KR20170098465A - 화분용 보급형 스마트 생장감지 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기존의 디스플레이 화면으로 측정된 정보를 제공하는 화분용 수분감지모듈의 가격이 비교적 높아 가정에서 사용하기에 부담이 따르고, 관리자가 직접 가까이 와서 디스플레이 화면을 모니터링 해야지만 측정된 정보를 알 수 있고, 식물을 키우는 것이 서툰 사람은 식물의 특성에 따른 조도, 온도, 습도, 토양 산도(pH) 등의 정보가 있더라도 식물 생장에 부족한 요소를 적절한 시점에 파악하지 못해 관리가 어려우며, 화분 속의 흙에 꽂을 때 흠집이 생겨 코팅된 센서가 손상되거나 산화작용으로 인해 작동오류가 발생하여 수명이 단축되는 문제점을 해결하고자, 메인 컨트롤 박스, 센서 프레임, 탐침 프레임으로 이루어져, 식물에 비춰지는 조도 및 온도와 화분 내의 습도 및 토양 산도(pH)를 실시간으로 측정하여 키우는 식물의 특성에 따른 간단한 초기 설정값으로 관리자가 식물에 필요한 요소를 용이하게 파악하여 손쉽게 식물의 생장조건에 맞는 최적의 환경을 유지할 수 있도록 하고, 내부구조가 간단하고 대량생산이 가능함에 따라 생산비용이 적게 소요되고, 화분에 탐침을 꽂아넣을 때 화분 내부의 돌이나 흙에 의해 코팅된 센서가 손상되는 것을 방지하고, 토양 내부의 산성으로 인한 센서의 부식을 방지하여 제품의 수명을 비약적으로 향상시킬 수 있는 화분용 보급형 스마트 생장감지 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.

Description

화분용 보급형 스마트 생장감지 모듈{FLOWERPOT POPULAR SMART GROWTH SENSING MODULE}
본 발명은 식물의 생장에 필요한 요소인 조도, 온도, 습도, 토양 산도(pH)를 기르는 식물의 특성에 따라 설정된 설정값과 센서를 통한 실시간 측정값에 차이가 발생하면 LED 램프의 점멸을 통해 식물에 필요한 요소를 용이하게 파악하여 식물이 생장할 수 있는 최적의 환경을 유지할 수 있도록 하고, 센서의 부식을 방지하여 수명을 향상시키고, 간단한 내부구조로 생산원가를 절감하여 보급형으로 상용화될 수 있는 화분용 보급형 스마트 생장감지 모듈에 관한 것이다.
일반적으로, 화분에 심겨진 화초나 나무는 실내 분위기를 편안하게 연출할 뿐만 아니라 건강에 기여하는 바가 큰 것으로 보고되고 있다. 근래 들어, 건축된 대부분의 아파트나 개인 주택에는 발코니가 있는데, 이 공간을 이용하여 화초나 나무들을 가꾸는 가정이 점차 늘어나고 있는 실정이다.
이에 따라 가정에서 키우는 화초나 나무들의 바람직한 생육환경을 조성하기 위해서는 알맞은 온도, 적절한 수분, 적절한 일조량 및 영양분 공급이 필수적이다.
특히 자연환경과 달리 실내에서 식물이 건강하게 자라기 위해서는 식물의 특성에 맞는 적당한 빛, 온도, 습도, 토양 산도(pH)를 체크하여 조절해주지 않으면 필요한 요소의 결핍이 생겨 건강하지 못하게 자라거나 실내환경에 적응하지 못하고 수명이 단축되는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하고자, 식물이 건강하게 자라기 위해 필수요소인 조도, 온도, 습도, 토양를 측정하여 디스플레이 화면으로 측정된 정보를 구체적으로 제공하는 화분용 감지모듈이 개발되었지만, 디스플레이 화면을 구성하기 위해 내부 구조가 복잡해지고 제조 단가가 상승하여 가정에서 사용하기에 부담이 따르고, 식물을 기르는 관리자가 직접 가까이 와서 디스플레이 화면을 모니터링 해야지만 측정된 정보를 알 수 있고, 식물을 키우는 것이 서툰 사람은 식물의 특성에 따른 조도, 온도, 습도, 토양 산도(pH) 등의 정보가 있더라도 식물이 생장하는데 요구되는 최적의 환경을 알기 어렵고, 식물 생장에 부족한 요소를 적절한 시점에 파악하지 못해 주기적인 관리가 어려운 문제점이 있었다.
또한, 종래의 감지모듈은 화분 속의 토양에 감지센서 타입시 외부에 노출된 생장감지센서가 화분 내 토양의 미세한 흙 입자나 작은 돌멩이 등에 의해 마찰이 발생하며 흠집이 생겨 코팅된 센서가 손상되어 수명이 단축되고, 장기간 사용시 수분 감지 센서의 산화작용으로 인해 수분감지모듈의 작동오류가 발생하고, 기능을 상실하는 문제점이 있었다.
상기의 문제점을 해결하기 위해 본 발명에서는 식물에 비춰지는 조도 및 온도와 화분 내의 습도 및 토양 산도(pH)를 실시간으로 측정하여 키우는 식물의 특성에 따른 간단한 초기 설정값으로 관리자가 식물에 필요한 요소를 용이하게 파악하여 손쉽게 식물의 생장조건에 맞는 최적의 환경을 유지할 수 있도록 하고, 내부구조가 간단하고 대량생산이 가능함에 따라 생산비용이 적게 소요되고, 화분 내부 토양에 탐침을 타입시 토양의 미세한 흙 입자나 작은 돌멩이와의 마찰에 의해 코팅된 센서가 손상되는 것을 방지하고, 토양 내부의 산성으로 인한 센서의 부식을 방지하여 제품의 수명을 비약적으로 향상시킬 수 있는 화분용 보급형 스마트 생장감지 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 화분용 보급형 스마트 생장감지 모듈은,
화분용 온습도 측정모듈의 상단부에 위치한 박스 형태로 내부 기기를 보호하고, LED 점등으로 식물의 필요한 정보를 제공하는 메인 컨트롤 박스와,
직립된 직사각 막대형상의 프레임으로 상단 일측이 투명 하우징의 내측에 삽입되고, 수분감지센서와 토양 산도(pH) 감지센서가 도금된 하단부가 탐침 프레임의 상단면에서 수직방향으로 삽입되어 토양에 직접 접촉되며 토양 내의 습도 및 토양 산도(pH) 정보를 측정하는 센서 프레임과,
직립된 직사각 막대형상의 프레임으로 상단면에서 수직방향으로 센서부의 하단을 삽입하여 보호하고, 하단이 후면 방향으로 비스듬한 경사면으로 이루어진 탐침 프레임이 구성됨으로써 달성된다.
이상에서 설명드린 바와 같이, 본 발명에서는 식물에 비춰지는 조도 및 온도와 화분 내의 습도 및 토양 산도(pH)를 실시간으로 측정하여 키우는 식물의 특성에 따른 간단한 초기 설정값으로, 설정값에서 벗어나는 측정값이 감지될 경우 차등적으로 LED 표시등이 점멸되어 관리자가 식물에 필요한 요소를 용이하게 파악하여 손쉽게 식물의 생장조건에 맞는 최적의 환경을 유지할 수 있도록 함으로써 식물을 키우는 것이 서툴거나 소질이 없는 사람이나 어린이도 쉽게 식물을 기를 수 있고, 어린이가 가정에서 식물이 건강히 자라나는 것을 직접 보며 관리할 수 있어 교육용으로도 활용될 수 있으며, 내부구조가 간단하고 대량생산이 가능함에 따라 생산비용이 적게 소요되고, 화분 내부 토양에 탐침을 타입시 토양의 미세한 흙 입자나 작은 돌멩이와의 마찰에 의해 코팅된 센서가 손상되는 것을 방지하고, 토양 내부의 산성으로 인한 센서의 부식을 방지하여 제품의 수명을 비약적으로 향상시킬 수 있는 좋은 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 화분용 보급형 스마트 생장감지 모듈의 전체적인 형상을 도시한 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 메인 컨트롤 박스와 센서 프레임의 구성요소를 분해하여 나타낸 분해사시도,
도 3은 본 발명에 따른 센서 프레임과 탐침 프레임의 구성요소를 분해하여 나타낸 분해사시도,
도 4는 본 발명에 따른 메인 컨트롤 박스의 측정값 설정 제어부와 LED 점등부의 구성요소를 확대하여 나타낸 부분 확대도,
도 5는 본 발명에 따른 메인 컨트롤 박스의 측정값 설정 제어부의 온도 설정 스위치, 조도 설정 스위치, 산도 설정 스위치, 습도 설정 스위치의 위치에 따른 설정 모드를 표시하고, 각각 3개의 LED로 구성된 온도 알림 LED부, 조도 알림 LED부, 산도 알림 LED부, 습도 알림 LED부로 이루어진 LED 점등부의 총 12개의 LED가 점등된 상태를 도시한 정면도,
도 6은 본 발명에 따른 센서 프레임에 위치한 온도센서, 조도센서, 산도센서, 습도센서를 표시하여 나타낸 사시도,
도 7은 본 발명에 따른 탐침 프레임의 구성요소를 분해하여 도시하고, 프레임 몸체의 내부구조를 확대하여 도시한 부분 확대도,
도 8은 본 발명에 따른 화분에 타입되기 전 탐침 프레임의 전면 센서보호 프레임과 후면 센서보호 프레임의 플레이트 걸림턱이 제1 걸림홈에 걸려 고정된 상태를 도시한 사시도,
도 9는 본 발명에 따른 화분에 타입된 후 탐침 프레임의 전면 센서보호 프레임과 후면 센서보호 프레임을 하단방향으로 하강시켜 플레이트 걸림턱이 제2 걸림홈에 걸려 고정되도록 하며 제1 센서 노출홈과 제2 센서 노출홈이 일치되어 산도 센서와 습도 센서가 외부로 노출된 상태를 도시한 실시예도,
도 10은 식물이 자라는 화분의 온도, 조도, 산도, 습도의 정보를 측정하기 위해 화분 내의 토양에 화분용 보급형 스마트 생장감지 모듈을 타입한 상태를 도시한 실시예도,
도 11은 본 발명에 따른 화분용 보급형 스마트 생장감지 모듈의 메인 컨트롤 박스와, 센서 프레임의 형태를 정면에서 찍은 실시사진,
도 12는 본 발명에 따른 화분용 보급형 스마트 생장감지 모듈의 메인 컨트롤 박스와, 센서 프레임의 형태를 후면에서 찍은 실시사진,
도 13은 본 발명에 따른 센서 프레임의 스마트 PCB 제어모듈의 구성요소를 도시한 회로도.
본 발명을 설명하기에 앞서 본 발명에 기재된 룩스는 빛의 밝기를 나타내는 단위로서, 기호는 lx로 나타내며, 1룩스(lx)는 광도의 SI단위인 1칸텔라(cd)가 광원이 고르게 분포되어 있을 때 1m 거리의 표면 밝기를 의미한다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 첨부하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 화분용 보급형 스마트 생장감지 모듈의 전체적인 형상을 도시한 사시도에 관한 것으로, 이는 메인 컨트롤 박스(100), 센서 프레임(200), 탐침 프레임(300)으로 구성된다.
먼저, 본 발명에 따른 메인 컨트롤 박스(100)에 관해 설명한다.
상기 메인 컨트롤 박스(100)는 화분용 온습도 측정모듈의 상단부에 위치한 박스 형태로 내부 기기를 보호하고, LED 색상 점등으로 식물의 필요한 정보를 제공하는 역할을 하는 것으로, 이는 도 2에 도시한 바와 같이, 투명 하우징(110), 측정값 설정 제어부(120), LED 점등부(130), 원형 배터리(140)로 구성된다.
상기 투명 하우징(110)은 직육면체 형상의 케이스 정면에 물 분무기 형태의 돌출부와, 후면에 손잡이 형태의 돌출부가 결합된 물 조리개 형상으로 형성되고, 전면 케이스(110a)와 후면 케이스(110b)의 결합으로 이루어진다.
이는 투명한 재질로 이루어져 LED 점등부(130)의 LED 전구가 점등됨에 따라 전체적으로 LED 불빛이 반사되어 관리자가 멀리서 육안으로 바라보더라도 필요한 정보를 용이하게 파악할 수 있도록 한다.
상기 측정값 설정 제어부(120)는 투명 하우징의 정면 하단에 스위치 커버로 보호되는 4개의 상하이동 스위치가 가로방향으로 나열되어 식물의 생장조건에 따라 선택적으로 점등되는 LED 점등부의 알림 표시값을 설정하는 역할을 한다.
구체적으로 측정값 설정 제어부(120)는 식물생장 감지 모듈(1)을 설치하기 전에 기르는 식물의 특성에 맞도록 생장에 필수적인 온도, 습도, 조도, 토양 산도(pH)를 초기설정하는 것으로, 온도 설정 스위치(121), 조도 설정 스위치(122), 토양 산도 설정 스위치(123), 습도 설정 스위치(124)로 구성된다.
첫째로, 상기 온도 설정 스위치(121)는 측정값 설정 제어부의 좌측을 기준으로 첫번째열에 수직방향으로 상승 및 하강하는 3단계로 설정가능한 스위치 형태로, 식물의 온도 적응성에 따라 상단부터 고온식물 모드(121a), 중온식물 모드(121b), 저온식물 모드(121c)로 구성된다.
여기서 고온식물 모드(121a)는 온도 설정 스위치를 상단에 위치시켰을 때 설정되는 것으로, 기르는 식물이 비교적 높은 온도인 20~30°사이에서 생육활동이 활발한 식물일 때 설정한다.
이때 고온식물 모드(121a)로 설정될 경우 온도 센서(220)에 측정된 온도가 20~30°이내를 10분 이상 유지하면 온도 알림 LED부(131)의 중앙 초록 LED가 점등되고, 만약 실내온도가 20°이하의 상태를 10분 이상 유지할 경우 온도 알림 LED부의 하단 빨강 LED가 점등되고, 30°이상의 상태로 10분 이상 유지할 경우 온도 알림 LED부의 상단 빨강 LED가 점등되도록 제어된다.
여기서 중온식물 모드(121b)는 온도 설정 스위치를 중앙에 위치시켰을 때 설정되는 것으로, 기르는 식물이 일반적인 생육온도인 10~20°사이에서 생육활동이 활발한 식물일 때 설정한다.
이때 중온식물 모드(121b)로 설정할 경우 온도 센서(220)에 측정된 온도가 10~20°사이를 10분 이상 유지할 경우 온도 알림 LED부(131)의 중앙 초록 LED가 점등되고, 만약 실내온도가 10°이하의 상태를 10분 이상 유지할 경우 온도 알림 LED부의 하단 빨강 LED가 점등되고, 20°이상의 상태로 10분 이상 유지할 경우 온도 알림 LED부의 상단 빨강 LED가 점등되도록 제어된다.
여기서 저온식물 모드(121c)는 온도 설정 스위치를 하단에 위치시켰을 때 설정되는 것으로, 기르는 식물이 비교적 낮은 온도인 0~10° 사이에서 생육활동이 활발한 식물일 때 설정한다.
이때 저온식물 모드(121c)로 설정할 경우 온도 센서(220)에 측정된 온도가 0~10°사이를 10분 이상 유지할 경우 온도 알림 LED부의 중앙 초록 LED가 점등되고, 만약 실내온도가 0°이하의 상태를 10분 이상 유지할 경우 온도 알림 LED부의 하단 빨강 LED가 점등되고, 10°이상의 상태로 10분 이상 유지할 경우 온도 알림 LED부의 상단 빨강 LED가 점등되도록 제어된다.
상기와 같이 식물 생장에 요구되는 온도에 따라 적합한 모드를 초기 설정하여 기르는 식물에 적합한 온도를 용이하게 관리할 수 있도록 하고, 식물에 따라 최적화된 설정온도를 설정할 수 있어 다양한 종류의 식물에 호환하여 사용할 수 있게 한다.
둘째로, 상기 조도 설정 스위치(122)는 측정값 설정 제어부의 좌측을 기준으로 두번째열에 수직방향으로 상승 및 하강하는 3단계 설정가능한 형태로, 식물의 광 요구도에 따라 상단부터 양지식물 모드(122a), 반음지식물 모드(122b), 음지식물 모드(122c)로 구성된다.
여기서 양지식물 모드(122a)는 조도 설정 스위치를 상단에 위치시켰을 때 설정되는 것으로, 기르는 식물의 광 요구도에 따른 조도가 5,000~20,000lx 사이에서 생육활동이 활발한 식물일 때 설정한다.
이때 양지식물 모드(122a)로 설정할 경우 조도 센서(230)에서 측정된 식물에 직접적으로 비춰지는 조도가 5,000~20,000lx 사이를 유지할 경우 조도 알림 LED부의 중앙 초록 LED가 점등되고, 만약 조도가 5000lx 이하의 상태를 유지할 경우 조도 알림 LED부의 하단 빨강 LED가 점등되고, 20,000lx 이상의 상태를 유지할 경우 조도 알림 LED부의 상단 빨강 LED가 점등되도록 제어된다.
여기서 반음지식물 모드(122b)는 조도 설정 스위치를 중앙에 위치시켰을 때 설정되는 것으로, 기르는 식물의 광 요구도에 따른 조도가 3,000~5,000lx 사이에서 생육활동이 활발한 식물일 때 설정한다.
이때 반음지식물 모드(122b)로 설정할 경우 조도 센서(230)에서 측정된 식물에 직접적으로 비춰지는 조도가 3,000~5,000lx 사이를 유지할 경우 조도 알림 LED부의 중앙 초록 LED가 점등되고, 만약 조도가 3,000lx 이하의 상태를 유지할 경우 조도 알림 LED부의 하단 빨강 LED가 점등되고, 5,000lx 이상의 상태를 유지할 경우 조도 알림 LED부의 상단 빨강 LED가 점등되도록 제어된다.
여기서 음지식물 모드(122c)는 조도 설정 스위치를 하단에 위치시켰을 때 설정되는 것으로, 기르는 식물의 광 요구도에 따른 조도가 1,000~2,000lx 사이에서 생육활동이 활발한 식물일 때 설정한다.
이때 음지식물 모드(122c)로 설정할 경우 조도 센서(230)에서 측정된 식물에 직접적으로 비춰지는 조도가 1,000~2,000lx 사이를 유지할 경우 조도 알림 LED부의 중앙 초록 LED가 점등되고, 만약 조도가 1,000lx 이하의 상태를 유지할 경우 조도 알림 LED부의 하단 빨강 LED가 점등되고, 2,000lx 이상의 상태를 유지할 경우 조도 알림 LED부의 상단 빨강 LED가 점등되도록 제어된다.
상기와 같이 식물 생장에 요구되는 조도에 따라 적합한 모드를 초기 설정하여 기르는 식물의 위치를 햇빛이 들어오는 위치에 따라 변경하거나 인공조명의 세기 조절을 통해 적합한 조도를 유지하고 용이하게 관리할 수 있도록 하고, 식물에 따라 최적화된 설정조도를 설정할 수 있어 다양한 종류의 식물에 호환하여 사용할 수 있게 한다.
셋째로, 상기 토양 산도 설정 스위치(123)는 측정값 설정 제어부의 좌측을 기준으로 세번째열에 수직방향으로 상승 및 하강하는 3단계로 설정가능한 스위치 형태로, 식물의 토양 산도 적응성에 따라 상단부터 약산성 식물 모드(123a), 중성 식물 모드(123b), 약알칼리성 식물 모드(123c)로 구성된다.
여기서 약산성 식물 모드(123a)는 산도 설정 스위치를 상단에 위치시켰을 때 설정되는 것으로, 기르는 식물이 비교적 약산성 토양인 pH 5~6 사이에서 생육활동이 활발한 식물일 때 설정한다.
이때 약산성 식물 모드(123a)로 설정할 경우 산도 센서(240)에서 측정된 토양 내의 산도가 pH 5~6사이를 유지할 경우 산도 알림 LED부의 중앙 초록 LED가 점등되고, 만약 토양 내의 산도가 pH 4 이하의 상태를 유지할 경우 산도 알림 LED부의 하단 빨강 LED가 점등되고, pH 7 이상의 상태를 유지할 경우 산도 알림 LED부의 상단 빨강 LED가 점등되도록 제어된다.
여기서 중성 식물 모드(123b)는 산도 설정 스위치를 중앙에 위치시켰을 때 설정되는 것으로, 기르는 식물이 중성 토양인 pH 6~7 사이에서 생육활동이 활발한 식물일 때 설정한다.
이때 중성 식물 모드(123b)로 설정할 경우 산도 센서(240)에서 측정된 토양 내의 산도가 pH 6~7사이를 유지할 경우 산도 알림 LED부의 중앙 초록 LED가 점등되고, 만약 토양 내의 산도가 pH 5 이하의 상태를 유지할 경우 산도 알림 LED부의 하단 빨강 LED가 점등되고, pH 8 이상의 상태를 유지할 경우 산도 알림 LED부의 상단 빨강 LED가 점등되도록 제어된다.
여기서 약알칼리성 식물 모드(123c)는 산도 설정 스위치를 하단에 위치시켰을 때 설정되는 것으로, 기르는 식물이 약알칼리성 토양인 pH 7~8 사이에서 생육활동이 활발한 식물일 때 설정한다.
이때 약알칼리성 식물 모드(123c)로 설정할 경우 산도 센서(240)에서 측정된 토양 내의 산도가 pH 7~8사이를 유지할 경우 산도 알림 LED부의 중앙 초록 LED가 점등되고, 만약 토양 내의 산도가 pH 6 이하의 상태를 유지할 경우 산도 알림 LED부의 하단 빨강 LED가 점등되고, pH 9 이상의 상태를 유지할 경우 산도 알림 LED부의 상단 빨강 LED가 점등되도록 제어된다.
상기와 같이 식물 생장에 요구되는 산도에 따라 적합한 모드를 초기 설정하여 기르는 식물에 적합한 산도를 용이하게 관리할 수 있도록 하고, 식물에 따라 최적화된 설정산도를 설정할 수 있어 다양한 종류의 식물에 호환하여 사용할 수 있게 한다.
넷째로, 상기 습도 설정 스위치(124)는 측정값 설정 제어부의 좌측을 기준으로 네번째열에 수직방향으로 상승 및 하강하는 3단계 설정가능한 스위치 형태로, 식물의 수분 적응성에 따라 건생식물 모드(124a), 습생식물 모드(124b), 수생식물 모드(124c)로 구성된다.
여기서 건생식물 모드(124a)는 습도 설정 스위치를 상단에 위치시켰을 때 설정되는 것으로, 기르는 식물이 비교적 건조한 환경에서 생육활동이 활발한 식물일 때 설정한다.
이때 건생식물 모드(124a)로 설정할 경우 습도 센서(250)에서 측정된 토양 내의 습도가 30~50%를 유지할 경우 습도 알림 LED부의 중앙 초록 LED가 점등되고, 만약 토양 내의 습도가 30% 이하의 상태를 유지할 경우 습도 알림 LED부의 하단 빨강 LED가 점등되고, 50% 이상의 상태를 유지할 경우 습도 알림 LED부의 상단 빨강 LED가 점등되도록 제어된다.
여기서 습생식물 모드(124b)는 습도 설정 스위치를 중앙에 위치시켰을 때 설정되는 것으로, 기르는 식물이 비교적 다습한 환경에서 생육활동이 활발한 식물일 때 설정한다.
이때 습생식물 모드(124b)로 설정할 경우 습도 센서(250)에서 측정된 토양 내의 습도가 50~70%를 유지할 경우 습도 알림 LED부의 중앙 초록 LED가 점등되고, 만약 토양 내의 습도가 50% 이하의 상태를 유지할 경우 습도 알림 LED부의 하단 빨강 LED가 점등되고, 70% 이상의 상태를 유지할 경우 습도 알림 LED부의 상단 빨강 LED가 점등되도록 제어된다.
여기서 수생식물 모드(124c)는 습도 설정 스위치를 하단에 위치시켰을 때 설정되는 것으로, 기르는 식물이 수중 환경에서 생육활동이 활발한 식물일 때 설정한다.
이때 수생식물 모드(124c)로 설정할 경우 습도 센서(250)가 수중에 잠긴 상태를 유지하여 측정된 습도가 100%를 유지할 경우 습도 알림 LED부의 중앙 초록 LED가 점등되고, 수분이 마르거나 부족하여 수분감지센서가 수중에 잠기지 않은 상태를 유지하여 습도가 90% 이하로 내려가면 습도 알림 LED부의 하단 빨강 LED가 점등된다.
상기와 같이 식물 생장에 요구되는 습도에 따라 적합한 모드를 초기 설정하여 기르는 식물에 적합한 습도를 용이하게 관리할 수 있도록 하고, 식물에 따라 최적화된 설정습도를 설정할 수 있어 다양한 종류의 식물에 호환하여 사용할 수 있게 한다.
상기 LED 점등부(130)는 투명 하우징의 정면 상단 일측에 온도, 조도, 산도, 습도를 표시하는 LED부가 가로방향의 일정한 간격으로 이격되고, 측정값 설정 제어부(120)에 설정된 온도, 조도, 산도, 습도에 따라 센서 프레임에서 전달받은 정보를 LED 점등신호에 따라 개별적으로 점등하여 관리자에게 정보를 제공하는 역할을 한다.
이는 온도 알림 LED부(131), 조도 알림 LED부(132), 토양 산도 알림 LED부(133), 습도 알림 LED부(134)로 구성된다.
상기 온도 알림 LED부(131)는 투명 하우징의 정면 상단 좌측 첫번째에 세로 방향으로 일정한 간격으로 이격되어 위치한 3개의 LED 형태로, 온도 설정 스위치(121)의 초기 설정 온도에 따라 가변되는 센서 프레임(200)의 점등제어 신호를 전달받아 세로방향의 3개의 LED 중 어느 하나의 LED가 점등되도록 구성된다.
이는 온도 설정 스위치(121)의 초기 설정 온도에 따라 설정온도 이내의 온도가 감지되면 센서 프레임(200)으로부터 전달받은 신호에 따라 중앙 초록 LED가 점등되고, 설정온도 이상으로 상승하면 상단 빨강 LED가 점등되고, 설정온도 이하로 하강하면 하단 빨강 LED가 점등된다.
구체적으로 온도 알림 LED부(131)는 온도 설정 스위치(121)의 초기 설정 온도에 따라 고온 식물 모드(121a)로 설정될 경우 측정온도가 20~30°를 유지하면 중앙 초록 LED가 점등되고, 측정온도가 30°이상으로 상승하면 상단 빨강 LED가 점등되며, 20°이하로 하강하면 하단 빨강 LED가 점등된다.
중온 식물 모드(121b)로 설정될 경우 측정온도가 10~20°를 유지하면 중앙 초록 LED가 점등되고, 측정온도가 20°이상으로 상승하면 상단 빨강 LED가 점등되며, 10°이하로 하강하면 하단 빨강 LED가 점등된다.
저온 식물 모드(121c)로 설정될 경우 측정온도가 0~10°를 유지하면 중앙 초록 LED가 점등되고, 측정온도가 10°이상으로 상승하면 상단 빨강 LED가 점등되며, 0°이하로 하강하면 하단 빨강 LED가 점등된다.
이는 초기설정된 식물생장 환경에 따른 적절한 온도를 유지할 때에는 중앙에 위치한 초록 LED가 점등되고, 생장온도보다 높은 온도가 측정될 때에는 상단에 위치한 빨강 LED가 점등되고, 생장온도보다 낮은 온도가 측정될 때에는 하단에 위치한 빨강 LED가 점멸되도록 함으로써 관리자에게 식물에 적합한 온도를 파악할 수 있도록 한다.
즉, 초록 LED의 점등을 통해 식물에 적합한 온도가 설정되어 있는지 여부를 육안으로 용이하게 확인할 수 있고, 상단 빨강 LED가 점등될 경우 식물의 적절한 생장온도보다 상승한 것으로 주변 온도를 낮춰주고, 하단 빨강 LED가 점등될 경우 주변 온도를 높여주어 관리자가 용이하게 식물에 적합한 온도를 파악하고, 관리할 수 있도록 한다.
상기 조도 알림 LED부(132)는 투명 하우징의 정면 상단 좌측 두번째에 세로 방향으로 일정한 간격으로 이격되어 위치한 3개의 LED 형태로, 조도 설정 스위치(122)의 초기설정 조도에 따라 가변되는 센서 프레임(200)의 점등제어 신호를 전달받아 세로방향의 3개의 LED 중 어느 하나의 LED가 점등되도록 구성된다.
이는 조도 설정 스위치(122)의 초기 설정 조도에 따라 설정조도 이내의 조도가 감지되면 센서 프레임(200)으로부터 전달받은 신호에 따라 중앙 초록 LED가 점등되고, 설정습도 이상으로 상승하면 상단 빨강 LED가 점등되고, 설정습도 이하로 하강하면 하단 빨강 LED가 점등된다.
구체적으로 조도 알림 LED부(132)는 조도 설정 스위치(122)의 초기 설정 조도에 따라 양지 식물 모드(122a)로 설정될 경우 측정조도가 5,000~20,000lx를 유지하면 중앙 초록 LED가 점등되고, 측정조도가 20,000lx 이상으로 상승하면 상단 빨강 LED가 점등되며, 5,000lx 이하로 하강하면 하단 빨강 LED가 점등된다.
반음지 식물 모드(122b)로 설정될 경우 측정조도가 3,000~5,000lx를 유지하면 중앙 초록 LED가 점등되고, 측정조도가 5,000lx 이상으로 상승하면 상단 빨강 LED가 점등되며, 3,000lx 이하로 하강하면 하단 빨강 LED가 점등된다.
음지 식물 모드(122c)로 설정될 경우 측정조도가 1,000~2,000lx를 유지하면 중앙 초록 LED가 점등되고, 측정조도가 2,000lx 이상으로 상승하면 상단 빨강 LED가 점등되며, 1,000lx 이하로 하강하면 하단 빨강 LED가 점등된다.
이는 초기설정된 식물생장 환경에 따른 적절한 조도를 유지할 때에는 중앙에 위치한 초록 LED가 점등되고, 생장조도보다 높은 조도가 측정될 때에는 상단에 위치한 빨강 LED가 점등되고, 생장조도보다 낮은 조도가 측정될 때에는 하단에 위치한 빨강 LED가 점등되도록 함으로써 관리자에게 식물에 적합한 조도를 파악할 수 있도록 한다.
즉, 초록 LED의 점등을 통해 식물에 적합한 조도가 설정되어 있는지 여부를 육안으로 용이하게 확인할 수 있고, 상단 빨강 LED가 점등될 경우 식물의 적절한 조도보다 상승한 것으로 식물을 그늘진 장소로 이동시켜주고, 하단 빨강 LED가 점등될 경우 식물을 밝은 장소로 이동시켜주어 관리자가 용이하게 식물에 적합한 조도를 파악하고, 관리할 수 있도록 한다.
상기 산도 알림 LED부(133)는 투명 하우징의 정면 상단 좌측 세번째의 세로 방향으로 일정한 간격으로 이격되어 위치한 3개의 LED 형태로, 산도 설정 스위치(123)의 초기설정 산도에 따라 가변되는 센서 프레임(200)의 점등제어 신호를 전달받아 세로방향의 3개의 LED 중 어느 하나의 LED가 점등되도록 구성된다.
이는 산도 설정 스위치(123)의 초기 설정 산도에 따라 설정산도 이내의 산도가 감지되면 센서 프레임(200)으로부터 전달받은 신호에 따라 중앙 초록 LED가 점등되고, 설정산도 이상으로 상승하면 상단 빨강 LED가 점등되고, 설정산도 이하로 하강하면 하단 빨강 LED가 점등된다.
구체적으로 산도 알림 LED부(133)는 산도 설정 스위치(123)의 초기 설정 산도에 따라 약산성 식물 모드(123a)로 설정될 경우 측정산도가 pH 5~6 이내를 유지하면 중앙 초록 LED가 점등되고, 측정산도가 pH 7 이상으로 상승하면 상단 빨강 LED가 점등되며, pH 4 이하로 하강하면 하단 빨강 LED가 점등된다.
중성 식물 모드(123b)로 설정될 경우 측정산도가 pH 6~7 이내를 유지하면 중앙 초록 LED가 점등되고, 측정산도가 pH 5 이상으로 상승하면 상단 빨강 LED가 점등되며, pH 8 이하로 하강하면 하단 빨강 LED가 점등된다.
약알칼리성 식물 모드(123c)로 설정될 경우 측정산도가 pH 7~8 이내를 유지하면 중앙 초록 LED가 점등되고, 측정산도가 pH 9 이상으로 상승하면 상단 빨강 LED가 점등되며, pH 6 이하로 하강하면 하단 빨강 LED가 점등된다.
이는 초기설정된 식물생장 환경에 따른 적절한 산도를 유지할 때에는 중앙에 위치한 초록 LED가 점등되고, 생장산도보다 높은 산도가 측정될 때에는 상단에 위치한 빨강 LED가 점등되고, 생장산도보다 낮은 산도가 측정될 때에는 하단에 위치한 빨강 LED가 점등되도록 함으로써 관리자에게 식물에 적합한 산도를 파악할 수 있도록 한다.
즉, 초록 LED의 점등을 통해 식물에 적합한 산도가 설정되어 있는지 여부를 육안으로 용이하게 확인할 수 있고, 상단 빨강 LED가 점등될 경우 식물의 적절한 산도보다 상승한 것으로 토양에 알칼리성 비료를 혼합시켜주고, 하단 빨강 LED가 점등될 경우 토양에 산성 비료를 혼합시켜주어 관리자가 용이하게 식물에 적합한 산도를 파악하고, 관리할 수 있도록 한다.
상기 습도 알림 LED부(134)는 투명 하우징의 정면 상단 좌측 네번째에 세로방향으로 일정한 간격으로 이격되어 위치한 3개의 LED로 형성되고, 습도 설정 스위치(124)의 초기 설정 습도에 따라 가변되는 센서 프레임(200)의 점등제어 신호를 전달받아 세로방향의 3개의 LED 중 어느 하나의 LED가 점등되도록 구성된다.
이는 습도 설정 스위치(124)의 초기 설정 습도에 따라 설정습도 이내의 습도가 감지되면 센서 프레임(200)으로부터 전달받은 신호에 따라 중앙 초록 LED가 점등되고, 설정습도 이상으로 상승하면 상단 빨강 LED가 점등되고, 설정습도 이하로 하강하면 하단 빨강 LED가 점등된다.
구체적으로 습도 알림 LED부(134)는 습도 설정 스위치(124)의 초기 설정 습도에 따라 건생 식물 모드(124a)로 설정될 경우 측정습도가 30~50% 이내를 유지하면 중앙 초록 LED가 점등되고, 측정습도가 50% 이상으로 상승하면 상단 빨강 LED가 점등되며, 30% 이하로 하강하면 하단 빨강 LED가 점등된다.
습생 식물 모드(124b)로 설정될 경우 측정습도가 50~70% 이내를 유지하면 중앙 초록 LED가 점등되고, 측정습도가 70% 이상으로 상승하면 상단 빨강 LED가 점등되며, 50% 이하로 하강하면 하단 빨강 LED가 점등된다.
수생 식물 모드(124c)로 설정될 경우 측정습도가 100% 를 유지하면 중앙 초록 LED가 점등되고, 측정습도가 90% 이하로 하강하면 하단 빨강 LED가 점등된다.
이는 초기설정된 식물생장 환경에 따른 적절한 습도를 유지할 때에는 중앙에 위치한 초록 LED가 점등되고, 생장습도보다 높은 습도가 측정될 때에는 상단에 위치한 빨강 LED가 점등되고, 생장습도보다 낮은 습도가 측정될 때에는 하단에 위치한 빨강 LED가 점등되도록 함으로써 관리자에게 식물에 적합한 습도를 파악할 수 있도록 한다.
즉, 초록 LED의 점등을 통해 식물에 적합한 습도가 설정되어 있는지 여부를 육안으로 용이하게 확인할 수 있고, 상단 빨강 LED가 점등될 경우 식물의 적절한 습도보다 상승한 것으로 물공급 주기를 줄이고, 물의 공급량을 줄이며, 건조한 환경을 조성해주는 등의 관리를 하고, 하단 빨강 LED가 점등될 경우 물공급 주기를 늘리고, 물의 공급량을 늘이며, 습한 환경을 조성해주는 등의 관리를 하여 관리자가 용이하게 식물에 적합한 습도를 파악하고, 관리할 수 있도록 한다.
이를 통해 식물의 관리자가 가까이 오지않고 멀리서도 LED 불빛을 통해 식물에 요구되는 온도, 조도, 토양 내의 산도, 습도를 파악하여 식물의 관리가 용이하도록 하고, 식물을 기르는 것이 익숙하지 않은 사람도 적절한 타이밍에 생장환경에 맞춰 관리해 줄 수 있어 식물을 건강하게 키울 수 있다.
상기 원형 배터리(140)는 투명 하우징의 후방으로 삽입되어 스마트 PCB 제어모듈과 연결되는 센서 프레임과, LED 점등부에 전력을 공급하는 역할을 한다.
다음으로, 본 발명에 따른 센서 프레임(200)에 관해 설명한다.
상기 센서 프레임(200)은 직립된 직사각 막대형상의 프레임으로 상단 일측이 투명 하우징의 내측에 삽입되고, 수분감지센서와 산도 감지센서가 도금된 하단부가 외부에 돌출되어 탐침 프레임의 상단면에서 수직방향으로 삽입되어 토양에 직접 접촉되며 토양 내의 습도 및 토양 산도(pH) 정보를 측정하는 역할을 한다.
이는 도 5에 도시한 바와 같이, 스마트 PCB 제어모듈(210), 온도 센서(220), 조도 센서(230), 산도 센서(240), 습도 센서(250)로 구성된다.
상기 스마트 PCB 제어모듈(210)은 센서 프레임의 상단면에 위치하고, 센서 프레임에 각각 결합된 온도 센서, 조도 센서, 산도 센서, 습도 센서에서 측정된 온도, 토양 산도, 조도, 습도의 측정 정보를 전달받아 LED 점등부의 제어신호를 제공하는 역할을 한다.
본 발명에 따른 스마트 PCB 제어모듈(210)은 도 12에 도시한 바와 같이, 온도, 조도, 산도, 습도 센서와 연결되어 측정된 센서값을 전달받아 설정값과 비교하여 설정범위 이내에 포함되거나, 또는 설정범위의 초과 및 미만 여부를 파악하여 LED 점등부에 전달하는 것으로서, 이는 전원부(210a), 스마트 제어부(210b), 온도 센서 회로부(210c), 조도 센서 회로부(210d), 산도 센서 회로부(210e), 습도 센서 회로부(210f), 측정값 설정 제어 회로부(210g), LED 점등 회로부(210h)로 구성된다.
먼저, 전원부(210a)는 입력전압(V+, V-)을 일정 레벨의 직류전압으로 변환하여 각 부하에 전원을 제공한다.
다음으로, 스마트 제어부(210b)는 전원부(210a), 온도 센서 회로부(210c), 조도 센서 회로부(210d), 산도 센서 회로부(210e), 습도 센서 회로부(210f), 측정값 설정 제어 회로부(210g), LED 점등 회로부(210h)가 연결되어, 각 기기의 전반적인 동작을 제어하면서, 측정된 센서값과 설정값을 비교분석하여 설정범위 이내에 포함되면 LED 점등부에 정상신호를 출력제어시키고, 측정된 센서값과 설정값을 비교분석하여 설정범위의 초과 또는 미만일 경우에 LED 점등부에 이상신호를 출력제어시키는 역할을 한다.
여기서, 정상신호는 중앙 초록 LED 발광신호를 말하고, 이상신호는 상단 빨강 LED 발광신호, 하단 빨강 LED 발광신호를 말한다.
이는 PIC원칩마이컴부로 구성된다.
즉, VCC단자 일측에 전원부가 연결되어, 전원을 공급받고, 입력단자 P3.0~P3.3에 측정값 설정 제어 회로부(210g)가 연결되어, 측정값 설정 제어 회로부로부터 설정된 설정값을 입력받으며, 또 다른 입력단자 P1.0에 온도 센서 회로부(210c)가 연결되어, 온도 센서(220)에 측정된 식물 주변의 온도 정보를 입력받고, 또 다른 입력단자 P1.1에 조도 센서 회로부(210d)가 연결되어, 조도 센서(230)에 측정된 식물 주변의 조도 정보룰 입력받으며, 또 다른 입력단자 P1.2에 산도 센서 회로부(210e)가 연결되어, 산도 센서(240)에 측정된 화분 내부 토양의 산도 정보를 입력받고, 또 다른 입력단자 P1.3에 습도 센서 회로부(210f)가 연결되어, 습도 센서(250)에 측정된 화분 내부 토양의 습도 정보를 입력받으며, 출력단자 P1.4~1.7에 LED 점등 회로부가 연결되어, 온도, 조도, 산도, 습도의 측정값과 설정값을 비교분석한 결과값에 해당되는 LED 점등신호를 LED 점등회로부로 출력제어시키도록 구성된다.
다음으로, 온도 센서 회로부(210c)는 온도 센서(220)에 측정된 식물 주변의 온도 정보를 스마트 제어부에 전달한다.
다음으로, 조도 센서 회로부(210d)는 조도 센서(230)에 측정된 식물 주변의 조도 정보를 스마트 제어부에 전달한다.
다음으로, 산도 센서 회로부(210e)는 산도 센서(240)에 측정된 화분 내부 토양의 산도 정보를 스마트 제어부에 전달한다.
다음으로, 습도 센서 회로부(210f)는 습도 센서(250)에 측정된 화분 내부 토양의 습도 정보를 스마트 제어부에 전달한다.
다음으로, 측정값 설정 제어 회로부(210g)는 측정값 설정 제어 회로부(210g)와 연결되어 온도 설정 스위치의 설정에 따라 고온 식물 모드, 중온 식물 모드, 저온 식물 모드 중 선택적으로 하나의 모드로 가변되어 신호를 전달하고, 조도 설정 스위치의 설정에 따라 양지 식물 모드, 반음지 식물 모드, 음지 식물 모드 중 선택적으로 하나의 모드로 가변되어 신호를 전달하고, 산도 설정 스위치의 설정에 따라 약산성 식물 모드, 중성 식물 모드, 약알칼리성 식물 모드 중 선택적으로 하나의 모드로 가변되어 신호를 전달하고, 습도 설정 스위치의 설정에 따라 건생 식물 모드, 습생 식물 모드, 수생 식물 모드 중 선택적으로 하나의 모드로 가변되어 신호를 전달한다.
다음으로, LED 점등 회로부(210h)는 스마트 제어부(210b)의 일측에 연결되어 온도, 조도, 산도, 습도의 측정값과 설정값을 비교분석하여 LED 점등부의 온도 알림 LED부(131), 조도 알림 LED부(132), 산도 알림 LED부(133), 습도 알림 LED부(134)의 LED에 점등신호를 전달한다.
여기서 설정값과 비교하여 측정값이 높으면 상단 빨강 LED에 점등신호를 전달하고, 측정값이 설정범위 이내에서 감지되면 중앙 초록 LED에 점등신호를 전달하고, 측정값이 낮으면 하단 빨강 LED에 점등신호를 전달한다.
상기 온도 센서(220)는 센서 프레임의 상단부에 부착되어 투명 하우징의 내부 일측에 위치하고 식물 주변의 외기 온도를 측정하여 스마트 PCB 제어모듈에 제공하는 역할을 한다.
이는 식물 생장에 필요한 온도를 측정한다.
상기 조도 센서(230)는 센서 프레임의 상단부에 부착되어 투명 하우징의 내부 일측에 위치하고 식물에 빛이 비춰지는 방향에 설치되어 광량을 측정하여 스마트 PCB 제어모듈에 제공하는 역할을 한다.
이는 식물 생장에 필요한 햇빛이나 실내 조명 등 식물을 비추는 광량을 측정한다.
상기 산도 센서(240)는 센서 프레임의 하단부 전면과 후면 좌측에 도금되어 토양의 pH 산도를 측정하여 스마트 PCB 제어모듈에 제공하는 역할을 한다.
이는 토양의 성질 중 식물 생장에 필요한 양분의 용해도와 식물 생육에 영향을 미치는 수소 농도 수준을 나타내는 토양 산도(pH)를 측정한다.
상기 습도 센서(250)는 센서 프레임의 하단부 전면과 후면 우측에 도금되어 토양 내의 수분을 측정하여 스마트 PCB 제어모듈에 제공하는 역할을 한다.
이는 식물의 무게의 80~90%를 차지하며, 식물을 구성하는 매우 중요한 성분인 토양 내 수분함량을 측정한다.
또한, 본 발명에 따른 센서 프레임(200)은 외부 표면에 Graphene oxide/폴리에틸렌이민(PEI) 고분자 필름이 코딩처리되어 이루어진다.
이는 센서 프레임의 외부 표면에 코팅되어 토앙 산도(pH)로부터 센서가 산화되는 것을 방지하고, 화분의 수분공급에 따른 산도 센서, 습도 센서의 부식을 방지하며, 미세한 흙입자 또는 작은 돌멩이 등에 의한 긁힘 방지를 통해 산도 센서, 습도 센서의 수명을 연장하고 측정 오류를 최소화할 수 있도록 하기 위함이다.
여기서 센서 프레임(200)의 코팅은 Graphene oxide/폴리에틸렌이민(PEI) 고분자 필름에 있어, 상기 Graphene oxide는 그라파이트 파우더 2~10wt%와, KMnO4 1~5wt%와, H2SO4 85~97wt%의 혼합물을 20℃ 이하의 수조에서 200~300rpm으로 30~50분간 교반한 후,
상기 혼합물 100중량부를 기준으로, 증류수 500~600중량부, 30%의 H2O2 용액 10~20중량부를 넣은 뒤 1~2 시간 동안 추가 교반을 하고,
혼합물을 원심분리기로 가라앉히고 metal ion을 제거하기 위해 1:10 HCl solution(v/v%)로 washing하고, 산기를 빼기 위해 증류수로 pH가 중성이 될 때까지 washing하여 제조된 것을 사용한다.
더욱 구체적으로는,
1g의 graphite powder, 0.5g의 KMnO4, 23g의 H2SO4를 0℃의 얼음 수조에서 400rpm의 속도로 한 시간 동안 교반한다.
다음으로 graphite powder, KMnO4, H2SO4의 혼합물 전체 중량에 대해, 증류수 280g, 30% H2O2 solutioin 5g를 서서히 추가한 후, 1시간 동안 더 교반한 뒤,
혼합물을 원심분리기로 가라앉히고 metal ion 제거 위해 1:10 HCl solution(v/v%) 500mL로 washing한다. 그리고 산기를 빼기 위해 증류수로 washing하되, pH 중성이 될 때까지 washing을 진행함으로써, 증류수에 분산된 graphite oxide를 수득할 수 있다.
상기 Graphene oxide/폴리에틸렌이민(PEI) 고분자 필름은 양이온과 음이온 사이의 정전기적인 인력을 이용하여 제조한다.
구리를 증착시킨 센서 프레임(200)을 양이온을 띠는 PEI 용액에 5분 동안 담금 처리를 한 후, 증류수에 담금처리를 통해 세척한 후, 공기로 건조한다.
다음으로, 음이온을 띠는 raphite oxide가 분산된 용액에 5분 동안 담금 처리를 한 후, 증류수에 담금처리를 통해 세척한 후, 공기로 건조한다. 이와 같은 과정을 단위 공정으로 하여, 수차례 반복수행함으로써 센서 프레임(200)의 표면을 Graphene oxide/폴리에틸렌이민(PEI) 고분자 필름으로 코팅처리한다.
다음으로, 본 발명에 따른 탐침 프레임(300)에 관해 설명한다.
상기 탐침 프레임(300)은 직립된 직사각 막대형상의 프레임으로 상단면에서 수직방향으로 센서부의 하단을 삽입하여 보호하고, 하단이 후면 방향으로 비스듬한 경사면으로 이루어진다.
이는 도 6에 도시한 바와 같이, 프레임 몸체(310), 전면 센서보호 프레임(320), 후면 센서보호 프레임(330)으로 구성된다.
상기 프레임 몸체(310)는 직사각 프레임 형태로 하단부 정면과 후면이 중앙으로 비스듬히 경사져 끝단이 뾰족하게 이루어지고, 상단면에 전면 센서보호 커버, 센서 프레임, 후면 센서보호 커버가 수직방향으로 삽입되도록 삽입홈(311)이 형성되고, 삽입홈의 하단부 중앙 일측의 전방과 후방 좌우측에 제1 걸림홈(313)이 형성되고, 삽입홈의 최하단의 전방과 후방 좌우측에 제2 걸림홈(314)이 형성되며, 하단면 일측에 정면에서 후면방향으로 제1 센서 노출홈(312)이 관통되어 이루어진다.
이는 화분(3) 내에 단단히 굳어지거나 점도가 높은 토양(3a)에 센서 프레임(200)을 타입시 센서 프레임의 표면에 손상이 발생하거나 하단 일측이 부러지는 것을 방지하는 역할을 한다.
또한, 본원 발명에 따른 프레임 몸체(310)는 하단부의 정면과 후면이 대칭으로 경사져 만나며 뾰족한 형태를 띄고 모서리가 라운드 처리되어 형성된다.
이는 단단하거나 점도가 높은 토양(3a)이 있는 화분(3)에 생장감지모듈 설치할 때 토양 내부로 파고들기 용이하도록 하며 토양 내부에 뻗어있는 식물(2) 뿌리의 손상을 방지할 수 있다.
상기 전면 센서보호 칸막이 프레임(320)은 직사각 판 형태로 상단면에 직각 형태로 꺾여진 누름 받침면(321)이 형성되고, 중앙 일측에 전후방향으로 관통된 제2 센서 노출홈(322)이 형성되며, 최하단의 좌우측 방향으로 돌기형태로 돌출된 플레이트 걸림턱(323)이 형성된다.
본 발명에 따른 전면 센서보호 칸막이 프레임(320)은 도 7에 도시한 바와 같이, 화분에 삽입 전에는 삽입홈(311)의 전면 방향에 수직으로 삽입되고, 플레이트 걸림턱(323)이 제1 걸림홈(313)에 끼워진 상태로 고정되고, 프레임 몸체(310)의 제1 센서 노출홈(312)에 전면 센서보호 칸막이 프레임(320)의 하단 일측이 외부에 노출된 상태를 유지한다.
이는 탐침 프레임(300)을 토양(3a)에 타입시 센서 프레임의 산도 센서(240)나 습도 센서(250)의 표면이 토양에 포함된 흙 입자나 작은 돌멩이 등의 마찰에 의해 긁히거나 파손되는 것을 방지하는 역할을 한다.
본 발명에 따른 전면 센서보호 칸막이 프레임(320)은 도 8에 도시한 바와 같이, 화분에 삽입 후에는 상단에 형성된 누름 받침면(321)을 하단방향으로 눌러 플레이트 걸림턱(323)이 제2 걸림홈(314)에 끼워져 고정되며, 제1 센서 노출홈(312)과 제2 센서 노출홈(322)이 일치되도록 하여, 산도 센서(240)와 습도 센서(250)의 정면이 토양 내부면에서 직접 노출된 상태를 유지한다.
이는 탐침 프레임(300)이 토양(3a)에 타입된 후 산도 센서(240)와 습도 센서(250)를 보호하는 전면 센서보호 칸막이 프레임(320)의 일측을 개방하여 센서 표면이 토양 내부면과 직접 접촉되어 토양 내의 산도 및 습도를 측정한다.
이때, 전면 센서보호 칸막이 프레임(320)은 프레임 몸체의 삽입홈에 삽입되었을 때 전후방향으로 완전히 밀착되고, 측면방향으로 미세한 이격간격이 형성되고, 플레이트 걸림턱(323)이 탐침 프레임의 삽입홈 전방 측면방향을 통해 상하방향으로 상승 및 하강하며 고정된다.
이는 프레임 몸체의 제1 센서 노출홈(312)과 전면 센서보호 칸막이 프레임의 제2 센서 노출홈(322) 사이에 이격간격이 생기는 것을 방지하여, 전면 센서보호 칸막이 프레임이 상하방향으로 상승 및 하강하며 이동될 때 미세한 흙입자가 프레임 몸체의 전면 내부에 삽입되어 센서 프레임의 표면을 손상시키는 것을 방지한다.
이를 통해 화분 내의 습도와 산도를 감지하기 위하여 토양에 센서 타입시 습도 센서와 산도 센서가 토양 내의 작은 돌이나 흙 입자 등에 긁히며 센서에 손상이 발생하여 정확한 측정이 이루어지지 않거나 수명이 짧아지는 것을 방지할 수 있다.
상기 후면 센서보호 칸막이 프레임(330)은 직사각 판 형태로 상단면에 직각 형태로 꺾여진 누름 받침면(331)이 형성되고, 중앙 일측에 전후방향으로 관통된 제2 센서 노출홈(332)이 형성되며, 최하단의 좌우측 방향으로 돌기형태로 돌출된 플레이트 걸림턱(333)이 형성되어 전면 센서보호 칸막이 프레임(320)과 대칭으로 이루어진다.
본 발명에 따른 후면 센서보호 칸막이 프레임(330)은 도 7에 도시한 바와 같이, 화분에 삽입 전에는 삽입홈(311)의 후면 방향에 수직으로 삽입되고, 플레이트 걸림턱(333)이 제1 걸림홈(313)에 끼워진 상태로 고정되고, 프레임 몸체(310)의 제1 센서 노출홈(312)에 후면 센서보호 칸막이 프레임(320)의 하단 일측이 외부에 노출된 상태를 유지한다.
이는 탐침 프레임(300)을 토양(3a)에 타입시 센서 프레임의 산도 센서(240)나 습도 센서(250)의 표면이 토양에 포함된 흙 입자나 작은 돌멩이 등의 마찰에 의해 긁히거나 파손되는 것을 방지하는 역할을 한다.
본 발명에 따른 후면 센서보호 칸막이 프레임(330)은 도 8에 도시한 바와 같이, 화분에 삽입 후에는 상단에 형성된 누름 받침면(331)을 하단방향으로 눌러 플레이트 걸림턱(333)이 제2 걸림홈(314)에 끼워져 고정되며, 제1 센서 노출홈(312)과 제2 센서 노출홈(332)이 일치되도록 하여, 산도 센서(240)와 습도 센서(250)의 후면이 토양 내부면에서 직접 노출된 상태를 유지한다.
이는 탐침 프레임(300)이 토양(3a)에 타입된 후 산도 센서(240)와 습도 센서(250)를 보호하는 후면 센서보호 칸막이 프레임(330)의 일측을 개방하여 센서 표면이 토양 내부면과 직접 접촉되어 토양 내의 산도 및 습도를 측정할 수 있도록 한다.
이때, 후면 센서보호 칸막이 프레임(330)은 프레임 몸체의 삽입홈에 삽입되었을 때 전후방향으로 완전히 밀착되고, 측면방향으로 미세한 이격간격이 형성되고, 플레이트 걸림턱(333)이 탐침 프레임의 삽입홈 후방 측면방향을 통해 상하방향으로 상승 및 하강하며 고정된다.
이는 프레임 몸체의 제1 센서 노출홈(312)과 후면 센서보호 칸막이 프레임의 제2 센서 노출홈(332) 사이에 이격간격이 생기는 것을 방지하여, 후면 센서보호 칸막이 프레임이 상하방향으로 상승 및 하강하며 이동될 때 미세한 흙입자가 프레임 몸체의 후면 내부에 삽입되어 센서 프레임의 표면을 손상시키는 것을 방지한다.
이를 통해 화분 내의 습도와 산도를 감지하기 위하여 토양에 센서 타입시 습도 센서와 산도 센서가 토양 내의 작은 돌이나 흙 입자 등에 긁히며 센서에 손상이 발생하여 정확한 측정이 이루어지지 않거나 수명이 짧아지는 것을 방지할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 화분용 보급형 스마트 생장감지 모듈의 구체적인 동작과정에 관해 설명한다.
먼저, 실내에 기를 식물을 선택하고, 식물의 판매자나 인터넷 정보를 통해 식물의 생장에 적합한 생육환경을 파악한다.
다음으로, 식물의 생육환경에 맞도록 측정값 설정 제어부의 스위치 커버를 개방하여 식물에 적합한 온도, 조도, 산도, 습도에 따라 온도 설정 스위치, 습도 설정 스위치, 산도 설정 스위치, 습도 설정 스위치를 설정한다.
이때, 온도 설정 스위치는 고온식물 모드, 중온식물 모드 저온식물 모드를 설정할 수 있다.
이때, 조도 설정 스위치는 양지식물 모드, 반음지식물 모드, 음지식물 모드를 설정할 수 있다.
이때, 산도 설정 스위치는 약산성 식물 모드, 중성 식물 모드, 약알칼리성 식물 모드를 설정할 수 있다.
이때, 습도 설정 스위치는 건생식물 모드, 습생식물 모드, 수생식물 모드를 설정할 수 있다.
다음으로, 탐침 프레임의 프레임 몸체 상단부의 삽입홈 전면과 후면에 전면 센서보호 프레임과 후면 센서보호 프레임을 각각 제1 걸림홈에 플레이트 걸림턱이 삽입되도록 위치시킨다.
다음으로, 센서 프레임의 하단을 프레임 몸체의 삽입홈에 삽입시켜, 산도 센서와 습도 센서가 제1 센서 노출홈의 위치에 오도록 한다.
다음으로 화분 내 토양에 탐침 프레임의 프레임 몸체를 수직방향으로 상단 일부가 외부에 돌출되도록 타입시킨다.
다음으로 전면 센서보호 프레임과 후면 센서보호 프레임의 누름 받침면을 하단방향으로 눌러 제1 센서 노출홈과 제2 센서 노출홈이 일치되도록 하고, 산도 센서와 수분 센서를 노출시킴으로써 토양과 직접 접촉되도록 한다.
이를 통해 센서의 외부 노출없이 토양 내에 센서를 타입시킬 수 있고, 토양 내부면에서 센서를 개방하여 측정함으로써 센서의 손상을 방지한다.
마지막으로 식물의 초기생장 설정에 따른 온도, 조도, 산도, 습도가 유지되면 LED 점등부의 중앙 초록 LED 램프가 점등되고, 설정값 이상이 측정되면 상단 빨강 LED 램프가 점등되고, 설정값 이하가 측정되면 하단 빨강 LED 램프가 점등되어 관리자에게 식물생장에 적합한 환경을 조성할 수 있도록 정보를 제공한다.
이를 통해 관리자가 식물에 필요한 요소를 판단하고, 식물생장에 적합한 환경을 만들어 주어 건강하게 자랄 수 있도록 한다.
100 : 메인 컨트롤 박스 110 : 투명 하우징
120 : 측정값 설정 제어부 130 : LED 점등부
140 : 원형 배터리 200 : 센서 프레임
210 : 스마트 PCB 제어모듈 220 : 온도 센서
230 : 조도 센서 240 : 산도 센서
250 : 습도 센서 300 : 탐침 프레임
310 : 프레임 몸체 320 : 전면 센서보호 프레임
330 : 후면 센서보호 프레임

Claims (7)

  1. 화분을 비추는 빛의 조도 및 외기 온도를 측정하고, 화분 내의 토양에 존재하는 수분량 및 토양 산도(pH)를 측정하여 측정값을 제공하는 화분용 온습도 측정모듈에 있어서,
    화분용 온습도 측정모듈의 상단부에 위치한 박스 형태로 내부 기기를 보호하고, LED 점등으로 식물의 필요한 정보를 제공하는 메인 컨트롤 박스(100)와,
    직립된 직사각 막대형상의 프레임으로 상단 일측이 투명 하우징의 내측에 삽입되고, 수분감지센서와 산도 감지센서가 도금된 하단부가 탐침 프레임의 상단면에서 수직방향으로 삽입되어 토양에 직접 접촉되며 토양 내의 습도 및 토양 산도(pH) 정보를 측정하는 센서 프레임(200)과,
    직립된 직사각 막대형상의 프레임으로 상단면에서 수직방향으로 센서부의 하단을 삽입하여 보호하고, 하단이 후면 방향으로 비스듬한 경사면으로 이루어진 탐침 프레임(300)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 화분용 보급형 스마트 생장감지 모듈.
  2. 제1항에 있어서, 메인 컨트롤 박스(100)는
    직육면체 형상의 케이스 정면에 물 분무기 형태의 돌출부와, 후면에 손잡이 형태의 돌출부가 결합된 물 조리개 형상으로 형성되고, 전면 케이스와 후면 케이스의 결합으로 이루어진 투명 하우징(110)과,
    투명 하우징의 정면 하단에 스위치 커버로 보호되는 4개의 상하이동 스위치가 가로방향으로 나열되어 식물의 생장조건에 따라 선택적으로 점등되는 LED 점등부의 알림 표시값을 설정하는 측정값 설정 제어부(120)와,
    투명 하우징의 정면 상단 일측에 온도, 조도, 산도, 습도를 표시하는 LED부가 가로방향의 일정한 간격으로 이격되고, 측정값 설정 제어부(120)에 설정된 온도, 조도, 산도, 습도에 따라 센서 프레임에서 전달받은 정보를 LED 점등신호에 따라 개별적으로 점등되는 LED 점등부(130)와,
    투명 하우징의 후면에 형성된 원형 배터리 탈착부를 통해 삽입되어 스마트 PCB 제어모듈과 연결되는 센서 프레임과, LED 점등부에 전력을 공급하는 원형 배터리(140)를 특징으로 하는 화분용 보급형 스마트 생장감지 모듈.
  3. 제2항에 있어서, 측정값 설정 제어부(120)는
    측정값 설정 제어부의 좌측을 기준으로 첫번째열에 수직방향으로 상승 및 하강하는 3단계로 설정가능한 스위치 형태로, 식물의 온도 적응성에 따라 상단부터 고온식물 모드(121a), 중온식물 모드(121b), 저온식물 모드(121c)로 구성되는 온도 설정 스위치(121)와,
    측정값 설정 제어부의 좌측을 기준으로 두번째열에 수직방향으로 상승 및 하강하는 3단계 설정가능한 형태로, 식물의 광 요구도에 따라 상단부터 양지식물 모드(122a), 반음지식물 모드(122b), 음지식물 모드(122c)로 구성되는 조도 설정 스위치(122)와,
    측정값 설정 제어부의 좌측을 기준으로 세번째열에 수직방향으로 상승 및 하강하는 3단계로 설정가능한 스위치 형태로, 식물의 토양 산도 적응성에 따라 상단부터 약산성 식물 모드(123a), 중성 식물 모드(123b), 약알칼리성 식물 모드(123c)로 구성되는 토양 산도 설정 스위치(123)와,
    측정값 설정 제어부의 좌측을 기준으로 네번째열에 수직방향으로 상승 및 하강하는 3단계 설정가능한 스위치 형태로, 식물의 수분 적응성에 따라 건생식물 모드(124a), 습생식물 모드(124b), 수생식물 모드(124c)로 구성되는 습도 설정 스위치(124)로 구성되는 것을 특징으로 하는 화분용 보급형 스마트 생장감지 모듈.
  4. 제2항에 있어서, LED 점등부(130)는
    투명 하우징의 정면 상단 좌측 첫번째에 세로 방향으로 일정한 간격으로 이격되어 위치한 3개의 LED 형태로, 온도 설정 스위치(121)의 초기 설정 온도에 따라 가변되는 센서 프레임(200)의 점등제어 신호를 전달받아 세로방향의 3개의 LED 중 어느 하나의 LED가 점등되도록 구성되는 온도 알림 LED부(131)와,
    투명 하우징의 정면 상단 좌측 두번째에 세로 방향으로 일정한 간격으로 이격되어 위치한 3개의 LED 형태로, 조도 설정 스위치(122)의 초기설정 조도에 따라 가변되는 센서 프레임(200)의 점등제어 신호를 전달받아 세로방향의 3개의 LED 중 어느 하나의 LED가 점등되도록 구성되는 조도 알림 LED부(132)와,
    투명 하우징의 정면 상단 좌측 세번째의 세로 방향으로 일정한 간격으로 이격되어 위치한 3개의 LED 형태로, 산도 설정 스위치(123)의 초기설정 산도에 따라 가변되는 센서 프레임(200)의 점등제어 신호를 전달받아 세로방향의 3개의 LED 중 어느 하나의 LED가 점등되도록 구성되는 산도 알림 LED부(133)와,
    투명 하우징의 정면 상단 좌측 네번째에 세로방향으로 일정한 간격으로 이격되어 위치한 3개의 LED로 형성되고, 습도 설정 스위치(124)의 초기 설정 습도에 따라 가변되는 센서 프레임(200)의 점등제어 신호를 전달받아 세로방향의 3개의 LED 중 어느 하나의 LED가 점등되도록 구성되는 습도 알림 LED부(134)로 구성되는 것을 특징으로 하는 화분용 보급형 스마트 생장감지 모듈.
  5. 제1항에 있어서 센서 프레임(200)은
    센서 프레임의 상단면에 위치하고, 센서 프레임에 각각 결합된 온도 센서, 조도 센서, 산도 센서, 습도 센서에서 측정된 온도, 토양 산도, 조도, 습도의 측정 정보를 전달받아 LED 점등부의 제어신호를 제공하는 스마트 PCB 제어모듈(210)과,
    센서 프레임의 상단부에 부착되어 투명 하우징의 내부 일측에 위치하고 식물 주변의 외기 온도를 측정하여 스마트 PCB 제어모듈에 제공하는 온도 센서(220)와,
    센서 프레임의 상단부에 부착되어 투명 하우징의 내부 일측에 위치하고 식물에 빛이 비춰지는 방향에 설치되어 광량을 측정하여 스마트 PCB 제어모듈에 제공하는 조도 센서(230)와,
    센서 프레임의 하단부 전면과 후면 좌측에 도금되어 토양의 pH 산도를 측정하여 스마트 PCB 제어모듈에 제공하는 산도 센서(240)와,
    센서 프레임의 하단부 전면과 후면 우측에 도금되어 토양 내의 수분을 측정하여 스마트 PCB 제어모듈에 제공하는 습도 센서(250)로 구성되는 것을 특징으로 하는 화분용 보급형 스마트 생장감지 모듈.
  6. 제1항에 있어서 센서 프레임(200)은
    Graphene oxide/PEI 고분자 필름으로 코팅처리된 것으로서,
    상기 Graphene oxide는 그라파이트 파우더 2~10wt%와, KMnO4 1~5wt%와, H2SO4 85~97wt%의 혼합물을 20℃ 이하의 수조에서 200~300rpm으로 30~50분간 교반한 후,
    상기 혼합물 100중량부를 기준으로, 증류수 500~600중량부, 30%의 H2O2 용액 10~20중량부를 넣은 뒤 1~2 시간 동안 추가 교반을 하고,
    혼합물을 원심분리기로 가라앉히고 metal ion을 제거하기 위해 1:10 HCl solution(v/v%)로 washing하고, 산기를 빼기 위해 증류수로 pH가 중성이 될 때까지 washing하여 이루어진 것임을 특징으로 하는 화분용 보급형 스마트 생장감지 모듈.
  7. 제1항에 있어서 탐침 프레임(300)은
    직사각 프레임 형태로 하단부 정면과 후면이 중앙으로 비스듬히 경사져 끝단이 뾰족하게 이루어지고, 상단면에 전면 센서보호 커버, 센서 프레임, 후면 센서보호 커버가 수직방향으로 삽입되도록 삽입홈(311)이 형성되고, 삽입홈의 하단부 중앙 일측의 전방과 후방 좌우측에 제1 걸림홈(313)이 형성되고, 삽입홈의 최하단의 전방과 후방 좌우측에 제2 걸림홈(314)이 형성되며, 하단면 일측에 정면에서 후면방향으로 제1 센서 노출홈(312)이 관통되는 프레임 몸체(310)와,
    직사각 판 형태로 상단면에 직각 형태로 꺾여진 누름 받침면(321)이 형성되고, 중앙 일측에 전후방향으로 관통된 제2 센서 노출홈(322)이 형성되며, 최하단의 좌우측 방향으로 돌기형태로 돌출된 플레이트 걸림턱(323)이 형성되는 전면 센서보호 칸막이 프레임(320)과,
    직사각 판 형태로 상단면에 직각 형태로 꺾여진 누름 받침면(331)이 형성되고, 중앙 일측에 전후방향으로 관통된 제2 센서 노출홈(332)이 형성되며, 최하단의 좌우측 방향으로 돌기형태로 돌출된 플레이트 걸림턱(333)이 형성되어 전면 센서보호 칸막이 프레임(320)과 대칭으로 형성되는 후면 센서보호 칸막이 프레임(330)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 화분용 보급형 스마트 생장감지 모듈.
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