KR20220054963A - 약용작물의 수경 재배용 스마트팜 - Google Patents

약용작물의 수경 재배용 스마트팜 Download PDF

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KR20220054963A
KR20220054963A KR1020200138950A KR20200138950A KR20220054963A KR 20220054963 A KR20220054963 A KR 20220054963A KR 1020200138950 A KR1020200138950 A KR 1020200138950A KR 20200138950 A KR20200138950 A KR 20200138950A KR 20220054963 A KR20220054963 A KR 20220054963A
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medicinal
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KR1020200138950A
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윤두현
서범석
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농업회사법인 원스베리 주식회사
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Abstract

게시된 내용은 시설하우스 내에서 수경재배기술과 스마트팜을 연계시켜 인체에 유익한 약용작물(일당귀, 도라지, 더덕 등)을 최적 생육환경을 유지하여 안정적으로 재배하기 위한, 약용작물의 수경 재배용 스마트팜에 관한 것으로,
본 명세서의 일 실시예에 따른 약용작물의 수경 재배용 스마트팜은
임의의 생육환경이 유지되는 시설하우스 내에서 약용작물을 재배하기 위한 수경 재배용 스마트팜에 적용되고,
지면으로부터 임의높이를 유지하도록 형성되는 프레임;
상기 시설하우스를 따라 적어도 1열 이상으로 반복하여 길이방향으로 배치되도록 상기 프레임에 안착되고, 바닥면에 배수구가 하나 이상으로 형성되고 상기 약용작물이 생육되는 임의의 배지가 채워지는 저설형 베드;
상기 배수구를 통해 배액되는 폐액을 집수하기 위해 상기 저설형 베드 밑으로 V자형태를 유지하도록 상기 프레임에 고정되는 천막지로 이루어지는 배액조;
상기 저설형 베드 상면에 길이방향으로 안착되고, 배양액 저장탱크로부터 공급되는 배양액을 상기 약용작물에 공급하기 위한 분사공이 임의거리를 유지하여 반복형성되는 배양액 급수관;을 구비하되,
상기 약용작물은 일당귀, 도라지, 더덕 중 어느 하나가 재배되는 것을 특징으로 하는 약용작물의 수경 재배용 스마트팜을 제공한다.

Description

약용작물의 수경 재배용 스마트팜{a smart farm for hydroponic culture}
본 명세서는 약물작물 수경 재배에 관한 것으로, 보다 구체적으로 설명하면, 시설하우스 내에서 수경재배기술과 스마트팜을 연계시켜 특정 약용작물(일당귀, 도라지, 더덕 등)을 최적 생육환경을 유지하여 안정적으로 재배하기 위한, 약용작물의 수경 재배용 스마트팜에 관한 것이다.
본 명세서에서 달리 표시되지 않는 한, 이 섹션에 설명되는 내용들은 이 출원의 청구항들에 대한 종래 기술이 아니며, 이 섹션에 포함된다고 하여 종래 기술이라고 인정되는 것은 아니다.
일반적으로, 수경재배(hydroponic culture)는 토양재배에서 기인하는 재배적 측면의 문제점을 회피할 수 있고 관수, 시비 및 환경조절 등 재배관리를 과학적 영농체결를 확립할 수 있으며, 제초의 중작업이 생략되고, 연작장해 없이 생산성과 품질을 안정화할 있는 장점을 갖는다.
즉, 수경재배는 양액재배 라고도 하며, 수경생물이 아닌 작물을 무토양 상태에서 재배하는 것으로, 작물 생육에 필요한 수용성 영양분을 물에 희석시킨 배양액을 사용하여 작물을 재배하는 방식이다.
한편, 약용작물 시설재배는 단동 비닐하우스에서 토경재배 조건으로 작물 재배가 이루어져 악성 노동환경에 처해 있으며, 토양 전염성 병해충 발생, 연작 장해 등의 문제로 영농 실패 사례가 다수 발생되고 있다.
또한, 약물작물 수경재배 사례가 거의 없고, 도입하고자 하는 농가는 초기 투자비용이 많아 도입 후 기대치 이하의 생산성, 품질 등이 저하되지 않을까 우려하는 측면에서 약물작물 수경재배의 보급이 실용화 및 현실화되지 못한 실정이다.
최근들어 기존의 농업 방식을 벗어나 다양한 정보기술들과 접목하는 스마트팜으로 바뀌는 추세이다.
대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-1269814호에 수경 인삼 재배방법 및 장치가 등록공고되어 있다.
본 명세서의 실시예는, 시설하우스 내에서 인체에 유익한 약용작물을 재배하는 스마트팜으로 인해 수입 대체효과를 갖게 되고, 약용작물 재배관리를 실시간으로 원격제어하여 관리 노동력을 절감할 수 있도록 한, 약용작물의 수경 재배용 스마트팜과 관련된다.
본 명세서의 실시예는, 저비용으로 설치 가능하고, 장기간동안 지속적으로 사용 가능한 고정식 저설형 수경재배방식으로 농가 보급을 확산시킬 수 있도록 한, 약용작물의 수경 재배용 스마트팜과 관련된다.
본 명세서의 실시예는, 경운 및 제초작업이 불필요하고, 시비 및 관수가 정밀하게 이루어져 생산성 및 품질이 향상되고, 수확기를 조절 가능하며, 최적화된 생육환경 및 수경재배로 인해 병충해 발생을 대폭 줄일 수 있도록 한, 약용작물의 수경 재배용 스마트팜과 관련된다.
상기 및 기타 본 명세서의 목적을 달성하기 위하여 본 명세서의 일 실시예에 따르면,
임의의 생육환경이 유지되는 시설하우스 내에서 약용작물을 재배하기 위한 수경 재배용 스마트팜에 적용되고,
지면으로부터 임의높이를 유지하도록 형성되는 프레임;
상기 시설하우스를 따라 적어도 1열 이상으로 반복하여 길이방향으로 배치되도록 상기 프레임에 안착되고, 바닥면에 배수구가 하나 이상으로 형성되고 상기 약용작물이 생육되는 임의의 배지가 채워지는 저설형 베드;
상기 배수구를 통해 배액되는 폐액을 집수하기 위해 상기 저설형 베드 밑으로 V자형태를 유지하도록 상기 프레임에 고정되는 천막지로 이루어지는 배액조;
상기 저설형 베드 상면에 길이방향으로 안착되고, 배양액 저장탱크로부터 공급되는 배양액을 상기 약용작물에 공급하기 위한 분사공이 임의거리를 유지하여 반복형성되는 배양액 급수관;을 구비하되,
상기 약용작물은 일당귀, 도라지, 더덕 중 어느 하나가 재배되는 것을 특징으로 하는 약용작물의 수경 재배용 스마트팜을 제공한다.
전술한 구성을 갖는 본 명세서의 실시예에 따른 약용작물의 수경 재배용 스마트팜은 아래와 같은 이점을 갖는다.
시설하우스 내에서 인체에 유익한 약용작물을 재배하는 스마트팜으로 인해 수입 대체효과를 갖게 되어 해당 농가를 보호 및 육성할 수 있고, 약용작물 재배관리를 실시간으로 원격제어함에 따라 농작 관리가 용이하며 관리 노동력을 절감하여 농촌에서의 부족한 일손을 해소할 수 있게 된다.
또한, 저비용으로 설치 가능하고, 장기간동안 지속적으로 사용 가능한 고정식 저설형 수경재배방식으로 농가보급을 확산시킴에 따라 농가수입원을 증대시킬 수 있게 된다.
또한, 경운 및 제초작업이 불필요하고, 시비 및 관수가 정밀하게 이루어져 생산성(약 30% 정도 증대됨) 및 품질이 대폭 향상되고, 수확기를 조절 가능하여 부족한 일손을 덜어주며, 최적화된 생육환경 관리 및 수경재배로 인해 병충해 발생을 대폭 줄임에 따라 농약살포로 인한 작업자 건강을 보호할 수 있게 된다(약 45% 정도 감소됨).
도 1은 본 명세서의 바람직한 실시예에 따른 약용작물의 수경 재배용 스마트팜에서, 저설형 베드의 사용상태단면도,
도 2는 도 1에 도시된 약용작물의 수경 재배용 스마트팜에서, 저설형 베드에 배지 및 배양액 공급관이 설치된 상태의 도면대용사진,
도 3은 도 1에 도시된 약용작물의 수경 재배용 스마트팜에서, 일당귀가 저설형 베드에 생육된 상태의 도면대용사진,
도 4는 도 1에 도시된 약용작물의 수경 재배용 스마트팜에서, 도라지가 저설형 베드에 생육된 상태의 도면대용사진,
도 5는 도 1에 도시된 약용작물의 수경 재배용 스마트팜에서, 더덕이 저설형 베드에 생육된 상태의 도면대용사진,
도 6은 도 1에 도시된 약용작물의 수경 재배용 스마트팜의 사용상태를 나타내는 도면대용사진이다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 명세서의 바람직한 실시예에 따른 약용작물의 수경 재배용 스마트팜을 상세히 설명하기로 한다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 명세서의 일 실시예에 따른 약용작물의 수경 재배용 스마트팜은
임의의 생육환경이 유지되는 시설하우스 내에서 약용작물을 재배하기 위한 수경 재배용 스마트팜에 적용되고,
지면으로부터 임의높이를 유지하도록 형성되는 프레임(10);
시설하우스(20)를 따라 적어도 1열 이상으로 반복하여 길이방향으로 배치되도록 프레임(10)에 안착되고, 바닥면에 배수구(30)(일 예로서, 구멍(hole) 또는 격자구조로 형성될 수 있음)가 적어도 하나 이상으로 형성되고 약용작물(40)이 생육되는 배지(50)(양액의 흡수 및 배수가 용이한 코코넛배지 또는 혼합배지 등)가 채워지는 플라스틱재의 저설형 베드(60)(일 예로서, 25cm(폭) × 60cm(길이) × 20cm(높이)로 형성될 수 있다);
배수구(30)를 통해 약용작물(40)에 배액된 후 배수(排水)되는 폐액(廢液)을 집수(集水)하기 위해 저설형 베드(60) 밑으로 V자 형태를 유지하도록 프레임(10)에 고정되는 방수가능한 천막지로 이루어지는 배액조(70);
저설형 베드(60) 상면에 길이방향으로 안착되고, 펌프(80)에 의해 배양액 저장탱크(90)로부터 공급되는 배양액을 약용작물(40)에 공급하기 위한 분사공(100)이 임의거리를 유지하여 반복형성되는 배양액 급수관(110);을 구비하되,
약용작물(100)은 일당귀(도 3 참조), 도라지(도 4 참조), 더덕(도 5 참조) 중 어느 하나가 재배되는 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직한 실시예에 의하면, 전술한 시설하우스(20)의 내부환경(內部環境)을 실시간으로 측정하여 측정된 데이터를 제어부에 전송하기 위한 온도 센서, 습도 센서, 이산화탄소 농도 센서, 엽온 센서, 엽습 센서, 광량 센서를 포함하는 내부 환경정보 센서군(사진 1 참조);
시설하우스(20)의 외부환경(外部環境)을 실시간으로 측정하여 측정된 데이터를 제어부에 전송하기 위한 풍향 센서, 풍속 센서, 강우 센서, 온도 센서, 습도 센서, 일사량 센서를 포함하는 외부 기상 센서군;
시설하우스(20)의 근권환경(根圈環境)을 실시간으로 측정하여 측정된 데이터를 제어부에 전송하기 위한 온도 센서, 수분함량 센서, pH 센서를 포함하는 근권 환경 센서군(사진 2 참조); 중 적어도 어느 하나를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
IoT 구성을 통해 센서군들의 센서와 제어부를 네트워크 구성하고, 네트워크 구성된 장치를 통합 관리하는 서버;를 더 구비하되,
서버는 센서군들의 센서 및 제어부로부터 데이터를 수신하여 저장하고, 약용작물 스마트팜 장치의 동작 데이터를 모니터링하도록 구성되며,
IoT를 통해 구성된 센서군들의 센서 및 제어부는 서버로 데이터를 전송하고, 서버는 모니터링을 통해 시설하우스(20)의 내부 환경유닛, 외부 환경유닛 및 근권 환경유닛 동작을 실시간으로 감시하고 이상 발생시 대처할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 한다.
[사진 1]
Figure pat00001
[사진 2]
Figure pat00002
이하에서, 본 명세서의 일 실시예에 따른 약용작물의 수경 재배용 스마트팜을 첨부도면에 따라 설명한다.
도 1 내지 도 6에서와 같이, 전술한 시설하우스(20)(일 예로서, 비닐온실을 말함)에 길이방향으로 설치되는 프레임(10)에 안착되어 지면으로부터 이격되게 설치되고, 시설하우스(20)를 따라 길이방향으로 2열로 배치되며, 바닥면에 배수구(30)가 적어도 하나 이상 형성된 플라스틱재의 저설형 베드(60)에 약용작물(40)을 정식(定植)하여 생육(生育)시킬 수 있도록 배지(50)(일 예로서, 혼합배지 또는 코코넛베지 등)를 채워넣는다.
전술한 배양액 저장탱크(90)에 연결된 펌프(80) 구동으로 토출되는 배양액을 배양약 급수관(110)을 통해 저설형 베드(60)에 정식된 약용작물(40)에 미리 설정된 임의시간동안 공급할 수 있게 된다.
이때, 전술한 펌프(80) 구동에 의해 배양액 저장탱크(90)의 배양액을 타이머 등에 의해 설정된 시간동안 배양액 급수관(110) 및 분사공(100)을 통해 약용작물(40)에 공급 및 멈추도록 제어하는 기술내용(일 예로서, 배양약을 분사공(100)을 통해 약용작물(40)에 10초 공급, 30초 중단하는 방식으로 반복 급수됨)은 본 명세서가 속하는 기술분야에서 통상적으로 사용되는 것이므로 이들의 구성 및 동작에 대한 상세한 설명은 생략한다.
즉, 저설형 베드(60) 위에 안착된 배양액 급수관(110)에 등간격을 유지하여 형성된 분사공(100)을 통해 분사되는 임의의 배양액을 저설형 베드(60)에 생육된 약용작물(40)의 뿌리에 공급할 수 있게 된다.
저설형 베드(60)에 채워진 배지(50) 표면에 분사된 배양액은 약용작물(40)의 뿌리에 흡수되어진 후, 저설형 베드(60)의 바닥면에 형성된 배수구(30)를 통해 외부로 배수된다.
배수구(30)를 통해 배수되는 폐액은 저설형 베드(60)의 밑으로 V자 형태로 형성된 방수가능한 천막지로 이루어진 배액조(70)에 집수된 후, 배액조(70)와 연결되는 폐액 저장탱크(미 도시)에 전체적으로 회수되어 시설하우스(20) 외부의 소정의 장소로 이동되어 폐기처분될 수 있다.
전술한 시설하우스(20)의 내부환경(內部環境)을 실시간으로 측정하여 측정된 데이터를 제어부에 전송하는 내부 환경정보 센서군(스마트팜에 의해 수경 약용작물을 생육하는 지상환경 데이터(지상부 센서 데이터)를 그래프로 도시한 사진 1 참조)이 센서들과, 시설하우스(20)의 외부환경(外部環境)을 실시간으로 측정하여 측정된 데이터를 제어부에 전송하는 외부 기상 센서군의 센서들과, 시설하우스(20)의 근권환경(根圈環境)을 실시간으로 측정하여 측정된 데이터를 제어부에 전송하는 근권 환경 센서군(스마트팜에 의해 수경 약용작물을 생육하는 지상환경 데이터(근권부 센서 데이터)를 그래프로 도시한 사진 2 참조)의 센서들에 의해 측정된 데이터가 제어부를 통하여 컴퓨터(PC) 또는 스마트팜 관리자의 스마트폰(120)에 설치된 환경제어프로그램에 전송되므로 약용작물(40)의 최적 생육환경과 관련된 각종 데이터의 수집, 제어, 관리가 이루어진다.
또한, 시설하우스(20)의 내부 또는 외부에 통상적인 CC-TV를 설치하여 스마트팜의 시설, 장비 오작동, 약용작물(40)의 모니터링 및 방범용으로 활용할 수 있음은 물론이다.
아래 사진 3은 일당귀를 수경재배 조건하에서 생장반응을 비교한 것으로,
좌측 사진의 일당귀가 70일 후에 우측 사진의 일당귀로 생육(生育)됨을 확인할 수 있었다.
초장 : 정식(定植)후 14주 기간 직선적 패턴으로 생육이 이루어졌다.
엽의 생육반응 : 엽수, 엽장 및 엽폭은 직선적 생육 증가반응을 보였으며, 엽면적은 지수함수적 생육량 증가 패턴을 보였다.
뿌리의 생육반응 : 근장과 근경은 생육시기별 생육량의 차이가 변동이 심한 특성을 보였으며, 근장과 근경은 상호 반비례적 생육 패턴을 보였다.
[사진 3]
Figure pat00003
Figure pat00004
아래 사진 4는 도라지를 수경재배 조건하에서 생장반응을 비교한 것으로,
좌측 사진의 도라지가 70일 후에 우측 사진의 도라지로 생육(生育)됨을 확인할 수 있었다.
초장 : 정식(定植)후 14주 기간 직선적 패턴으로 생육이 이루어졌다.
엽의 생육반응 : 엽수, 엽장 및 엽폭은 직선적 생육 증가반응을 보였으며, 엽면적은 지수함수적 생육량 증가 패턴을 보였다.
지상부 생체중 및 건물중 분석 : 지상부 생체중과 건물중은 조사기간내 짐수함수적 증가 반응을 보였으며, 생육량이 생육 후반에도 지속되어 최종 건물중 비율이 매우 높아지는 특성을 보였다.
뿌리의 생육반응 : 지하부 뿌리길이의 생육량은 주간 변동이 심하게 나타나 환경변화에 따라 민감하게 반응하는 패턴을 나타내는 특성을 보였다.
지하부 생체중은 정식후 4주간 감소하다가 6주부터 직선회귀식 패턴으로 증가하였으며, 최종 근건물중 비율을 크게 높이는 결과를 보였다.
품질분석 결과 : 뿌리의 총사포닌 함량 분석 결과 10.88%로 일반 도라지 2.5% 대비 4.352배 높게 나타났다. 동 시기에 수경인삼과 비교한 결과 인삼은 18.62%로 도라지에 비해 1.7배 높은 것으로 나타났다.
[사진 4]
Figure pat00005
Figure pat00006
아래 사진 5는 더덕을 수경재배 조건하에서 생장반응을 비교한 것으로,
좌측 사진의 더덕이 70일 후에 우측 사진의 더덕으로 생육(生育)됨을 확인할 수 있었다.
초장 : 정식(定植)후 14주 기간 직선적 패턴으로 생육이 이루어졌다.
엽의 생육반응 : 엽장 및 엽폭은 직선적 생육 증가반응을 보였으며, 엽면적은 로그함수적 생육 증가 패턴을 보였다.
뿌리의 생육반응 : 지하부 뿌리길이의 생육량은 주간 변동이 심하게 나타나 환경변화에 따라 민감하게 반응하는 패턴을 나타내는 특성을 보였다.
지하부 생체중은 정식후 지속적으로 증가하였으며, 지하부 건물중은 생체중과 비례적인 경향을 보였으며, 엽(葉)면적의 생육량과 반비례적 특성을 나타내는 것으로 조사되었다.
[사진 5]
Figure pat00007
Figure pat00008
전술한 바와 같이 본 명세서의 바람직한 일 실시예에 의한 약용작물의 수경 재배용 스마트팜에 의하면,
과학적 : IoT 기술을 이용한 1세대 스마트팜 품목에 추가하여 4차산업 기술혁신을 확산시키고
기술적 : 약용작물 수경 스마트팜 보급으로 수입 대체효과를 가져오며
사회,경제적 : 지속안정적 미래비젼 제시 및 상용 보급 추진할 수 있게 된다.
여기에서, 전술한 본 명세서에서는 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야에서 숙련된 당업자는 하기의 청구범위에 기재된 본 명세서의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 명세서를 다양하게 수정 및 변경할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10; 프레임
20; 시설하우스
30; 배수구
40; 약용작물
50; 코코넛배지
60; 저설형 베드
70; 배액조
80; 펌프
90; 배양액 저장탱크
100; 분사공
110; 배양액 급수관
120; 스마트폰

Claims (3)

  1. 임의의 생육환경이 유지되는 시설하우스 내에서 약용작물을 재배하기 위한 수경 재배용 스마트팜에 적용되고,
    지면으로부터 임의높이를 유지하도록 형성되는 프레임;
    상기 시설하우스를 따라 적어도 1열 이상으로 반복하여 길이방향으로 배치되도록 상기 프레임에 안착되고, 바닥면에 배수구가 하나 이상으로 형성되고 상기 약용작물이 생육되는 임의의 배지가 채워지는 저설형 베드;
    상기 배수구를 통해 배액되는 폐액을 집수하기 위해 상기 저설형 베드 밑으로 V자형태를 유지하도록 상기 프레임에 고정되는 천막지로 이루어지는 배액조;
    상기 저설형 베드 상면에 길이방향으로 안착되고, 배양액 저장탱크로부터 공급되는 배양액을 상기 약용작물에 공급하기 위한 분사공이 임의거리를 유지하여 반복형성되는 배양액 급수관;을 구비하되,
    상기 약용작물은 일당귀, 도라지, 더덕 중 어느 하나가 재배되는 것을 특징으로 하는 약용작물의 수경 재배용 스마트팜.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 시설하우스의 내부 환경을 실시간으로 측정하여 측정된 데이터를 제어부에 전송하기 위한 온도 센서, 습도 센서, 이산화탄소(CO₂) 농도 센서, 엽온 센서, 엽습 센서, 광량 센서를 포함하는 내부 환경정보 센서군;
    상기 시설하우스의 외부 환경을 실시간으로 측정하여 측정된 데이터를 제어부에 전송하기 위한 풍향 센서, 풍속 센서, 강우 센서, 온도 센서, 습도 센서, 일사량 센서를 포함하는 외부 기상 센서군;
    상기 시설하우스의 근권 환경을 실시간으로 측정하여 측정된 데이터를 제어부에 전송하기 위한 온도 센서, 수분함량 센서, pH 센서를 포함하는 근권 환경 센서군; 중 적어도 어느 하나를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 약용작물의 수경 재배용 스마트팜.
  3. 제2항에 있어서,
    IOT 구성을 통해 상기 센서군들의 센서와 상기 제어부를 네트워크 구성하고, 네트워크 구성된 장치를 통합 관리하는 서버;를 더 구비하되,
    상기 서버는 센서군들의 센서 및 제어부로부터 데이터를 수신하여 저장하고, 약용작물 스마트팜 장치의 동작 데이터를 모니터링하도록 구성되며,
    상기 IOT를 통해 구성된 상기 센서군들의 센서 및 제어부는 상기 서버로 데이터를 전송하고, 상기 서버는 모니터링을 통해 상기 시설하우스의 내부 환경유닛, 외부 환경유닛 및 근권 환경유닛 동작을 실시간으로 감시하고 이상 발생시 대처할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 약용작물의 수경 재배용 스마트팜.


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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102501063B1 (ko) * 2022-09-13 2023-02-17 문영철 무농약 인삼재배설비

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