KR20200127554A - 식물 재배 자동화 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 식물 재배 자동화 시스템에 관한 것으로, 이는 식물 재배를 위한 토양을 수용하며, 제1 관로를 통해 공급된 영양액을 통해 식물을 재배하고, 상기 식물과 상기 토양에 의해 흡수되고 남은 물을 제2 관로로 배출하는 식물 재배 용기; 상기 제2 관로를 통해 유입되는 물을 일시 보관함과 동시에 부유물을 침전시키는 침전 수조; 상기 침전 수조로부터 상기 부유물이 제거된 물을 공급받아 살균 처리하는 살균 처리 장치; 적어도 하나의 카메라를 통해 상기 식물 재배 용기를 통해 재배되는 식물을 촬영하여 식물 영상을 획득하는 영상 촬영부; 기 설정된 식물 재배 스케쥴에 따라 영양액을 생성 및 상기 식물 재배 용기에 공급하되, 상기 식물 영상을 통해 식물 상태를 파악한 후 상기 식물 상태에 따라 영양액 성분을 조정하는 프로세서; 및 서로 상이한 성분을 가지는 다수의 비료를 수납 보관하며, 상기 프로세서의 제어하에 상기 다수의 비료 각각의 투입량과 상기 살균 처리 장치로부터 물 유입량을 조정하여 상기 영양액을 만든 후, 상기 제1 관로로 공급하는 영양액 공급부를 포함할 수 있다.

Description

식물 재배 자동화 시스템{Plant cultivation automation system}

본 발명은 식물 재배 자동화 시스템에 관한 것으로, 특히 식물 재배에 필요한 영양분을 자동으로 파악하고 공급할 수 있도록 하는 식물 재배 자동화 시스템에 관한 것이다.

식물, 특히 식용 작물과 화훼류를 재배하는 방법에는 여러 가지가 있으나, 노지에 작물을 직접 파종하거나 모종을 이식하여 작물을 수확하는 방법과, 시기에 관계없이 각종 작물이 시중에 공급할 수 있는 비닐하우스를 이용한 작물 재배법이 가장 널리 알려져 있다.

이중에 비닐하우스 재배법은 시기에 관계없이 각종 작물을 재배하여 수요자에게 신선한 상태의 작물을 공급할 수 있는 장점이 있어 그 사용이 확산되고 있는 추세인 바, 이를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

비닐하우스 재배법은 비닐하우스 내의 노지에 식물을 직접 파종하거나 정식하여 재배하는 방법과 인공 토양을 이용한 양액 재배법이 있다. 이중에 전자는 식물의 속성 및 청정 재배가 어렵기 때문에 후자의 방법이 보다 권장되고 있다.

그러나 이러한 양액 재배법도 식물 상태를 육안으로 확인하고, 필요 영양분을 직접 결정해야 했으므로, 식물 재배에 소요되는 시간과 노동력이 매우 큰 단점이 있었다.

국내공개번호 제10-2018-0011533호 (공개일자 : 2018.02.02)

이에 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 식물 재배에 필요한 영양분을 자동으로 파악하고 공급할 수 있도록 하는 식물 재배 자동화 시스템을 제공하고자 한다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 식물 재배를 위한 토양을 수용하며, 제1 관로를 통해 공급된 영양액을 통해 식물을 재배하고, 상기 식물과 상기 토양에 의해 흡수되고 남은 물을 제2 관로로 배출하는 식물 재배 용기; 상기 제2 관로를 통해 유입되는 물을 일시 보관함과 동시에 부유물을 침전시키는 침전 수조; 상기 침전 수조로부터 상기 부유물이 제거된 물을 공급받아 살균 처리하는 살균 처리 장치; 적어도 하나의 카메라를 통해 상기 식물 재배 용기를 통해 재배되는 식물을 촬영하여 식물 영상을 획득하는 영상 촬영부; 기 설정된 식물 재배 스케쥴에 따라 영양액을 생성 및 상기 식물 재배 용기에 공급하되, 상기 식물 영상을 통해 식물 상태를 파악한 후 상기 식물 상태에 따라 영양액 성분을 조정하는 프로세서; 및 서로 상이한 성분을 가지는 다수의 비료를 수납 보관하며, 상기 프로세서의 제어하에 상기 다수의 비료 각각의 투입량과 상기 살균 처리 장치로부터 물 유입량을 조정하여 상기 영양액을 만든 후, 상기 제1 관로로 공급하는 영양액 공급부를 포함하는 식물 재배 자동화 시스템을 제공한다.

상기 식물 재배 자동화 시스템은 상기 식물 재배 용기의 설치 장소의 온도 및 습도를 센싱하는 환경 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 식물 재배 자동화 시스템은 온도 및 습도를 기반으로 수분 증발 속도를 산출한 후, 상기 수분 증발 속도에 따라 물 공급량, 물 공급 주기, 물 공급 속도 중 어느 하나를 조정하는 기능을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 침전 수조는 상기 부유물의 침전 높이를 센싱하는 부유물 센서; 및 상기 부유물의 침전 높이가 기 설정 높이 이상이면, 부유물 제거를 요청하기 위한 알람을 생성 및 출력하는 알람부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 식물 재배 자동화 시스템은 상기 살균 처리 장치의 수위가 기 설정치 이하임을 센싱 및 통보하는 수위 센서; 및 상기 수위 센서의 센싱 결과를 기반으로, 상기 살균 처리 장치 또는 상기 영양액 공급부로의 물 공급을 수행하는 물 공급부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 식물 재배에 필요한 영양분을 자동으로 파악하고 공급할 수 있도록 하는 식물 재배 자동화 시스템을 제공하고자 한다.

또한 세균 또는 바이러스 살균 기능을 통해 보다 안전하게 식물 재배 동작을 수행할 수 있도록 한다.

또한 식물 재배 환경, 물 재순환율 등을 고려하여 최적의 물 공급 동작이 수행될 수 있도록 함으로써, 최적의 식물 재배 환경을 제공할 수 있도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 식물 재배 자동화 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 식물 재배 용기에 매설되는 제1 관로의 일예를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 침전 수조를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 식물 재배 자동화 시스템을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 목적 및 효과, 그리고 그것들을 달성하기 위한 기술적 구성들은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다.

그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 식물 재배 자동화 시스템을 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참고하면, 본 발명의 식물 재배 자동화 시스템은 식물 재배 용기(10), 침전 수조(20), 여과기(30), 살균 처리 장치(40), 영상 촬영부(50), 식물 상태 감지부(60), 영양 공급부(70), 환경 센서(80) 및 물 공급 장치(90) 등을 포함한다.

식물 재배 용기(10)는 식물 재배를 위한 토양을 수용하며, 제1 관로(11)를 통해 공급된 영양액을 통해 식물을 재배하고, 식물과 토양에 의해 흡수되고 남은 물을 제2 관로(12)로 배출하도록 한다.

이때, 제1 관로(11)는 다수 구멍을 가지는 관을 지그재그 형상으로 구현함으로써, 영양액 공급 면적을 넓혀 줄 수 있도록 한다. 제2 관로(12)로의 물 배출이 보다 원활히 수행될 수 있도록, 식물 재배 용기(10)의 밑면이 제2 관로(12) 쪽으로 소정 각도로 경사지게 형성될 수 있도록 한다.

침전 수조(20)는 식물 재배 용기(10)의 제2 관로(12)을 통해 배출되는 물을 일시 보관하여, 물에 포함된 부유물이 소정 시간에 걸쳐 수조 바닥으로 침전될 수 있도록 한다.

침전 수조(20)는 도 3에서와 같이 부유물의 침전 높이를 센싱하는 부유물 센서(21), 부유물의 침전 높이가 기 설정 높이 이상이면, 부유물 제거를 요청하기 위한 알람을 생성 및 출력하는 알람부(22)를 더 포함할 수 있다. 즉, 부유물의 침전 높이가 기 설정 높이 이상이면, 이에 상응하는 알람을 시청각적으로 발생함으로써, 장치 관리자가 관련 후속 조치를 수행할 수 있도록 한다.

여과기(30)는 부유물이 제거된 침전 수조(20)내 맑은 물을 다시 한번 여과하고, 살균 처리 장치(40)는 살균 이온을 생성 및 방출함으로써, 여과기(30)로부터 공급되는 물에 포함된 세균 및 바이러스와 같은 유해 물질이 모두 제거한다.

살균 처리 장치(40)는 여과기(30)가 공급하는 물을 일시 보관하는 수조(41), 코로나 방전을 통해 수조(41)이 보관된 물에 포함된 세균 및 바이러스를 살균하기 위한 이온 기체를 발생 및 공급하는 방전 장치(42) 등을 포함할 수 있다.

영상 촬영부(50)는 적어도 하나의 카메라(CAM)를 구비하고, 이들을 통해 식물 재배 용기(10)을 통해 재배되는 식물을 촬영하도록 한다.

프로세서(60)는 기 설정된 식물 재배 스케쥴에 따라 영양액 생성 및 식물 재배 용기(10)에 공급하도록 한다.

더하여, 프로세서(60)는 영상 촬영부(50)에 의해 식물 영상으로부터 식물 상태를 파악하고, 식물 상태에 따라 영양액에 포함되는 영양분을 조정하도록 한다. 예를 들어, 식물 성장 속도가 비정상적으로 느려지거나 잎에 갈색, 황색 반점이 생기는 경우에는 칼륨 부족 상태라고 판단하고, 식물 줄기가 비정상적으로 가는 경우에는 질소 부족 상태라고 판단하고, 열매 개수가 비정상적으로 감소되는 경우에는 인 부족 상태라고 판단하고, 해당 성분이 포함된 비료를 선택적으로 추가 공급해주도록 한다. 또한 수분 부족 상태가 확인되면, 비료 없이 살균 처리된 물만을 추가 공급해줄 수도 있도록 한다.

영양액 공급부(70)는 서로 상이한 성분을 가지는 다수의 비료가 분리 수납된 다수의 수납통(71), 다수의 수납통 각각에 대응되는 다수의 개폐기(72), 살균 처리 장치(40)에 보관된 물을 펌핑하여 제1 관로(11)에 공급하는 펌프(73) 등을 구비하고, 프로세서(60)의 제어하에 개폐기(72)를 통해 다수의 비료 각각의 투입량과 물 공급량을 조정하도록 한다. 즉, 필요 영양소를 가지는 비료를 살균 처리 완료된 물과 혼압하여 영양액을 만든 후, 이를 식물 재배 용기(10)에 공급하도록 한다.

또한 본 발명은 식물 재배 자동화 시스템이 설치된 장소의 온도 및 습도를 측정하는 환경 센서(80)를 더 포함할 수 있으며, 이때의 영양액 공급부(70)는 온도 및 습도를 기반으로 수분 증발 속도를 산출한 후, 수분 증발 속도에 따라 식물 재배 스케쥴을 조정할 수도 있도록 한다. 특히, 수분 증발 속도에 따라 물 공급량, 물 공급 주기, 또는 물 공급 속도 중 적어도 하나를 조정할 수 있도록 한다.

더하여, 식물 재배 용기(10) 등을 통해 재순환되는 물은 자연 증발되게 되며, 이에 따라 시간이 경과함에 따라 식물 재배 용기(10)에 재공급되는 물이 점차 감소되고, 최악의 상황에서는 식물 재배에 필요한 물을 충분히 공급받지 못하게 될 수 있다.

이에 본 발명에서는 침전 수조(20) 또는 살균 처리 장치(40)의 수위가 기 설정치 이하임을 센싱 및 통보하는 수위 센서(91)와 물 공급 장치(90)를 추가 구비하고, 이를 통해 자연 증발분만큼의 물을 계속적으로 공급할 수도 있도록 한다.

더하여, 본 발명의 식물 재배 자동화 시스템은 침전 수조(20) 또는 살균 처리 장치(40)에 설치되어, 물의 수질을 센싱하는 수질 센서(미도시)를 추가 구비하고, 탁도 센서(미도시)의 센싱값을 기반으로 외부의 물을 선택적으로 공급할 수도 있도록 한다. 즉, 여러 가지 외부 요인에 의해 식물 재배 용기(10)에 재공급될 물의 수질이 기준치 이하로 저하되면, 외부의 맑은 물을 통해 식물 재배 용기(10)에 재공급될 물의 수질이 개선될 수 있도록 한다. 다시 말해, 식물 재배 환경이 최적 상태를 유지할 수 있도록 한다.

이와 같이, 본 발명은 기 설정된 식물 재배 스케쥴에 따라 영양액을 식물 재배 용기(10)에 자동 공급할 수 있도록 하되, 식물 상태를 실시간 모니터링하고, 식물 상태에 따라 식물 재배 용기(10)에 제공되는 영양액 성분이 수시 가변될 수 있도록 한다. 즉, 식물 상태를 고려하여 영양액 공급 동작이 수행되도록 함으로써, 최적의 식물 재배 환경을 보장할 수 있도록 한다.

더하여, 이러한 영양액 성분 가변 동작은 관리자 개입없이 자동 수행될 수 있으나, 필요한 경우에는 도 3에서와 같이 관리자 개입하에 수행될 수도 있도록 한다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 식물 재배 자동화 시스템을 도시한 도면으로, 이는 관리자 단말(100)과 통신하는 통신 모듈(61)을 추가 구비하며, 관리자 단말(100)는 식물 재배 자동화 시스템과 연동되는 어플리케이션을 다운로드 받아 설치하도록 한다.

이러한 경우, 프로세서(60)는 식물 이상 상태가 감지될 때마다, 식물 상태와 현재 식물 상태를 개선하기 위한 영양액 성분을 관리자 단말(100)에 실시간 통보한 후, 동의 여부를 문의하도록 한다.

이에 관리자가 관리자 단말(100)을 통해 해당 영양액 성분의 공급을 동의하는 경우에 한해, 해당 성분을 가지는 영양액을 생성하여 식물 재배 용기(10)에 공급하도록 한다.

또 다르게는 관리자가 영양액 직접 제조를 요청하면, 관리자가 관리자 단말(100)을 통해 영양액 성분을 직접 선택할 수 있도록 하고, 관리자 선택 결과에 기반하여 영양액을 생성하여 식물 재배 용기(10)에 공급할 수도 있도록 한다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (5)

1. 식물 재배를 위한 토양을 수용하며, 제1 관로를 통해 공급된 영양액을 통해 식물을 재배하고, 상기 식물과 상기 토양에 의해 흡수되고 남은 물을 제2 관로로 배출하는 식물 재배 용기;
   상기 제2 관로를 통해 유입되는 물을 일시 보관함과 동시에 부유물을 침전시키는 침전 수조;
   상기 침전 수조로부터 상기 부유물이 제거된 물을 공급받아 살균 처리하는 살균 처리 장치;
   적어도 하나의 카메라를 통해 상기 식물 재배 용기를 통해 재배되는 식물을 촬영하여 식물 영상을 획득하는 영상 촬영부;
   기 설정된 식물 재배 스케쥴에 따라 영양액을 생성 및 상기 식물 재배 용기에 공급하되, 상기 식물 영상을 통해 식물 상태를 파악한 후 상기 식물 상태에 따라 영양액 성분을 조정하는 프로세서; 및
   서로 상이한 성분을 가지는 다수의 비료를 수납 보관하며, 상기 프로세서의 제어하에 상기 다수의 비료 각각의 투입량과 상기 살균 처리 장치로부터 물 유입량을 조정하여 상기 영양액을 만든 후, 상기 제1 관로로 공급하는 영양액 공급부를 포함하는 식물 재배 자동화 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 식물 재배 용기의 설치 장소의 온도 및 습도를 센싱하는 환경 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 식물 재배 자동화 시스템.
3. 제1항에 있어서,
   온도 및 습도를 기반으로 수분 증발 속도를 산출한 후, 상기 수분 증발 속도에 따라 물 공급량, 물 공급 주기, 물 공급 속도 중 어느 하나를 조정하는 기능을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 식물 재배 자동화 시스템.
4. 제1항에 있어서, 상기 침전 수조는
   상기 부유물의 침전 높이를 센싱하는 부유물 센서;
   상기 부유물의 침전 높이가 기 설정 높이 이상이면, 부유물 제거를 요청하기 위한 알람을 생성 및 출력하는 알람부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 식물 재배 자동화 시스템.
5. 제1항에 있어서,
   상기 살균 처리 장치의 수위가 기 설정치 이하임을 센싱 및 통보하는 수위 센서; 및
   상기 수위 센서의 센싱 결과를 기반으로, 상기 살균 처리 장치 또는 상기 영양액 공급부로의 물 공급을 수행하는 물 공급부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 식물 재배 자동화 시스템.

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