KR20210065891A - 생육 주기별 양액 농도 제어가 가능한 스마트팜 제어 시스템 - Google Patents

생육 주기별 양액 농도 제어가 가능한 스마트팜 제어 시스템 Download PDF

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홍석용
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Abstract

본 발명은 식물의 생장 촉진 기능을 구비한 생육 주기별 양액 농도 제어가 가능한 스마트팜 제어 시스템에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 양액을 수용하여 식물을 재배하는 재배수조(20); 원수를 공급받아 저장하는 원수조(12); 상기 원수조와 연결되어 양액의 농도를 조절하면서 저장하는 양액조(14); 상기 양액조(14)에서 나오는 양액을 살균하는 저온 플라즈마 발생기(15); 상기 양액을 마이크로 버블화시켜 상기 재배수조(20)에 공급하는 마이크로버블 발생기(16); 상기 재배수조(20)내의 식물의 영상을 획득하는 영상 촬영 장치(23); 및 상기 획득된 영상을 기반으로 상기 LED 조명(21)을 제어하는 조명 제어부(33)를 포함한다.

Description

생육 주기별 양액 농도 제어가 가능한 스마트팜 제어 시스템{SYSTEM FOR CONTROLLING A SMART FARM}
본 발명은 식물의 생육 주기별로 필요한 양액의 농도 및 식물 영양제를 정확하게 공급할 수 있도록 하는 생육 주기별 양액 농도 제어가 가능한 스마트팜 제어 시스템에 관한 것이다.
최근 IOT를 식물 재배에 적용하는 스마트팜 시스템에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다.
스마트팜 시스템의 경우, 폐쇄된 공간에 식물의 생육에 필요한 환경을 조성하고 영양제를 지속적으로 공급하여 최상급의 식물을 재배하는 것을 목적으로 한다.
다만, 현재까지는 단순히 식물의 재배를 위한 양액과 영양분을 공급할 뿐, 이의 활용 효율을 높이기 위한 방법에 대한 연구는 진행되지 않았다.
한국등록특허 10-1881299호
본 발명은 식물의 생육 주기별로 필요한 양액의 농도 및 식물 영양제를 정확하게 공급하여 식물 재배를 최적의 상태로 유지하도록 하는 생육 주기별 양액 농도 제어가 가능한 스마트팜 제어 시스템을 제공하고자 한다.
또한, 식물의 생육 주기에 따른 식물 사진을 저장하고, 실제 재배 환경에서의 식물의 사진을 획득하여 이를 비교 분석하고, 이에 따른 양액의 농도 및 식물 영양제의 정확한 공급을 목적으로 한다.
본 발명은 상기의 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서 다음의 과제 해결 수단을 제공한다.
본 발명의 생육 주기별 양액 농도 제어가 가능한 스마트팜 제어 시스템은 상부에 위치되는 LED 조명(21)을 통해 식물 생장을 촉진하는 파장대의 빛을 발산하며, 식물 재배를 위한 양액을 수용하는 재배수조(20); 원수를 공급받아 저장하는 원수조(12); 상기 원수조와 연결되어 양액의 농도를 조절하면서 저장하는 양액조(14); 상기 양액조(14)에 식물 영양제를 공급하는 영양제 공급부(17); 상기 양액조(14)에서 나오는 양액을 살균하는 저온 플라즈마 발생기(15); 상기 양액을 마이크로 버블화시켜 상기 재배수조(20)에 공급하는 마이크로버블 발생기(16); 상기 원수조(12)에서 상기 양액조(14)로 공급되는 원수의 양을 조절하는 원수 공급 펌프 밸브(13); 상기 원수 공급 펌프 밸브(13)를 제어하는 밸브 제어기(31); 및 식물의 생육 주기에 따른 양액의 농도, 필요 영양제의 양, 생육 주기별 식물 사진을 저장하고, 저장 정보에 따라 상기 밸브 제어기(31) 및 상기 영양제 공급부(17)를 수시 제어하는 서버(32);를 포함할 수 있다.
상기 스마트팜 제어 시스템은 상기 재배수조(20)내 식물을 촬영하는 영상 촬영 장치(23)를 더 포함할 수 있으며, 이때의 상기 서버는 상기 서버(32)는 상기 영상 촬영 장치(23)의 영상과 상기 서버(32)에 저장된 식물의 사진을 비교하여 식물의 현재 생육 주기를 판단하여, 상기 밸브 제어기(31)와 상기 영양제 공급부(17)를 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 식물의 생육 주기별로 필요한 양액의 농도 및 식물 영양제를 정확하게 공급하여 식물 재배를 최적의 상태로 유지하는 것에 있다.
또한, 식물의 생육 주기에 따른 식물 사진을 저장하고, 실제 재배 환경에서의 식물의 사진을 획득하여 이를 비교 분석하고, 이에 따른 양액의 농도 및 식물 영양제의 정확한 공급 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 생육 주기별 양액 농도 제어가 가능한 스마트팜 제어 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 생육 주기별 양액 농도 제어가 가능한 스마트팜 제어 시스템의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 생육 주기별 양액 농도 제어가 가능한 스마트팜 제어 시스템의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 생육 주기별 양액 농도 제어가 가능한 스마트팜 제어 시스템의 구성도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에서, “~상에”라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상측에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
본 발명에서는 상기의 문제를 해결하기 위해 다음과 같은 과제 해결 수단을 제공한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 생육 주기별 양액 농도 제어가 가능한 스마트팜 제어 시스템의 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 스마트팜 양액 제어 시스템은, 양액을 수용하여 식물을 재배하는 재배수조(20); 원수를 공급받아 저장하는 원수조(12); 상기 원수조와 연결되어 양액의 농도를 조절하면서 저장하는 양액조(14); 상기 양액조(14)에서 나오는 양액을 살균하는 저온 플라즈마 발생기(15); 및 상기 양액을 마이크로 버블화시켜 상기 재배수조(20)에 공급하는 마이크로버블 발생기(16)를 포함한다.
그리고 상기 원수조(12)로 유입되는 원수의 양을 조절하는 원수 펌프 밸브(11); 상기 원수조(12)로부터 유출되는 배수의 양을 조절하는 배수 펌프 밸브(27); 상기 원수조(12)에서 상기 양액조(14)로 공급되는 원수의 양을 조절하는 원수 공급 펌프 밸브(13); 상기 재배수조(20)로부터 양액을 회수하여 상기 양액조(14)로 공급하는 양액 회수 펌프 밸브(25); 상기 양액조(14)에서 상기 재배수조(20)로 공급되는 양액의 양을 조정하는 양액 공급 펌프 밸브(26), 상기 재배수조(20)로부터 양액을 배수하는 수조 배수 펌프 밸브(24); 그리고 상기 원수조(12), 상기 재배수조(20), 상기 양액조(14)에 설치된 수위감지센서(미도시)로부터 측정된 값에 따라 상기 원수 펌프 밸브(11), 상기 배수 펌프 밸브(27), 상기 원수 공급 펌프 밸브(13), 상기 양액 회수 펌프 밸브(25), 양액 공급 펌프 밸브(26), 및 상기 수조 배수 펌프 밸브(24)를 제어하는 밸브 제어기(31)를 더 포함하고, 이들을 통해 시스템내 원수, 배수, 양액 흐름을 전반적으로 제어할 수 있도록 한다.
특히, 본 발명은 양액조와 원수조를 서로 분리하여 운영하는 것을 특징으로 한다. 이를 통해 양액을 쉽게 회수하여 재사용할 수 있는 장점이 있고, 전체 시스템을 소형화할 수 있는 장점이 있다.
펌프 밸브들은 유입 및 유출되는 양을 조절하는 것을 목적으로 하는 일반적인 기술이므로 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
본 시스템은 네트워크를 통해 관리자의 단말기와 연결되어 있고, 현재의 원수조, 양액조, 재배수조의 수위 및 상태를 측정하여 관리자에게 전달한다.
본 발명의 주요 특징은 재배수조(20)내의 양액을 양액 회수 펌프 밸브(25)를 통해 양액조(14)로 회수하여 재사용하는 것에 있다. 다만, 양액조에서 다시 재배수조(20)로 공급하는 과정에서 저온 플라즈마 발생기(15)를 통해 살균을 하여 식물 재배에 유해한 물질을 제거한다.
또한, 식물의 생약 주기에 따라 필요한 양액의 농도가 계속 변하기 때문에, 원수조(12)와 양액조(14)를 구분하고, 원수조(12)에서 양액조(14)로 공급되는 원수의 양을 조절하여 양액의 농도를 항시적으로 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서는 양액이 재배수조(20)로 들어가기 전에 마이크로버블 발생기(16)를 통하도록 하여, 양액 입자를 마이크로버블화 시킨다. 마이크로버블에 대한 내용은 널리 알려진 것이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
이처럼 양액 입자를 마이크로버블화시키는 경우, 양액의 흡수율을 증가시킬 수 있는 장점이 있다.
도 2은 본 발명의 제2 실시예에 따른 생육 주기별 양액 농도 제어가 가능한 스마트팜 제어 시스템의 구성도이다.
도 2을 참고하면, 본 발명의 식물의 생장 촉진 기능의 생육 주기별 양액 농도 제어가 가능한 스마트팜 제어 시스템은 도 1의 구성 요소 이외에 상기 재배수조(20)의 상부에 위치하여 식물 생장을 촉진하는 파장대의 빛을 발산하는 LED 조명(21)을 구비하고, 상기 재배수조(20)의 하부에 위치하여 원적외선을 방출하는 바이오 블록(22)을 더 포함할 수 있다.
상기 바이오 블럭(22)은 판재 형상으로 형성되어, 상기 재배수조(20)의 바닥면에 고르게 배열되는 것이 바람직한데, 이는 원적외선이 재배수조 전 영역을 거쳐 균일하게 발생될 수 있도록 하기 위함이다.
또한 바이오 블럭(22)는 교체가능한 판형이며, 재배수조의 바닥면에 설치된다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 생육 주기별 양액 농도 제어가 가능한 스마트팜 제어 시스템의 구성도이다.
도 3을 참고하면, 본 발명의 식물의 생장 촉진 기능의 생육 주기별 양액 농도 제어가 가능한 스마트팜 제어 시스템은 도 1 또는 도 2의 구성 요소 이외에, 재배수조(20)의 상측에 위치되어 상기 재배수조(20)내의 식물의 영상을 획득하는 영상 촬영 장치(23); 식물 영상에 기반하여 식물 생육 단계를 유추한 후 상기 LED 조명(21)을 제어하는 조명 제어부(33)를 더 포함할 수 있다.
그리고 이때의 밸브 제어기(31)는 영상 촬영 장치(23)를 통해 획득된 영상에 기반하여 상기 원수의 양을 조절하여 양액의 농도를 조절하는 기능을 더 포함할 수 있도록 한다.
식물은 생육 단계에 따라 생육에 유리한 LED 파장 및 스펙트럼이 다양하게 변화한다. 이에 대해서는 식물에 따라 다양한 값이 널리 알려져 있다. 본 발명은 이러한 생육 주기에 따라 LED 조명의 파장과 스펙트럼을 다양하게 최적화하여 적용할 수 있는 장점이 있다. 이러한 생육 주기는 식물 생장 시간에 따라 미리 설정된 시간별로 계산을 할 수도 있고, 영상을 통해 획득한 식물 사진을 통해 현재의 생육 주기 단계를 파악할 수도 있다.
이와 같이, 본 발명은 식물의 생육 주기에 따라 양액의 공급양, 첨가되는 영양제의 성분, 양액의 농도를 조절하는 것을 주요 특징으로 한다.
특히, 영상 촬영 장치(23)를 통해 생육 주기를 확인하여 이에 대한 정확도를 더욱 높이는 것을 특징으로 한다. 생육 주기는 발아-생장-개화-수분-결실-수확 단계로 크게 구분될 수 있으며, 각각의 기간을 더욱 세분화하여 본 시스템에 적용할 수 있다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 생육 주기별 양액 농도 제어가 가능한 스마트팜 제어 시스템의 구성도이다.
도 4를 참고하면, 본 발명의 식물의 생장 촉진 기능의 생육 주기별 양액 농도 제어가 가능한 스마트팜 제어 시스템은 도 1 내지 도 3의 구성 요소 이외에, 재배되는 식물의 생육 주기에 따른 양액의 농도, 필요 영양제의 양, 생육 주기별 식물 사진이 저장되는 서버(32); 상기 양액조(14)에 식물 영양제를 공급하는 영양제 공급부(17); 상기 원수조(12)에서 상기 양액조(14)로 공급되는 원수의 양을 조절하는 원수 공급 펌프 밸브(13); 및 상기 원수 공급 펌프 밸브(13)를 제어하는 밸브 제어기(31)를 더 포함할 수도 있도록 한다.
상기 서버(32)는 식물의 생육 주기에 따라 상기 밸브 제어기(31)에 신호를 보내어 상기 원수의 양을 조절하여 양액의 농도를 조절하고, 상기 영양제 공급부(17)를 제어하여 상기 양액조(14)에 필요한 식물 영양제를 공급할 수 있도록 한다.
또한, 상기 서버(32)는 상기 재배수조(20) 내의 식물의 영상을 획득하는 영상 촬영 장치(23)를 이용하여 획득된 영상과 상기 서버(32)에 저장된 식물의 사진을 비교하여 현재의 생육 주기를 판단하여, 상기 밸브 제어기(31)와 상기 영양제 공급부(17)를 제어하는 기능을 더 포함할 수도 있다.
더하여, 본 발명의 생육 주기별 양액 농도 제어가 가능한 스마트팜 제어 시스템은 기준 시간을 생성 및 제공하는 타이머(35)를 더 포함하고, 이의 기준 시간을 통해 각 구성 요소의 제어 시점 모두가 동기화될 수 있도록 한다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명이 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
12 : 원수조
14 : 양액조
20 : 재배수조

Claims (3)

  1. 상부에 위치되는 LED 조명(21)을 통해 식물 생장을 촉진하는 파장대의 빛을 발산하며, 식물 재배를 위한 양액을 수용하는 재배수조(20);
    원수를 공급받아 저장하는 원수조(12);
    상기 원수조와 연결되어 양액의 농도를 조절하면서 저장하는 양액조(14);
    상기 양액조(14)에 식물 영양제를 공급하는 영양제 공급부(17);
    상기 양액조(14)에서 나오는 양액을 살균하는 저온 플라즈마 발생기(15);
    상기 양액을 마이크로 버블화시켜 상기 재배수조(20)에 공급하는 마이크로버블 발생기(16);
    상기 원수조(12)에서 상기 양액조(14)로 공급되는 원수의 양을 조절하는 원수 공급 펌프 밸브(13);
    상기 원수 공급 펌프 밸브(13)를 제어하는 밸브 제어기(31); 및
    식물의 생육 주기에 따른 양액의 농도, 필요 영양제의 양, 생육 주기별 식물 사진을 저장하고, 저장 정보에 따라 상기 밸브 제어기(31) 및 상기 영양제 공급부(17)를 수시 제어하는 서버(32);를 포함하는 생육 주기별 양액 농도 제어가 가능한 스마트팜 제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 재배수조(20)내 식물을 촬영하는 영상 촬영 장치(23)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생육 주기별 양액 농도 제어가 가능한 스마트팜 제어 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 서버는
    상기 영상 촬영 장치(23)의 영상과 상기 서버(32)에 저장된 식물의 사진을 비교하여 식물의 현재 생육 주기를 판단하여, 상기 밸브 제어기(31)와 상기 영양제 공급부(17)를 제어하는 것을 특징으로 하는 생육 주기별 양액 농도 제어가 가능한 스마트팜 제어 시스템.
KR1020200162173A 2019-11-27 2020-11-27 생육 주기별 양액 농도 제어가 가능한 스마트팜 제어 시스템 KR20210065891A (ko)

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