KR20160101255A - 식물 성장 관리 시스템 - Google Patents

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김혜진
변신혜
김병진
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Abstract

본 발명은 식물 성장 관리 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 솔라셀 모듈을 이용하여 전기에너지를 생산하여 식물 성장 관리의 효율성을 증대시키고, 편리함을 제공한다. 이를 위하여 본 발명은 광에너지를 공급하기 위한 LED모듈, 습도를 측정하고 물을 공급하기 위한 습도 제어모듈, 식물에게 영양 수액을 공급하기 위한 영양공급부, 식물의 상태를 촬영하기 위한 촬영부를 포함하며, 식물 성장 관리는 원격으로 조절가능하도록 무선 통신부를 포함한다.
본 발명의 식물 성장 관리 시스템은 태양광을 전기 에너지로 변환하기 위한 솔라셀 모듈을 포함하는 전원 공급 모듈과 상기 전원 공급 모듈로부터 전력을 공급받아 구동되는 제어부와 상기 제어부와 연결되는 식물 관리부와 상기 제어부와 연결되며 상기 식물 관리부를 원격으로 조절하기 위한 무선 통신부와 상기 식물 관리부의 정보를 검출하기 위한 정보 디스플레이부를 포함한다.
또한 상기 식물 관리부는 식물에 광에너지를 공급하고 식물의 상태에 따른 광에너지를 발산하는 LED모듈과 식물의 주변 습도를 측정하고, 물을 공급하기 위한 습도제어 모듈과 식물에게 영양 수액을 공급하기 위한 영양 공급부와 식물의 상태를 촬영하기 위한 촬영부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

식물 성장 관리 시스템 {Plant Growth Management System}
본 발명은 식물 성장 관리 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 솔라셀 모듈을 이용하여 전기에너지를 생산하여 식물 성장 관리의 효율성을 증대시키고, 편리함을 제공한다. 이를 위하여 본 발명은 광에너지를 공급하기 위한 LED모듈, 습도를 측정하고 물을 공급하기 위한 습도 제어모듈, 식물에게 영양 수액을 공급하기 위한 영양공급부, 식물의 상태를 촬영하기 위한 촬영부를 포함하며, 식물 성장 관리는 원격으로 조절가능하도록 무선 통신부를 포함한다.
최근 친환경화 정착과 삭막한 도시 조경을 개선하고자 조경시설을 설치하거나 식물을 기르는 곳이 많아졌다.
식물마다 요구하는 일조량, 습도 및 물의 양, 온도와 같은 환경적인 변수가 따르며, 특히 아파트나 건물 내와 같은 실내에 심어진 식물들은 충분한 빛 또는 물을 공급받지 못하여 괴사할 가능성이 높으며, 바쁜 현대인이 이를 하나하나 관리한다는 것은 많은 노고가 필요하다.
이에 한국 등록특허 제 10-1124648호 (식물 관리 시스템)은 실내에서 식물을 용이하게 잘 기를 수 있도록 구조가 개선된 식물 관리 시스템에 관한 것으로서, 식물이 심겨져 있는 화분에 공급하기 위한 물이 저장되는 관수탱크와, 관수탱크에 저
장된 물을 상기 화분으로 공급하는 공급라인과, 화분에 공급된 후 화분을 통과한 물을 관수탱크로 회수하는 회수라인과, 실외에 설치되며, 태양광을 집광하는 집광기와, 집광된 광이 식물에 조사되도록 태양광을 가이드하는 광섬유를 포함한다.
상기 특허문헌은 태양광을 집광하여 식물에게 공급하고, 불필요하게 물이 낭비되는 것을 방지할 수는 있지만, 식물은 식물의 종류 및 생장 상태에 따라 요구하는 파장 및 물의 양을 고려하지 않은 한계점이 있었다.
엥겔만은 슬라이드 글라스 위에 해캄과 호기성 세균을 놓고 프리즘을 이용하여 가시광선을 조사하였을 때 호기성 세균이 적색광과 청색광 부분으로 많이 모여드는 것을 보고 이 파장의 빛에서 산소가 가장 많이 발생한다는 것을 알아내었다.
또한 식물은 생장주기에 따라 요구하는 파장이 있으며, 식물의 상태를 고려하여 파장을 제공하여야 식물이 잘 자랄 수 있게 된다.
한편 태양광 전지(솔라셀)은 다른 발전 방식과는 달리 대기오염, 소음, 발열, 진동 등의 공해가 없는 깨끗한 에너지원이며, 고갈의 염려가 없는 무한한 에너지 원천이다.
종래의 식물 관리 시스템은 주로 원예 재배 시설에서 사용되었으며, 단순히 콘센트로부터 전력을 공급받아 작동되는 방식이였으며, 태양광을 효율적으로 활용하지 못하였다.
한국 등록특허 제 10-1124648호 (식물 관리 시스템)
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 솔라셀 모듈로부터 전기 에너지를 공급받아 구동되며 원격으로 제어하기 위한 무선통신부를 포함하는 식물 관리 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 식물별 재배에 따른 최적의 파장 선택 및 시간에 따라 On/Off가 가능하도록 한 LED모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 습도를 측정하기 위한 습도 센서와, 식물에 물을 공급하기 위한 물 공급부를 포함하는 습도제어 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 영양 수액을 공급하기 위한 영양 공급부와 식물의 상태를 촬영하기 위한 촬영부를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 식물 성장 관리 시스템은 태양광을 전기 에너지로 변환하기 위한 솔라셀 모듈을 포함하는 전원 공급 모듈과 상기 전원 공급 모듈로부터 전력을 공급받아 구동되는 제어부와 상기 제어부와 연결되는 식물 관리부와 상기 제어부와 연결되며 상기 식물 관리부를 원격으로 조절하기 위한 무선 통신부와 상기 식물 관리부의 정보를 검출하기 위한 정보 디스플레이부를 포함한다.
또한 상기 식물 관리부는 식물에 광에너지를 공급하고 식물의 상태에 따른 광에너지를 발산하는 LED모듈과 식물의 주변 습도를 측정하고, 물을 공급하기 위한 습도제어 모듈과 식물에게 영양 수액을 공급하기 위한 영양 공급부와 식물의 상태를 촬영하기 위한 촬영부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 전원 공급 모듈은 태양광을 받아들여 전기에너지로 변환하는 솔라셀 모듈과 상기 솔라셀 모듈로부터 생산된 전기에너지를 저장하는 배터리와 상기 솔라셀 모듈과 상기 배터리 사이에 구비되어 과충전을 방지하는 충전 컨트롤러와 상기 배터리에 저장된 전기에너지를 AC로 변환하기 위한 인버터를 포함한다.
또한 상기 습도제어 모듈은 습도를 측정하기 위한 습도 센서와 식물에 물을 공급하기 위한 물 공급부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제어부는 상기 LED모듈이 시간에 따라 on/off되고, 상기 LED모듈의 가시광선 범위를 선택 가능하도록 한 것을 특징으로 하며, 상기 습도 센서의 습도값이 설정된 습도값보다 작을 경우 자동으로 물을 공급하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 식물 관리 시스템에 의하면, 솔라셀 모듈로부터 전기 에너지를 공급받아 구동되며 원격으로 제어하기 위한 무선통신부를 제공하는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따른 식물 관리 시스템에 의하면, 식물별 재배에 따른 최적의 파장 선택 및 시간에 따라 On/Off가 가능하도록 한 LED모듈을 제공하는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따른 식물 관리 시스템에 의하면, 습도를 측정하기 위한 습도 센서와, 식물에 물을 공급하기 위한 물 공급부를 포함하는 습도제어 모듈을 제공하는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따른 식물 관리 시스템에 의하면, 영양 수액을 공급하기 위한 영양 공급부와 식물의 상태를 촬영하기 위한 촬영부를 제공하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 식물 성장 관리 시스템의 간략한 구성을 보여주는 구성도.
도 2는 파장에 따른 식물생장의 상관관계를 보여주는 도면.
도 3은 본 발명에 따른 식물 성장 관리 시스템의 전원 공급 모듈의 구성을 보여주는 구성도.
도 4는 솔라셀 모듈의 발전의 원리를 보여주는 모식도.
본 발명의 구체적 특징 및 이점들은 이하에서 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이에 앞서 본 발명에 관련된 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 구체적인 설명을 생략하기로 한다.
본 발명은 식물 성장 관리 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 솔라셀 모듈을 이용하여 전기에너지를 생산하여 식물 성장 관리의 효율성을 증대시키고, 편리함을 제공한다. 이를 위하여 본 발명은 광에너지를 공급하기 위한 LED모듈, 습도를 측정하고 물을 공급하기 위한 습도 제어모듈, 식물에게 영양 수액을 공급하기 위한 영양공급부, 식물의 상태를 촬영하기 위한 촬영부를 포함하며, 식물 성장 관리는 원격으로 조절가능하도록 무선 통신부를 포함한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참고로 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 식물 성장 관리 시스템의 간략한 구성을 보여주는 구성도이고, 도 2는 파장에 따른 식물생장의 상관관계를 보여주는 도면이며, 도 3은 본 발명에 따른 식물 성장 관리 시스템의 전원 공급 모듈의 구성을 보여주는 구성도이고, 도 4는 솔라셀 모듈의 발전의 원리를 보여주는 모식도이다.
도 1은 본 발명에 따른 식물 성장 관리 시스템의 간략한 구성을 보여주는 구성도이다.
본 발명에 따른 식물 성장 관리 시스템은 태양광을 전기 에너지로 변환하기 위한 솔라셀 모듈을 포함하는 전원 공급 모듈(10)과 상기 전원 공급 모듈로부터 전력을 공급받아 구동되는 제어부(20)를 포함한다.
상기 제어부와 연결되는 식물 관리부(30)와 상기 제어부와 연결되며 상기 식물 관리부를 원격으로 조절하기 위한 무선 통신부(40)와 상기 식물 관리부의 정보를 검출하기 위한 정보 디스플레이부(50)를 포함한다.
보다 상세하게는, 상기 전원 공급 모듈(10)에서 태양광을 전기에너지로 변환하거나 콘센트에 연결하여 식물 성장 관리시스템에 전원을 공급하게 되며, 제어부(20)는 식물 관리부(30)와 연결되어 식물에 상태 및 입력된 조건에 따라 식물 성장 관리시스템을 제어 및 관리하게 된다.
상기 제어부(20)는 명령 입력부(60)와 상기 정보 디스플레이부(50)와 연결되며, 이때 명령 입력부(60)는 버튼식이나 상기 정보 디스플레이부와 결합한 터치 스크린 형태일 수 있다.
상기 명령 입력부(60)는 어플리케이션을 통한 조작이거나 장치 자체에 구비된 버튼이나 터치 스크린을 통한 입력이 될 수 있으며, 습도값이나 물 공급부의 작동 방식, 설정 및 작동시간, 전원 공급 방법 등을 설정하고 정보 디스플레이부(50)에서 이를 확인할 수 있다.
상기 식물 관리부(30)는 식물에 광에너지를 공급하고 식물의 상태에 따른 광에너지를 발산하는 LED 모듈(31)과 식물의 주변 습도를 측정하고, 물을 공급하기 위한 습도제어 모듈(32)과 식물에게 영양 수액을 공급하기 위한 영양 공급부(33)와 식물의 상태를 촬영하기 위한 촬영부(34)를 포함한다.
식물의 성장은 주변의 이산화탄소나 산소의 양에 영향을 받을 수 있으며, 이산화탄소 측정기 및 산소 공급기를 추가로 구비하여 주변의 이산화탄소량이 기준 값 이상 증가하면 산소를 공급하는 것도 바람직할 것이다.
상기 제어부(20)는 상기 LED 모듈이 시간에 따라 on / off 되고, 상기 LED 모듈의 가시광선 범위를 선택 가능하다. 또한 LED 모듈의 세기를 변화시켜 식물이 필요한 온도를 제공해 줄 수 있다.
엥겔만은 슬라이드 글라스 위에 해캄과 호기성 세균을 놓고 프리즘을 이용하여 가시광선을 조사 하였을 때 호기성 세균이 적색광과 청색광 부분으로 많이 모여드는 것을 보고 이 파장의 빛에서 산소가 가장 많이 발생한다는 것을 알아내었다.
도 2는 파장에 따른 식물생장의 상관관계를 보여주는 도면 으로서, 식물은 상태 및 성장주기에 따라 필요한 파장의 영역대가 존재하며, 청색광 (400~500 nm )의 경우 개화를 유도하거나 줄기와 뿌리를 생장시키고, 적색광(600~700 nm )의 경우 광합성 촉진작용이 청색광에 비해 훨씬 뛰어나다.
반면에 자외선 영역대는 식물의 생장을 방해하거나 색소침착을 발생시키고, 적외선 영역대는 식물의 신장을 키우지만 더 긴 파장대로 가면 열에너지로만 전환되어 식물에게 큰 효과를 가져다주지 못한다.
이에 본 발명은 LED모듈을 제어함으로써 식물의 종류 및 생장에 따른 필요 파장을 제공하여 효율적인 관리를 가능케한다.
또한 사용자가 부재중이거나 원격으로 조정이 필요한 경우 식물 관리 시스템에 구비된 촬영부(34)를 통해 식물의 성장 상태 등을 확인하여 LED모듈(31)의 파장 및 세기를 선택할 수 있으며, 영양 공급부(33)를 조작하여 식물에 영양 수액을 공급할 수 있다.
상기 무선 통신부(40)는 어플리케이션을 이용하여 전원 공급 방법(솔라셀 모듈 또는 콘센트)을 선택하거나 촬영부(34)를 통하여 식물의 상태를 확인하거나, LED의 파장 및 세기를 선택하고, 습도를 확인하고 물 공급을 할 수 있다.
습도 제어 모듈(32)은 사용자가 임의로 확인하여 물 공급 시간 및 양을 설정할 수 있고, 미리 기준 습도를 입력하여 습도가 기준 습도 이하이면 자동으로 물을 공급할 수도 있다.
상기 습도제어 모듈은 습도를 측정하기 위한 습도 센서(32a)와 식물에 물을 공급하기 위한 물 공급부(32b)를 포함하며, 습도 센서에서 습도를 측정하여 상기 제어부(20)로 습도값을 보내어 물을 공급하게 된다.
습도 센서(32a)는 이슬점 센서 등이 될 수 있으며, 습도 센서의 아날로그 값을 ADC을 이용하여 디지털값으로 변환하여 제어부(20)로 보내게 되며, 상기 제어부는 습도 센서로 측정된 습도값을 토대로 물 공급부를 작동시킨다.
이때 물 공급부(32b)는 미스트 방식으로 식물에 물을 분사하거나 물을 흘려주는 방식이 될 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 전원 공급 모듈의 구성을 보여주는 구성도이다.
상기 전원 공급 모듈(10)은 태양광을 받아들여 전기에너지로 변환하는 솔라셀 모듈(11)과 상기 솔라셀 모듈로부터 생산된 전기에너지를 저장하는 배터리(12)를 포함한다.
상기 솔라셀 모듈과 상기 배터리 사이에 충전 컨트롤러(13)가 구비되어 과충전을 방지하며, 상기 배터리에 저장된 전기에너지를 AC 로 변환하기 위한 인버 터(14)를 포함한다.
도 4는 솔라셀 모듈(11)의 발전의 원리를 보여주는 모식도로서, 솔라셀 발전은 태양으로부터의 빛에너지를 직접 전기에너지로 바꾸어주는 발전방식이다.
이러한 솔라셀 발전은 일반적으로 pn접합구조를 가진 태양전지(solar cell)가 외부로부터 광자(photon)가 태양전지의 내부로 흡수되면 광자가 지닌 에너지에 의해 태양전지 내부에서 (-)전하를 가지는 전자(electron)와 (+)전하를 가지는 정공(hole)의 쌍이 생성된다.
생성된 전자-정공 쌍은 pn접합에서 발생한 전기장에 의해 전자는 n형 반도체로 이동하고 정공은 p형 반도체로 이동해서 각각의 표면에 있는 전극에서 수집되어 에너지의 원천이 된다.
상기 충전 컨트롤러(13)는 상기 솔라셀 모듈과 상기 배터리 사이에 구비되어 과충전을 방지하게 되며, 보다 상세하게는 배터리(12)가 완충된 상태에서 태양광이 많아 솔라셀 모듈(11)에 계속해서 전압이 발생하면 배터리에 무리가 가기 때문에 솔라셀의 전압을 차단시켜 회로의 안정성을 높일 수 있게 된다.
상기 인버터(14)는 상기 배터리에 저장된 전기에너지를 AC 로 변환하는 것으로서, 절연트랜스를 더 구비하여 배터리 측의 직류(DC)전력과 전력이 공급될 제어부(20)와 식물 관리부(30) 측의 교류전력과의 혼촉을 방지하는 것이 바람직할 것이다.
이상과 같이 본 발명은, 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였지만 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자가 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형의 예들을 포함하도록 기술된 청구범위에 의해서 해석되어야 한다.
10 : 전원 공급 모듈
11 : 솔라셀 모듈
12 : 배터리
13 : 충전 컨트롤러
14 : 인버터
20 : 제어부
30 : 식물 관리부
31 : LED 모듈
32 : 습도 제어 모듈
-32a : 습도 센서
-32b : 물 공급부
33 : 영양 공급부
34 : 촬영부
40 : 무선 통신부
50 : 정보 디스플레이부
60 : 명령 입력부

Claims (4)

  1. 식물 성장 관리 시스템에 있어서,
    태양광을 전기 에너지로 변환하기 위한 솔라셀 모듈을 포함하는 전원 공급 모듈과;
    상기 전원 공급 모듈로부터 전력을 공급받아 구동되는 제어부와;
    상기 제어부와 연결되는 식물 관리부와;
    상기 제어부와 연결되며 상기 식물 관리부를 원격으로 조절하기 위한 무선 통신부와;
    상기 식물 관리부의 정보를 검출하기 위한 정보 디스플레이부를 포함하며,
    상기 식물 관리부는
    식물에 광에너지를 공급하고 식물의 상태에 따른 광에너지를 발산하는 LED모듈과;
    식물의 주변 습도를 측정하고, 물을 공급하기 위한 습도제어 모듈과;
    식물에게 영양 수액을 공급하기 위한 영양 공급부와;
    식물의 상태를 촬영하기 위한 촬영부를 포함하는 것을 특징으로 하는
    식물 성장 관리 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 전원 공급 모듈은
    태양광을 받아들여 전기에너지로 변환하는 솔라셀 모듈과;
    상기 솔라셀 모듈로부터 생산된 전기에너지를 저장하는 배터리와;
    상기 솔라셀 모듈과 상기 배터리 사이에 구비되어 과충전을 방지하는 충전 컨트롤러와;
    상기 배터리에 저장된 전기에너지를 AC로 변환하기 위한 인버터를 포함하는
    식물 성장 관리 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 습도제어 모듈은
    습도를 측정하기 위한 습도 센서와;
    식물에 물을 공급하기 위한 물 공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는
    식물 성장 관리 시스템.
  4. 제 1항에 또는 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 LED모듈이 시간에 따라 on/off되고, 상기 LED모듈의 가시광선 범위를 선택 가능하도록 한 것을 특징으로 하며,
    상기 습도 센서의 습도값이 설정된 습도값보다 작을 경우 자동으로 물을 공급하는 것을 특징으로 하는
    식물 성장 관리 시스템.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101124648B1 (ko) 2009-06-02 2012-03-19 한양대학교 산학협력단 식물관리시스템

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