KR102450983B1

KR102450983B1 - 식물재배시스템

Info

Publication number: KR102450983B1
Application number: KR1020200116655A
Authority: KR
Inventors: 정지훈
Original assignee: (주)드림팜솔루션
Priority date: 2020-09-11
Filing date: 2020-09-11
Publication date: 2022-10-05
Also published as: KR20220034371A

Abstract

본 발명의 일 측면은, 사용자단말과 통신하는 하나 이상의 센서를 포함하는 식물재배기를 이용한 식물재배시스템에 있어서, 상기 식물재배기는, 하우징; 상기 하우징의 내부에 식물을 식재하기 위한 트레이; 상기 트레이의 상부에 구비되어 식물에 양액조로부터 공급된 양액을 액적(droplet) 상태로 분무하는 제1 양액공급부; 상기 하우징의 내벽에 구비되어 상기 하우징의 내부로 공기를 유입시키는 급기팬; 및 상기 하우징의 내벽에 구비되어 상기 하우징의 외부로 공기를 유출시키는 배기팬;을 포함하는 식물재배시스템을 제공한다.

Description

식물재배시스템{A PLANT CULTIVATION SYSTEM}

본 발명은 식물재배시스템에 관한 것이다.

사물인터넷(Internet of Things, IoT)은 인터넷을 기반으로 사람과 사물, 사물과 사물 간의 정보가 상호 소통되도록 하는 기술이다. 각종 사물에는 센서와 통신 모듈이 내장되어 인터넷에 연결되도록 한다. 사물인터넷은 인터넷에 연결된 사물들이 상호 정보를 교환하고 스스로 분석하고 학습한 정보를 사용자에게 제공하거나, 사용자가 인터넷을 통해서 사물들을 원격으로 모니터링하고 제어할 수 있도록 한다.

이러한 사물인터넷 기술이 발전함에 따라, 스마트 홈 구축이 현실화되어 가고 있다. 스마트 홈은 TV, 에어컨, 냉장고 등의 가전 제품을 비롯하여 수도, 전기, 조명, 냉난방 등의 에너지 소비 장치와, 도어락, CCTV 등의 보안 장치 등 집안의 모든 장치들이 인터넷에 연결되어 사용자가 원격으로 모니터링 및 제어할 수 있도록 하는 기술이다.

식물재배기(plant cultivation device)는 재배 공간의 환경을 인공적으로 제어하여, 씨드나 모종을 성숙한 식물로 생장시키는 기기이다. 식물재배기는 광원 모듈의 전자 제어를 통해 인공적으로 조명 환경을 조성하고, 배양액 모듈의 전자 제어를 통해 인공적으로 수분 환경과 영양분 환경을 조성하고, 공기조화 모듈의 제어를 통해 인공적으로 기류 환경과 온열 환경을 조성한다.

최근, 웰빙 라이프와 고품질의 식재료를 원하는 소비자의 니즈에 맞추어, 가전 제품으로 이용할 수 있는 식물재배기가 출시되고 있으며, 사물인터넷 및 스마트 홈 관련 기술을 접목한 식물재배기도 개발되고 있다.

이러한 식물재배기는 일반적인 자연 재배에 비해 효율적인 수확이 가능하고, 실내에서도 필요한 식물을 재배할 수 있다. 최근에는 이러한 경향에 맞추어 사계절 수확이 가능한 수경 재배가 널리 이용되고 있다. 수경 재배는 토양을 이용하지 않고 각종 필요 양분을 용해시킨 물, 즉, 양액을 이용하여 식물을 재배하는 방법을 말하며, 이러한 수경 재배법을 이용한 식물재배기가 개발되기도 하였다.

수경 재배가 가능한 식물재배기는 양액의 공급방식에 따라 담액식, 박막식, 분무식으로 구분될 수 있다. 담액식 식물재배기의 경우 고온의 환경에서 재배베드에 고여있는 양액이 부패하는 문제가 있으므로, 얇은 막처럼 재배베드 내에서 낮은 높이로 양액을 순환시켜 뿌리에 수분, 영양분 등을 함께 공급할 수 있는 박막식 식물재배기가 현재 널리 보급되고 있다. 다만, 박막식 식물재배기의 경우에도, 파종 이후 발아하여 떡잎이 나오고 뿌리가 자라나 재배베드의 바닥을 따라 흐르는 양액을 흡수할 수 있기 까지는 식물의 상부에 수시로 양액을 공급해야 하는 번거로움이 따른다.

한편, 한국등록특허 제10-1882196호 등에 개시된 분무식 식물재배기의 경우 대부분 식물의 특정 부위에 국부적으로 양액을 분무하는 형태를 가지므로 식물의 전 영역에 양액이 공급되기 어렵고, 분무 시 일정 량의 전력이 필요하므로 정전 등 외부 위험 요인이 발생할 경우 양액의 공급이 중단되어 식물이 시들거나 고사(枯死)하는 문제가 있다. 또한, 분무된 양액으로 조성된 안개를 재배기 내부에서 안정적으로 체류시키기 위해서는 분무 노즐을 지속적으로 구동시켜야만 하므로 에너지 효율이 저하되고, 조성된 안개가 단시간 내에 소멸하는 경우 식물에 대한 양액의 전달 효율도 저하되는 문제가 있다. 또한, 식물의 전 영역에 수분, 영양분을 골고루 전달하기 위해 다수의 분무 노즐을 조밀하게 설치하는 경우, 에너지 효율이 저하되고 식물재배기의 크기가 증가하여 공간 효율이 저하되는 문제가 있다.

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 뿌리, 줄기, 잎 등 식물의 전 영역에 양액을 골고루 공급할 수 있고, 전기에너지, 즉, 전력에 대한 의존도를 경감하면서도 분무된 양액 액적(droplet)으로 조성된 안개를 기설정된 시간 동안 재배기의 내부에 안정적으로 체류시켜 식물에 대한 양액의 전달 효율을 개선할 수 있는 식물재배시스템을 제공하는 것이다.

일 실시예에 있어서, 상기 트레이의 하부에 구비되어 식물의 뿌리에 상기 양액조로부터 공급된 양액을 공급하는 제2 양액공급부를 더 포함할 수 있고, 상기 제2 양액공급부에 공급된 양액은 기설정된 시간 동안 상기 제2 양액공급부에 체류한 후 상기 양액조로 순환되거나 외부로 배출될 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 양액조는 양액의 pH를 측정하는 pH 센서, 및 상기 pH 센서에 의해 제공된 신호에 따라 양액의 pH를 조절하는 pH 제어부를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 식물재배기는 식물의 높이를 측정하는 거리 센서; 및 상기 거리 센서에 의해 제공된 신호에 따라 상기 급기팬을 상하방향으로 이동시킬 수 있는 상하이동 부재, 및 상기 급기팬의 지향각을 변경할 수 있는 회전이동 부재 중 적어도 하나;를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 식물재배기는 상기 하우징의 내부 습도를 측정하는 측정하는 습도 센서를 더 포함할 수 있고, 상기 습도 센서에 의해 제공된 신호에 따라 상기 제1 양액공급부, 상기 제2 양액공급부, 상기 급기팬 및 상기 배기팬 중 적어도 하나가 구동할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 습도 센서에 의해 측정된 상기 하우징의 내부 습도가 기설정된 값 이하인 경우, 상기 급기팬 및 상기 배기팬은 상기 하우징의 내부에 음압을 조성하고, 상기 제1 양액공급부는 양액을 액적(droplet) 상태로 기설정된 시간 동안 분무하여 상기 하우징의 내부에 안개를 형성하고, 상기 안개는 상기 하우징의 내부에 포획되어 기설정된 시간 동안 체류할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 식물재배기는 상기 하우징의 내부 온도를 측정하는 온도 센서를 더 포함할 수 있고, 상기 온도 센서에 의해 제공된 신호에 따라 상기 급기팬이 구동할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 식물재배기는 상기 온도 센서에 의해 제공된 신호에 따라 상기 하우징의 내부 온도를 조절하는 열원을 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 식물재배기는 상기 하우징의 내부 조도를 측정하는 조도 센서, 및 상기 조도 센서에 의해 제공된 신호에 따라 상기 하우징의 내부 조도를 조절하는 광원을 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 식물재배시스템은 상기 사용자단말에 식물의 생장 조건에 관한 데이터를 제공하는 서버를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 식물재배시스템은, 사용자단말과 통신하는 하나 이상의 센서를 포함하는 식물재배기를 이용하되, 상기 식물재배기는, 트레이의 상부에 구비되어 식물에 양액조로부터 공급된 양액을 액적(droplet) 상태로 분무하는 제1 양액공급부; 상기 하우징의 내벽에 구비되어 상기 하우징의 내부로 공기를 유입시키는 급기팬; 및 상기 하우징의 내벽에 구비되어 상기 하우징의 외부로 공기를 유출시키는 배기팬;을 포함함으로써 뿌리, 줄기, 잎 등 식물의 전 영역에 양액을 골고루 공급할 수 있고, 전기에너지, 즉, 전력에 대한 의존도를 경감하면서도 분무된 양액 액적(droplet)으로 조성된 안개를 기설정된 시간 동안 재배기의 내부에 안정적으로 체류시켜 식물에 대한 양액의 전달 효율을 개선할 수 있다.

또한, 상기 식물재배시스템은 사용자, 또는 서버로부터 제공된 식물의 생장 조건에 관한 데이터에 의해 상기 센서에 기설정된 값에 따라 양액의 pH, 하우징의 내부 온도, 습도, 조도 등을 자동으로 제어하여 식물의 생장에 필요한 최적의 환경을 실시간으로 제공할 수 있다.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 식물재배기를 도식화한 것이다.
도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 식물재배기를 도식화한 것이다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 식물재배기를 도식화한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 식물재배시스템을 도식화한 것이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자단말을 이용하여 센서에 기준값을 설정하는 과정을 도식화한 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 식물재배기의 구동 과정을 도식화한 것이다.
도 8은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 식물재배기의 구동 과정을 도식화한 것이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 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 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 식물재배기를 도식화한 것이다. 도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 식물재배기는, 하우징(100); 상기 하우징의 내부에 식물을 식재하기 위한 트레이(200); 상기 트레이의 상부에 구비되어 식물에 양액조로부터 공급된 양액을 액적(droplet) 상태로 분무하는 제1 양액공급부(310); 상기 하우징의 내벽에 구비되어 상기 하우징의 내부로 공기를 유입시키는 급기팬(410); 및 상기 하우징의 내벽에 구비되어 상기 하우징의 외부로 공기를 유출시키는 배기팬(420);을 포함할 수 있다.

상기 트레이(200)는 하우징의 내부에 식물이 식재되도록 하는 패널 또는 그와 유사한 부재로 구비될 수 있고, 상기 패널 또는 그와 유사한 부재는 각각의 식물 개체가 식재되는 하나 이상의 홈 및/또는 제1 통공(미도시)을 포함할 수 있다. 상기 패널 또는 그와 유사한 부재가 복수의 홈 및/또는 제1 통공을 포함하는 경우, 상기 홈 및/또는 제1 통공 간의 간격은 기설정된 범위로 조절될 수 있고, 바람직하게는, 균등할 수 있다.

또한, 상기 트레이(200)는 상기 제1 양액공급부(310)에서 분무된 양액이 식물의 상기 트레이(200)의 상부뿐만 아니라 상기 트레이(200)를 관통하여 상기 트레이(200)의 하부에도 확산, 전달 및/또는 순환되도록 하는 하나 이상의 제2 통공을 포함할 수 있다.

상기 홈 및/또는 통공으로 식재된 식물 개체의 뿌리는 상기 트레이의 하부를 향해 생장하고, 식물 개체의 줄기, 잎 등은 상기 트레이의 상부를 향해 생장할 수 있다.

상기 제1 양액공급부(310)는 상기 트레이(100)의 상부에 구비되어 식물에 양액조로부터 공급된 양액을 액적(droplet) 상태로 분무하는 분무기일 수 있다. 본 명세서에 사용된 용어, "액적"은 분무기에 의해 미립화된 양액 입자를 의미하며, 상기 액적의 크기, 밀도 등은 상기 액적이 공기 중에 부유하여 안개를 생성할 수 있는 정도의 범위로 조절될 수 있다.

상기 제1 양액공급부(310)는 상기 하우징(100)의 상부에 구비되어 상기 하우징의 내부로 양액을 액적 상태로 분무하여 양액으로 이루어진 안개를 생성할 수 있다. 상기 제1 양액공급부(310)는 양액을 저장, 공급, 순환시키는 상기 양액조(330)와 연결되며, 상기 제1 양액공급부(310) 및 상기 양액조(330)의 사이에는 배관, 펌프, 밸브 등이 구비될 수 있다.

상기 양액조(330)는 양액을 저장하고 양액을 배관, 펌프, 밸브 등을 통해 상기 제1 양액공급부(310) 및 후술할 제2 양액공급부(320)로 공급할 수 있다. 상기 양액조(330)와 상기 제1 양액공급부(310)를 연결하는 배관은 상기 제2 양액공급부(320)를 향해 분기될 수 있고, 필요에 따라, 상기 양액조(330)와 상기 제1 양액공급부(310)를 연결하는 배관 및 상기 양액조(330)와 상기 제2 양액공급부(320)를 연결하는 배관은 각각 독립적으로 구비될 수도 있다.

상기 제1 양액공급부(310)는 홀 및/또는 슬릿 형태의 분사구, 송풍기, 무화기 등을 포함할 수 있다. 여기서, 홀 형태의 분사구는 단수 또는 복수로 이루어질 수 있고, 반드시 원형만을 의미하는 것이 아니라, 삼각형이나 사각형 등의 다각형이나 타원형을 비롯하여 다양한 도형의 홀을 포함할 수 있다. 또한, 슬릿 형태의 분사구는 단수 또는 복수로 이루어질 수 있고, 슬릿 형태라면 그 형상에는 제한이 없다.

상기 송풍기는 분사구의 내부에 구비되어, 공기를 분사구로 이동시킬 수 있고, 모터, 팬 등을 포함할 수 있다. 상기 무화기는 분사구의 내부에 구비되어, 양액을 액적 상태로 변환시킬 수 있다. 상기 무화기는 양액을 방사상으로 분출하여 미세입자로 분쇄하고, 추가로 상기 분사구의 내면에 충돌시켜 액적 상태로 변환시킬 수 있다. 상기 무화기는 모터, 회전체 등을 포함할 수 있다.

상기 하우징의 내벽에 구비되어 상기 하우징의 내부로 공기를 유입시키는 급기팬(410), 및 상기 하우징의 내벽에 구비되어 상기 하우징의 외부로 공기를 유출시키는 배기팬(420)은 상호 독립적으로 또는 연동하여 구동함으로써 상기 하우징의 내부 온도, 습도, 압력을 조절할 수 있다.

상기 급기팬(410) 및 상기 배기팬(420)은 각각 상기 하우징(100)의 상호 대향하는 벽에 동일하거나 상이한 높이로 구비되거나, 상기 하우징(100)의 동일한 벽에 각각 상하 또는 좌우로 구비될 수 있다. 일반적으로, 상기 하우징(100)의 환풍, 환기 시, 상호 대향하는 벽을 각각 외기와 연통시키는 경우 환풍, 환기 효과가 극대화될 수 있으므로, 도 1에서와 같이 상기 급기팬(410) 및 상기 배기팬(420)을 각각 상기 하우징(100)의 상호 대향하는 벽에 구비하는 것이 바람직하다.

상기 급기팬(410)은 상기 하우징(100)의 내부로 공기를 유입시켜 상기 하우징(100)의 내부의 기압을 높이고 동시에 온도를 낮출 수 있다. 반대로, 상기 배기팬(420)은 상기 하우징(100)의 외부로 공기를 유출시켜 상기 하우징(100)의 내부의 기압 및 습도를 낮출 수 있다.

상기 식물재배기는 상기 트레이(200)의 하부에 구비되어 식물의 뿌리에 상기 양액조(330)로부터 공급된 양액을 공급하는 제2 양액공급부(320)를 더 포함하고, 상기 제2 양액공급부(320)에 공급된 양액은 기설정된 시간 동안 상기 제2 양액공급부에 체류한 후 상기 양액조(330)로 순환되거나 외부로 배출될 수 있다.

상기 제2 양액공급부(320)의 저면에서 양액은 박막을 형성할 수 있고, 이러한 박막의 두께, 즉, 상기 제2 양액공급부(320)에 담지된 양액의 높이 내지 깊이는 양액의 상기 제2 양액공급부(320)의 저면에 대한 젖음성, 즉, 표면장력을 고려하여 상기 제2 양액공급부(320)의 저면의 전 영역이 양액으로 덮일 수 있는 값 이상으로 조절될 수 있다.

상기 제2 양액공급부(320)에 공급된 양액은 기설정된 시간 동안 흐름 상태를 유지하면서 연속식으로 상기 제2 양액공급부(320)에 체류하거나, 기설정된 시간 동안 불연속식으로, 즉, 배치식으로 상기 제2 양액공급부(320)에 체류할 수 있다. 상기 제2 양액공급부(320)에서 기설정된 시간 동안 체류한 양액을 상기 양액조(330)로 순환시키거나 외부로 배출시킴으로써 양액이 부패하거나, 및 그에 따라 식물의 생장이 저해되는 문제를 해결할 수 있다.

그 외 상기 양액조(330) 및 상기 제2 양액공급부(320)의 결합관계 및 그에 따른 양액의 공급에 대해서는 전술한 것과 같다.

도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 식물재배기를 도식화한 것이다. 도 2를 참고하면, 상기 양액조(330)는 양액의 pH를 측정하는 pH 센서(미도시), 및 상기 pH 센서에 의해 제공된 신호에 따라 양액의 pH를 조절하는 pH 제어부(360)를 더 포함할 수 있다. 식물의 생장에 필요한 양액의 pH는 식물의 종류, 생장 단계, 주변 환경 등과 같은 다양한 인자에 의존할 수 있으므로, 이러한 인자에 따라 양액의 pH를 정밀하게 조절하여 공급하는 것이 중요하다.

상기 pH 센서는 기설정된 값을 기준으로 양액의 pH를 실시간으로 측정할 수 있다. 상기 pH 센서에 의해 측정된 양액의 pH가 기설정된 값 미만이면 상기 pH 제어부(360)는 상기 pH 센서에 의해 제공된 신호에 따라 상기 양액조(330) 및/또는 배관에 식물 생장에 무해한 염기(base)를 주입하여 pH를 기설정된 값으로 조절할 수 있다. 반대로, 상기 pH 센서에 의해 측정된 양액의 pH가 기설정된 값 초과이면 상기 pH 제어부(360)는 상기 pH 센서에 의해 제공된 신호에 따라 상기 양액조(330) 및/또는 배관에 식물 생장에 무해한 산(acid)을 주입하여 pH를 기설정된 값으로 조절할 수 있다.

도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 식물재배기를 도식화한 것이다. 도 3을 참고하면, 상기 식물재배기는 식물의 높이를 측정하는 거리 센서(430); 및 상기 거리 센서에 의해 제공된 신호에 따라 상기 급기팬(410)을 상하방향으로 이동시킬 수 있는 상하이동 부재(440), 및 상기 급기팬(410)의 지향각을 변경할 수 있는 회전이동 부재(450) 중 적어도 하나;를 더 포함할 수 있다.

상기 급기팬(410)은 상기 하우징(100)의 내부로 공기를 유입시켜 상기 하우징(100)의 내부의 기압을 높이고 동시에 온도를 낮출 수 있다. 또한, 상기 급기팬(410)에 의해 상기 하우징(100)의 내부로 유입된 공기는 일정 량의 유동, 즉, 바람을 생성할 수 있고, 이러한 바람은 상기 트레이(200)에 식재된 식물의 줄기, 잎 등의 움직임을 유발할 수 있다.

식물이 적절히 생장하기 위해서는, 온도, 습도, 조도와 같은 외적 조건뿐만 아니라 일정 수준의 움직임과 같은 내적 조건이 갖추어질 필요가 있다. 상기 급기팬(410)에 의해 생성된 바람은 상기 트레이(200)에 식재된 식물의 줄기, 잎 등의 움직임을 유발할 수 있다. 다만, 이러한 바람이 과도한 경우 식물의 생장에 필요한 수분이 제거될 수 있으므로, 상기 급기팬(410)의 회전 속도와 그에 따른 풍량 및/또는 풍속을 적절히 조절하여 식물의 생장에 필요한 수분이 제거되지 않도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 급기팬(410)에 의해 생성된 바람의 방향을 상기 트레이(200)에 식재된 식물을 향하도록 조절할 필요가 있다. 예를 들어, 상기 하우징(100)에서 상기 급기팬(410)의 높이가 식물의 키(높이) 보다 현저히 높은 경우, 상기 급기팬(410)에 의해 생성된 바람이 식물의 잎, 줄기 등에 적절히 가해질 수 없기 때문이다.

상기 거리 센서(430)는 상기 하우징(100)의 상부, 바람직하게는, 상기 하우징(100)의 상면에 구비되어 상기 하우징의 상부로부터 식물 개체의 상단까지의 거리(D) 및 상기 하우징의 상부로부터 상기 트레이(200)까지의 거리를 측정할 수 있고, 그 차이를 식물 개체의 높이로 정의할 수 있다.

상기 상하이동 부재(440)는 슬라이드 부재, 롤 부재, 유압 부재 등으로 이루어질 수 있고, 그 유형이 특별히 한정되는 것은 아니다. 상기 상하이동 부재(440)는 상기 거리 센서에 의해 제공된 신호에 따라 상기 급기팬(410)의 높이가 식물 개체의 높이보다 높으면 상기 급기팬(410)을 수직 하향 이동시킬 수 있고, 반대로, 상기 급기팬(410)의 높이가 식물 개체의 높이보다 낮으면 상기 급기팬(410)을 수직 상향 이동시킬 수 있다.

상기 회전이동 부재(450)는 수직 방향으로 고정된 상기 급기팬(410)의 지향각을 변경하여 상기 급기팬(410)에 의해 생성된 바람이 식물의 잎, 줄기 등에 적절히 가해지도록 할 수 있다. 상기 회전이동 부재(450)는 상기 거리 센서에 의해 제공된 신호에 따라 상기 급기팬(410)의 높이가 식물 개체의 높이보다 높으면 상기 급기팬(410)의 지향각을 하향 변경할 수 있고, 반대로, 상기 급기팬(410)의 높이가 식물 개체의 높이보다 낮으면 상기 급기팬(410)의 지향각을 상향 변경할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 식물재배기를 이용한 식물재배시스템을 도식화한 것이다. 도 4를 참고하면, 상기 식물재배기는 식물 생장에 필요한 다양한 조건을 자동으로 측정할 수 있는 센서류를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 센서류는 pH 센서(30), 습도 센서(40), 온도 센서(50), 조도 센서(60) 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나를 포함할 수 있다.

상기 센서류는 식물 생장에 필요한 조건을 측정함과 동시에, 측정된 값을 기설정된 값과 비교, 연산하여 신호를 생성, 출력하고 이러한 신호를 제어부(700)에 전달하여 상기 제어부(700)가 양액공급부(310, 320), 급기팬(410), 배기팬(420), 열원(500), 광원(600) 등을 구동시키도록 할 수 있다.

상기 센서류는 사용자단말(800)과 통신하는 통신모듈을 더 포함할 수 있고, 이를 통해 사용자는 신호의 생성, 출력에 필요한 각 조건의 기준값을 각각의 센서에 설정할 수 있다. 상기 통신모듈은, 예를 들어, NFC, 블루투스, 와이파이, 지그비, UWB 등일 수 있고, 상기 센서류 및 상기 사용자단말(800)이 상호 무선으로 통신하도록 하는 것이면, 그 종류가 특별히 한정되는 것은 아니다.

상기 사용자단말(800)은, 예를 들어, 스마트폰, 태블릿 PC, PC, 노트북, 스마트 TV 등일 수 있으나, 상기 센서류 및 후술할 서버(900)와 통신하는 통신모듈을 포함하고 상기 센서류 및 후술할 서버(900)와의 통신상태를 표시하는 인터페이스, UI 등을 포함하는 소프트웨어가 설치될 수 있는 것이면 그 종류가 특별히 한정되는 것은 아니다.

상기 서버(900)는 식물의 생장 조건에 관한 데이터를 상기 사용자단말(800)에 제공할 수 있다. 상기 식물의 생장 조건에 관한 데이터는, 예를 들어, 식물의 종류 및 생장 단계에 따라 세분화 및 구체화된 것일 수 있다. 상기 식물의 생장 조건은, 예를 들어, 온도, 습도, 조도, 압력, 양액의 성분/조성/pH, 바람에 의한 움직임 정도 등일 수 있고, 상기 서버(900)는 상기 생장 조건을 식물의 종류 및 생장 단계에 따라 세분화, 구체화하여 상기 사용자단말(800)에 제공할 수 있다

상기 서버(900)에 저장된 상기 데이터는 상기 사용자단말(800)에 다운로드되어 저장될 수 있고, 필요에 따라, 상기 사용자단말(800)에 저장되지 않고 동기화될 수도 있다.

상기 사용자단말(800)에 저장되거나 동기화된 상기 데이터는, 사용자가 상기 사용자단말(800)을 이용하여 신호의 생성, 출력에 필요한 각 조건의 기준값을 센서에 설정할 때, 참고할 수 있는 기본값으로 작용할 수 있다. 예를 들어, A라는 식물을 재배함에 있어서, 상기 서버(900)에 의해 제공된 최적 온도가 25℃이고 사용자가 상기 사용자단말(800)을 이용하여 온도 센서에 설정하고자 하는 온도가 20℃인 경우, 양 값을 비교하여 사용자가 적절한 온도를 선택하도록 유도할 수 있다.

도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자단말을 이용하여 센서에 기준값을 설정하는 과정을 도식화한 것이다. 도 5를 참고하면, 상기 사용자단말(800)을 이용하여 상기 온도 센서(50)에 상기 급기팬(410)의 구동이 개시되는 온도를 기준값으로 입력 및 설정할 수 있다. 또한, 상기 기준값과 독립적으로, 또는 연동하여 상기 급기팬(410)의 구동 여부(켜짐/꺼짐)를 설정할 수 있다.

도 6을 참고하면, 상기 사용자단말(800)을 이용하여 상기 양액조(330)에 담지된 양액을 상기 제1 및 제2 양액공급부(310, 320)로 공급하기 위한 상기 펌프를 구동시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 펌프가 정해진 시간 내에서만 작동하도록 상기 펌프의 구동 개시 시간과 정지 시간을 설정할 수 있고, 상기 펌프의 구동이 기설정된 주기로 반복되도록 설정할 수도 있다.

상기 습도 센서(40)에 의해 제공된 신호에 따라 상기 제1 양액공급부(310), 상기 제2 양액공급부(320), 상기 급기팬(410) 및 상기 배기팬(420) 중 적어도 하나가 구동할 수 있다.

도 7는 본 발명의 일 실시예에 따른 식물재배기의 구동 과정을 도식화한 것이다. 도 7을 참고하면, 상기 습도 센서(40)에 의해 측정된 상기 하우징(100)의 내부 습도가 사용자단말(800)로부터 입력된 기설정된 값보다 높은 "습윤 상태"인 경우, 상기 제어부(700)는 상기 배기팬(420)을 구동시켜 상기 하우징(100)의 외부로 습기를 배출시킬 수 있다. 또한, 상기 배기팬(420) 및 상기 급기팬(410)을 동시에 구동시키는 경우 상기 하우징으로 유입되는 공기의 양보다 상기 하우징으로부터 유출되는 공기의 양이 많도록 상기 배기팬(420) 및 상기 급기팬(410)의 회전 속도 등을 조절할 수 있다.

반대로, 상기 습도 센서(40)에 의해 측정된 상기 하우징(100)의 내부 습도가 사용자단말(800)로부터 입력된 기설정된 값보다 낮은 "건조 상태"인 경우, 상기 제어부(700)는 상기 제1 및/또는 제2 양액공급부(310, 320)을 구동시켜 상기 하우징(100)의 내부 습도를 높일 수 있다.

상기 온도 센서(50)는 상기 하우징(100)의 내부 온도를 측정할 수 있고, 상기 온도 센서(50)에 의해 제공된 신호에 따라 상기 급기팬(410)이 구동할 수 있다. 예를 들어, 상기 온도 센서(50)에 의해 측정된 온도가 기설정된 값보다 높은 경우 상기 급기팬(410)을 구동시켜 상기 하우징(100)의 내부 온도를 낮출 수 있다.

상기 식물재배기는 상기 온도 센서(50)에 의해 제공된 신호에 따라 상기 하우징(100)의 내부 온도를 조절하는 열원(500)을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 온도 센서(50)에 의해 측정된 온도가 기설정된 값보다 낮은 경우 상기 열원(500)을 구동시켜 상기 하우징(100)의 내부 온도를 높일 수 있다.

상기 조도 센서(60)는 상기 하우징(100)의 내부 조도를 측정할 수 있고, 상기 식물재배기는 상기 조도 센서(60)에 의해 제공된 신호에 따라 상기 하우징(100)의 내부 조도를 조절하는 광원(600)을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 조도 센서(60)에 의해 측정된 조도가 기설정된 값보다 높은 경우 상기 광원(600)의 광도 내지 조도를 낮출 수 있고, 반대로, 상기 조도 센서(60)에 의해 측정된 조도가 기설정된 값보다 낮은 경우 상기 광원(600)의 광도 내지 조도를 높일 수 있다. 상기 광원(600)은 빛을 방출하는 것이면 그 종류가 특별히 제한되는 것은 아니나, 에너지 효율을 고려하여 LED를 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 광원(600)은, 파장에 따라, 식물의 생장에 필요한 가시광선 영역의 빛을 방출하는 제1 광원, 및 식물의 생장과 무관하게 상기 하우징(100)의 내부를 살균, 소독할 수 있는 자외선(UV) 영역의 빛을 방출하는 제2 광원을 포함할 수 있다.

한편, 종래 분무식 식물재배기의 경우 분무기의 구동에 일정 량의 전력이 필요하므로 정전 등 외부 위험 요인이 발생할 경우 양액의 공급이 중단되어 식물이 시들거나 고사(枯死)하는 문제가 있다. 또한, 분무된 양액으로 조성된 안개는 단시간 내에 소멸하기 쉽기 때문에 식물에 대한 양액의 전달 효율이 저하될 수 있고, 이러한 안개를 재배기의 내부에서 일정 시간 동안 안정적으로 체류시키기 위해서는 분무기를 지속적으로 구동시켜야만 하므로 에너지 효율이 저하될 수 있다.

도 8은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 식물재배기의 구동 과정을 도식화한 것이다. 도 8을 참고하면, 상기 습도 센서(40)에 의해 측정된 상기 하우징(100)의 내부 습도가 기설정된 값 이하인 경우, 상기 하우징(100)의 내부 습도를 높임과 동시에 상기 제1 양액공급부(310)에 의해 분무된 양액 액적이 일정 시간 동안 전력에 의존하지 않고 안정적으로 안개 상태로 체류하도록 할 수 있다.

구체적으로, 상기 급기팬(410)에 의한 공기의 유입량보다 상기 배기팬(420)에 의한 공기의 유출량이 많도록 상기 급기팬(410) 및 상기 배기팬(420)을 구동시켜 상기 하우징(100)의 내부에 음압을 조성할 수 있고, 음압을 조성한 후 상기 급기팬(410) 및 상기 배기팬(420)은 구동을 중지하거나, 음압을 해제하거나 안개가 유출되지 않도록 하는 수준에서 구동을 지속할 수 있다.

상기 제1 양액공급부(310)는 이와 같이 음압이 조성된 상기 하우징(100)의 내부에 양액을 액적(droplet) 상태로 기설정된 시간 동안 분무하여 안개를 형성할 수 있고, 상기 안개는 상기 하우징(100)의 내부에 실질적으로 포획되어 기설정된 시간 동안 체류할 수 있으므로, 안개가 조성된 후 정전 등 외부 위험 요인이 발생하더라도 기조성된 안개가 식물 개체와 지속적으로 접촉할 수 있으므로 식물이 시들거나 고사(枯死)하는 것을 방지할 수 있다.

한편, 필요에 따라, 상기 급기팬(410) 및 상기 배기팬(420) 중 적어도 하나는 개폐가능한 댐퍼를 더 구비할 수 있다. 특히, 상기와 같이 상기 하우징(100)의 내부에 조성된 안개가 식물 개체와 충분히 접촉하지 않은 상태에서 외부로 배출되는 것을 방지하기 위해, 상기 하우징(100)의 내부로 유입, 유출되는 공기의 유량, 유속, 체류시간 등을 정밀하게 제어하는 것이 바람직하고, 상기 댐퍼는 기설정된 주기로, 및/또는 인위적인 조작을 통해 개폐가 제어됨으로써, 상기 급기팬(410)에 의해 유입된 공기가 외부로 역류하거나 상기 배기팬(420)에 의해 유출되는 것을 방지하고, 조성된 안개가 상기 하우징(100)의 내부에 안정적으로 체류하도록 할 수 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 하우징
200: 트레이
310: 제1 양액공급부
320: 제2 양액공급부
330: 양액조
340: 펌프
351, 352: 밸브
360: pH 제어부
410: 급기팬
420: 배기팬
430: 거리 센서
500: 열원
600: 광원
700: 제어부
800: 사용자단말
900: 서버
30: pH 센서
40: 습도 센서
50: 온도 센서
60: 조도 센서

Claims

사용자단말과 통신하는 하나 이상의 센서를 포함하는 식물재배기를 이용한 식물재배시스템에 있어서,
상기 식물재배기는,
하우징;
상기 하우징의 내부에 식물을 식재하기 위한 트레이;
상기 트레이의 상부에 구비되어 식물에 양액조로부터 공급된 양액을 액적(droplet) 상태로 분무하는 제1 양액공급부;
상기 트레이의 하부에 구비되어 식물의 뿌리에 상기 양액조로부터 공급된 양액을 공급하는 제2 양액공급부;
상기 하우징의 내벽에 구비되어 상기 하우징의 내부로 공기를 유입시켜 상기 하우징의 내부의 기압을 높이는 급기팬;
상기 하우징의 내벽에 상기 급기팬과 대향하도록 구비되어 상기 하우징의 외부로 공기를 유출시켜 상기 하우징의 내부의 기압을 낮추는 배기팬;
식물의 높이를 측정하는 거리 센서;
상기 거리 센서에 의해 제공된 신호에 따라 상기 급기팬을 상하방향으로 이동시키는 상하이동 부재; 및
상기 하우징의 내부 습도를 측정하는 습도 센서;를 포함하고,
상기 제1 양액공급부는 분사구, 송풍기 및 무화기를 포함하고,
상기 송풍기는 상기 분사구의 내부에 구비되어 공기를 분사구로 이동시키고,
상기 무화기는 상기 분사구의 내부에 구비되어 양액을 방사상으로 분출하여 미세입자로 분쇄하고, 상기 분사구의 내면에 충돌시켜 공기 중에 부유하여 안개를 생성하는 크기와 밀도를 가지는 액적 상태로 변환시키고,
상기 급기팬 및 상기 배기팬 중 적어도 하나는 개폐가능한 댐퍼를 구비하고,
상기 습도 센서에 의해 제공된 신호에 따라 상기 제1 양액공급부, 상기 제2 양액공급부, 상기 급기팬 및 상기 배기팬 중 적어도 하나가 구동하고,
상기 습도 센서에 의해 측정된 상기 하우징의 내부 습도가 기설정된 값 이하인 경우,
상기 급기팬에 의한 공기의 유입량보다 상기 배기팬에 의한 공기의 유출량이 많도록 상기 급기팬 및 상기 배기팬을 구동시켜 상기 하우징의 내부에 음압을 조성하고,
상기 제1 양액공급부는 양액을 액적(droplet) 상태로 기설정된 시간 동안 분무하여 상기 하우징의 내부에 안개를 형성하고,
상기 댐퍼는 상기 급기팬에 의해 유입된 공기가 외부로 역류하거나 상기 배기팬에 의해 유출되는 것을 방지하고,
상기 안개는 상기 하우징의 내부에 포획되어 전력에 의존하지 않고 기설정된 시간 동안 체류하고,
상기 상하이동 부재는 상기 거리 센서에 의해 제공된 신호에 따라 상기 급기팬의 높이가 식물의 높이보다 높으면 상기 급기팬을 수직 하향 이동시키고, 상기 급기팬의 높이가 식물 개체의 높이보다 낮으면 상기 급기팬을 수직 상향 이동시키는,
식물재배시스템.
제1항에 있어서,
상기 제2 양액공급부에 공급된 양액은 기설정된 시간 동안 상기 제2 양액공급부에 체류한 후 상기 양액조로 순환되거나 외부로 배출되는,
식물재배시스템.
제1항에 있어서,
상기 양액조는 양액의 pH를 측정하는 pH 센서, 및
상기 pH 센서에 의해 제공된 신호에 따라 양액의 pH를 조절하는 pH 제어부를 더 포함하는,
식물재배시스템.
삭제
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 하우징의 내부 온도를 측정하는 온도 센서를 더 포함하고,
상기 온도 센서에 의해 제공된 신호에 따라 상기 급기팬이 구동하는,
식물재배시스템.
제7항에 있어서,
상기 온도 센서에 의해 제공된 신호에 따라 상기 하우징의 내부 온도를 조절하는 열원을 더 포함하는,
식물재배시스템.
제1항에 있어서,
상기 하우징의 내부 조도를 측정하는 조도 센서, 및
상기 조도 센서에 의해 제공된 신호에 따라 상기 하우징의 내부 조도를 조절하는 광원을 더 포함하는,
식물재배시스템.
제1항 내지 제3항 및 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 사용자단말에 식물의 생장 조건에 관한 데이터를 제공하는 서버를 더 포함하는,
식물재배시스템.