본 발명의 실시와 이해를 돕기 위한 것이지 본 발명을 이에 한정하는 것은 아니다. 당업자들은 이하의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 내에서 다양한 변형 및 변경이 있을 수 있음을 이해할 것이다.
도 1은 본 발명의 식물공장 시스템(1000)의 구성을 도시한 구조도이다. 이하에서는 도 1을 통하여 본 발명의 식물공장 시스템(1000)의 기본적인 구성요소에 대하여 설명한다.
설명에 앞서, 이하에서 사용하는 용어 '양액' 은 목표 식물에게 충분한 영양을 공급할 수 있도록 각종 영양성분이 포함된 액체이며, 상기 양액의 성분은 목표 식물에 따라 달라질 수 있다. 또한 목표 식물에 따른 양액의 성분은 종래에 일반적으로 시판되어 사용되고 있는 것을 사용하면 된다.
본 발명의 식물공장 시스템(1000)은 크게 씨앗에서 발아된 형태까지 육성시키는 발아부(100), 발아된 모종에 대하여 발아 여부 및 육성 상태를 검사하고 분류하는 검사부(200), 상기 검사부(200)에서 발아가 되고 육성이 충분한 상태까지 완료되었다고 판단한 모종에 대하여 완전히 성장할 때까지 재배하는 재배부(300), 상기 시스템(1000) 내부의 온도, 습도 및 이산화탄소 농도 등을 측정할 수 있는 하나 이상의 센서를 포함하는 센서부(500), 상기 시스템(1000) 내부의 온도 및 습도, 이산화탄소 농도 등의 환경 요인들을 조절할 수 있도록 하는 하나 이상의 구성요소들을 포함하는 환경조절부(600), 그리고 상기한 구성요소들을 포함한 본 발명의 시스템(1000)을 제어하고 동작시키기 위한 제어부(400)를 포함한다.
그리고 본 발명의 식물공장 시스템(1000)은 관리자가 사용하는 하나 이상의 단말기(700)를 포함한다. 상기 하나 이상의 단말기(700)는 관리자가 상기 식물공장 시스템(1000)을 제어하고, 상기 식물공장 시스템(1000)에서 제공하는 정보를 확인하기 위한 것으로서, 가시적으로 상기 정보를 확인하기 위한 디스플레이와, 제어를 위한 인터페이스를 포함하고 있어야 한다. 또한 상기 통신부(450)와의 유선 또는 무선 통신이 가능해야 한다.
상기와 같은 단말기(700)는 상기와 같은 조건을 충족하기 위하여, 종래에 일반적으로 사용되고 있는, 전기통신망에 접속하여 웹 서비스를 제공받을 수 있거나 프로그램 설치가 가능한 데스크탑 PC 또는 스마트폰, 태블릿 PC 등을 사용하는 것이 바람직하며, 또는 본 발명의 식물공장 시스템(1000)에 사용하기 적합한 별도의 기기를 제조하여 사용할 수도 있다.
도 2는 상기 발아부(100)의 일예시 평면도이며, 도 3은 발아판(1100)의 전체적인 모습을 표현한 도면이다. 이하에서는 도 1 내지 도 3을 통하여 상기 발아부(100)의 구성 및 동작에 대하여 설명한다.
설명에 앞서, 도 2에서 개시하고 있는 발아부(100)는 도 1의 발아부(100)를 실제로 구현하기 위한 일예시로서, 제작자는 도 2에서 개시하고 있는 형태 외에 다른 형태로도 상기 발아부(100)를 구현할 수 있다.
우선 도 1에서 개시된 바와 같이, 상기 발아부(100)는 목표식물의 씨앗을 심을 수 있는 하나 이상의 발아판(1100)을 포함하는 발아부 몸체(110), 상기 발아판(1100) 위에 심어져 있는 식물 씨앗에 대하여 양액을 공급하기 위한 발아측 양액공급부(120), 그리고 상기 식물 씨앗에 대하여 햇빛을 대체하여 빛에너지를 공급하기 위한 발아부LED(130)를 포함한다.
상기의 구성에 대하여 더 자세히 설명하면, 상기 발아부 몸체(110)는 발아부의 전체 뼈대를 이루는 몸체로서, 도 2에서 도시된 바와 같이 여러 발아판들(1100a, 1100b...)을 수납할 수 있는 개방된 서랍 형태로 제작할 수 있다.
상기와 같은 형태로 형성될 수 있는 발아부 몸체(110)에 수납되는 발아판(1100)에 대하여 설명하면, 도 3에서 도시된 바와 같이 발아스펀지(1110)와 선반(1120)을 포함한다.
상기 발아스펀지(1110)는 액체를 잘 흡수할 수 있는 스펀지 재질로 재작되며, 개별적인 육면체 형태의 개별 스펀지피스(1111)로 분리될 수 있도록 일정 크기 간격으로 잘려져 있되, 완전히 분리되지는 않도록 끄트머리가 약간 덜 잘려져 연결되도록 하는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로서, 상기 발아스펀지(1110)가 전체적으로 흐트러지지 않고 조밀하게 위치할 수 있게 된다.
그리고 상기 개별 스펀지피스(1111) 각각은 씨앗을 끼워서 심기 위하여, 수납홈(1112)이 상단에 형성된다. 보다 수월한 씨앗 파종 및 육성을 위하여, 상기 수납홈(1112)은 십자(┼) 형태로 형성하는 것이 바람직하다. 만약 상기 수납홈(1112)이 일자(━) 형태로 형성되는 등 너무 좁게 형성되면 씨앗이 안에 끼어들어가기 힘들뿐더러 발아에 필요한 공간이 확보되지 않아 발아가 잘 되지 않게 되고, 또한 상기 수납홈(1112)에 너무 넓거나 헐겁게 형성되면 틈에 파종된 씨앗이 이탈하거나, 발아 중 씨앗이 고정되지 않아서 불안정하게 되므로 상기와 같이 하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 형성된 수납홈(1112)에 씨앗을 끼워서 심음으로서, 상기 발아스펀지(1110) 상에 씨앗을 파종할 수 있게 되는 것이다.
그리고 상기 선반(1120)은 상기 발아스펀지(1110)를 받치기 위한 선반으로서 상기 발아스펀지(1110)를 용이하게 수납하고 운반할 수 있는 크기 및 형태이면 되며, 크기만 맞다면 종래의 선반을 사용할 수도 있다.
상기와 같은 구성요소들을 포함하는 발아판(1100)은 사용자의 의사 및 상기 발아부 몸체(110)의 수용용량에 따라 하나 이상 포함되어 사용될 수 있다.
그리고 상기 발아측 양액공급부(120)는 상기 각각의 발아판(1100) 위 발아스펀지(1110)에 파종되어 있는 씨앗에 영양성분이 포함된 양액을 골고루 제공하기 위한 것으로, 양액이 보관되어 있는 양액탱크(121), 상기 양액탱크(121)에 보관되어 있는 양액을 이송시키기 위한 펌프인 양액펌프(122), 양액이송라인(123) 및 분무스프레이(124)를 포함한다.
상기와 같은 발아측 양액공급부(120)는 도 2에 도시된 바와 같이 구현될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 양액탱크(121) 및 양액펌프(122)는 통상의 액체 보관용 용기와, 액체를 이송시킬 수 있는 펌프를 사용하면 된다.
그리고 양액이송라인(123)은 상기 양액탱크(121)에 보관되어 있는 양액이 이송될 수 있도록 하기 위한 관으로서, 상기 발아부 몸체(110)상에 고정 설치된다. 이러한 상기 양액이송라인(123)은 금속 또는 합성수지재의 관이나 호스, 그리고 관이나 호스 사이사이를 연결시킬 수 있는 피팅 및 조인트를 포함한다.
여기서 상기 양액이송라인(123)은 전체 라인 중 어느 특정한 부분의 양액공급을 자동 또는 수동으로 차단할 수 있는 하나 이상의 밸브를 포함할 수 있다.
그리고 상기 양액이송라인(123)에는 하나 이상의 분무스프레이(124)가 설치된다. 상기 분무스프레이(124)는 상기 양액이송라인(123)을 타고 흐르는 양액을 상기 씨앗이 파종된 발아스펀지(1110) 위에 골고루 제공하기 위한 것으로서, 양액공급의 여닫이를 수동 또는 자동으로 조절할 수 있는 개폐부와 스위치를 포함하며 상기 양액을 에어로졸(Aerosol) 형태로 상기 발아스펀지(1110)에 흩뿌릴 수 있도록 하는 통상의 스프레이 형태로 제작되는 것이 바람직하다.
그리고 발아부LED(130)는 상기 씨앗이 파종된 발아스펀지(1110) 위에 햇빛을 대체하여 빛에너지를 제공할 수 있는 하나 이상의 LED(Light emitting diode)전구와, 상기 하나 이상의 LED의 동작을 위한 전자부품 등의 구성을 포함하는 것으로서, 종래의 식물공장용 LED와 그 구성을 사용하면 된다.
상기 구성요소들 중 양액펌프(122) 및 발아부LED(130)의 동작은 상기 제어부(400)에 의해 제어되며, 또한 상기 양액이송라인(123)에 유선 또는 무선제어에 따라 자동으로 동작하는 밸브가 포함되어 있거나, 상기 분무스프레이(124)에 유선 또는 무선제어에 따라 자동으로 동작하는 개폐부가 있을 경우 이 역시 상기 제어부(400)에 의해 제어된다.
도 4는 본 발명의 검사부(200)의 구체적인 구조도이며, 도 5a~5d는 상기 검사부(200)의 일예시 도면이다. 이하에서는 도 1 및 도 4, 도 5를 통하여 상기 검사부(200)의 구체적인 구성 및 동작에 대하여 설명한다.
도 1에서 도시된 바와 같이, 상기 검사부(200)는 뼈대를 이루는 검사부 몸체(210), 상기 발아부(100)의 발아판(1100)을 상기 검사부(200)로 이송시키도록 하는 좌우이송부(220) 및 상하이송부(230), 이송된 상기 발아판(1100)의 개별 스펀지피스(1111) 내 발아한 씨앗의 육성정도를 판별하는 카메라부(240)를 포함한다.
이에 대해 도 4를 통하여 더 자세히 설명하면, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 검사부 몸체(210)는 고정되어 있는 고정몸체(211)와, 상기 고정몸체(211) 상에서 일정하게 움직일 수 있는 이동몸체(212)를 포함한다.
이를 위하여, 상기 고정몸체(211)에는 상기 이동몸체(212)가 일정 방향으로 움직일 수 있도록 하는 고정몸체레일(2111)이 하나 이상 설치된다.
그리고 상기 이동몸체(212)는 상기 고정몸체레일(2111) 상에서 안정적으로 이동할 수 있도록 하는 바퀴인 레일롤러(2121)와, 상기 레일롤러(2121)에게 동력을 제공하는 롤러모터(2122)를 포함한다.
바람직하게는, 도 5a 및 5b에서 도시된 바와 같이, 상기 고정몸체레일(2111)을 한 쌍의 톱니바퀴 형상으로 제작 하여 상기 고정몸체(211)의 양 측면상에 설치하고, 상기 레일롤러(2121) 또한 상기 고정몸체레일(2111)에 맞물릴 수 있도록 톱니바퀴 형상으로 하여 한 쌍(2121, 2121')으로 구성하여 상기 이동몸체(212)에 설치하여 상기 롤러모터(2122)로부터 동력을 제공받도록 한다.
상기와 같이 하는 이유는, 상기 고정몸체레일(2111) 및 레일롤러(2121)를 톱니바퀴 형상으로 형성하게 되면 상호간에 안정적으로 맞물리게 되어 외부의 충격 등에서도 쉽게 이탈하는 것을 방지하고, 정확한 위치에 상기 이동몸체(212)가 위치할 수 있기 때문이다.
또한 추가적으로 이동몸체(212)의 부드러운 움직임을 위하여, 상기 고정몸체레일(2111) 외에도 상기 이동몸체(212)는 하나 이상의 볼캐스터를 포함하여, 상기 하나 이상의 볼캐스터를 상기 이동몸체(212)의 하단 바닥에 설치하여 상기 고정몸체(211)의 프레임을 따라 움직일 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 또한 이러한 상기 하나 이상의 볼캐스터의 움직임을 수용하기 위하여, 상기 고정몸체(211)에는 볼캐스터의 볼 부분을 수용할 수 있는 별도의 볼캐스터 레일이 하나 이상 형성될 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 볼캐스터를 4개 구성하여 상기 이동몸체(212)의 각각 모서리에 하나씩 설치하여, 상기 이동몸체(212)가 안정적으로 상기 고정몸체(211)의 프레임 위에서 움직이도록 하는 것이 바람직하다.
그리고 좌우이송부(220)는 상기 발아부(100)의 발아판(1100)을 꺼내서 상기 검사부(200)로 이송시키기 위한 것으로, 도 4에서 도시된 바와 같이 개별적인 제1이송부(221)와 제2이송부(222)를 포함하여 구성하는 것이 바람직한데, 이는 상기 제1이송부(221)를 이용하여 상기 발아부(100)로부터 상기 발아판(1100)을 이송시키도록 하고, 상기 제2이송부(222)를 이용하여 상기 이송된 발아판(1100)을 상기 검사부(200) 내부에서 세밀하게 위치를 조절하여 상기 카메라부(240)가 원활하게 동작될 수 있도록 하기 위함이다.
상기 제1이송부(221)는 하나 이상의 제1이송장치(2211)와, 상기 제1이송장치(2211)를 구동시키기 위한 제1이송장치 모터(2212)를 포함한다.
상기 제1이송장치(2211)는 도 5a 및 도 5c에 도시된 바와 같이, 상기 제1이송부(221)를 구성하는 몸체인 프레임 위에서 상기 발아판(1100)의 선반(1120)을 안정적으로 받쳐서 이송시킬 수 있도록 한 쌍의 암과, 상기 한 쌍의 암을 슬라이딩하여 움직일 수 있도록 하는 하나 이상의 동력구동 바퀴를 포함하는 것이 바람직하며, 상기 동력구동 바퀴들은 상기 제1이송장치 모터(2212)에 의해 동력을 구동 받아 동작할 수 있다.
상기와 같은 제1이송장치(2211)의 동작 및 상기 제1이송부(221)의 구체적인 구성 등은 종래에 사용되고 있는 슬라이딩 구조를 사용하면 되므로 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
바람직하게는, 상기 제1이송장치(2211)는 한 쌍의 암에 대한 부드러운 슬라이딩을 보장하기 위하여, 하나 이상의 베어링유닛과 베어링 니들핀을 포함하여, 상기 하나 이상의 베어링유닛과 베어링 니들핀을 상기 제1이송부(221)를 구성하는 프레임 위에 설치함으로서, 상기 제1이송장치(2211)에 포함되는 한 쌍의 암이 부드럽게 슬라이딩될 수 있도록 한다.
그리고 상기 제2이송부(222)는 하나 이상의 제2이송장치(2221)와, 상기 제2이송장치(2221)를 구동시키기 위한 제2이송장치 모터(2222)를 포함한다.
상기 제2이송장치(2221)는 도 5a 및 도 5c에 도시된 바와 같이, 상기 제1이송장치(2211)를 구성하는 한 쌍의 암 위에서 슬라이딩하여 움직일 수 있도록 하며, 상기 선반(1120)을 받쳐서 움직일 수 있도록 하는 한 쌍의 이송판과, 상기 한 쌍의 이송판을 상기 한 쌍의 암 위에서 움직일 수 있도록 하는 하나 이상의 슬라이딩장치를 포함하는 것이 바람직하며, 상기 슬라이딩장치들은 상기 제2이송장치 모터(2222)에 의해 동력을 받아 동작할 수 있다. 상기와 같은 제2이송장치(2221)의 동작 및 상기 제2이송부(222)의 구체적인 구성 등은 종래에 사용되고 있는 슬라이딩 구조를 사용하면 되므로 이에 대한 자세한 설명 등은 생략한다.
그리고 상기 상하이송부(230)는 하나 이상의 상하이송장치(231)와 상하이송장치 모터(232)를 포함한다.
상기 상하이송장치(231)는 상기 선반(1120)을 운번하는 상기 좌우이송부(220)를 상기 검사부 몸체(210) 상에서 상하로 움직일 수 있도록 하는 부분으로서, 회전축(2311)와 벨트결합부(2312) 및 상기 벨트결합부(2312)에 결합되는, 합성수지재 또는 철제 체인 등으로 구성될 수 있는 벨트(도시되지 않음)를 포함하고, 상기 상하이송장치 모터(232)가 상기 회전축(2311)에 동력을 제공하도록 하는 것이 바람직하다.
상기와 같은 구조에 대하여 도 5c 및 도 5d를 통하여 자세히 설명하면, 상기 회전축(2311)의 양 단부에 상기 벨트결합부(2312)가 설치되고, 상기 벨트결합부(2312)에는 상기 벨트(도시되지 않음)가 걸린다.
그리고 상기 벨트(도시되지 않음)의 어느 한 부분이 상기 상하이송부(230)의 프레임 중 어느 한 곳에고정 결합된다. 예를 들어, 도 5d에서 도시된 바와 같이, 상기 상하이송부(230)의 프레임 중 녹색으로 칠해진 부분(G)과 상기 벨트(도시되지 않음)의 안쪽 면이 단단하게 고정 결합되도록 한다.
그리고 도면에는 표시되지 않지만, 상기 검사부 몸체(210)에는 상기 벨트(도시되지 않음)를 팽팽하게 잡아 당긴 채로 상기 벨트(도시되지 않음)의 회전에 따라 부드럽게 회전될 수 있는 이송장치 하단 베어링이 더 포함될 수 있다. 상기와 같이 함으로서 상기 벨트결합부(2312)와 이송장치 하단 베어링이 상기 벨트(도시되지 않음)를 잡아당기는 양 축으로서 위치하고, 이리하여 폐곡선을 그리는 상기 벨트(도시되지 않음)는 상기 벨트결합부(2312)의 회전에 따라 부드럽게 회전 운동할 수 있다.
그리고 상기 벨트(도시되지 않음)의 움직임에 따라, 고정 결합된 상기 상하이송부(230)가 따라서 상하로 움직일 수 있게 되는 것이다.
상기와 같은 상하이송부(230)의 상하 움직임을 원활하고 안정적으로 실시하기 위하여, 도 5c에서 도시된 바와 같이 상기 상하이송장치 및 모터를 한 쌍(231, 231', 232, 232')으로 구성하고, 4개의 벨트를 이용하여 사각 프레임의 양 끝단에 상술한 방법으로 설치하도록 함으로서, 상기 좌우이송부(220)가 사방에서 균일한 힘을 받도록 하는 것이 바람직하다.
상기 카메라부(240)는 도 5a 및 도 5c에 도시된 바와 같이, 카메라(241, 도 4)를 X축으로 이송시키기 위한 이송레일 및 모터 등의 이송수단을 포함하는 X축 카메라 이송장치(242)와, 상기 카메라(241, 도 4)를 Y축으로 이송시키기 위한 이송레일 및 모터 등의 이송수단을 포함하는 Y축 카메라 이송장치(243)를 포함한다. 상기 카메라(241)는 상기 이송장치(242, 243) 중 어느 하나의 단부에 설치되어 그 기능을 수행한다.
도 6은 본 발명의 제어부(400)의 구체적인 구조도이다. 이하에서는 도 1 및 도 6을 통하여 상기 제어부(400)의 구체적인 구성 및 동작에 대하여 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 제어부(400)는 시스템의 각 부분을 제어하기 위한 시스템제어부(410), 상기 카메라(241)에서 촬영하여 송신하는 목표식물에 대하여 분석하는 데이터분석부(420), 상기 데이터분석부(420)가 분석한 데이터를 가지고 생육분류 데이터(GD)와 개별생육 데이터(PD)를 생성하는 데이터생성부(430), 그리고 기준데이터 DB(441) 및 개별생육상태 DB(442)를 포함하는, 각종 데이터 및 수치가 갱신 가능하게 입력되어 저장되는 제어DB(440), 그리고 상기 단말기(700)와 유선 또는 무선으로 통신할 수 있는 통신부(450)를 포함한다.
그리고 상기 제어부(400)는, 상기한 구성요소들(410~450)을 실제로 구현하기 위한 하나 이상의 연산장치 및 기억장치, 그리고 기억장치에 내려받아 설치될 수 있거나 또는 내장 설치되어 있는 하나 이상의 프로그램을 포함한다. 이에 따라, 상기 제어부(400)는 통상의 CPU 및 기억장치 등의 구성요소들이 설치되어 있는 통상의 컴퓨터를 사용하여 상기의 구성요소들을 구현하면 된다.
상기 구성요소들에 대하여 설명하면, 상기 시스템제어부(410)는 본 발명의 시스템에 포함되어 있는 센서부(500)로부터 각종 정보를 수신 받고 이를 상기 기준데이터 DB(441)와 비교하여 상기 발아부(100), 검사부(200), 재배부(300) 및 환경조절부(600) 내의 각 장치들을 제어, 본 발명의 시스템(1000) 내부 환경을 일정하게 유지하고 식물을 미리 입력된 순서에 따라 육성하는 기능을 한다.
이를 위하여, 상기 센서부(500)는 적어도 온도센서, 습도센서 및 이산화탄소 농도센서를 포함하여 온도, 습도 및 이산화탄소 농도를 상기 시스템제어부(410)에 제공해 주어야 하고, 바람직하게는 추가적으로 전기전도도(EC; Electric conductivity)센서, 총 용존 고형물(TDS; Total dissolved solids)센서, 및 pH센서를 포함하여, 양액의 전기전도도 및 양액의 고형물 현황, 양액의 pH값을 측정하여 상기 시스템제어부(410)에게 제공하는 것이 바람직하다. 이하에서는 상기 센서부(500)가 상기한 온도센서, 습도센서, 이산화탄소 농도센서, EC센서, TDS센서 및 pH센서를 모두 포함하는 것을 일예시로 하여 설명한다.
상기 시스템제어부(410)는 상기 센서부(500)로부터 수신되는 센싱 데이터, 즉 시스템(1000) 내의 온도, 습도, 이산화탄소 농도, 전기전도도, 총용존 고형물량 및 pH값을 상기 기준데이터 DB(441)에 미리 입력된 값들과 비교한다. 상기 기준데이터 DB(441)는 관리자가 입력하여 갱신 저장할 수 있는 데이터로서, 환경정보값, 즉 온도, 습도, 이산화탄소 농도, 전기전도도, 총용존 고형물량 및 pH값의 기준값들이 저장되어 있다.
여기서, 본 발명의 시스템(1000)에서 생육하고자 하는 목표식물마다 상기 환경정보 기준값들이 다를 수 있으므로, 상기 기준데이터 DB(441) 내에는 목표식물마다 서로 다른 환경정보 기준값들이 각각 구분되어 저장되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 센서부(500)로부터 송신되는 환경정보값들을 가지고 상기 시스템제어부(410)는 상기 발아부(100), 검사부(200), 재배부(300) 및 환경조절부(600)를 제어하여 미리 입력된 설정에 따라 내부의 환경을 안정적으로 유지한다. 이를 위하여, 상기 환경조절부(600)는 환기를 위한 덕트팬 및 공기조화장치, 온도조절장치를 포함하는 것이 바람직하다.
그리고 상기 시스템제어부(410)는 상기 환경정보값들 중 포함되어 있는 전기전도도값, 총용존 고형물량 및 pH값을 통하여 상기 발아부(100) 및 재배부(300)의 양액공급부(120, 320)를 제어하여 양액의 추가적인 공급 또는 공급의 중단을 판단할 수 있다.
또한 상기 시스템제어부(410)는 정해진 시간 절차에 따라 상기 검사부(200)의 상기 검사부 몸체(210) 및 좌우이송부(220), 상하이송부(230), 카메라부(240)의 각 모터들을 제어하여 동작시키거나, 또는 관리자가 상기 단말기(700)를 통해 입력되는 제어 명령에 따라 상기 구성요소들(100, 200, 300, 600)을 제어할 수도 있다.
도 7a는 본 발명의 데이터분석부(420) 및 데이터생성부(430)의 개략적인 동작 순서를 나타낸 순서도이며, 도 7b~도 7d는 상기 순서도에 따른 절차에 따라 생성되는 데이터들의 개략 구조도이다. 이하에서는 도 7a~7d을 통하여 상기 데이터분석부(420) 및 데이터생성부(430)의 동작 순서 및 생성되는 데이터에 대하여 설명한다.
도 7a에 도시된 바와 같이, 우선 상기 카메라(241)가 상기 각각의 스펀지피스(1111) 위에 발아한 식물 종자에 대하여 개별적으로 촬영하고, 촬영 대상이 되는 발아판(1100)에 대한 원시 데이터를 생성하는 촬영단계(S1)가 실시된다. 생성된 원시 데이터에는 도 7b에 도시된 바와 같이, 해당 발아판(1100)에 대하여 참조번호를 부여되고, 또한 상기 발아판(1100) 내의 개별 스펀지피스(1111)에다가도 참조번호가 부여된다.
상기 단계(S1)가 실시된 후, 상기 데이터분석부(420)는 개별적으로 촬영된 각각의 식물에 대하여 육성정도를 판단하는 육성판단단계(S2)를 실시한다.
상기 단계(S2)에서 육성정도를 판단하는 구체적인 방법에 대해서는 추후에 설명한다.
상기 단계(S2)을 통해 각각의 식물에 대하여 육성정도가 판별되면, 상기 단계(S1)를 통하여 생성된 원시 데이터를 토대로 생육분류 데이터(GD)와 개별생육 데이터(PD)를 생성하는 데이터 생성단계(S3)를 실시한다.
상기 단계(S3)를 통해 생성된 데이터들(GD, PD)의 일예시가 도 7c 및 도 7d에 도시되어 있다.
도 7c에 도시된 바와 같이, 상기 생육분류 데이터(GD)는 상기 단계(S1)에서 생성된 원시 데이터에 해당 칸의 개별 스펀지피스(1111) 위의 식물의 육성 정도가 상기 재배부(300)로 이송하여도 될 정도로 충분히 육성되었는지 표시된다. 예를 들어, 도 7c에 도시된 바와 같이 색깔을 통하여 육성 정도를 구분 표시함으로서 관리자에게 시각적으로 육성의 정상 여부를 제공하여 줄 수 있다. 도 7c에서는, 정상적으로 발아하여 생육된 식물종에 대하여는 초록색으로 표시되어 있고, 정상적으로 발아하지 못하였거나, 발아하였어도 생육 정도가 너무 낮은 식물종에 대하여는 붉은색으로 표시되어 있다.
그리고 도 7d에 도시된 바와 같이, 상기 개별생육 데이터(PD)는 촬영한 각각의 개별 식물들에 대한 정보로서, 해당 스펀지피스(1111)의 참조번호 및 해당 식물종의 명칭, 육성 시작일 및 육성상태정보를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 단계(S3)를 통해 데이터(GD, PD)의 생성이 완료되면, 상기 개별생육 데이터(PD)를 상기 제어 DB(440) 내 개별 생육상태 DB(442)에 구분 가능하게 갱신하여 저장하고, 상기 생육분류 데이터(GD)는 상기 통신부(450)를 통하여 관리자의 단말기(700)에 제공하여 통보하는 데이터 제공 단계(S4)를 통하여 관리자에게 상기 검사부(200)에서 촬영한 식물종들에 대한 육성상태 정보를 제공할 수 있다.
그리고 관리자는, 언제든지 자신의 단말기(700)를 통하여 상기 개별 생육상태 DB(442) 내에 개별적으로 구분되어 저장되어 있는 각 식물들의 개별생육 데이터(PD)를 열람할 수 있다.
도 8a는 본 발명의 카메라부(240)가 촬영한 식물종에 대하여 육성 정도를 판단하는 방법에 대하여 도시된 순서도이며, 도 8b~8h는 상기 육성정도 판단 중간에 획득되는 식물종 사진 데이터이다. 이하에서는 도 8a~8h를 통하여 본 발명의 카메라(241)가 촬영한 식물종에 대하여 육성 정도를 판단하는 방법에 대하여 설명한다.
우선 상기 카메라부(240)가 촬영하여 송신한 개별 식물 이미지를 상기 데이터분석부(420)가 수신하는 개별 식물 이미지 수신단계(S21)가 실시된다. 이때 상기 개별 식물 이미지는 도 8b에서와 같이 변형되지 않고, 목표식물을 평면상에서 촬영한 것이다.
상기 단계(S21)를 통해 수신된 개별 식물 이미지에 대하여, RGB색차계를 기반으로 한 마스크를 적용하여 일정 색상범위 내의 픽셀만을 원본이미지로 남기고 범위 외의 픽셀값은 '0'으로 하여 촬영된 목표식물의 이미지만을 남기는 마스크 처리단계(S22)를 실시한다.
상기 단계(S22)를 실시함에 따라, 개별 식물 이미지는 도 8c에 도시된 바와 같이 목표식물 이미지를 제외한 나머지 부분은 제거되어 있는 것을 확인할 수 있다.
상기 단계(S22) 이후, 상기 마스크 처리된 식물 이미지에 대하여 픽셀값을 '0' 과 '1' 로만 이루어지도록 하는 이진화 처리단계(S23)를 실시한다.
상기 단계(S23)를 실시함에 따라, 상기 마스크 처리된 식물 이미지는 도 8d에 도시된 바와 같이 목표식물이 있던 부분은 '1' 로 표시되고, 나머지 부분은 '0' 으로 처리된 것을 확인할 수 있다.
상기 단계(S23) 이후, 상기 이진화 처리된 식물 이미지에 대하여 컨투어(Contour) 처리를 하여 경계선을 그리도록 하는 컨투어 처리단계(S24)를 실시한다.
상기 단계(S24)를 실시함에 따라, 상기 이진화 처리된 식물 이미지는 도 8e에 도시된 바와 같이 '0'값 픽셀과 '1'값 픽셀 사이에 경계선이 그려지는 것을 확인할 수 있다.
상기 단계(S24) 이후, 상기 경계선이 그려진 식물 이미지에 대하여 픽셀값이 '1'로 이루어진 부분의 면적에서의 모멘트(Moment) 함수를 통하여 이미지의 면적중심을 표시하는 면적중심 처리단계(S25)를 실시한다.
상기 단계(S25)를 실시함에 따라, 상기 경계선이 그려진 식물 이미지는 도 8f에 도시된 바와 같이 픽셀값이 '1' 로 이루어진 면적에서의 면적중심이 표시되어 있음을 확인할 수 있다.
상기 단계(S25) 이후, 상기 면적중심이 표시된 식물 이미지에 대하여 경계선 사이 변환되는 구간마다 벡터값을 구하여 일정 값 이상 변환되는 구간에 대하여 표시하는 벡터 변화량 처리단계(S26)를 실시한다.
상기 단계(S26)를 실시함에 따라, 상기 면적중심이 표시된 식물 이미지는 도 8g에 도시된 바와 같이 경계선의 변화량이 큰 구간에 대하여 표시되어 있음을 확인할 수 있다.
상기 단계(S26) 이후, 변화구간이 표시된 식물 이미지에 대하여 면??중심과 표시된 구간 사이를 기준으로 라인을 형성하고, 다시 컨투어 과정과 면적중심으로부터 경계사각형을 생성하여 라인별로 분할된 이미지를 인식함으로서 엽수마다 경계사각형을 형성할 수 있도록 하는 경계사각형 처리단계(S27)를 실시한다.
상기 단계(S27)를 실시함에 따라, 상기 변화구간이 표시된 식물 이미지는 도 8h에 도시된 바와 같이 엽수별로 분할된 경계사각형이 표시되어 있음을 확인할 수 있다.
상기 단계(S27)에서 표시된 경계사각형의 종횡비를 통하여 촬영한 목표식물의 잎 크기와 엽폭 데이터를 확보할 수 있으며, 경계사각형의 개수를 통하여 엽장, 즉 잎의 개수 데이터를 확보할 수 있다. 따라서, 목표식물의 잎의 크기 및 잎의 폭, 잎의 개수를 확보할 수 있으며 여기에 상기 기준데이터 DB(441)에 미리 저장되어 있는, 목표식물의 표준 생장시간과 촬영 대상이 되는 식물의 생장시간 등을 대비하여 식물의 육성 정도를 판단할 수 있으며, 상기의 기준에 미달된다면 육성이 충분하지 않은 것으로 판단할 수 있다.
상기 단계(S27)를 통하여 판단된 식물의 육성정도를 상기 데이터생성부(430)에 통보하는 육성정보 판단 및 통보단계(S28)를 통하여 상기 카메라(241)가 촬영한 식물에 대하여 육성정도를 판단하도록 한다.
이하에서는 도 1을 통하여 상기 재배부(300)에 대하여 설명한다.
상기 재배부(300)는 하나 이상의 재배판(3100)을 포함하는 재배부 몸체(310), 상기 재배판(3100)에 양액을 공급하기 위한 양액공급부(320), 빛에너지를 제공할 수 있는 재배부LED(330) 및 산소를 공급하기 위한 산소발생기(340)를 포함한다.
그리고 상기 양액공급부(320)는 양액이 보관되어 있는 양액탱크(321)와 양액 이송을 위한 양액펌프(322) 및 양액이송라인(323)을 포함한다.
상기와 같은 구성 및 설치 형태는, 상기 발아부(100)와 유사하므로 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
도 9는 상기 재배판(3100)의 전체적인 모습을 도시한 도면이며, 도 10은 상기 재배판(3100)의 단면 평면도, 그리고 도 11은 상기 재배판(3100)에서 사용하는 육성브라켓(3120)의 사용상태 도면이다. 이하에서는 도 9 내지 도 11을 통하여 상기 재배판(3100)의 구성 및 사용 형태에 대하여 설명한다.
도 9에 도시된 바와 같이, 상기 재배판(3100)은 사각 틀 형태의 재배판 몸체(3110)을 가지며, 위로 덮을 수 있는 재배판 뚜껑(3120)을 포함한다.
그리고 상기 재배판 뚜껑(3120)상으로는 하나 이상의 브라켓홈(3121)이 형성되어 있는데, 상기 브라켓홈(3121)에는 각각 육성브라켓(3130)이 끼워져 설치된다.
상기 재배판 몸체(3110)의 내부는 도 10에 도시된 바와 같이 내부가 비어 있는 사각틀 형태를 가지는데, 밑바닥 일측에는 상기 양액이송라인(323)과 이어져 양액이 인입될 수 있도록 하는 이송라인입구(3111)이 형성되고, 상기 밑바닥 타측으로는 상기 양액이송라인(323)과 이어져 양액이 빠져나갈 수 있도록 하는 이송라인출구(3112)가 형성된다.
그리고 상기 이송라인입구(3111)와 이송라인출구(3112) 사이로는 하나 이상의 칸막이(3113)가 형성되는데, 상기 칸막이(3113)는 상기 재배판 몸체(3110) 내부를 완전히 막지 않고 일부만 막을 수 있도록 형성한다.
상기와 같이 함으로서, 상기 이송라인입구(3111)로부터 인입되는 양액이 화살표 방향으로 이동하여 상기 재배판 몸체(3110) 전체를 채운 뒤 상기 이송라인출구(3112)로 빠져나갈 수 있도록 한다. 상기와 같이 함으로서, 상기 재배판 몸체(3110) 내부에 양액이 골고루 퍼질 수 있도록 한다.
도 11은 상기 육성브라켓(3130)의 사용상태도이다. 도 11에서 도시된 바와 같이 상기 육성브라켓(3130)은 상기 검사부(200)를 통과한 식물이 심어져 있는 스펀지피스(1111)를 개별적으로 분리하여 식물이 완전히 생장을 완료할 때까지 상기 재배판(3100) 위에 고정시키는 역할을 한다.
상술한 바와 같이, 상기 개별 스펀지피스(1111)는 발아스펀지(1110)에 완전히 분리되지 않은 상태로 나뉘어져 있는데, 관리자는 상기 검사부(200)를 통해 얻은 생육분류 데이터(GD)를 통해 스펀지피스(1111) 각각에 심어져 있는 식물의 육성 정도를 분류할 수 있다. 상기 생육분류 데이터(GD)를 확인한 관리자는 직접 상기 발아스펀지(1110)로부터 개별 스펀지피스(1111)를 분리하여 상기 육성브라켓(3130)에 옮겨 끼우거나 또는 별도의 기계적인 장치를 이용하여 상기 발아스펀지(1110)로부터 개별 스펀지피스(1111)를 분리하여 상기 육성브라켓(3130)에 옮겨 끼울 수 있다.
상기 육성브라켓(3130)은 상기 식물이 심어져 있는 개별 스펀지피스(1111)를 고정 수용하기 위하여, 상기 브라켓홈(3121)보다 큰 직경을 갖도록 하고 가운데가 뚫려 있는 판인 걸림부(3131)와, 상기 걸림부(3131)의 뚫려 있는 가운데 부분에 연장 형성되는, 적어도 둘 이상의 고정핀(3132)을 포함한다.
상기 고정핀(3132)은 바람직하게는, 도 11에 도시된 바와 같이 4개로써 상기 걸림부(3131)의 뚫려 있는 부분 사면에 연장 형성되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 고정핀(3132)은 상기 브라켓홈(3121) 속으로 끼워들어가는 부분으로서, 상기 브라켓홈(3121)에게 부드럽게 끼워져 장착되기 위하여, 바깥 부분이 경사지게 형성되는 것이 바람직하다.
또한 상기 고정핀(3132)의 안쪽 부분에는 상기 개별 스펀지피스(1111)가 흔들리거나 빠지지 않게 끼워지기 위하여 톱니(3133)가 형성된다.
그리고 상기 고정핀(3132)들 서로간에는 붙어서 설치되거나 형성되지 않고, 일정 거리 떨어져 이격부(3134)를 형성한 상태로 설치되거나 형성되도록 하며, 또한 상기 고정핀(3132)과 상기 걸림부(3131)가 연결되는 부분은 홈(3135)이 형성되어 있는 것이 바람직한데, 이는 상기 고정핀(3132) 각각이 상기 걸림부(3131)를 중심으로 재질의 신축성에 따라 어느 정도 좌우로 휘어질 수 있도록 하기 위함인데, 이는 상기 고정핀(3132)들이 상기 브라켓홈(3121)에 흔들림 없이 끼워지도록 하기 위함이다.
100 : 발아부. 110 : 발아부 몸체.
1100 : 발아판. 1110 : 발아스펀지.
1111 : 개별 스펀지피스. 1112 : 수납홈.
1120 : 선반. 120, 320 : 양액공급부.
121, 321 : 양액탱크. 122, 322 : 양액펌프.
123, 323 : 양액이송라인. 124 : 분무스프레이.
130, 340 : LED. 200 : 검사부.
210 : 검사부 몸체. 211 : 고정몸체.
2111 : 고정몸체레일. 212 : 이동몸체.
2121 : 레일롤러. 2122 : 롤러모터.
230 : 상하이송부. 231 : 상하이송장치.
2311 : 회전ㄴ축. 2312 : 벨트결합부.
232 : 상하이송장치 모터. 220 : 좌우이송부.
221 : 제1이송부. 2211 : 제1이송장치.
2212 : 제1이송장치 모터. 222 : 제2이송부.
2221 : 제2이송장치. 2222 : 제2이송장치 모터.
230 : 상하이송부. 231 : 상하이송장치.
2311 : 회전축. 2312 : 벨트결합부.
232 : 상하이송장치 모터. 240 : 카메라부.
241 : 카메라. 242 : X축 카메라 이송장치.
243 : Y축 카메라 이송장치. 400 : 제어부.
410 : 시스템제어부. 420 : 데이터분석부.
430 : 데이터생성부. 440 : 제어 DB.
441 : 기준데이터 DB. 442 : 개별 생육상태 DB.
500 : 센서부. 600 : 환경조절부.
700 : 단말기.

Claims (13)

  1. 식물공장 시스템으로서,
    씨앗을 발아시키는 발아부;
    발아된 모종에 대한 발아 여부 및 육성 상태를 검사하고 분류하는 검사부;
    상기 검사부에서 검사한 분류한 모종 중 육성 상태가 충분한 모종에 대하여 완전히 성장할 때까지 재배하는 재배부;
    본 발명의 식물공장 시스템에서의 온도, 습도 및 이산화탄소 농도를 측정할 수 있는 하나 이상의 센서를 포함하는 센서부;
    본 발명의 식물공장 시스템에서의 온도, 습도 및 이산화탄소 농도를 조절하는 환경조절부;
    본 발명의 식물공장 시스템을 제어하고 동작하기 위한 제어부;
    그리고 상기 제어부와 유선 또는 무선으로 통신 가능한 하나 이상의 단말기를 포함하고,
    상기 발아부는 목표식물의 씨앗이 심어진 하나 이상의 발아판을 포함하는 발아부 몸체;
    상기 씨앗이 심어진 발아판 위에 양액을 공급하기 위한 발아측 양액공급부;
    그리고 상기 씨앗이 심어진 발아판 위에 빛에너지를 공급하기 위하여 하나 이상의 LED를 포함하고 있는 발아부LED를 포함하며,
    상기 검사부는 지면에 고정된 고정몸체와, 상기 고정몸체 위에서 이동할 수 있는 이동몸체를 포함하고, 상기 고정몸체는 하나 이상의 고정몸체레일이 포함되어 설치되며, 상기 이동몸체에는 상기 고정몸체레일 위에서 이동할 수 있도록 하는 하나 이상의 레일롤러와, 상기 레일롤러에 동력을 제공할 수 있는 롤러모터가 포함되어 설치되어 있는 검사부 몸체;
    상기 발아부의 발아판을 상기 검사부로 이송시키는 좌우이송부;
    상기 좌우이송부 또는 좌우이송부에서 이송된 발아판을 검사부 몸체 내부에서 상하로 이송시키기 위한 상하이송부;
    상기 이송되어 상기 검사부 몸체에 위치한 발아판에 대하여 발아한 씨앗의 육성정도를 판별하는 카메라부를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 센서부(500)가 송신하는 하나 이상의 센서 신호를 수신하여 상기 발아부, 검사부, 재배부 및 환경조절부를 제어하는 시스템제어부;
    상기 카메라부에서 촬영한 이미지를 분석하는 데이터분석부;
    상기 데이터분석부에서 분석한 데이터를 이용하여 생육분류 데이터(GD)와 개별생육 데이터(PD)를 생성하는 데이터생성부;
    상기 제어부에서 사용하는, 상기 센서부에서 송신하는 하나 이상의 센서 신호와 비교할 수 있는 환경정보가 갱신 가능하게 구분되어 저장되어 있는 기준데이터 DB와, 상기 개별생육 데이터(PD)가 갱신 가능하게 구분되어 저장될 수 있는 개별생육상태 DB를 포함하는 제어DB;
    그리고 상기 단말기(700)와 유선 또는 무선으로 통신할 수 있는 통신부를 포함하며,
    상기 재배부는 하나 이상의 재배판을 포함하는 재배부 몸체;
    상기 하나 이상의 재배판에 각각 양액을 공급하는 재배측 양액공급부;
    상기 하나 이상의 재배판에 각각 빛에너지를 공급하기 위하여 하나 이상의 LED를 포함하는 재배부LED;
    그리고 산소를 공급하기 위한 산소발생기를 포함하는 것을 특징으로 하는, 식물공장 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 발아판은 각각 액체를 잘 흡수할 수 있는 스펀지로 제작되고, 일정 간격으로 잘려져 개별 스펀지피스로 분리될 수 있도록 하되 완전히 분리되지 않도록 일부가 덜 잘려져 연결되어 있는 발아스펀지; 그리고 선반을 포함하고, 상기 개별 스펀지피스 각각은 씨앗이 끼워져 수용될 수 있도록 수납홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 식물공장 시스템.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 발아측 양액공급부는 양액이 보관되는 양액탱크; 양액을 이송시키기 위해 동력을 제공하는 양액펌프; 하나 이상의 관 또는 호스와 하나 이상의 피팅 및 조인트를 포함하는 양액이송라인; 그리고 상기 양액이송라인에 설치되어 양액이송라인을 따라 흐르는 양액을 분무할 수 있도록 하는 하나 이상의 분무스프레이를 포함하는 것을 특징으로 하는, 식물공장 시스템.
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 고정몸체레일 및 상기 하나 이상의 레일롤러는 각각 서로 맞물릴 수 있는 톱니바퀴 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는, 식물공장 시스템.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 이동몸체는 하나 이상의 볼캐스터를 포함하고, 상기 고정몸체에는 상기 볼캐스터의 볼 부분을 수용할 수 있도록 하는 하나 이상의 볼캐스터 레일이 형성되는 것을 특징으로 하는, 식물공장 시스템.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 좌우이송부는 제1이송부와 제2이송부를 포함하고, 상기 제1이송부는 상기 검사부 몸체 위에서 좌우로 슬라이딩하여 움직일 수 있는 하나 이상의 제1이송장치와, 상기 제1이송장치에 동력을 제공하여 움직일 수 있도록 하는 제1이송장치 모터를 포함하며, 상기 제2이송부는 상기 제1이송부 위에서 좌우로 슬라이딩하여 움직일 수 있는 하나 이상의 제2이송장치와, 상기 제2이송장치에 동력을 제공하여 움직일 수 있도록 하는 제2이송장치 모터를 포함하는 것을 특징으로 하는, 식물공장 시스템.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 상하이송부는 상하이송장치와, 상기 상하이송장치에 동력을 제공하여 움직일 수 있도록 하는 상하이송장치 모터를 포함하고, 상기 하나 이상의 상하이송장치는 각각 회전축, 벨트결합부 및 상기 벨트결합부에 결합될 수 있는 벨트를 포함하며, 상기 검사부 몸체는 상기 벨트와 결합될 수 있는 이송장치 하단 베어링을 포함하는 것을 특징으로 하는, 식물공장 시스템.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 카메라부는 상기 카메라를 X축으로 이송시키기 위한 X축 카메라 이송장치; 상기 카메라를 Y축으로 이송시키기 위한 Y축 카메라 이송장치; 그리고 사진촬영이 가능하며, 상기 X축 카메라 이송장치 또는 Y축 카메라 이송장치 중 어느 하나의 단부에 설치되는 카메라를 포함하는 것을 특징으로 하는, 식물공장 시스템.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 센서부는 온도센서, 습도센서, 이산화탄소 농도센서, 전기전도도(EC)센서, 총 용존 고형물(TDS)센서 및 pH센서를 포함하고, 상기 환경조절부는 덕트팬 및 공기조화장치, 온도조절장치를 포함하는 것을 특징으로 하는, 식물공장 시스템.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 데이터분석부 및 데이터생성부가 상기 카메라부가 촬영한 영상으로 상기 생육분류 데이터(GD)와 개별생육 데이터(PD)를 생성하여 전송하는 방법으로서,
    상기 카메라부가 발아판 위의 발아한 식물 종자를 개별적으로 촬영하고, 해당 발아판에 대한 원시 데이터를 생성하는 촬영단계(S1);
    상기 단계(S1)를 통하여 개별적으로 촬영된 각각의 식물에 대하여 육성정도를 판단하는 육성판단단계(S2);
    상기 단계(S2) 이후, 상기 촬영단계(S1)를 통해 생성된 원시 데이터에 상기 육성판단단계(S2)에서의 판단결과를 적용하여 생육분류 데이터(GD)와 개별생육 데이터(PD)를 생성하는 데이터 생성단계(S3);
    그리고 상기 단계(S3)를 통해 생성된 생육분류 데이터(GD)를 상기 통신부를 통하여 관리자의 단말기에 제공하고, 상기 단계(S3)를 통해 생성된 상기 개별생육 데이터(PD)를 상기 개별 생육상태 DB에 구분 가능하게 갱신 저장하는 데이터 제공단계(S4)를 통하여 데이터를 생성하고 전송하는 것을 특징으로 하는, 식물공장 시스템.
  12. 제 1항에서의 식물공장 시스템에서 상기 카메라부가 촬영한 식물에 대하여 육성정도를 판단하는 방법으로서,
    상기 카메라부가 촬영한 개별 식물 이미지를 상기 데이터분석부가 수신하는 개별 식물 이미지 수신단계(S21);
    상기 단계(S21)를 통하여 수신된 개별 식물 이미지에 대하여 RGB색차계를 기반으로 한 마스크를 적용하는 마스크 처리단계(S22);
    상기 단계(S22)를 통하여 마스크 처리된 식물 이미지에 대하여 픽셀값을 이진화하는 이진화 처리단계(S23);
    상기 단계(S23)를 통하여 이진화 처리된 식물 이미지에 대하여 컨투어 처리를 하는 컨투어 처리단계(S24);
    상기 단계(S24)를 통하여 경계선이 그려진 식물 이미지에 대하여 면적중심을 표시하는 면적중심 처리단계(S25);
    상기 단계(S25)를 통하여 면적중심심이 표시된 식물 이미지에 대하여 경계선 사이 변환되는 구간마다 벡터값을 구하여 일정 값 이상 변환되는 구간에 대하여 표시하는 벡터 변화량 처리단계(S26);
    상기 단계(S26)를 통하여 변화구간이 표시된 식물 이미지에 대하여 면적중심과 표시된 구간 사이를 기준으로 라인을 형성하고, 컨투어 과정과 면적중심으로부터 경계사각형을 생성하여 라인별로 분할된 이미지를 인식함으로서 엽수마다 경계사각형을 형성할 수 있도록 하는 경계사각형 처리단계(S27);
    그리고 상기 단계(S27)를 실시하여 경계사각형이 표시된 이미지에 대하여, 경계사각형의 종횡비와 경개사각형의 개수를 통하여 잎의 개수, 잎의 폭 및 잎의 크기를 판단하여 촬영 대상 식물의 발아여부 및 육성정도를 판단하고 통보하는 육성정보 판단 및 통보단계(S28)를 통하여 육성정도를 판단하는 것을 특징으로 하는, 식물공장 시스템에서의 식물의 발아여부 및 육성정도 판단방법.
  13. 제 1항에 있어서, 상기 하나 이상의 재배판은 각각 내부가 빈 사각 틀 형태로 형성되고 밑바닥 일측에 양액이송라인과 이어져 양액이 인입될 수 있는 이송라인입구가 형성되며, 타측에 양액이송라인과 이어져 양액이 배출될 수 있는 이송라인출구가 형성되고, 상기 이송라인입구와 이송라인출구 사이에는 하나 이상의 칸막이가 형성되는 재배판 몸체;
    상기 재배판 몸체 상단을 덮을 수 있으며, 하나 이상의 브라켓홈이 형성되어 있는 재배판 뚜껑;
    그리고 상기 브라켓홈에 각각 끼울 수 있는 하나 이상의 육성브라켓을 포함하고. 상기 육성브라켓은 상기 브라켓홈보다 큰 직경을 갖고 가운데가 뚫려 있는 판인 걸림부와, 상기 걸림부의 뚫려 있는 가운데 부분에 연장되는 적어도 둘 이상의 고정핀을 포함하며, 상기 고정핀은 각각 바깥 부분이 경사지게 형성되고, 안쪽 부분으로는 톱니가 형성되고, 상기 적어도 둘 이상의 고정핀 사이에는 일정 거리 떨어져 이격부가 형성되며, 상기 고정핀과 상기 걸림부가 연결되는 부분에는 홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 식물공장 시스템.
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