KR102268524B1 - 실리콘 LED 램프를 이용한 IoT제어 스마트팜 시스템 - Google Patents

실리콘 LED 램프를 이용한 IoT제어 스마트팜 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 실리콘 LED 램프를 이용한 IoT 스마트팜 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 실리콘 LED 램프를 이용한 IoT 스마트팜 시스템에 있어서, 작물 재배기의 상단 부분에 설치되며, 배양중인 식물 방향으로 빛을 조사하는 복수의 실리콘 LED 램프, 상기 작물 재배기의 상단 부분에 설치되며, 상기 배양중인 식물의 성장상태를 측정하는 적외선 센서, 그리고 상기 작물 재배기의 배양 공간을 가상의 복수의 구역으로 분류하고, 상기 측정된 식물의 성장상태에 따라 상기 실리콘 LED 램프의 파장 또는 상기 작물 재배기 내부의 습도를 조절하는 유무선 IoT제어모듈을 포함한다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 실리콘 렌즈를 통해 LED 파장을 극대화할 수 있어, 식물생장 속도를 증가시킬 수 있으며, 하나의 식물 재배기에서 복수의 식물을 재배시킬 수 있다.

Description

실리콘 LED 램프를 이용한 IoT제어 스마트팜 시스템{IoT CONTROL SMART FARM SYSTEM USING SILICON LED LAMP}
본 발명은 실리콘 LED 램프를 이용한 IoT 스마트팜 시스템에 관한 것으로, IoT 스마트팜의 작물 재배기에 설치된 실리콘 LED램프를 이용하여 파장을 극대화 하여 재배식물의 성장 속도를 높이고 원격/근거리에서 관리하는 실리콘 LED램프를 이용한 IoT 스마트팜 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 각종 버섯등과 같은 농작물을 재배하는데 있어서 온도와 습도, CO2농도, 오염방지, 광 조사량 등이 중요한 관리 요인이다.
종래 대부분의 버섯 등과 같은 농작물 재배 방법에서는, 비닐하우스로 이루어진 재배사의 외부에 보온 덮개 등을 씌워 보온을 유지하고 있으나, 많은 열손실이 발생하여 효율적인 열관리가 어렵다.
또한, 내부온도를 해당 농작물이 요구하는 최적의 온도로 재배사 내부 어느 곳이나 일정하게 유지하여야 하나, 공조시설 등의 미비로 인하여 적정한 관리가 어렵다.
이에 최근에는 공조기와 이 공조기에 의해 조화된 공기를 재배사 내부로 취출하고, 재배사 내부를 순환한 공기를 다시 외부로 배출되도록 각종 덕트 설비를 설치하여, 실내 어느 곳이나 일정한 최적 온도를 유지하고 있다.
LED의 출현과 함께 현재 농업 분야에서도 또 다른 전환점을 맞이하고 있는 중인데, 기존의 조명은 넓은 파장대의 영역을 가지고 인간의 시각에 맞춰진 조명인데 반하여, LED는 발광 파장 비율과 강도 조절이 가능하므로 광합성에 필요한 파장과 광량을 제공할 수 있어 표고버섯 등 버섯 재배를 위한 조명을 용이하게 구현할 수 있다.
이와 같은 LED를 이용한 인공 조명기구를 사용하게 되면 화학 비료를 아예 사용하지 않거나 적게 사용하고, 광을 효과적으로 조사할 수 있어서 표고버섯의 성장을 조절하는 것이 가능하며, 또 해충을 방제하는 LED 광기술도 적용하여, 살충제 등 유해물질을 적게 사용하거나 아예 사용하지 않을 수 있으며, 기존 사용 중인 백열 전구에 비해서 80% 이상의 에너지를 절감할 수 있고, 오직 빛만 사용하므로 유해한 물질을 전혀 사용하지 않을 수 있어, 친환경 제품으로 기후 변화에 관계없이 연중 무휴로 버섯 작물 생산이 가능하다.
LED는 적색, 청색, 녹색, 황색, 원적색 등 필요한 파장만을 방사하는 모듈을 사용하며, 형광등이나 백열전구와 같은 기존 광원에 비하여 전력소비가 적고 에너지효율이 높을 뿐만 아니라 수명이 매우 긴 장점을 가진다.
이러한 특성 때문에 조명장치로 LED의 사용이 크게 기대되고 있고, 특히 대규모 시설재배단지에는 전력효율이 높은 LED 조명장치의 사용이 점차 확대될 것으로 예상되고 있다.
그러나, 종래에는 다수의 LED 소자를 구비하는 LED 모듈 패키지의 경우에 직렬 또는 병렬 구조의 연결이 됨으로써 어느 특정 LED 소자 또는 특정 배선에서 장애가 발생하게 되면 해당 배선의 모든 LED 소자가 동작 불능이 되는 문제점도 있었다.
따라서, 성장 시기에 맞추어 시기별로 요구되는 최적의 LED 광을 제공할 수 있고, 이에 실리콘렌즈를 더하여 파장을 극대화하여 식물 생장 속도를 높힐 수 있고, LED 모듈의 고장을 방지하여 사용 수명을 증대 시키며 해충을 방지하고, IoT센서 센서 및 제어 기술을 접목하여 근거리/원거리에서 식물생장을 관리할 수 있는 스마트 팜(Smart farm)용 LED 조명의 제어방법 등이 필요하게 되었다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 대한민국 공개특허 제10-019-0035216호(2019.04.03. 공개)에 개시되어 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 IoT 스마트팜의 작물 재배기에 설치된 실리콘 LED램프를 이용하여 파장을 극대화 하여 재배식물의 성장 속도를 높이고 원격/근거리에서 관리하는 실리콘 LED램프를 이용한 IoT 스마트팜 시스템을 제공하기 위한 것이다.
이러한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 실시 예에 따르면, 실리콘 LED 램프를 이용한 IoT 스마트팜 시스템에 있어서, 작물 재배기의 상단 부분에 설치되며, 배양중인 식물 방향으로 빛을 조사하는 복수의 실리콘 LED 램프, 상기 작물 재배기의 상단 부분에 설치되며, 상기 배양중인 식물의 성장상태를 측정하는 적외선 센서, 그리고 상기 작물 재배기의 배양 공간을 가상의 복수의 구역으로 분류하고, 상기 측정된 식물의 성장상태에 따라 상기 실리콘 LED 램프의 파장 또는 상기 작물 재배기 내부의 습도를 조절하는 유무선 IoT제어모듈을 포함한다.
상기 실리콘 LED 램프는, 해당 LED의 직경보다 큰 직경을 가지며 외측부로 돌출되어 형성되는 실리콘 렌즈를 포함할 수 있다.
상기 유무선 IoT제어모듈은, 상기 작물 재배기에 배양중인 식물의 종류에 따라 서로 다른 크기의 파장 또는 조도를 제공하도록 상기 실리콘 LED 램프를 제어할 수 있다.
상기 유무선 IoT제어모듈은, 상기 각각의 구역에 따라 상기 배양중인 식물의 성장 평균 값을 연산하고, 연산된 성장 평균 값이 기준 값보다 작은 구역이 존재하면, 해당 구역의 조도 또는 습도를 조절할 수 있다.
상기 유무선 IoT제어모듈은, 상기 작물 재배기의 상단에 설치된 미스트(Mist) 제공 장치를 이용하여 상기 작물 재배기 각각의 구역의 습도를 조절할 수 있다.
상기 유무선 IoT제어모듈은, IoT 네트워크 모듈이 탑재되며, 상기 IoT 네트워크 모듈을 이용하여 관리자 단말기와 연동되며, 상기 관리자 단말기는 식물생장 가속 및 관리와 관련된 정보를 확인 및 제어할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 실리콘 렌즈를 통해 LED 파장을 극대화할 수 있어, 식물생장 속도를 증가시킬 수 있으며, 하나의 식물 재배기에서 복수의 식물을 재배시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 IoT 스마트팜 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 작물 재배기의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 작물 재배기를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 덮개부를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 배양중인 딸기의 성장상태와 기존 LED 및 형광등에 따른 딸기의 성장상태를 비교하기 위한 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 IoT 스마트팜 시스템을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 작물 재배기의 구성을 설명하기 위한 도면이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 작물 재배기를 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 작물 재배기의 상단 부분에 설치된 실리콘 LED 램프 및 적외선 센서를 나타낸 도면이다.
도 1에서 나타낸 것처럼, 본 발명의 실시예에 따른 IoT 스마트팜 시스템은 작물 재배기(100), 유무선 IoT제어모듈(200) 및 사용자 단말기(300)를 포함한다.
먼저, 본 발명의 실시예에 따른 작물 재배기(100)는 배양중인 식물 방향으로 빛을 조사하고, 배양중인 식물의 성장상태를 측정한다.
도 2 및 도 3에서 나타낸 것처럼, 본 발명의 실시예에 따른 작물 재배기(100)는 덮개부(110) 및 미스트 제공 장치(120)를 포함한다.
이때, 덮개부(110)는 실리콘 LED 램프(111) 및 적외선 센서(112)를 포함한다.
먼저, 실리콘 LED 램프(111)는 작물 재배기(100)의 상단 부분에 설치되며, 배양중인 식물 방향으로 빛을 조사한다.
즉, 도 3에서 나타낸 것과 같이, 실리콘 LED 램프(111)는 복수개의 LED가 작물 재배기(100)의 상단에 부착된 것으로 설치된다.
이때, 실리콘 LED 램프(111)의 복수개의 LED는 서로 다른 크기의 파장 또는 조도를 제공한다.
즉, 현재 작물 재배기(100)에서 배양중인 식물의 종류 또는 생장 단계에 따라 다른 크기의 파장을 제공한다.
그리고, 실리콘 LED 램프(111)는 실리콘 LED 램프(111)의 직경보다 큰 직경을 가지며 외측부로 돌출된 실리콘 렌즈를 포함한다.
이때, 실리콘 렌즈는 규소를 원료로 하여 함성한 규소 수지로 제작되며, 중합의 정도에 따라 유상체, 고무 모양, 수지 모양으로 제작될 수 있으며, 내열성, 내산화성, 약품 저항성 발수성 또는 내수성 및 절연성의 특징을 가진다.
다음으로, 적외선 센서(112)는 작물 재배기(100)의 상단 부분에 설치되며, 배양중인 식물 방향으로 적외선을 조사한다.
도 4에서 나타낸 것과 같이 적외선 센서(112)는 LED 와 LED 사이의 공간에 설치될 수 있다.
또한, 적외선 센서(112)는 실리콘 LED 램프(111)의 설치 위치와 동일한 위치에 설치될 수 있다.
이때, 적외선 센서(112)는 수광부 및 발광부를 포함한다.
다음으로, 미스트 제공 장치(120)는 작물 재배기(100)의 상단에 설치되어 배양중인 식물 방향으로 미스트를 제공한다.
다음으로, 유무선 IoT제어모듈(200)은 작물 재배기(100)의 배양 공간을 가상의 복수의 구역으로 분류하고, 측정된 식물의 성장상태에 따라 실리콘 LED 램프(111)의 파장 또는 작물 재배기 내부의 습도를 조절한다.
즉, 도 3에서 나타낸 것처럼, 유무선 IoT제어모듈(200)은 작물 재배기(100)를 복수의 가상의 제1 구역, 가상의 제2 구역, 가상의 제3 구역 및 가상의 제4 구역으로 분류한다.
이때, 분류된 구역에는 서로 다른 종류의 식물을 재배할 수 있다.
즉, 작불 재배기(110)의 가상의 제1 구역에는 토마토, 가상의 제2 구역에는 딸기, 가상의 제3 구역에는 상추 및 가상의 제4 구역에는 오이와 같이 서로 다른 종류의 식물을 재배할 수 있다
또한, 유무선 IoT제어모듈(200)은 작물 재배기에 배양중인 식물의 종류에 따라 서로 다른 크기의 파장 또는 조도를 제공하도록 실리콘 LED 램프(111)를 제어한다.
이때, 640nm 내지 690nm의 파장대역을 갖는 적색광은 광합성 및 형태 형성(발아, 개화, 엽록소 합성, 성장 등)에 가장 큰 영향을 미치고, 420nm 내지 470nm의 파장대역을 갖는 청색광은 형태 형성에 큰 영향을 미친다.
즉, 유무선 IoT제어모듈(200)은 현재 배양중인 식물의 성장에 따라 적색광 또는 청색광을 조사시킬 수 있다.
또한, 유무선 IoT제어모듈(200)은 각각의 구역에 따라 배양중인 식물의 성장 평균 값을 연산하고, 연산된 성장 평균 값이 기준 값보다 작은 구역이 존재하면, 해당 구역의 조도 또는 습도를 조절한다.
이때, 유무선 IoT제어모듈(200)은 작물 재배기(100)의 상단에 설치된 미스트 제공 장치(120)를 이용하여 작물 재배기 각각의 구역의 습도를 조절한다.
다음으로, 사용자 단말기(300)는 유무선 IoT제어모듈(200)을 제어할 수 있으며, 작물 재배기(100)의 현재 상태를 확인할 수 있다.
이때, 사용자 단말기(200)는 휴대가 가능한 참여자 단말기로서, 노트북 컴퓨터, 스마트 패드 또는 스마트 폰등과 같이 유선 또는 무선으로 네트워크에 접속하여 정보를 주고받을 수 있는 기기로 구현될 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 배양중인 딸기의 성장상태와 기존 LED 및 형광등에 따른 딸기의 성장상태를 비교하기 위한 도면이다.
도 5에서 나타낸 것처럼, 본 발명의 실시예에 따른 IoT 스마트팜 시스템을 이용하면, 기존의 LED와 일반 형광등을 이용하여 딸기를 성장시킨 경우보다 줄기 및 꽃의 성장속도가 증가하는 것을 확인 할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 실리콘 렌즈를 통해 LED 파장을 극대화할 수 있어, 식물생장 속도를 증가시킬 수 있으며, 하나의 식물 재배기에서 복수의 식물을 재배시킬 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것이 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 작물 재배기, 110: 덮개부,
111: 실리콘 LED 램프, 112: 적외선 센서,
120: 미스트 제공 장치, 200: 유무선 IoT제어모듈,
300: 사용자 단말기

Claims (6)

  1. 실리콘 LED 램프를 이용한 IoT 제어 스마트팜 시스템에 있어서,
    작물 재배기의 상단 부분에 설치되며, 배양중인 식물 방향으로 빛을 조사하는 복수의 실리콘 LED 램프,
    상기 작물 재배기의 상단 부분에 설치되며, 상기 배양중인 식물의 성장상태를 측정하는 적외선 센서, 그리고
    상기 작물 재배기의 배양 공간을 가상의 복수의 구역으로 분류하고, 상기 측정된 식물의 성장상태에 따라 상기 실리콘 LED 램프의 파장 또는 상기 작물 재배기 내부의 습도를 조절하는 유무선 IoT제어모듈을 포함하고,
    상기 실리콘 LED 램프는,
    해당 LED의 직경보다 큰 직경을 가지며 외측부로 돌출되어 형성되는 실리콘 렌즈를 포함하며,
    상기 유무선 IoT제어모듈은,
    상기 작물 재배기에 배양중인 식물의 종류에 따라 서로 다른 크기의 파장 또는 조도를 제공하도록 상기 실리콘 LED 램프를 제어하고, 상기 각각의 구역에 따라 상기 배양중인 식물의 성장 평균 값을 연산하고, 연산된 성장 평균 값이 기준 값보다 작은 구역이 존재하면, 해당 구역의 조도 또는 습도를 조절하고, 작물 재배기의 상단에 설치된 미스트(Mist) 제공 장치를 이용하여 상기 작물 재배기 각각의 구역의 습도를 조절하며,
    IoT 네트워크 모듈이 탑재되며, 상기 IoT 네트워크 모듈을 이용하여 관리자 단말기와 연동되며, 상기 관리자 단말기는 식물생장 가속 및 관리와 관련된 정보를 확인 및 제어하는 IoT 제어 스마트팜 시스템.
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