KR102282854B1 - Plant factory using LED lighting and its cultivation method - Google Patents

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Abstract

본 발명은 LED 조명을 이용한 식물 공장에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 LED 조명을 이용한 다단 식물 공장 및 그 재배 방법에 관한 것이다.
본 발명은 식물이 심겨지는 트레이가 소정 간격으로 상하로 배치되는 다단 트레이; 각 단 트레이의 상부에 설치되고 높이가 고정되고, 발광되는 광이 조절되는 LED 조명; 상기 트레이에 심겨져 성장하는 식물의 높이를 측정하는 높이 측정 장치; 및 상기 측정 장치의 데이터를 이용하여 상기 LED 조명의 세기를 조절하는 제어부;를 포함하는 식물 공장을 제공한다.The present invention relates to a plant factory using LED lighting, and more particularly, to a multi-stage plant factory using LED lighting and a cultivation method thereof.
The present invention is a multi-stage tray in which the trays in which the plants are planted are arranged vertically at predetermined intervals; LED lights installed on the upper part of each stage tray, the height is fixed, and the emitted light is controlled; a height measuring device for measuring the height of a plant growing by being planted in the tray; and a control unit for adjusting the intensity of the LED light using the data of the measuring device; provides a plant factory comprising a.

Description

LED 조명을 이용한 식물 공장 및 그 재배 방법{Plant factory using LED lighting and its cultivation method}Plant factory using LED lighting and its cultivation method

본 발명은 LED 조명을 이용한 식물 공장에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 LED 조명을 이용한 다단 식물 공장 및 그 재배 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a plant factory using LED lighting, and more particularly, to a multi-stage plant factory using LED lighting and a cultivation method thereof.

식물 공장에서는 트레이에 식물을 심고, 트레이 상단에 LED 조명을 설치하고, LED 조명을 발광시켜 광을 조사하면 식물이 성장된다. In a plant factory, plants are grown by planting plants in trays, installing LED lights on top of trays, and irradiating LED lights to emit light.

협소한 공간에 최대한 많은 식물을 재배할 수 있도록 트레이가 소정 간격으로 다단 적층된 다단 트레이의 경우에는, 트레이 사이의 거리가 좁기 때문에, 광원과 트레이 사이가 좁고, 식물이 성장할 경우 LED 조명과 식물의 거리가 근접하게 된다. In the case of a multi-tiered tray in which trays are stacked at a predetermined interval to grow as many plants as possible in a narrow space, the distance between the trays is narrow, so the distance between the light source and the tray is narrow. distance becomes close.

어린 식물 상태에서 이격되어 조사되는 LED 조명이 식물의 성장에 따라서 가까운 거리에서 조사가 이루어지게 되면, 다양한 문제들이 생긴다.When the LED light irradiated from a distance from a young plant is irradiated at a close distance according to the growth of the plant, various problems arise.

이러한 문제를 해고하기 위해서, 식물의 키가 커짐에 따라서 LED를 승강시켜 거리를 유지하게 된다. 하지만, 이러한 방식은 LED의 승강 장치를 요구하게 되며, 각 단마다 승강을 위한 스태핑 모터와 같은 장치가 필요하게 되므로 장치가 복잡해진다.To get rid of this problem, as the height of the plant grows, the LED is raised and lowered to maintain the distance. However, this method requires a lifting device of the LED, and a device such as a stepping motor for lifting each stage is required, thereby complicating the device.

전남대학교 산학협력단에서 출원한 대한민국 특허 출원 10-2011-0046276 (2011.05.17)에서는 식물 재배공간을 구비할 수 있도록 한 틀체와, 상기 틀체의 하부에 배치되어 식물을 식재할 수 있도록 하는 재배상자와, 상기 재배상자의 상측에 설치되어 LED조명의 불빛을 비출 수 있도록 한 LED조명부재와, 상기 LED조명부재가 고정설치되는 지지대를 상,하 방향으로 승강하여 LED조명과 식물간의 거리 및 광량을 조절할 수 있도록 한 승강부재와, 상기 LED조명부재의 LED가 부착된 PCB기판은 물이 순환유통되게 한 수냉식 방열부재에 부착되어 방열작용이 이루어지도록 한 식물공장용 LED조명 재배장치를 제공한다. In the Republic of Korea Patent Application 10-2011-0046276 (2011.05.17), filed by the Chonnam National University Industry-Academic Cooperation Foundation, a frame for providing a plant cultivation space, a cultivation box disposed under the frame for planting plants, and , The LED lighting member installed on the upper side of the cultivation box to illuminate the light of the LED lighting, and the support on which the LED lighting member is fixedly installed is lifted up and down to adjust the distance between the LED lighting and the plant and the amount of light Provided is an LED lighting cultivation device for a plant factory in which the elevating member and the PCB substrate to which the LED of the LED lighting member is attached are attached to a water-cooled heat dissipation member that allows water to circulate and dissipate heat.

본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 다단 트레이를 갖추고 LED 조명을 이용해서 광을 재배하는 식물 공장에서, 트레이에 심겨진 식물이 자라나면서 광원과의 거리가 좁혀지는 문제를 해결할 수 있는 새로운 식물 공장을 제공하는 것이다. The problem to be solved in the present invention is to provide a new plant factory that can solve the problem of narrowing the distance from the light source as the plant planted in the tray grows in a plant factory equipped with a multi-level tray and growing light using LED lighting will be.

본 발명에서 해결하고자 하는 다른 과제는 다단 트레이를 갖추고 LED 조명을 이용해서 광을 재배하는 식물 공장에서, 트레이에 심겨진 식물이 자라나면서 광원과의 거리가 좁혀지는 문제를 해결할 수 있는 새로운 재배 방법을 제공하는 것이다. Another problem to be solved in the present invention is to provide a new cultivation method that can solve the problem of narrowing the distance from the light source as the plant planted in the tray grows in a plant factory equipped with a multi-level tray and cultivating light using LED lighting will do

상기와 같은 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 In order to solve the above problems, the present invention

식물이 심겨지는 트레이가 소정 간격으로 상하로 배치되는 다단 트레이;a multi-stage tray in which trays in which plants are planted are vertically arranged at predetermined intervals;

각 단 트레이의 상부에 설치되고 높이가 고정되고, 발광되는 광이 조절되는 LED 조명;LED lights installed on the upper part of each stage tray, the height is fixed, and the emitted light is controlled;

상기 트레이에 심겨져 성장하는 식물의 높이를 측정하는 높이 측정 장치; 및a height measuring device for measuring the height of a plant growing by being planted in the tray; and

상기 측정 장치의 데이터를 이용하여 상기 LED 조명의 세기를 조절하는 제어부;를 포함하는 식물 공장을 제공한다. Provides a plant factory comprising; a control unit for adjusting the intensity of the LED light by using the data of the measurement device.

본 발명은 일 측면에 있어서, The present invention in one aspect,

식물이 심겨지는 트레이가 소정 간격으로 상하로 배치되는 다단 트레이;와 단마다 트레이의 상부에 설치되고 높이가 고정되고, 발광되는 광이 조절되는 LED 조명;과 상기 트레이에 심겨져 성장하는 식물의 크기를 측정하는 측정 장치; 및 상기 측정 장치의 데이터를 이용하여 상기 LED 조명의 세기를 조절하는 제어부;를 포함하는 식물공장의 트레이에 식물을 심는 단계;A multi-stage tray in which trays in which plants are planted are arranged vertically at predetermined intervals; and LED lighting installed on the top of the tray for each stage, the height is fixed, and the emitted light is controlled; and the size of plants planted in the tray and growing measuring device to measure; And planting a plant in a tray of a plant factory comprising a; and a control unit for adjusting the intensity of the LED light by using the data of the measuring device;

성장하는 식물의 높이를 측정하는 단계;measuring the height of the growing plant;

식물의 높이에 대한 데이터를 이용하여 LED 조명의 광을 조절하는 단계Adjusting the light of the LED light using the data on the height of the plant

를 포함하는 식물 재배 방법을 제공한다. It provides a plant cultivation method comprising a.

본 발명에 있어서, 상기 높이 측정 장치는 초음파를 이용한 높이 측정 장치일 수 있다. In the present invention, the height measuring device may be a height measuring device using ultrasonic waves.

본 발명의 실시에 있어서, 상기 초음파 높이 측정 장치는 식물체를 포논상태로 만들어 식물의 열 방어기작을 일으키고, 이를 통해 세포질을 두껍게 할 수 있는 고주파 펄스형 초음파 센서를 사용하는 것이 바람직하다. 바람직한 실시예에서, 상기 고주파 펄스형 초음파 센서는 30~50 KHz, 보다 바람직하게는 40KHz의 고주파 펄스를 방출하는 초음파 센서일 수 있다. In the practice of the present invention, it is preferable to use a high frequency pulsed ultrasonic sensor capable of thickening the cytoplasm through the heat defense mechanism of the plant by making the ultrasonic height measuring device into a phonon state. In a preferred embodiment, the high-frequency pulsed ultrasonic sensor may be an ultrasonic sensor that emits a high-frequency pulse of 30 to 50 KHz, more preferably 40 KHz.

본 발명의 실시에 있어서, 상기 초음파 높이 측정 장치에 의해서 측정된 식물의 높이는 센서노드에 연결되어 IOT 센서 데이터 수집장치에 데이터화 되어 전달되고, 이를 모니터링하여 식물의 생육상태에 대한 데이터로 변환시킬 수 있다.In the practice of the present invention, the height of the plant measured by the ultrasonic height measuring device is connected to a sensor node, is converted into data and transmitted to the IOT sensor data collection device, and it can be monitored and converted into data on the growth state of the plant. .

본 발명의 바람직한 실시에 있어서, 상기 식물의 생육 상태가 저조한 경우, 생육 조건, 예를 들어, 광세기, 광파장, 온도, 습도, 양액등이 조절될 수 있다. In a preferred embodiment of the present invention, when the growth state of the plant is low, growth conditions, for example, light intensity, light wavelength, temperature, humidity, nutrient solution, etc. may be adjusted.

본 발명에 있어서, 상기 LED 조명은 작물의 적절한 광포화점을 유지하기 위한 450~720nm 대역을 포함한 광, 바람직하게는 청색광과 적색광을 방출하는 조명이다. In the present invention, the LED lighting is a lighting that emits light, preferably blue light and red light, including a band of 450 to 720 nm for maintaining an appropriate light saturation point of crops.

본 발명의 실시에 있어서, 상기 LED 조명은 식물의 성장에 따라서 광량이 줄어드는 디밍이 이루어지며, 디밍된 조명은 줄어든 광량에도 불구하고 450~720nm 대역을 포함하는 디밍 광을 조사한다. In the practice of the present invention, the LED lighting is dimmed to reduce the amount of light according to the growth of the plant, and the dimmed lighting is irradiated with dimming light including a 450 to 720 nm band despite the reduced amount of light.

기존 식물 공장에서 광량을 조절하기 위해서, 스탭핑 모터를 이용해 조명의 위치를 상하 이동하여 조절하고, 이를 위해 한 층당 높이를 조명의 이동거리를 추가 확보해야 하는 문제를 해결하였다. In order to control the amount of light in the existing plant factory, a stepping motor is used to adjust the position of the light by moving it up and down, and for this, the problem of additionally securing the moving distance of the light per floor is solved.

이에 따라, 본 발명은 샤프트, 스크류 등 많은 조명 높이 이동용 자재를 사용하지 않을 수 있어서, 식물 공장의 건립 비용을 줄일 수 있으며, 각 단의 간격을 좁혀서 동일한 높이에서 다층을 확보하여 경제적인 식물 공장의 이용이 가능하다. Accordingly, the present invention can not use many materials for moving the lighting height such as shafts and screws, thereby reducing the construction cost of a plant factory, and securing multiple layers at the same height by narrowing the distance between each stage, which is an economical plant factory Available.

본 발명은 식물성장 파장의 디밍(광량조절)이 자동으로 이루어져 조명장치의 이동이 필요 없고 광 환경에 필요한 에너지를 절감할 수 있으며, 작물별 초장의 최대 높이만 고려하여 재배 단을 설계하면 되기 때문에 수직의 많은 공간을 확보할 수 있다. In the present invention, dimming (light quantity control) of the plant growth wavelength is automatically performed, so there is no need to move the lighting device, and energy required for the light environment can be saved. A lot of vertical space can be secured.

또한, 본 발명에서 고주파 펄스형 초음파 센서를 사용할 경우, 별도의 유동팬 없이 식물공장에서 생산되는 작물의 엽육이 얇은 단점을 보완할 수 있다.In addition, when the high-frequency pulsed ultrasonic sensor is used in the present invention, it is possible to compensate for the disadvantage that the mesophyll of crops produced in a plant factory is thin without a separate flow fan.

도 1은 본 발명에 따른 식물 공장을 설명하는 도면이다.
도 2는 종래 기술에 따른 식물 공장을 설명하는 도면이다.1 is a view for explaining a plant factory according to the present invention.
2 is a view for explaining a plant factory according to the prior art.

이하 실시 예를 통해서 본 발명을 상세하게 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail through examples. The following examples illustrate the present invention and are not intended to limit the present invention.

도 1에서 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 식물 공장(1)은 공장에서 인공광에 의해서 재배되는 식물이 심겨지는 상토 트레이(10)가 상하 소정 간격으로 다단으로 배치된 안착판(20)에 고정된다. 상기 상토 트레이(10)와 안착판(12)의 상하 간격은 상토 트레이(10)에서 재배되는 식물(30)이 식물 공장(1)에서 재배되는 기간 동안 성장되는 최고 높이보다 10~20% 크게 이격된다. As shown in FIG. 1 , the plant factory 1 according to the present invention is fixed to a mounting plate 20 in which the top and bottom trays 10 in which plants grown by artificial light are planted are arranged in multiple stages at predetermined intervals up and down in the plant. do. The upper and lower spacing between the top and bottom of the top and bottom of the top and bottom of the top and bottom tray 10 and the mounting plate 12 is 10 to 20% greater than the maximum height during which the plant 30 grown in the top tray 10 is grown in the plant factory 1 do.

안착판(20)의 하부에는 아래쪽에 위치하는 상토 트레이(10)에 광을 조사할 수 있도록 LED 조명(40)이 설치되어 고정된다. An LED light 40 is installed and fixed to the lower portion of the mounting plate 20 so as to irradiate light to the top soil tray 10 located below.

고정된 LED 조명(40)은 660nm를 피크로 하고 610~780nm의 파장을 포함하는 광대역 적색 LED 광원과 440~460 nm 파장 범위의 청색 LED 광원으로 이루어지며, 적색광과 청색광의 세기는 2:1의 비율을 유지한다.The fixed LED light 40 is composed of a broadband red LED light source having a peak of 660 nm and a wavelength of 610 to 780 nm and a blue LED light source having a wavelength of 440 to 460 nm, and the intensity of red light and blue light is 2:1. keep the proportions

상기 LED 조명(40)의 광 세기는 상토 트레이(10)에서 성장하는 식물(30)의 높이에 따라서 달라지며, 광 세기는 상토 트레이(10)에서 성장하는 식물의 높이에 반비례한다. The light intensity of the LED light 40 varies depending on the height of the plant 30 growing in the top soil tray 10 , and the light intensity is inversely proportional to the height of the plant growing in the top soil tray 10 .

상기 LED 조명(40)의 파장은 식물의 성장에 따라 광세기가 줄어드는 경우에도 660nm를 피크로 하고 610~780nm의 파장을 포함하는 광대역 적색 LED 광원과 440~460 nm 파장 범위의 청색 LED 광원으로 이루어지며, 적색광과 청색광의 세기는 2:1의 비율을 유지하다. 상기 LED 조명(40)의 광세기는 LED 조명의 출력을 조절하여 조절한다. The wavelength of the LED light 40 has a peak of 660 nm and a broadband red LED light source including a wavelength of 610 to 780 nm and a blue LED light source in a wavelength range of 440 to 460 nm even when the light intensity is reduced according to the growth of the plant. and the intensity of red light and blue light maintains a ratio of 2:1. The light intensity of the LED light 40 is adjusted by adjusting the output of the LED light.

상기 상토 트레이(10)에서 재배되는 식물(30)은 묘삼과 같이 광에 의해서 어린삼으로 속성 재배될 수 있는 식물이다. 상토 트레이(10)에서 재배되는 식물(30)의 크기는 각 단에 배치된 초음파 측정 장치(50)에 의해서 측정된다. The plant 30 cultivated in the soil tray 10 is a plant that can be rapidly grown as young ginseng by light, such as seedling ginseng. The size of the plant 30 grown in the soil tray 10 is measured by the ultrasonic measuring device 50 disposed at each stage.

초음파 측정 장치(50)는 효과적인 높이 측정과 함께, 식물(30)을 포논상태로 만들어 식물(30)의 열 방어 기작을 일으키고, 이를 통해 세포질을 두껍게 할 수 있도록 40KHz의 고주파 펄스를 방출하는 초음파 측정 장치(50)을 사용한다. The ultrasonic measuring device 50 makes the plant 30 into a phonon state along with an effective height measurement to generate a heat defense mechanism of the plant 30, and through this, an ultrasonic measurement that emits a high-frequency pulse of 40KHz so that the cytoplasm can be thickened. Device 50 is used.

초음파 측정 장치(50)에 의해서 측정된 높이 정보는 제어부(60)로 전송된다. 상기 제어부(60)에는 식물(30)의 식물의 종류와, 식물의 높이와, 식물의 높이에 따라 필요한 광 조사 정보를 가지는 데이터 베이스(61)가 내장된다. 광 조사 정보에는 광 출력, 광 조사시간, 광 피크 파장등에 대한 정보를 포함된다. The height information measured by the ultrasonic measuring device 50 is transmitted to the controller 60 . The control unit 60 has a built-in database 61 having light irradiation information required according to the type of plant of the plant 30 , the height of the plant, and the height of the plant. The light irradiation information includes information on light output, light irradiation time, light peak wavelength, and the like.

제어부(60)는 입력된 식물(30)의 높이와 데이터 베이스(61)에 저장된 정보를 이용하여, LED 조명(40)에 제어 신호를 송출하는 출력부(62)를 포함한다.The control unit 60 includes an output unit 62 that transmits a control signal to the LED light 40 by using the input height of the plant 30 and information stored in the database 61 .

상기 데이터 베이스(61)에는 식물의 종류와 높이별로 식물 공장의 내부 온도와 습도 및 양액의 종류, 및 분무 시간 등에 정보가 광조사 정보와 함께 내장되며, 출력부(61)는 LED 조명(40)의 출력과 함께 온도, 습도, 및 양액의 종류와 분무 간격등을 함께 조절한다. In the database 61, information such as the internal temperature and humidity of the plant plant, the type of nutrient solution, and the spray time by plant type and height is embedded together with light irradiation information, and the output unit 61 is an LED light 40 Control the temperature, humidity, type of nutrient solution and spray interval together with the output of

식물 공장(1)의 내부의 온도는 온도 조절 장치를 이용하여 23~25℃로 유지하고, 양액은 안개 발생장치의 초음파를 이용하여 양액을 미스트 형태로 공급하였으며, 습도는 60%로 유지하였다. The temperature inside the plant factory 1 was maintained at 23-25° C. using a temperature control device, and the nutrient solution was supplied in the form of mist using the ultrasonic wave of the fog generator, and the humidity was maintained at 60%.

1: 식물 공장
10: 상토 트레이
20: 안착판
30: 식물
40: LED 조명
50: 초음파 측정 장치
60: 제어부1: Plant Factory
10: top soil tray
20: seating plate
30: plant
40: LED light
50: ultrasonic measuring device
60: control unit

Claims (7)

식물이 심겨지는 트레이가 소정간격으로 상하로 배치되는 다단 트레이;
각 단 트레이의 상부에 설치되고 높이가 고정되고 식물의 높이에 따라 발광되는 광이 조절되는 LED조명;
상기 트레이에 심겨져 성장되는 식물의 높이를 측정하기 위해 각 단에 설치되는 다수의 높이측정 장치; 및
상기 측정 장치의 데이터를 이용하여 상기 LED 조명의 세기를 조절하는 제어부;를 포함하는 식물 공장에 있어서,
상기 높이 측정 장치는 펄스형태로 조사되고 30~50 KHz의 파장을 가지는 초음파 높이 측정 장치이며,
상기 조절에 의해서 디밍된 LED조명이 610~720 nm의 광대역 적색광과 440~460 nm의 청색광을 포함하는 것을 특징으로 하는 식물 공장. a multi-stage tray in which trays in which plants are planted are vertically arranged at predetermined intervals;
LED lighting installed on the upper part of each tray, the height is fixed, and the light emitted according to the height of the plant is controlled;
a plurality of height measuring devices installed in each stage to measure the height of plants planted and grown in the tray; and
In a plant factory comprising a; a control unit for adjusting the intensity of the LED light by using the data of the measuring device,
The height measuring device is an ultrasonic height measuring device irradiated in the form of a pulse and having a wavelength of 30-50 KHz,
A plant factory, characterized in that the dimmed LED lighting by the control comprises broadband red light of 610 to 720 nm and blue light of 440 to 460 nm. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 초음파 높이 측정 장치는 40KHz의 고주파 펄스를 방출하는 초음파 센서인 것을 특징으로 하는 식물 공장.According to claim 1,
The ultrasonic height measuring device is a plant factory, characterized in that the ultrasonic sensor that emits a high-frequency pulse of 40KHz. 제1항에 있어서,
상기 광은 높이에 반비례하여 조절되는 것을 특징으로 하는 식물 공장.According to claim 1,
Plant factory, characterized in that the light is adjusted in inverse proportion to the height. 제1항에 있어서,
온도, 습도, 양액, 분무량으로 이루어진 그룹 중 하나 이상의 조건과 함께 제어되는 것을 특징으로 하는 식물 공장. According to claim 1,
A plant factory, characterized in that it is controlled together with one or more conditions from the group consisting of temperature, humidity, nutrient solution, and spray amount. 삭제delete 식물이 심겨지는 트레이가 소정 간격으로 상하로 배치되는 다단 트레이와,
단마다 트레이의 상부에 설치되고 높이가 고정되고, 발광되는 광이 조절되는 LED 조명과,
상기 트레이에 심겨져 성장하는 식물의 크기를 측정하기 위해 각 단마다 설치되는 다수의 높이 측정 장치와, 및
상기 측정 장치의 데이터를 이용하여 상기 LED 조명의 세기를 조절하는 제어부를 포함하는 식물공장의 트레이에 식물을 심는 단계;
성장하는 식물의 높이를 측정하는 단계; 및
식물의 높이에 대한 데이터를 이용하여 LED 조명의 광을 조절하여 재배하는 단계; 를 포함하고, 여기서,
상기 높이 측정 장치는 펄스형태로 조사되고 30~50 KHz의 파장을 가지는 초음파 높이 측정 장치이며,
상기 조절에 의해서 디밍된 LED조명이 610~720 nm의 광대역 적색광과 440~460 nm의 청색광을 포함하는 식물 재배 방법.
A multi-stage tray in which trays in which plants are planted are vertically arranged at predetermined intervals;
LED lights installed on the upper part of the tray for each stage, the height is fixed, and the emitted light is controlled;
A plurality of height measuring devices installed in each stage to measure the size of plants planted in the tray and growing, and
Planting a plant in a tray of a plant factory comprising a control unit for adjusting the intensity of the LED light using the data of the measuring device;
measuring the height of the growing plant; and
Cultivating by controlling the light of the LED lighting using the data on the height of the plant; comprising, wherein
The height measuring device is an ultrasonic height measuring device irradiated in the form of a pulse and having a wavelength of 30-50 KHz,
A plant cultivation method in which the LED lighting dimmed by the control includes broadband red light of 610 to 720 nm and blue light of 440 to 460 nm.
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