KR20140049260A - 식물 조명용 광조사장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 식물에 광을 조사하여 생장시키도록 설치된 식물 조명용 광조사장치에 관한 것으로서, 교류전원의 전압이 제로가 되는 제로크로싱 위치를 검출하는 제로크로싱검출부와, 발광다이오드가 어레이되어 광을 조사하는 발광부와, 제로크로싱 검출부에서 검출된 제로크로싱 위치를 기준으로 생장대상 식물 생장 조건에 대응되는 광량이 조사되게 발광다이오드의 턴온시점을 제어하는 제어유니트를 구비한다. 이러한 식물 조명용 광조사장치에 의하면, 교류전력을 위상제어에 의해 상호 다른 색상의 광을 원하는 혼합 비율 및 광량으로 조정하여 조명할 수 있어 구조가 단순화 되는 장점을 제공한다.

Description

식물 조명용 광조사장치{light irradition apparatus for plant}
본 발명은 식물 조명용 광조사장치에 관한 것으로서, 상세하게는 교류전원의 위상을 제어하여 광원의 발광듀티를 조정할 수 있도록 된 식물 조명용 광조사장치에 관한 것이다.
일반적인 식물재배 방식은 노지의 토양에 생육대상 식물을 심고, 태양광에 의한 광합성 작용에 의해 성장시키는 재배 방법을 이용한다.
그런데 이러한 노지에서의 식물재배방법은 기후나 날씨 등의 자연적인 영향에 따라 생육속도가 결정되기 때문에 자연의 영향을 최소화시킬 수 있도록 최근에는 자연광 대신 인조광을 이용하여 식물을 생육하는 방식이 다양하게 제안되고 있다.
이러한 인조광을 이용한 식물재배방식에서는 태양광을 대신 LED 광원을 이용한 방법이 널리 제안되고 있고, 기후나 날씨의 영향을 받지 않으면서도 생육속도도 조절할 수 있다.
식물 생장속도에 따른 광을 조절하기 위한 식물생장 조절을 위한 LED 펄스 조명 시스템이 국내 공개특허 제2012-0023394호 등 다양하게 개시되어 있다. 그런데, LED의 경우 대부분 상용교류전원을 직류전원으로 변환한 후 요구되는 광량에 맞게 공급전력을 조절하는 방식으로 구축되는데 이 경우 교류를 직류전압으로 변환하는 교류-직류 변압기가 적용되기 때문에 구조가 복잡하고 설비가 커지는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창안된 것으로서, 상세하게는 상용교류전원을 이용하여 발광다이오드에 공급되는 전력의 위상을 제어하여 광량을 조절할 수 있는 식물 조명용 광조사장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 식물 조명용 광조사장치는 식물에 광을 조사하여 생장시키도록 설치된 식물 조명용 광조사장치에 있어서, 교류전원의 전압이 제로가 되는 제로크로싱 위치를 검출하는 제로크로싱검출부와; 발광다이오드가 어레이되어 광을 조사하는 발광부와; 상기 제로크로싱 검출부에서 검출된 제로크로싱 위치를 기준으로 상기 생장대상 식물 생장 조건에 대응되는 광량이 조사되게 상기 발광다이오드의 턴온시점을 제어하는 제어유니트;를 구비한다
상기 발광부는 발광색상이 상호 다른 제1발광다이오드와, 제2발광다이오드를 구비하고, 상기 제어유니트는 상기 제로크로싱 위치를 기준으로 전압이 상승하여 다음 제로크로싱 위치에 해당하는 제1구간동안에는 상기 교류전압의 위상을 제어하여 상기 제1발광다이오드가 발광되게 제어하고, 상기 제1구간이후 전압이 하강하여 다음 제로크로싱 위치에 해당하는 제2구간동안에는 상기 교류전압의 위상을 제어하여 상기 제2발광다이오드가 발광되게 제어하도록 된 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1발광다이오드와 상기 제2발광다이오는 적색광과 청색광을 발광하는 발광다이오드가 적용된다.
더욱 바람직하게는 상기 발광부는 트라이악을 통해 상기 제어유니트에 의해 턴온시점의 위상이 제어되게 설치되어 있고, 상기 제어유니트는 생장 대상 식물의 성장시기에 대응하는 광조사 정보가 기록된 성장관리 기억부가 마련된다.
본 발명에 따른 식물 조명용 광조사장치에 의하면, 교류전력을 위상제어에 의해 상호 다른 색상의 광을 원하는 혼합 비율 및 광량으로 조정하여 조명할 수 있어 구조가 단순화 되는 장점을 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 식물 조명용 광조사장치가 식물공장에 설치된 상태를 나타내 보인 단면도이고,
도 2는 도 1의 광조사장치의 제어계통 블록도이고,
도 3은 도 2의 일부 요소의 구동계통을 나타내 보인 회로도이고,
도 4는 도 1의 발광부로 적용된 전등구조를 개략적으로 나타내 보인 측면도이고,
도 5는 도 3의 제어부에서 교류전원에 대한 위상제어에 의한 발광부로의 구동전력의 인가를 설명하기 위한 파형도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 식물 조명용 광조사장치를 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 식물 조명용 광조사장치가 식물공장에 설치된 상태를 나타내 보인 단면도이고, 도 2는 도 1의 광조사장치의 제어계통 블록도이고, 도 3은 도 2의 일부 요소의 구동계통을 나타내 보인 회로도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 식물 조명용 광조사장치(100)는 생육 하우스(10) 내부에 설치되어 있다.
생육 하우스(10)는 식생대상 식물을 생육할 수 있도록 밀폐된 내부공간(12)을 갖게 형성되어 있다.
광조사 장치(100)는 생육 하우스(10) 내의 생장 대상 식물에 광을 조사할 수 있도록 설치되어 있다.
광조사장치(100)는 제로크로싱 검출부(110), 발광부(120), 제어유니트(130)를 구비한다.
제로크로싱 검출부(110)는 교류전원(101)의 전압이 제로가 되는 제로크로싱 위치를 검출하여 제어유니트(130)에 출력한다.
제로크로싱 검출부(110)는 교류전원(101)과 직렬접속된 포터다이오드(121a) 및 제1저항(R1)과, 포토다이오드(121)에 대해 병렬상으로 교류전원(101)에 직렬접속된 포토 트랜지스터(121b) 및 제2저항(R2)으로 되어 있고, 제2저항(R2)의 전압강하신호가 제어부(138)에 출력되도록 되어 있다.
또한, 포토 다이오드(121a)와 포토 트랜지스터(121b)는 포토 다이오드(121a)에서 출사되는 광에 의해 포토 트랜지스터(121b)가 턴온되는 포터커플러(121)를 적용하여 포터 트랜지스터(121b)가 턴온되는 시점에 하이신호가 제어부(138)에 출력되도록 되어 있다.
따라서, 제어부(138)는 제2저항(R2)으로부터 출력되는 신호가 하이레벨로 전환되는 시점과 로우레벨로 전환되는 시점을 제로크로싱 위치로 판단한다.
발광부(120)는 발광다이오드(121)(1222)가 어레이되어 광을 조사한다.
발광부(120)는 발광 색상이 상호 다른 제1발광다이오드(121)와, 제2발광다이오드(122)로 되어 있다.
바람직하게는 제1발광다이오드(121)는 적색광을 출사하는 발광다이오드이고, 제2발광다이오드(122)는 청색광을 출사하는 발광다이오드가 적용된다.
제1발광다이오드(121)는 적용되는 교류전압에 대응되게 다수개가 직렬접속되며, 제2발광다이오드(122)도 적용되는 교류전압에 대응되게 다수개가 직렬접속된다.
여기서 제1발광다이오드(121)는 교류전원(101)에 대해 제3저항(R3)을 통해 직렬접속된 제1트라이액(137a)에 제어되어 교류전원(101)의 위상이 0 내지 180도 일때 턴온시점에 대응되게 발광이 되게 접속되어 있고, 제2발광다이오드(122)는 교류전원(101)에 대해 제4저항(R4)을 통해 직렬접속된 제2트라이액(137b)에 제어되어 교류전원(101)의 위상이 180 내지 360도 일때 턴온시점에 대응되게 발광이 되게 접속되어 있다.
여기서 발광부(130)는 도 4에 도시된 바와 같이 교류전원과 접속되는 단자가 마련된 소켓(125)과 소켓으로부터 광을 외부로 출사하는 하우징(126) 내에 제1 및 제2 발광다이오드(121)(122)가 실장된 구조로 형성될 수 있다.
제어유니트(130)는 제로크로싱 검출부(110)에서 검출된 제로크로싱 위치를 기준으로 생장대상 식물의 생장 조건에 대응되게 제1 및 제2발광다이오드(121)(122)의 턴온시점을 제1 및 제2 트라이액((137a)(137b)을 통해 제어한다.
제어유니트(130)는 제로크로싱 위치를 기준으로 전압이 상승하여 다음 제로크로싱 위치에 해당하는 제1구간동안에는 즉, 도 5에서 d1으로 표기된 교류전원의 위상이 0 내지 180인 구간동안에는 제1트라이액(137a)을 통해 교류전압(101)의 공급시기에 해당하는 위상을 제어하여 제1발광다이오드(121)가 발광되게 제어하고, 제1구간이후 전압이 하강하여 다음 제로크로싱 위치에 해당하는 제2구간동안에는 즉, d2로 표기된 교류전원의 위상이 180 내지 360인 구간동안에는 제2트라이액(137b)을 통해 교류전압(101)이 공급되는 시기에 해당하는 위상을 제어하여 제2발광다이오드(122)가 발광되게 제어한다.
제어유니트(130)는 입력부(131), 표시부(132), 성장관리 기억부(133), 무선통신부(134), 위상 구동부(137) 및 제어부(138)를 구비한다.
입력부(131)는 생장 대상 식물에 대한 광조사 조건 정보를 포함한 생장 환경 설정과 관련하여 지원되는 기능을 입력 또는 설정할 수 있도록 되어 있다.
표시부(132)는 제어부(138)에 제어되어 표시정보를 표시한다.
성장관리 기억부(133)는 생육대상 식물의 성장시기에 대응하는 광조사정보를 포함하는 생육환경 조성정보가 저장되어 있다. 여기서, 생육환경 조성정보는 생육 대상 식물에 대한 생육기간 별 적용 광파장, 광조사량 및 광조사 주기 정보 등 성장기간에 대응되는 생육단계별 생육 조건 정보를 말한다.
무선통신부(134)는 도시되지 않은 이산화탄소 센서(151), 온도센서(155), 습도센서(157)로부터 수신된 정보를 제어부(138)에 제공한다.
위상 구동부(137)는 제어부(138)에 제어되어 제1 발광다이오드(121)와 제2발광다이오드(122)를 독립적으로 턴온시키며 앞서 설명된 제1 및 제2트라이액(137a)(137b)가 적용되었다.
제어부(138)는 성장관리 기억부(133)에 기록된 생장 단계별 생육 조건정보를 이용하여 위상 구동부(137)를 통해 발광부(120)의 온/오프 가동 및 광량, 광조사 색상 등이 제어되게 발광부(120)를 제어한다.
일 예로서, 적색을 발광하는 제1 발광다이오드(121)에 대해 제1구간(d1)에서 70%의 발광이 유지되게 하는 경우 도 5에서 181로 표기된 빗금친 부분 형태로 턴온이 유지되게 턴온시점을 제어하고, 적색을 발광하는 제1 발광다이오드(121)에 대해 제1구간(d1)에서 50%의 발광이 유지되게 하는 경우 도 5에서 183로 표기된 빗금친 부분 형태로 턴온이 유지되게 턴온시점을 제어하면 된다.
또한, 청색을 발광하는 제2 발광다이오드(122)에 대해 제2구간(d2)에서 발광이 오프되게 하는 경우 제2트라이액(137b)를 턴온시키지 않으면 되고, 청색을 발광하는 제2 발광다이오드(122)에 대해 제2구간(d2)에서 50%의 발광이 유지되게 하는 경우 도 5에서 185로 표기된 빗금친 부분 형태로 턴온이 유지되게 턴온시점을 제어하면 된다.
이러한 식물 조명용 광조사장치(100)에 의하면, 교류전원을 그대로 이용하면서 상호 다른 색상의 컬러광을 위상 제어에 의해 혼합비율 및 광량을 조정할 수 있어 구조가 단순화 되는 장점을 제공한다.
110: 제로크로싱 검출부 120: 발광부
130: 제어유니트

Claims (4)

  1. 식물에 광을 조사하여 생장시키도록 설치된 식물 조명용 광조사장치에 있어서,
    교류전원의 전압이 제로가 되는 제로크로싱 위치를 검출하는 제로크로싱검출부와;
    발광다이오드가 어레이되어 광을 조사하는 발광부와;
    상기 제로크로싱 검출부에서 검출된 제로크로싱 위치를 기준으로 상기 생장대상 식물 생장 조건에 대응되는 광량이 조사되게 상기 발광다이오드의 턴온시점을 제어하는 제어유니트;를 구비하는 것을 특징으로 하는 식물 조명용 광조사장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 발광부는
    발광색상이 상호 다른 제1발광다이오드와, 제2발광다이오드를 구비하고,
    상기 제어유니트는
    상기 제로크로싱 위치를 기준으로 전압이 상승하여 다음 제로크로싱 위치에 해당하는 제1구간동안에는 상기 교류전압의 위상을 제어하여 상기 제1발광다이오드가 발광되게 제어하고, 상기 제1구간이후 전압이 하강하여 다음 제로크로싱 위치에 해당하는 제2구간동안에는 상기 교류전압의 위상을 제어하여 상기 제2발광다이오드가 발광되게 제어하도록 된 것을 특징으로 하는 식물 조명용 광조사장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1발광다이오드와 상기 제2발광다이오는 적색광과 청색광을 발광하는 발광다이오드인 것을 특징으로 하는 식물 조명용 광조사장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 발광부는 트라이악을 통해 상기 제어유니트에 의해 턴온시점의 위상이 제어되게 설치되어 있고, 상기 제어유니트는 생장 대상 식물의 성장시기에 대응하는 광조사 정보가 기록된 성장관리 기억부가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 식물 조명용 광조사장치.



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