KR102572036B1 - 무인 자동 재배 무정지 유기농 스마트팜 시스템 - Google Patents
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Abstract
무인 자동 재배 무정지 유기농 스마트팜 시스템에 관한 기술이 개시된다. 일 실시예에 따른 유기농 스마트팜 시스템은, 화학살충제와 화학비료를 전혀 사용하지 않고 상토와 이탄을 화수분 재배대에 담아 수소수에 의해 유기농으로 식물을 재배한다. 다수 개의 재배대를 수평 수직으로 연결 조립한 것을 상부 및 하부 레일 무한궤도에 의해 롤러 어셈블리로 하중을 분산시키며 이동시켜 무정지 스마트팜 시스템을 구축할 수 있다. 식물을 햇빛, 양분, 수분, 온도, 산도를 최적화 시켜 최대한의 법칙으로 재배하고, 생산 이력을 자동 기록하며 원격 관리를 지원한다.
Description
본 발명은 화학비료와 화학살충제, 성장촉진제를 사용하지 않고 상토와 이탄의 혼합물에 재배식물을 심어 수소수 급수 및 분무에 의한 유기농으로 식물을 무인 또는 최소한의 노동력에 의해 자동 재배하는 무정지 스마트팜 시스템에 관한 것이다.
기존 노지재배와 하우스 시설재배도 흙에서 식물을 키우려면 토양과 토질에 따라 흙 속에 있는 다양한 충, 균류들 때문에 화학살충제나 화학비료 없이 재배하는 것이 불가능했다.
밭에 씨를 뿌리고 싹이 자라며 성장하는 기본 조건에 있어서 대부분의 식물들은 햇빛, 양분, 수분, 온도 산도(Ph)에 따라 가장 적게 주어진 조건에 따라 "최소한의 법칙"이 적용되어 성장을 하고 일정 기간이 경과하여 성장한 후 수확하게 된다.
밭에 씨를 뿌리는 토양의 성질에 따라 성장에 영향을 미치기도 하지만 근본적으로 수분이나 양분이 충분해도 성장에 필요한 온도 조건이 맞지 않거나 광합성에 필요한 빛이 부족하거나 온도 조건이 나쁘면 잘 자라지 못하고, 모든 조건이 잘 맞아도 산도(Ph)가 잘 맞지 않아도 성장에 커다란 영향을 미친다.
최근 IT기술의 발달에 따라, 식물 재배 시스템에 IT기술 및 자동화 기술을 접목시켜 보다 균일하고 효율적인 식물을 재배에 대하여 많은 연구개발이 이루어지고 있다.
2019년 12월 12일 공고된 등록특허 제10-2053997호는 "트롤리 컨베이어를 이용한 식물재배시스템"에 관한 것으로, 트롤리 컨베이어에 의해 식물포트가 공중에 매달린 상태로 이동하여 식물재배공장 내부의 모든 식물포트에 식재된 식물의 품질이 동일하게 관리될 수 있는 식물재배시스템에 관한 것이다. 여기에서 개시된 식물재배시스템은, 천정과 외벽에 창이 형성된 식물재배공장(100)과: 상기 식물재배공장(100)의 상부에 구비되어 식물이 식재된 복수개의 식물포트가 공중에 매달린 상태로 이동 가능하게 지지하는 트롤리 컨베이어(200)와; 상기 식물재배공장(100) 내부의 각 구역의 온도와 습도에 따라 상기 트롤리 컨베이어(200)의 구동을 제어하는 제어부(300)를 포함하며, 상기 트롤리 컨베이어(200)는, 상기 식물재배공장의 천정에 지그재그 형태의 폐루프 형태로 형성된 트랙부(210)와; 상기 트랙부(210)를 따라 이동가능하게 구비되는 체인부(220)와; 상기 체인부(220)에 일정 간격으로 고정 결합되어 상기 체인부(220)와 함께 상기 트랙부(210)를 따라 이동하는 복수개의 행거부(260)와; 상기 복수개의 행거부(260) 각각의 하부에 고정결합되며 식물포트(A)가 안착되는 포트 적재판(271)이 구비된 포트지지부(270)를 포함한다.
캐나다 버티크롭(VertiCrop)시스템이 2010년 상용화한 고층 건물 옥상에서 식물을 고밀도로 재배하는 스마트팜 기술(https://ko.wikipedia.org/wiki/수직농업)과 대동소이한 것으로, 식물이 재배되는 식물포트를 보다 안정적으로 이동시킬 수 있고, 트랙을 이동하는 설비의 고장 발생을 줄일 수 있는 무정지 스마트팜 시스템에 대해서는 아직 구체적으로 개시되어 있지 않다.
본 발명의 일 목적은, 인공 토양을 이용하여 화학살충제, 화학비료 등을 사용하지 않는 효율적인 유기농 스마트팜 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 하중을 분산시키는 재배대 이송 시스템을 사용하여 고장 발생이 적고 식물을 고밀도로 재배할 수 있는 스마트팜 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 다양한 식물에 대해 서로 다른 수위로 재배할 수 있는 모듈형 유기농 스마트팜 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 식별 시스템을 사용하여 재배 이력 관리 및 설비 상태 점검을 원격지에서 전문가들이 지원 가능한 유기농 스마트팜 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
제안된 발명의 일 양상에 따르면, 무인 자동 재배 무정지 유기농 스마트팜 시스템은, 상토와 이탄(ph 3.5)을 소정의 비율로 혼합한 인공 흙을 포함하는 화수분 재배대(12)에 약 알카리성 수소수를 공급하여 식물의 종류에 따라 산도를 최적화시켜 화학비료와 화학살충제를 사용하지 않고 식물을 재배한다.
일 실시예에 따른 유기농 무인 자동 재배 스마트팜 시스템은, 스마트팜 하우징과, 상부 레일(8)과, 하부 레일(7)과, 상부 롤러 어셈블리(9)와, 하부 롤러 어셈블리(6)와, 상하부 연결부재(10)와, 재배대 지지부재(11)를 포함한다.
스마트팜 하우징은 내부에 식물을 재배하는 공간인 식물 재배실을 포함하고, 식물 재배실 외부의 일 측면은 반사율이 투과율보다 크고, 나머지 측면과 천정은 투과율이 반사율보다 크다.
상부 레일(8)은, 단면의 내부는 비어 있고, 단면의 상부면은 바깥쪽으로 경사지고, 단면이 전반적으로 상하 대칭 및 좌우 대칭을 가지도록 형성되며, 식물 재배실 내부에 시작점과 끝점이 연결되어 무한궤도를 형성한다.
하부 레일(7)은, 상기 상부 레일(8)과 대칭되는 하부 위치에 상기 상부 레일(8)과 상하 대칭 형상으로 배치된다.
상부 롤러 어셈블리(9)는 상기 상부 레일(8)에 연결되어 이동한다. 하부 롤러 어셈블리(6)는, 상기 하부 레일(7)에 연결되어 이동한다.
상하부 연결부재(10)는, 일단이 상기 상부 롤러 어셈블리(9)와 연결되고, 타단이 상기 하부 롤러 어셈블리(6)에 연결되어, 상기 상부 롤러 어셈블리(9)와 상기 하부 롤러 어셈블리(6)가 동시에 이동하도록 한다.
재배대 지지부재(11)는, 인접하는 상하부 연결부재 사이에 일정한 간격으로 배치되어, 화수분 재배대(12)를 지지한다.
추가적인 양상에 따르면, 상기 상부 롤러 어셈블리(9)는, 상부 롤러 어셈블리 몸체(21A)와, 주하중 휠(9A)과, 이탈방지 보조휠(9B)을 포함한다.
상부 롤러 어셈블리 몸체(21A)는, 하부에 상기 상하부 연결부재(10)의 일단이 연결된다. 주하중 휠(9A)은, 상기 상부 롤러 어셈블리 몸체(21A)의 상부 회전축을 중심으로 상기 상부 레일(8)의 상면에 맞닿아 회전한다. 이탈방지 보조휠(9B)은, 상기 상부 롤러 어셈블리 몸체(21A)의 하부 회전축을 중심으로 상기 상부 레일(8)의 하면에 맞닿아 회전한다.
상기 하부 롤러 어셈블리(6)는, 하부 롤러 어셈블리 몸체(21B)와, 주하중 휠(6A)과, 이탈방지 보조휠(6B)을 포함한다.
하부 롤러 어셈블리 몸체(21B)는, 상부에 상기 상하부 연결부재(10)의 타단이 연결된다. 주하중 휠(6A)은, 상기 하부 롤러 어셈블리 몸체(21B)의 상부 회전축을 중심으로 상기 하부 레일(7)의 상면에 맞닿아 회전한다. 이탈방지 보조휠(6B)은, 상기 하부 롤러 어셈블리 몸체(21B)의 하부 회전축을 중심으로 상기 하부 레일(7)의 하면에 맞닿아 회전한다.
추가적인 양상에 따르면, 상기 유기농 스마트팜 시스템은, 상부 구동 기어(22A)와, 하부 구동 기어(22B)를 더 포함한다.
상부 구동 기어(22A)는, 상기 상부 롤러 어셈블리(9)의 간격에 맞는 돌기를 구비하고, 상기 상부 롤러 어셈블리(9)의 방향이 변화되는 곡면부에 접하도록 배치되어 상기 상부 롤러 어셈블리(9)를 이동시킨다.
하부 구동 기어(22B)는, 상기 하부 롤러 어셈블리(6)의 간격에 맞는 돌기를 구비하고, 상기 하부 롤러 어셈블리(6)의 방향이 변화되는 곡면부에 접하도록 배치되어 상기 하부 롤러 어셈블리(6)를 이동시킨다.
추가적인 양상에 따르면, 상기 화수분 재배대(12)는, 화수분 재배통(58)과, 화수분 물통(51)과, 화수분 연결부재(53)를 포함하여, 복수의 화수분 재배대를 가로 또는 세로로 연결하여 사용할 수 있는 모듈 확장형이다.
화수분 재배통(58)은, 인공 토양 및 재배되는 식물이 담긴다. 화수분 물통(51)은, 상기 화수분 재배통을 내부에 장착할 때 바닥에서 이격되도록 측면에 형성된 돌기와, 물막이 부재(52)로 막을 수 있는 하나 이상의 개방된 수로를 포함한다. 화수분 연결부재(53)는, 이웃하는 복수의 화수분 물통(51)의 수로를 연결한다.
추가적인 양상에 따르면, 유기농 스마트팜 시스템은 수위 조절봉(55)을 더 포함한다. 수위 조절봉(55)은, 다각형 기둥의 서로 다른 면에 각각 서로 다른 높이에 위치한 구멍을 포함하여, 장착되는 방향에 따라 상기 화수분 재배통(58) 또는 화수분 물통(51)의 수위를 다르게 조절한다.
추가적인 양상에 따르면, 유기농 스마트팜 시스템은 수소수 공급 장치(92)를 더 포함한다. 수소수 공급 장치(92)는, 전처리 필터(84)와, 수소수 생성 필터(85)와, 수소 용존 농도 측정기(89)와, 수소수 용존 농도 보상장치(86)와, 유량계(87)를 포함하여, 공급된 물을 이용하여 용존 수소가 500ppb 이상 함유된 수소수를 생성한다.
전처리 필터(84)는, 공급된 물로부터 불순물을 제거한다. 수소수 생성 필터(85)는, 마그네슘(Mg) 및 광물을 포함하여 입력된 물(H2O)과 반응(MgOH)하여 수소(H)를 발생시켜 물에 수소가 용존되어 있는 수소수를 생성한다. 수소 용존 농도 측정기(89)는, 수소수에 녹아 있는 수소의 용존 농도를 측정한다. 수소수 용존 농도 보상장치(86)는, 전기분해 장치를 포함하여, 수소수에 녹아 있는 수소의 용존 농도가 낮은 경우 전기분해 장치로부터 발생된 수소를 수소수로 공급하여 수소수에 용존된 수소의 농도를 증가시킨다. 유량계(87)는, 방출되는 수소수의 양을 측정한다.
추가적인 양상에 따르면, 유기농 스마트팜 시스템은 수소수 분무 장치(20)를 더 포함한다. 수소수 분무 장치(20)는, 상기 수소수 공급 장치(92)로부터 수소수를 공급받아 미세 액적을 생성하여 화수분 재배대를 향해 미세 액적을 분사한다. 상기 수소수 분무 장치(20)는, 레일이 볼록하게 형성된 부분을 향해 수소수를 분무하도록 배치하여, 복수의 화수분 재배대에 수소수를 분무한다.
추가적인 양상에 따르면, 유기농 스마트팜 시스템은 발광 다이오드(28)를 더 포함한다. 발광 다이오드(28)는, 상기 스마트팜 하우징의 중앙부에 위치하여, 중앙부를 통과하는 화수분 재배대를 향하여 인공 광합성에 사용되는 빛을 방출한다.
추가적인 양상에 따르면, 유기농 스마트팜 시스템은 히트펌프와, 원적외선 방출장치와, 통풍구를 포함한다. 히트펌프는, 스마트팜 내부의 적정 온도를 유지하기 위한 냉난방에 사용한다. 원적외선 방출장치는, 식물 성장 촉진을 위한 4000nm 대역의 원적외선을 방출한다. 통풍구는, 식물 재배실의 공기를 환기시키고, 열기를 배출할 수 있다. 유기농 스마트팜 시스템은 통풍구에 디스크 어레이 경계면 견인효과로 공기를 강제 순환시키는 송풍장치를 더 포함할 수 있다.
추가적인 양상에 따르면, 상기 상부 롤러 어셈블리(9) 또는 하부 롤러 어셈블리(6)는, 롤러 어셈블리 식별 태그(30)를 구비한다.
상기 유기농 스마트팜 시스템은, 롤러 어셈블리 태그 리더기와, 진동 감지 장치를 더 포함한다. 롤러 어셈블리 태그 리더기는, 상기 롤러 어셈블리 식별 태그(30)를 인식한다. 진동 감지 장치는, 상부 롤러 어셈블리 또는 하부 롤러 어셈블리의 진동을 감지한다. 상기 유기농 스마트팜 시스템은, 상기 진동 감지 장치에서 이상이 있다고 판단하는 경우 롤러 어셈블리 태그 리더기로 인식한 식별 태그를 가진 롤러 어셈블리에 대한 교체 신호를 관리자 단말로 전송한다.
추가적인 양상에 따르면, 상기 화수분 재배대(12) 또는 화수분 재배통(58)은, 재배대 식별 태그를 구비한다.
상기 유기농 스마트팜 시스템은, 재배대 태그 리더기와, 영상 촬영 및 영상인식 장치와, 재배이력 데이터베이스를 포함한다.
재배대 태그 리더기는 상기 재배대 식별 태그를 인식한다. 영상 촬영 및 영상인식 장치는, 상기 화수분 재배대에서 재배되는 식물을 촬영하고, 촬영된 식물을 인식한다. 재배이력 데이터베이스는, 재배되는 식물의 재배 조건 및 성장 내역을 저장한다.
유기농 스마트팜 시스템은, 상기 재배대 태그 리더기에서 인식되는 식별 태그를 가진 화수분 재배대에서 재배되는 식물에 대해 영상 촬영 및 영상인식 장치에서 소정의 주기에 따라 식물의 성장 상태를 촬영하여 재배이력 데이터베이스에 저장하고, 사용자 단말로부터 생산 이력 추적을 요청받는 경우 재배이력 데이터베이스에 저장된 자료를 사용자 단말로 전송한다.
추가적인 양상에 따르면, 유기농 스마트팜 시스템은, 재배이력 분석부를 더 포함한다. 재배이력 분석부는, 상기 재배이력 데이터베이스에 저장된 재배 조건 및 성장 내역을 이용하여 학습된 인공지능 모델을 포함하여, 재배되는 식물에 적합한 재배 조건을 출력한다.
제안된 발명에 따른 무인 자동 재배 무정지 유기농 스마트팜 시스템은, 상토와 이탄을 소정의 비율로 혼합한 흙이 담겨있는 화수분 재배대(12)에 수소수를 공급하여 화학비료와 화학살충제를 사용하지 않고 식물을 재배할 수 있다.
나아가 제안된 발명은, 화수분 재배대(12)의 하중을 고르게 분산시켜 고장 발생이 적고 식물을 고밀도로 재배할 수 있다. 롤러 어셈블리의 진동을 감지하여 사전에 교체하여 무정지 운전이 가능하다.
나아가 제안된 발명은, 화수분 재배대는 모듈 확장형으로 가로 또는 세로로 연결하여 확장이 가능하고, 수위 조절봉을 이용하여 손쉽게 재배하는 식물에 맞추어 수위 조절이 가능하여, 다양한 식물을 재배할 수 있다.
나아가 제안된 발명은, 화수분 재배대별로 식물의 재배 이력을 저장하여, 재배 이력 관리와 더불어 인공지능 모델을 이용한 식물의 종류에 따른 재배 조건을 분석에 활용하여 효율적인 식물 재배가 가능하다.
도 1은 일 실시예에 따른 유기농 스마트팜 시스템의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 유기농 스마트팜 시스템에서 화수분 재배대가 배치되는 구성을 나타내는 사시도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 유기농 스마트팜 시스템에서 상부 롤러 어셈블리(9)와하부 롤러 어셈블리(6)가 각각 상부 레일(8) 및 하부 레일(7)과 연결되는 방법을 구체적으로 나타내는 사시도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 유기농 스마트팜 시스템에서 상부 롤러 어셈블리(9)와하부 롤러 어셈블리(6)가 각각 상부 레일(8) 및 하부 레일(7)과 연결되는 방법을 구체적으로 나타내는 단면도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 유기농 스마트팜 시스템에서 상부 롤러 어셈블리(9)와하부 롤러 어셈블리(6)를 각각 구동하는 상부 구동 기어(22A) 및 하부 구동 기어(22B)를 나타내는 사시도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 유기농 스마트팜 시스템에서 화수분 재배대(12)들을 결합하는 방법을 나타내는 분해 사시도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 유기농 스마트팜 시스템에서 화수분 재배대(12)들이 결합된 상태를 나타내는 사시도이다.
도 8은 일 실시예에 따른 유기농 스마트팜 시스템에서 화수분 재배대(12)에서수위 조절봉을 이용하여 수위를 조절하는 방법을 나타내는 개념도이다.
도 9는 일 실시예에 따른 유기농 스마트팜 시스템에서 재배 식물별 화수분 재배대(12)에서의 수위 조절의 예를 나타내는 표이다.
도 10은 일 실시예에 따른 유기농 스마트팜 시스템의 수소수 공급 장치(92)의 개략적인 구성을 나타내는 구성도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 유기농 스마트팜 시스템에서 화수분 재배대가 배치되는 구성을 나타내는 사시도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 유기농 스마트팜 시스템에서 상부 롤러 어셈블리(9)와하부 롤러 어셈블리(6)가 각각 상부 레일(8) 및 하부 레일(7)과 연결되는 방법을 구체적으로 나타내는 사시도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 유기농 스마트팜 시스템에서 상부 롤러 어셈블리(9)와하부 롤러 어셈블리(6)가 각각 상부 레일(8) 및 하부 레일(7)과 연결되는 방법을 구체적으로 나타내는 단면도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 유기농 스마트팜 시스템에서 상부 롤러 어셈블리(9)와하부 롤러 어셈블리(6)를 각각 구동하는 상부 구동 기어(22A) 및 하부 구동 기어(22B)를 나타내는 사시도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 유기농 스마트팜 시스템에서 화수분 재배대(12)들을 결합하는 방법을 나타내는 분해 사시도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 유기농 스마트팜 시스템에서 화수분 재배대(12)들이 결합된 상태를 나타내는 사시도이다.
도 8은 일 실시예에 따른 유기농 스마트팜 시스템에서 화수분 재배대(12)에서수위 조절봉을 이용하여 수위를 조절하는 방법을 나타내는 개념도이다.
도 9는 일 실시예에 따른 유기농 스마트팜 시스템에서 재배 식물별 화수분 재배대(12)에서의 수위 조절의 예를 나타내는 표이다.
도 10은 일 실시예에 따른 유기농 스마트팜 시스템의 수소수 공급 장치(92)의 개략적인 구성을 나타내는 구성도이다.
전술한, 그리고 추가적인 양상들은 첨부된 도면을 참조하여 설명하는 실시예들을 통해 구체화된다. 각 실시예들의 구성 요소들은 다른 언급이나 상호간에 모순이 없는 한 실시예 내에서 또는 타 실시예의 구성 요소들과 다양한 조합이 가능한 것으로 이해된다. 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어는 기재 내용 혹은 제안된 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 본 명세서에서 모듈 또는 부분은, 컴퓨터 또는 프로세서에서 실행할 수 있도록 메모리에 저장된 프로그램 명령어의 집합이거나, 이러한 명령들을 수행할 수 있도록 ASIC, FPGA 등의 전자 부품 또는 회로의 집합을 이용하여 구현할 수 있다. 또한, 각 모듈 또는 부분의 동작은 하나 또는 복수의 프로세서 또는 장치에 의해 수행될 수 있다. 동일·유사한 부호가 표시된 구성요소는 동일·유사한 기능을 수행하므로, 설명을 생략할 수 있다. 설명이 생략된 도면부호를 가진 구성요소에 대해서는, 동일·유사한 부호를 가진 구성요소에 대해 앞에서 설명한 내용을 참조할 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 일 실시예에 따른 유기농 스마트팜 시스템의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
제안된 발명의 일 양상에 따르면, 무인 자동 재배 무정지 유기농 스마트팜 시스템은, 상토와 이탄을 소정의 비율로 혼합한 흙을 포함하는 화수분 재배대(12)에 수소수를 공급하여 화학비료와 화학살충제를 사용하지 않고 식물을 재배한다.
상토(bed soil)는 씨앗을 싹 틔워 키우는 농작물이 한동안 문제없이 자라도록 만들어진 인공 흙이다. 원재료로 코코피트, 질석, 제올라이트, 펄라이트, 석탄재, 화이트 피트모스 등을 포함한다. 코코피트는 코코넛 껍질의 섬유질 부분으로 만들어진다. 물을 지키는 힘인 보수력과 양분을 지키는 보비력이 우수하다. 질석과 제올라이트는 다공성 재질로 보수력이 높고, 화력발전소 석탄재는 알카리성분으로 산성의 화이트 피트모스와 반응하여 식물종류에 따라 최적의 산도를 맞추어 식물을 키우고, 펄라이트는 펄라이트는 통기성과 투수성이 우수하다.
이탄(peat) 또는 이탄토(peatmoss)는 이탄을 원료로 만든 흙이다. 이탄은 석탄이 만들어지는 첫번째 단계에서 만들어지는 것으로, 죽은 나무, 관목, 이끼 등이 얕은 산성수에서 썩어서 만들어진다. 이탄은 이화학적으로 안정하여 재배하는 식물의 생육장애 발생이 없으며, 보수력과 보비력이 우수하여 천연 비료에 사용된다. 산성을 띠고 있으므로, 알칼리성 수소수와 함께 사용하는 것이 바람직하다.
이탄은 전체 인공 토양에서 10% 내지 50% 범위에서 사용한다. 바람직하게는 20% 내지 40% 범위에서, 더욱 바람직하게는 30% 내지 40% 범위에서 사용할 수 있다.
상토와 이탄을 혼합한 인공 토양을 화수분 재배대에 넣고 식물을 재배할 때, 식물의 뿌리가 흡습성, 흡수성에 의해 최대로 성장하도록 수분 공급조건을 변경할 수 있다. 질소 인산 칼리 등 식물 성장에 필수적인 영양분이 풍부한 "이탄"의 산성을 중화시키도록, 약 알칼리성 수소수를 수소 용존 농도 500ppb 수준으로 공급하여 식물의 종류에 따라 최적의 "Ph" 조건에서 식물을 재배할 수 있다. 또한, 식물의 종류에 따라 최적의 광합성 조건과 온도 조건을 설정하여 식물 재배의 효율을 높일 수 있다.
일 실시예에 따른 유기농 무인 자동 재배 스마트팜 시스템은, 스마트팜 하우징과, 상부 레일(8)과, 하부 레일(7)과, 상부 롤러 어셈블리(9)와, 하부 롤러 어셈블리(6)와, 상하부 연결부재(10)와, 재배대 지지부재(11)를 포함한다.
스마트팜 하우징은 내부에 식물을 재배하는 공간인 식물 재배실을 포함하고, 식물 재배실 외부의 일 측면은 반사율이 투과율보다 크고, 나머지 측면과 천정은 투과율이 반사율보다 크다.
추가적인 양상에 따르면, 유기농 스마트팜 시스템은 발광 다이오드(28)를 더 포함한다. 발광 다이오드(28)는, 상기 스마트팜 하우징의 중앙부에 위치하여, 중앙부를 통과하는 화수분 재배대를 향하여 인공 광합성에 사용되는 빛을 방출한다.
식물 성장의 필수 요소인 광합성을 위해 스마트팜 하우징은 북쪽을 제외한 3방향 측면 벽과 천정에서 햇빛은 투과되도록 투과율이 반사율보다 크도록 하고, 북쪽 측면 벽은 빛을 반사하도록 반사율이 투과율보다 크게 하여, 광합성 효과를 배가시킨다. 중앙부 햇빛이 부족한 곳에는 발광 다이오드(28)로 인공 광합성으로 보상할 수 있다.
추가적인 양상에 따르면, 유기농 스마트팜 시스템은 히트펌프와, 원적외선 방출장치와, 통풍구를 포함한다. 히트펌프는, 스마트팜 내부의 적정 온도를 유지하기 위한 냉난방에 사용한다. 원적외선 방출장치는, 식물 성장 촉진을 위한 4000nm 대역의 원적외선을 방출한다. 통풍구는, 식물 재배실의 공기를 환기시키고, 열기를 배출할 수 있다. 유기농 스마트팜 시스템은 통풍구에 디스크 어레이 경계면 견인효과로 공기를 강제 순환시키는 송풍장치를 더 포함할 수 있다.
스마트팜 하우징, 특히 식물 재배실은 열이 차단되어 단열되는 멀티월 단열 벽으로 온도 손실을 최소화 한다. 스마트팜 내부의 적정온도를 히트펌프로 조절하여 냉난방 한다. 원적외선 발생장치(29)를 이용하여 4000nm 원적외선을 식물에 조사하여 식물 성장을 촉진시킨다. 식물 재배실과 지붕의 일부 구간에 환기 목적으로 개폐시킬 수 있는 환기구를 형성하고 디스크 경계면 견인효과 송풍장치로 송풍하여 뜨거운 열기를 배출시킬 수 있다.
반투명 커튼 또는 전자식 액정커튼과 핑크 커튼을 설치하여, 재배하는 식물의 온, 습도 및 일조량(광합성량) 등을 최적 조건으로 조절할 수 있어서, 4계절의 온도 변화가 뚜렷한 우리나라(한국) 위도 뿐만이 아니라, 어떠한 기후 조건하에서도 본 발명의 식물 재배 시스템 및 방법을 적용하여 식물을 최대한의 법칙으로 성장시켜 재배할 수 있다. 유기농 스마트팜 시스템은 광합성 제어 시스템을 더 포함할 수 있다. 광합성 제어 시스템은 스마트팜 천정부에 설치되는 핑크색 커튼을 구비한다. 핑크색 파장에 의해 재배되는 식물 잎의 광합성을 배가 시켜, 잎을 크게 키울 수 있다.
상부 레일(8)은, 단면의 내부는 비어 있고, 단면의 상부면은 바깥쪽으로 경사지고, 단면이 전반적으로 상하 대칭 및 좌우 대칭을 가지도록 형성되며, 식물 재배실 내부에 시작점과 끝점이 연결되어 무한궤도를 형성한다.
하부 레일(7)은, 상기 상부 레일(8)과 대칭되는 하부 위치에 상기 상부 레일(8)과 상하 대칭 형상으로 배치된다.
화수분 재배대(12)들이 재배대 지지부재(11)에 고정된 상태로 상하부 롤러 어셈블리의 이동에 따라 상하부 레일을 따라 재배 구간, 성장 구간, 수소수 급수 및 분무 구간(20), 태양(15)에 의한 자연 광합성 구간(18), 발광다이오드를 이용한 인공 광합성 구간(28), 성장 및 이력 관리 구간(23), 레일 시스템 점검 구간(24), 수확 및 자동 수확 구간(76) 등을 통과하며, 식물이 무인 및 자동으로 재배된다.
상부 레일(8)과, 하부 레일(7)과, 상부 롤러 어셈블리(9)와, 하부 롤러 어셈블리(6)와, 상하부 연결부재(10)와, 재배대 지지부재(11) 등에 대해서는 도 2 내지 도 4를 참조하여 후술한다.
추가적인 양상에 따르면, 상기 상부 롤러 어셈블리(9) 또는 하부 롤러 어셈블리(6)는, 롤러 어셈블리 식별 태그(30)를 구비한다. 롤러 어셈블리 식별 태그는 바코드 또는 RFID 태그로 구현할 수 있다. 바코드 형태의 롤러 어셈블리 식별 태그(30)가 도 3에 도시되어 있다.
상기 유기농 스마트팜 시스템은, 롤러 어셈블리 태그 리더기(미도시)와, 진동 감지 장치(24)를 더 포함한다. 롤러 어셈블리 태그 리더기는, 상기 롤러 어셈블리 식별 태그(30)를 인식한다. 진동 감지 장치(24)는, 상부 롤러 어셈블리 또는 하부 롤러 어셈블리의 진동을 감지한다.
상기 유기농 스마트팜 시스템은, 상기 진동 감지 장치에서 이상이 있다고 판단하는 경우 롤러 어셈블리 태그 리더기로 인식한 식별 태그를 가진 롤러 어셈블리에 대한 교체 신호를 관리자 단말로 전송한다.
롤러 어셈블리의 가동시간을 이용하여 볼베어링 마모 수명주기(MTBF: Mean Time Between Failure)를 산출하여 고장이 발생하기 전에 교체할 것을 알리는 메시지를 생성할 수 있다. 마모로 인한 고장 징후로 소음이나 진동이 발생하므로 고장을 감지하기 위해 진동 센서 뿐만 아니라 마이크 또는 카메라를 이용할 수 있다. 측정된 데이터는 제어부(77)를 통해서 제조이력 데이터베이스(26)에 저장된다. 고장 징후가 있는 경우 통신부(78)를 통해서 무정지 원격지원 시스템(81)과 통신할 수 있다. 고장 징후를 감지하여 사전에 이상이 있는 태그에 해당하는 롤러 어셈블리에 대해 바퀴(휠)나 볼베어링 등을 사전에 교체하여 무정지 무장애 스마트팜을 구현할 수 있다.
추가적인 양상에 따르면, 상기 화수분 재배대(12) 또는 화수분 재배통(58)은, 재배대 식별 태그를 구비한다.
상기 유기농 스마트팜 시스템은, 재배대 태그 리더기(미도시)와, 영상 촬영 장치(23)와, 재배이력 데이터베이스(79)를 포함한다. 영상 촬영 장치(23)는 영상인식 장치를 포함할 수 있다.
재배대 태그 리더기는 상기 재배대 식별 태그를 인식한다. 영상 촬영 및 영상인식 장치(23)는, 상기 화수분 재배대에서 재배되는 식물을 촬영하고, 촬영된 식물을 인식한다. 재배이력 데이터베이스(79)는, 재배되는 식물의 재배 조건 및 성장 내역을 저장한다.
영상 촬영 및 영상인식 장치(23) 등에서 측정된 재배 데이터는 제어부(77)를 통해서 데이터베이스(79)에 저장되고, 통신부(78)를 통해서 원격 생산이력 지원 시스템(80)과 연결될 수 있다.
유기농 스마트팜 시스템은, 상기 재배대 태그 리더기에서 인식되는 식별 태그를 가진 화수분 재배대에서 재배되는 식물에 대해 영상 촬영 및 영상인식 장치에서 소정의 주기에 따라 식물의 성장 상태를 촬영하여 재배이력 데이터베이스(79)에 저장하고, 사용자 단말로부터 생산 이력 추적을 요청받는 경우 재배이력 데이터베이스에 저장된 자료를 사용자 단말로 전송한다.
고유번호 자동식별 바코드/RFID 센서로 각 재배대의 식물 성장과정을 날짜와 시간대별로 영상 및 자동인식 정보를 기록하여, 식물 성장 및 재배 이력 데이터베이스 즉 GAP(Good Agriculture Practice) 생산 이력 추적에 의한 "From Farm to Table" 생산 이력 시스템을 기록한다. 이러한 기록을 이용하여 무농약 무화학 비료에 의해 유기농으로 재배된 식물을 사용하기 전 생산 이력 추적을 조회할 수 있다.
추가적인 양상에 따르면, 유기농 스마트팜 시스템은, 재배이력 분석부를 더 포함한다. 재배이력 분석부는, 상기 재배이력 데이터베이스(79)에 저장된 재배 조건 및 성장 내역을 이용하여 학습된 인공지능 모델을 포함하여, 재배되는 식물에 적합한 재배 조건을 출력한다.
재배이력 데이터베이스(79)에 저장된 빅데이터들을 이용하여 인공지능 모델을 사용하여 식물의 재배 조건을 관리한다. 누적된 재배 조건 및 결과를 반영한 빅데이터를 이용하여 인공지능 모델을 학습하는 경우, 점점 더 효율적인 재배 조건을 수립할 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 유기농 스마트팜 시스템에서 화수분 재배대가 배치되는 구성을 나타내는 사시도이다.
일 실시예에 따르면, 상부 롤러 어셈블리(9)는 상기 상부 레일(8)에 연결되어 이동한다. 하부 롤러 어셈블리(6)는, 상기 하부 레일(7)에 연결되어 이동한다.
상하부 연결부재(10)는, 일단이 상기 상부 롤러 어셈블리(9)와 연결되고, 타단이 상기 하부 롤러 어셈블리(6)에 연결되어, 상기 상부 롤러 어셈블리(9)와 상기 하부 롤러 어셈블리(6)가 동시에 이동하도록 한다.
재배대 지지부재(11)는, 인접하는 상하부 연결부재 사이에 일정한 간격으로 배치되어, 화수분 재배대(12)를 지지한다.
상부 레일(8)은 상부 레일 고정 브라켓(16)에 의해 천정에 고정될 수 있고, 하부 레일(7)은 하부 레일 지지대(14)에 의해서 바닥에 고정될 수 있다.
상하부 연결부재(10)는 파이프 형태, 내부가 비어 있는 전체적으로 사각형인 강관, 단면이 H형인 부재 등을 사용할 수 있다. 사각형 강관을 사용하는 경우 지지부재를 안정적으로 고정하는데 유리하다.
재배대 지지부재(11)는 화수분 재배대를 포함한 수분, 이탄, 상토, 재배 대상 식물 등 모든 하중을 분산시키도록, 다수개의 화수분 재배대를 수평 및 수직으로 각형 관을 사용하여 연결하고, 앞쪽과 뒤쪽 각형 관 사이에 일정한 간격으로 화수분 재배대를 수직 및 수평으로 일정한 간격으로 배치한다.
상하부 연결부재(10)와 재배대 지지부재(11)는 원활한 유지 보수를 위해 탈착 가능한 결합방법으로 결합될 수 있다. 재배대 지지부재(11)를 결합시키기 위해 상하부 연결부재(10)는 재배대 지지부재를 결합시키는 결합부재(10A)를 동일한 높이에 고정시킨다. 결합부재(10A)와 재배대 지지부재는 결합 축(힌지)을 중심으로 서로 회전 가능하도록 결합된다.
상하부 레일과 상부 롤러 어셈블리(9)와 하부 롤러 어셈블리(6)에 대해서는 도 3 및 도 4를 참조하여 추가로 설명한다.
도 3은 일 실시예에 따른 유기농 스마트팜 시스템에서 상부 롤러 어셈블리(9)와하부 롤러 어셈블리(6)가 각각 상부 레일(8) 및 하부 레일(7)과 연결되는 방법을 구체적으로 나타내는 사시도이다.
추가적인 양상에 따르면, 상기 상부 롤러 어셈블리(9)는, 상부 롤러 어셈블리 몸체(21A)와, 주하중 휠(9A)과, 이탈방지 보조휠(9B)을 포함한다.
도 3의 (a)를 참조하면, 상부 롤러 어셈블리(9)는 상부 레일(8)과 연결되어 상부 레일을 따라 이동한다. 상부에 힘을 받는 주하중 휠(9A)은 우레탄으로 된 복수의 휠을 이용하여 하중을 분산하고, 마찰을 최소화하여 미세한 동력으로도 화수분 재배대를 지속적으로 이동시킬 수 있다.
상기 하부 롤러 어셈블리(6)는, 하부 롤러 어셈블리 몸체(21B)와, 주하중 휠(6A)과, 이탈방지 보조휠(6B)을 포함한다.
도 3의 (b)를 참조하면, 하부 롤러 어셈블리(6)는 하부 레일(7)과 연결되어 하부 레일을 따라 이동한다. 상부에 힘을 받는 주하중 휠(6A)은 우레탄으로 된 복수의 휠을 이용하여 하중을 분산하고, 마찰을 최소화하여 미세한 동력으로도 화수분 재배대를 지속적으로 이동시킬 수 있다.
도면에는 주하중 휠(9A)이 6개, 이탈방지 보조휠(9B)이 6개인 경우가 도시되어 있으나, 휠이 각각 4개씩인 경우 또는 8개씩으로 하는 경우도 가능하다.
도 4는 일 실시예에 따른 유기농 스마트팜 시스템에서 상부 롤러 어셈블리(9)와하부 롤러 어셈블리(6)가 각각 상부 레일(8) 및 하부 레일(7)과 연결되는 방법을 구체적으로 나타내는 단면도이다.
상부 롤러 어셈블리 몸체(21A)는, 하부에 상기 상하부 연결부재(10)의 일단이 연결된다. 주하중 휠(9A)은, 상기 상부 롤러 어셈블리 몸체(21A)의 상부 회전축을 중심으로 상기 상부 레일(8)의 상면에 맞닿아 회전한다. 이탈방지 보조휠(9B)은, 상기 상부 롤러 어셈블리 몸체(21A)의 하부 회전축을 중심으로 상기 상부 레일(8)의 하면에 맞닿아 회전한다.
하부 롤러 어셈블리 몸체(21B)는, 상부에 상기 상하부 연결부재(10)의 타단이 연결된다. 주하중 휠(6A)은, 상기 하부 롤러 어셈블리 몸체(21B)의 상부 회전축을 중심으로 상기 하부 레일(7)의 상면에 맞닿아 회전한다. 이탈방지 보조휠(6B)은, 상기 하부 롤러 어셈블리 몸체(21B)의 하부 회전축을 중심으로 상기 하부 레일(7)의 하면에 맞닿아 회전한다.
도 4를 참조하면, 상부 레일(8)과 하부 레일(7)은 굵은 선으로 표시되어 있으며, 롤러 어셈블리와 접하는 부분의 단면이 전체적으로 원형("ㅇ" 형상)을 하고 있다. 내부는 비어 있도록 형성할 수 있다. 좌우 끝단에는 롤러의 주행을 안내하기 위해 뾰족하게 솟은 부분을 포함한다.
상부 레일(8)과 하부 레일(7)은 단면의 상부면(8A)은 바깥쪽으로 경사지고, 단면이 전반적으로 상하 대칭 및 좌우 대칭을 가지도록 형성할 수 있다. 예를 들어, 가로로 긴 마름모 형태, 또는 가로로 긴 타원 형태로 형성할 수 있다. 각각의 휠은 롤러 어셈블리 몸체에 대해 회전축(9C)을 중심으로 회전할 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 유기농 스마트팜 시스템에서 상부 롤러 어셈블리(9)와하부 롤러 어셈블리(6)를 각각 구동하는 상부 구동 기어(22A) 및 하부 구동 기어(22B)를 나타내는 사시도이다.
추가적인 양상에 따르면, 상기 유기농 스마트팜 시스템은, 상부 구동 기어(22A)와, 하부 구동 기어(22B)를 더 포함한다.
상부 구동 기어(22A)는, 상기 상부 롤러 어셈블리(9)의 간격에 맞는 돌기를 구비하고, 상기 상부 롤러 어셈블리(9)의 이동 방향이 변화되는 곡면부에 접하도록 배치되어 상기 상부 롤러 어셈블리(9)를 이동시킨다.
하부 구동 기어(22B)는, 상기 하부 롤러 어셈블리(6)의 간격에 맞는 돌기를 구비하고, 상기 하부 롤러 어셈블리(6)의 방향이 변화되는 곡면부에 접하도록 배치되어 상기 하부 롤러 어셈블리(6)를 이동시킨다.
상부 구동 기어(22A)와 하부 구동 기어(22B)는 각각 상부 롤러 어셈블리(9)와 하부 롤러 어셈블리(6)에 구동력을 전달한다. 상부 구동 기어(22A)와 하부 구동 기어(22B)의 돌기들은 각각 상부 롤러 어셈블리(9)와 하부 롤러 어셈블리(6) 사이의 상하부 연결부재(10)에 맞닿아 회전시킴으로써, 상부 롤러 어셈블리(9)와 하부 롤러 어셈블리(6)를 이동시킬 수 있다. 이때, 상부 구동 기어(22A)와 하부 구동 기어(22B)의 돌기 간격(d)은 이웃하는 상하부 연결부재(10) 사이의 간격에 해당한다.
도 6은 일 실시예에 따른 유기농 스마트팜 시스템에서 화수분 재배대(12)들을 결합하는 방법을 나타내는 분해 사시도이다.
추가적인 양상에 따르면, 상기 화수분 재배대(12)는, 화수분 재배통(58)과, 화수분 물통(51)과, 화수분 연결부재(53)를 포함하여, 복수의 화수분 재배대를 가로 또는 세로로 연결하여 사용할 수 있는 모듈 확장형이다.
화수분 재배통(58)은, 인공 토양 및 재배되는 식물이 담긴다. 화수분 물통(51)은, 상기 화수분 재배통을 내부에 장착할 때 바닥에서 이격되도록 측면에 형성된 돌기와, 물막이 부재(52)로 막을 수 있는 하나 이상의 개방된 수로(52A)를 포함한다. 화수분 연결부재(53)는, 이웃하는 복수의 화수분 물통(51)의 수로를 연결한다.
화수분 물통(51)은 사각형 그릇 형상을 할 수 있다. 화수분 물통(51)의 측벽 내측에는 화수분 재배통(58)이 걸쳐질 수 있는 돌기 또는 턱(51A)이 형성된다. 화수분 재배통(58)은 화수분 물통(51)의 턱(51A)에 걸쳐서 장착되고, 이때 화수분 재배통(58)의 바닥은 화수분 물통(51)의 바닥에서 이격된 상태로 장착된다.
화수분 물통(51)에는 4 측면 중 적어도 1면 이상에 개방된 수로(52A) 포함한다. 개방된 수로에 물막이 부재(52)를 끼워 결합시키면, 해당 수로로는 배수되지 않는다. 물막이 부재(52)는 효율적인 방수를 위해 화수분 물통(51)의 수로(52A)와 결합되는 부분에 고무 등 탄성이 있는 재질로 형성된 물막이 가스켓(57)을 구비한다.
화수분 물통(51)은 이웃하는 화수분 물통(54)과 화수분 연결부재(53)를 이용하여 결합될 수 있다. 화수분 연결부재(53)는 화수분 물통의 양쪽 수로에 결합되는 부분에 고무 등 탄성이 있는 재질로 형성된 방수 가스켓(56)을 구비한다.
추가적인 양상에 따르면, 유기농 스마트팜 시스템은 수위 조절봉(55)을 더 포함한다. 수위 조절봉(55)은, 다각형 기둥의 서로 다른 면에 각각 서로 다른 높이에 위치한 구멍을 포함하여, 장착되는 방향에 따라 상기 화수분 재배통(58) 또는 화수분 물통(51)의 수위를 다르게 조절한다.
화수분 물통(51)의 물은 물통 배수구(55A)를 통해 배출될 수 있다. 물통 배수구(55A)는 물통 내면을 향한 1면이 개방되고 다각형 기둥이 삽입될 수 있도록 형성된다. 수위 조절봉(55)은 손잡이부(62A)와 배수 기둥(62)으로 구성된다. 배수 기둥은 다각 기둥 형상의 물통 배수구(55A)에 끼움 결합을 할 수 있도록 다각형 봉 또는 기둥 형상을 한다. 예를 들어 도 6을 참조하면, 물통 배수구(55A)와 배수 기둥(62)은 모두 사각 기둥 형상을 하고 있다.
도 6을 참조하면, 배수구의 개방된 면을 향하는 곳에 수위 조절봉(55)의 제1 구멍(61)이 위치하게 되므로, 화수분 물통(51)에는 제1 구멍(61)의 높이만큼 물이 채워진다. 만약 수위 조절봉(55)을 90도 돌려서 제2 구멍(60)이 위치하게 하면, 화수분 물통(51)에는 제2 구멍 높이만큼만 물이 채워지게 된다.
수위 조절봉(55)을 이용하면 다각형의 면 개수만큼, 예를 들어 도 6과 같은 경우 4 종류의 수위를 결정할 수 있다. 따라서, 수위 조절봉(55)의 방향만 바꾸어 삽입하면 손쉽게 수위를 변경시킬 수 있다. 즉, 식물의 종류에 따라 수위를 변경시킬 필요가 있는 경우, 수위 조절봉(55)의 방향을 바꾸어 손쉽게 식물에 적합한 수위를 조절할 수 있다. 또한, 화수분 재배통 수위 조절 방법에 의해 물 사용량을 최소화시키되, 식물의 종류에 따라 수위를 조절하여 뿌리가 습굽성, 수굽성에 의해 밑에 고인 수분으로 향하게 하여 잔뿌리를 성장시켜 식물의 성장을 촉진할 수 있다. 화수분 재배통과 다수의 재배대를 조립 연결시킨 화수분 물통에 의해 물의 공급 주기를 장기화실 수 있으며, 화수분 재배통에 상토와 이탄을 혼합하여 식물 성장의 필수 요소를 공급하여 균일하게 식물을 성장시킬 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 유기농 스마트팜 시스템에서 화수분 재배대(12)들이 결합된 상태를 나타내는 사시도이다.
도 7을 참조하면, 6개의 화수분 재배대(12)가 결합되어 있다. 뒤쪽의 3개는 화수분 물통(51)만 결합된 상태를 나타내고, 앞쪽의 3개는 화수분 재배통(58)이 장착된 상태를 나타낸다. 화수분 물통(51)에서 마지막 테두리를 형성하는 측면에는 물막이 부재(52)를 이용하여 수로를 폐쇄할 수 있다. 이웃하는 화수분 물통(51)들은 맞닿는 수로 부위에 화수분 연결부재(53)를 결합하여 연결할 수 있다.
화수분 연결부재(53)의 수로 통로가 막힌 경우, 각각의 화수분 물통(51)은 각각의 수위 조절봉(55)에 의해 수위가 결정된다. 화수분 연결부재(53)의 수로 통로가 열린 경우, 연결된 화수분 물통의 수위는 각각의 수위 조절봉(55) 중에서 가장 낮게 설정된 수위로 결정된다.
화수분 재배통(58)에도 화수분 물통(51)과 마찬가지로 화수분 배수구(미도시)와 화수분 수위 조절봉(55B)을 포함할 수 있다. 화수분 배수구와 화수분 수위 조절봉(55B)을 이용하여 화수분 재배통 내의 수위를 손쉽게 조절할 수 있다.
도 8은 일 실시예에 따른 유기농 스마트팜 시스템에서 화수분 재배대(12)에서수위 조절봉을 이용하여 수위를 조절하는 방법을 나타내는 개념도이다.
도 8을 참조하면, 화수분 재배대(12)에 상토와 이탄의 혼합물인 인공 토양(67)이 담겨있고, 여기에서 재배 대상 식물(66)이 자라는 상태를 나타낸다. 재배 대상 식물의 뿌리(65)는 수분을 향해 성장한다. 화수분 재배대(12)에 분무된 수분(68A)은, 수위 조절봉(55)의 구멍(61) 높이(68)만큼 물이 저장되고 초과하는 수분(68B)은 배수되어 각각의 식물에 적절한 수분을 공급할 수 있다.
도 9는 일 실시예에 따른 유기농 스마트팜 시스템에서 재배 식물별 화수분 재배대(12)에서의 수위 조절의 예를 나타내는 표이다.
도 9의 (a)를 참조하면, 물갈이를 위한 배수모드에서는 화수분 물통 및 화수분 재배통의 수위를 모두 최저 수위로 설정한다. 도 9의 (b)를 참조하면, 화초 급수 주기 장기화의 경우에는, 화수분 물통의 수위는 중 수위로 설정하고, 재배대 수위는 저수위로 설정한다. 도 9의 (c)를 참조하면, 베란다 엽채류를 재배하는 경우에는, 화수분 물통의 수위는 저 수위로 설정하고, 화수분 재배통의 수위는 중 수위로 설정한다. 도 9의 (d)를 참조하면, 묘목 재배시에는 화수분 물통과 화수분 재배통의 수위를 모두 저수위로 설정할 수 있다.
도 10은 일 실시예에 따른 유기농 스마트팜 시스템의 수소수 공급 장치(92)의 개략적인 구성을 나타내는 구성도이다.
추가적인 양상에 따르면, 유기농 스마트팜 시스템은 수소수 공급 장치(92)를 더 포함한다. 수소수 공급 장치(92)는, 전처리 필터(84)와, 수소수 생성 필터(85)와, 수소 용존 농도 측정기(89)와, 수소수 용존 농도 보상장치(86)와, 유량계(87)를 포함하여, 공급된 물을 이용하여 용존 수소가 500ppb 이상 함유된 수소수를 생성한다.
전처리 필터(84)는, 공급된 물로부터 불순물을 제거한다. 수소수 생성 필터(85)는, 마그네슘 및 광물을 포함하여 입력된 물에 용존 수소를 발생시키켜 수소수를 생성한다. 수소 용존 농도 측정기(89)는, 수소수에 녹아 있는 수소의 용존 농도를 측정한다. 수소수 용존 농도 보상장치(86)는, 전기분해 장치를 포함하여, 수소수에 녹아 있는 수소의 용존 농도가 낮은 경우 전기분해 장치로부터 발생된 수소를 수소수로 공급하여 수소수에 용존된 수소의 농도를 증가시킨다. 유량계(87)는, 방출되는 수소수의 양을 측정한다.
추가적인 양상에 따르면, 유기농 스마트팜 시스템은 수소수 분무 장치(20)를 더 포함한다. 수소수 분무 장치(20)는, 상기 수소수 공급 장치(92)로부터 수소수를 공급받아 미세 액적을 생성하여 화수분 재배대를 향해 미세 액적을 분사한다. 도 1을 참조하면, 상기 수소수 분무 장치(20)는, 레일이 볼록하게 형성된 부분을 향해 수소수를 분무하도록 배치하여, 복수의 화수분 재배대에 수소수를 분무한다.
도 1을 참조하면, 수소수 분무 장치(20)는 레일이 볼록하게 굽어진 곳 전방에 위치하여 이 부위를 지나는 화수분 재배대를 향해 수소수를 분무할 수 있다. 수소수 분무 장치(20)는 초음파 장치를 이용하여 미세 액적을 형성할 때 입자가 커서 멀리 분사할 수 없는 것에 비해, 디스크 회전에 의한 경계면 견인효과 송풍장치에 의해 수소수의 미세액적을 디스크 경계면 견인효과와 원심력으로 분무하여 초미세 입자로 분무할 수 있다. 수소수 미세 액적에 의해 흰가루병 진딧물 등 해충을 퇴치할 수 있다. 이때 영상 시스템(vision system)을 접목시켜 꽃의 수술 꽃가루를 암술에 정밀하게 분무시켜 인공수정을 할 수도 있다. 즉, 화수분 재배대에 심은 식물의 꽃 위치를 영상 시스템으로 파악하여 수술 꽃가루를 암술에 인공수정하여 벌의 역할을 대신 할 수 있도록, 꽃과 식물을 향해 수술 꽃가루를 분사하는 인공 수정 분문장치를 더 포함할 수 있다. 인공수정 분무장치는 수소수 분무 장치(20)과 일체로 또는 별개로 형성할 수 있다. 미세 액적의 크기는 마이크로 단위 또는 나노 단위로 미세하게 형성할 수 있다. 한편, 수소수를 분무하여 해충 및 흰 가루병, 곰팡이와 같은 식물 성장의 위해 요소를 배제시킬 수 있다.
이상에서 본 발명을 첨부된 도면을 참조하는 실시예들을 통해 설명하였지만 이에 한정되는 것은 아니며, 이들로 부터 당업자라면 자명하게 도출할 수 있는 다양한 변형예들을 포괄하도록 해석되어야 한다. 특허청구범위는 이러한 변형예들을 포괄하도록 의도되었다.
6 : 하부 롤러 어셈블리
6A : 주하중 휠 6B : 이탈방지 보조휠
7 : 하부 레일 8 : 상부 레일
9 : 상부 롤러 어셈블리
9A : 주하중 휠 9B : 이탈방지 보조휠
10 : 상하부 연결부재 11 : 재배대 지지부재
12 : 화수분 재배대
22A : 상부 구동 기어 22B : 하부 구동 기어
51, 54 : 화수분 물통
52 : 물막이 부재 53 : 화수분 연결부재
55 : 수위 조절봉
55A : 물통 배수구 55B : 화수분 수위 조절봉
58 : 화수분 재배통
6A : 주하중 휠 6B : 이탈방지 보조휠
7 : 하부 레일 8 : 상부 레일
9 : 상부 롤러 어셈블리
9A : 주하중 휠 9B : 이탈방지 보조휠
10 : 상하부 연결부재 11 : 재배대 지지부재
12 : 화수분 재배대
22A : 상부 구동 기어 22B : 하부 구동 기어
51, 54 : 화수분 물통
52 : 물막이 부재 53 : 화수분 연결부재
55 : 수위 조절봉
55A : 물통 배수구 55B : 화수분 수위 조절봉
58 : 화수분 재배통
Claims (12)
- 상토와 이탄을 소정의 비율로 혼합한 흙을 포함하는 화수분 재배대(12)에 수소수를 공급하여 화학비료와 화학살충제를 사용하지 않고 식물을 재배하는 유기농 무인 자동 재배 및 원격 재배 지원이 가능한 스마트팜 시스템에 있어서,
내부에 식물을 재배하는 공간인 식물 재배실을 포함하고, 식물 재배실 외부의 일 측면은 반사율이 투과율보다 크고, 나머지 측면과 천정은 투과율이 반사율보다 큰 스마트팜 하우징;
단면의 내부는 비어 있고, 단면의 상부면은 바깥쪽으로 경사지고, 단면이 전반적으로 상하 대칭 및 좌우 대칭을 가지도록 형성되며, 식물 재배실 내부에 시작점과 끝점이 연결되어 무한궤도를 형성하는 상부 레일(8);
상기 상부 레일(8)과 대칭되는 하부 위치에 상기 상부 레일(8)과 상하 대칭 형상으로 배치되는 하부 레일(7);
상기 상부 레일(8)에 연결되어 이동하는 상부 롤러 어셈블리(9);
상기 하부 레일(7)에 연결되어 이동하는 하부 롤러 어셈블리(6);
일단이 상기 상부 롤러 어셈블리(9)와 연결되고, 타단이 상기 하부 롤러 어셈블리(6)에 연결되어, 상기 상부 롤러 어셈블리(9)와 상기 하부 롤러 어셈블리(6)가 동시에 이동하도록 하는 상하부 연결부재(10); 및
인접하는 상하부 연결부재 사이에 일정한 간격으로 배치되어, 화수분 재배대(12)를 지지하는 재배대 지지부재(11);
를 포함하되,
공급된 물을 이용하여 용존 수소가 500ppb 이상 함유된 약 알카리성의 수소수를 생성하는 수소수 공급 장치(92);를 더 포함하여 약 알카리성 수소수와 산성 이탄을 중화시키고,
상기 수소수 공급 장치(92)는,
공급된 물로부터 불순물을 제거하는 전처리 필터(84);
마그네슘 및 광물을 포함하여 입력된 물에 용존 수소를 발생시키켜 수소수를 생성하는 수소수 생성 필터(85);
수소수에 녹아 있는 수소의 용존 농도를 측정하는 수소 용존 농도 측정기(89);
전기분해 장치를 포함하여, 수소수에 녹아 있는 수소의 용존 농도가 낮은 경우 전기분해 장치로부터 발생된 수소를 수소수로 공급하여 수소수에 용존된 수소의 농도를 증가시키는 수소수 용존 농도 보상장치(86);
방출되는 수소수의 양을 측정하는 유량계(87);
를 포함하는, 유기농 스마트팜 시스템. - 청구항 1에 있어서,
상기 상부 롤러 어셈블리(9)는,
하부에 상기 상하부 연결부재(10)의 일단이 연결되는 상부 롤러 어셈블리 몸체(21A);
상기 상부 롤러 어셈블리 몸체(21A)의 상부 회전축을 중심으로 상기 상부 레일(8)의 상면에 맞닿아 회전하는 주하중 휠(9A); 및
상기 상부 롤러 어셈블리 몸체(21A)의 하부 회전축을 중심으로 상기 상부 레일(8)의 하면에 맞닿아 회전하는 이탈방지 보조휠(9B);
을 포함하고,
상기 하부 롤러 어셈블리(6)는,
상부에 상기 상하부 연결부재(10)의 타단이 연결되는 하부 롤러 어셈블리 몸체(21B);
상기 하부 롤러 어셈블리 몸체(21B)의 상부 회전축을 중심으로 상기 하부 레일(7)의 상면에 맞닿아 회전하는 주하중 휠(6A); 및
상기 하부 롤러 어셈블리 몸체(21B)의 하부 회전축을 중심으로 상기 하부 레일(7)의 하면에 맞닿아 회전하는 이탈방지 보조휠(6B);
을 포함하는, 유기농 스마트팜 시스템. - 청구항 1에 있어서,
상기 상부 롤러 어셈블리(9)의 간격에 맞는 돌기를 구비하고, 상기 상부 롤러 어셈블리(9)의 방향이 변화되는 곡면부에 접하도록 배치되어 상기 상부 롤러 어셈블리(9)를 이동시키는 상부 구동 기어(22A); 및
상기 하부 롤러 어셈블리(6)의 간격에 맞는 돌기를 구비하고, 상기 하부 롤러 어셈블리(6)의 방향이 변화되는 곡면부에 접하도록 배치되어 상기 하부 롤러 어셈블리(6)를 이동시키는 하부 구동 기어(22B);
를 더 포함하는, 유기농 스마트팜 시스템. - 청구항 1에 있어서,
상기 화수분 재배대(12)는,
인공 토양 및 재배되는 식물이 담겨있는 화수분 재배통(58);
상기 화수분 재배통을 내부에 장착할 때 바닥에서 이격되도록 측면에 형성된 돌기와, 물막이 부재(52)로 막을 수 있는 하나 이상의 개방된 수로를 포함하는 화수분 물통(51); 및
이웃하는 복수의 화수분 물통(51)의 수로를 연결하는 화수분 연결부재(53);
를 포함하여,
복수의 화수분 재배대를 가로 또는 세로로 연결하여 사용할 수 있는 모듈 확장형인, 유기농 스마트팜 시스템. - 청구항 4에 있어서,
다각형 기둥의 서로 다른 면에 각각 서로 다른 높이에 위치한 구멍을 포함하여, 장착되는 방향에 따라 상기 화수분 재배통(58) 또는 화수분 물통(51)의 수위를 다르게 조절하는 수위 조절봉(55);
을 더 포함하는, 유기농 스마트팜 시스템. - 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 수소수 공급 장치(92)로부터 수소수를 공급받아 디스크 회전에 의한 경계면 견인효과 송풍장치에 의해 수소수의 미세 액적을 생성하여 흰가루병 진딧물 등 해충을 퇴치하기 위해, 화수분 재배대에서 재배되는 식물을 향해 수소수 미세 액적을 분사하는 수소수 분무 장치(20); 및
화수분 재배대에 심은 식물의 꽃위치를 영상 시스템으로 파악하여 수술 꽃가루를 암술에 인공수정하여 벌의 역할을 대신 할 수 있도록, 꽃과 식물을 향해 수술 꽃가루를 분사하는 인공 수정 분무장치;
를 더 포함하고,
상기 수소수 분무 장치(20)는, 레일이 볼록하게 형성된 부분을 향해 수소수를 분무하도록 배치하여, 복수의 화수분 재배대에 수소수를 분무하는,
유기농 스마트팜 시스템. - 청구항 1에 있어서,
상기 스마트팜 하우징의 중앙부에 위치하여, 중앙부를 통과하는 화수분 재배대를 향하여 인공 광합성에 사용되는 빛을 방출하는 발광 다이오드(28); 및
스마트팜의 천정부에 설치되는 핑크색 커튼을 구비하여, 재배되는 식물 잎의 광합성을 배가시켜 잎을 크게 키우는 광합성 제어시스템;
을 더 포함하는, 유기농 스마트팜 시스템. - 청구항 1에 있어서,
스마트팜 내부의 적정 온도를 유지하기 위한 냉난방에 사용하는 히트펌프;
식물 성장 촉진을 위한 4000nm 대역의 원적외선을 방출하는 원적외선 방출장치; 및
식물 재배실의 공기를 환기시키고, 열기를 배출하기 위한 개폐 가능한 통풍구에 디스크 어레이 경계면 견인효과로 공기를 강제 순환시키는 송풍장치;
를 더 포함하는, 유기농 스마트팜 시스템. - 청구항 1에 있어서,
상기 상부 롤러 어셈블리(9) 또는 하부 롤러 어셈블리(6)는, 롤러 어셈블리 식별 태그(30)를 구비하고,
상기 시스템은,
상기 롤러 어셈블리 식별 태그(30)를 인식하는 롤러 어셈블리 태그 리더기; 및
상부 롤러 어셈블리 또는 하부 롤러 어셈블리의 진동을 감지하는 진동 감지 장치;를 더 포함하여,
상기 진동 감지 장치에서 이상이 있다고 판단하는 경우 롤러 어셈블리 태그 리더기로 인식한 식별 태그를 가진 롤러 어셈블리에 대한 교체 신호를 관리자 단말로 전송하는,
유기농 스마트팜 시스템. - 청구항 1에 있어서,
상기 화수분 재배대(12) 또는 화수분 재배통(58)은, 재배대 식별 태그를 구비하고,
상기 시스템은,
상기 재배대 식별 태그를 인식하는 재배대 태그 리더기;
상기 화수분 재배대에서 재배되는 식물을 촬영하는 영상 촬영 및 영상인식 장치; 및
재배되는 식물의 재배 조건 및 성장 내역을 저장하는 재배이력 데이터베이스;
를 더 포함하여,
상기 재배대 태그 리더기에서 인식되는 식별 태그를 가진 화수분 재배대에서 재배되는 식물에 대해 영상 촬영 및 영상인식 장치에서 소정의 주기에 따라 식물의 성장 상태를 촬영하여 재배이력 데이터베이스에 저장하고, 사용자 단말로부터 생산 이력 추적을 요청받는 경우 재배이력 데이터베이스에 저장된 자료를 사용자 단말로 전송하는,
유기농 스마트팜 시스템. - 청구항 11에 있어서,
상기 재배이력 데이터베이스에 저장된 재배 조건 및 성장 내역을 이용하여 빅데이터를 수집 분석하고, 학습된 인공지능 모델을 이용하여, 재배되는 식물에 적합한 재배 조건을 출력하는 재배이력 분석부;
를 더 포함하는, 유기농 스마트팜 시스템.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020230069537A KR102572036B1 (ko) | 2023-05-30 | 2023-05-30 | 무인 자동 재배 무정지 유기농 스마트팜 시스템 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020230069537A KR102572036B1 (ko) | 2023-05-30 | 2023-05-30 | 무인 자동 재배 무정지 유기농 스마트팜 시스템 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR102572036B1 true KR102572036B1 (ko) | 2023-08-29 |
Family
ID=87802235
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020230069537A KR102572036B1 (ko) | 2023-05-30 | 2023-05-30 | 무인 자동 재배 무정지 유기농 스마트팜 시스템 |
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| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102572036B1 (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102610416B1 (ko) | 2023-09-07 | 2023-12-05 | 이상택 | 도심 내 유휴공간을 활용한 구독형 농작물 스마트팜 운영 플랫폼 제공 방법, 장치 및 시스템 |
| KR102615730B1 (ko) | 2023-09-07 | 2023-12-19 | 이상택 | 농작물 성장 촉진을 위한 재배판 거치 구조물 |
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-
2023
- 2023-05-30 KR KR1020230069537A patent/KR102572036B1/ko active IP Right Grant
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