KR20220169017A - 하이브리드 식물 재배기 및 식물 재배 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 태양광을 투과 시키는 투명 도어 및 인공 광의 외부 방출을 방지하는 불투명 도어가 포함된, 미닫이 형식으로 상기 도어들이 개폐되는 베이스 케이스; 베이스 케이스 내에 수납되는 식물의 광합성에 필요한 광을 방출하는 LED 모듈; 공조를 위해 식물 재배기의 내부 공기를 순환시키는 송풍 팬; 송풍 팬과 함께 또는 독립적으로 상기 식물의 생장 온도 조절을 위해 작동하는 히터; 및 미리 프로그램된 복수의 작동 모드에 따라 상기 LED 모듈, 송풍 팬 및 히터 중에서 적어도 하나의 동작을 제어하는 제어기를 포함하는 하이드리드 식물 재배기를 개시한다. 본 발명에 따르면, 재배 식물의 광보상점 및 광포화점 정보를 이용하여, 식물의 광합성에 필요한 LED 광의 세기가 효율적으로 제어될 수 있다.

Description

하이브리드 식물 재배기 및 식물 재배 방법{HYBRID DEVICE AND METHOD FOR PLANT CULTIVATION}
본 발명은 하이브리드 식물 재배기 및 식물 재배 방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는 태양광과 LED 광을 모두 활용할 수 있는 하이브리드 식물 재배기 및 이를 이용하는 식물 재배 방법에 관한 것이다.
시설농업은 통제된 시설 안에서 빛, 온도, 습도 등의 재배 환경을 인위적으로 조성하여 연중 내내 농산물을 생산하는 농업이다. 시설이 농업생산에 도입되면, 작물 생산 시기의 인위적 조절이 가능해져 생산성이 향상될 수 있어서 경제·기술적 이점이 얻어질 수 있다. 인위적인 환경조성하의 농업생산을 통해 마음대로 작물이 제어된다면 농업생산도 공업적인 과정으로 이루어지는 것이 가능하다.
농업에서 생산시기를 바꾸거나 특수 생산을 위한 시설을 이용함으로써 소기의 목적을 달성하고자 하는 경우에 대부분 비닐하우스를 이용하는데, 특히 연중 재배를 목적으로 할 때 많이 이용된다. 이러한 경우의 환경 조절의 종류로는 크게 저온시 실온유지를 위한 보온과 난방, 가스환경조절을 위한 탄산가스농도조절, 제한된 수광량을 높이거나 높은 강광도 제한을 위한 광선조절, 토양수분의 적절한 공급을 위한 관수조절, 합리적인 작물영양보급을 위한 시비량 및 시비방법의 조절 등을 둘 수 있는데 현대과학의 발전과 함께 시설농업도 함께 발전해 가는 양상이다.
현재 시설 재배는 딸기, 고추, 토마토, 오이, 배추, 무, 상추 등의 과채류가 대부분을 차지하지만, 이외에도 열대식물, 화훼류, 노지에서는 정상적인 생육을 할 수 없는 특수 식물 등에도 광범위하게 이용되고 있다. 최근에는 다양한 철골 구조물 등이 이용되거나 컴퓨터를 이용한 수경재배 등 고도의 시설을 갖춘 농업 형태가 등장하고 있다.
시설 농업의 발전은 미래의 농업인 식물공장에 대한 밑그림이다. 식물 공장은 차세대 녹색산업으로 육성함으로써 새로운 영농기술을 확립하고, 관련 하이테크 기업의 기술발전을 유도할 수 있을 것으로 기대된다. 또한 식물공장 기술을 이용해 빌딩 내에 전원화, 녹색화를 달성 할 수 있을 것으로 보고 있다. 미래형 농업 모델로 주목받고 있는 식물 공장이 앞으로 각광을 받을 것이라 예측된다.
본 발명과 관련된 기술로서, 대한민국 등록 특허 공보에는 양액식물 재배시스템이 개시된다. 이 관련 기술은, 층층이 다단으로 양액재배통을 배치하기 위한 지지구조물을 포함하는 점에서 본 발명과 유사한 점이 있으나, 식물이 외부에 오픈된 구성을 하고 있어서, 식물에 맞는 온도 조절 기능이 없다는 점에서 온도 조절 기능 및 태양광 및 LED 광을 모두 이용할 수 있는 하이브리드 구성을 갖는 본 발명의 목적, 구성 및 효과에서 차이를 보인다.
KR 등록 특허 제10-1190139호 (2012.10.11 공고)
본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는, 태양광과 LED 광을 모두 이용할 수 있는 하이브리드 식물 재배기 및 이를 이용하는 식물 재배 방법을 제공하는 것이다.
식물의 종류에 따라 광보상점 및 광포화점 정보를 이용하여 식물의 광합성을 제어하는 하이드리드 식물 재배기를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자는 일 과제는, 식물 성장에 알맞은 빛과 온도를 함께 제어할 수 있는 하이드리드 식물 재배기를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는, 에어 필터를 이용하여 외기 및 내기 순환 모드를 통해 공조가 가능한 하이드리드 식물 재배기를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 하이브리드 식물 재배기는, 태양광을 투과 시키는 투명 도어 및 인공 광의 외부 방출을 방지하는 불투명 도어가 포함된, 미닫이 형식으로 상기 도어들이 개폐되는 베이스 케이스; 베이스 케이스 내에 수납되는 식물의 광합성에 필요한 광을 방출하는 LED 모듈; 이산화탄소의 식물에 공급 및 식물에서 산소 배출의 공조를 촉진하기 위해 식물 재배기의 내부 공기를 순환시키는 송풍 팬; 송풍 팬과 함께 또는 독립적으로 상기 식물의 생장 온도 조절을 위해 작동하는 히터; 및 미리 프로그램된 복수의 작동 모드에 따라 상기 LED 모듈, 송풍 팬 및 히터 중에서 적어도 하나의 동작을 제어하는 제어기를 포함하도록 구성될 수 있다.
또한, 제어기는 자외선을 이용하여 양액통 및 양액을 살균 및 소독하도록 LED 모듈을 제어하도록 구성될 수 있다.
또한, 하이브리드 식물 재배기는, 공기 흡입구 및 이에 설치된 입구 에어 필터(inlet air filter)를 더 포함하도록 구성될 수 있다.
또한, 하이브리드 식물 재배기는, LED 모듈에 전력을 공급하는 솔라셀을 더 포함하도록 구성될 수 있다.
또한, 하이브리드 식물 재배기는, 물 및 양액이 보관되는 양액통과 이를 식물에 공급하는 펌프를 더 포함하도록 구성될 수 있다.
또한, 제어기는, 식물의 종류에 따른 광보상점 및 광포화점 정보에 기반하여 미리 프로그램된 식물 재배 레서피를 이용하여 상기 LED 모듈의 작동을 제어하도록 구성될 수 있다.
또한, 제어기는, 식물의 종류에 따라 광합성이 일어나는 최적의 온도에 기반하여 미리 프로그램된 식물 재배 레서피를 이용하여 상기 히터의 작동을 제어하도록 구성될 수 있다.
또한, 하이브리드 식물 재배기는, 식물의 상태를 모니터링하기 위한 카메라 모듈; 및 모니터링에서 수집된 데이터를 서버에 전송하는 통신 모듈을 더 포함하도록 구성될 수 있다.
또한, 하이브리드 식물 재배기는, 내기 온도를 측정하는 온도계 및 내기 습도를 측정하는 습도계를 더 포함하고, 제어기는, 측정된 습도 값에 따라 상기 펌프에 의한 양액의 분사를 제어하고 측정된 온도 값에 따라 상기 히터의 동작을 제어하도록 구성될 수 있다.
또한, 투명 도어 및 불투명 도어는, 태양광 및 LED 모듈의 광을 이용하는 경우 비닐하우스 모양의 베이스 케이스의 천정에서 곡면을 따라 개폐 가능하게 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 식물 재배 방법은, 베이스 케이스에 결합된 투명 도어를 통해 비춰지는 태양광을 식물 광합성에 이용하는 단계; 식물의 종류에 따른 광보상점 및 광포화점 정보를 이용하여 LED 모듈을 추가로 이용하여 식물에 광을 비추는 단계; 식물의 종류에 따라 광합성이 일어나는 최적의 온도가 되도록 히터를 이용하여 내기 온도를 제어하는 단계; 및 식물의 광합성에 필요한 이산화탄소 및 광합성 산물인 산소의 공조를 위해 외기 순환의 모드에서 송풍 팬의 작동을 제어하는 단계를 포함하도록 구성될 수 있다.
또한, 식물 재배 방법은, 카메라를 이용하여 식물의 성장 상태를 모니터링하고, 모니터링에서 수집된 데이터를 서버에 전송하는 단계를 더 포함하도록 구성될 수 있다.
기타 실시 예의 구체적인 사항은 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용" 및 첨부 "도면"에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 각종 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다.
그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 각 실시 예의 구성만으로 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로도 구현될 수도 있으며, 단지 본 명세서에서 개시한 각각의 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구범위의 각 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐임을 알아야 한다.
본 발명에 의하면, 태양광과 LED 광을 적절히 이용하여 광보상점 이상 및 광포화점 이하의 광이 식물의 광합성에 이용될 수 있다.
또한, 재배 식물의 광보상점 및 광포화점 정보를 이용하여, 식물의 광합성에 필요한 LED 광의 세기가 효율적으로 제어될 수 있다.
또한, 식물 성장을 위해 빛과 함께 온도를 제어함으로써 가정에서 재배 가능한 작물의 범위가 넓어질 수 있다.
또한, 에어 필터를 이용하여 외기 및 내기 순환 모드를 통해 식물 재배를 위한 공조가 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 하이드리드 식물 재배기의 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 하이드리드 식물 재배기의 정면이 묘사된 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 하이드리드 식물 재배기의 배면이 묘사된 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 하이드리드 식물 재배기의 단면이 묘사된 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 하이드리드 식물 재배기의 좌측이 묘사된 예시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 하이드리드 식물 재배기의 구성요소가 분리되어 묘사된 예시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 하이드리드 식물 재배기의 제어기의 블록도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 식물 재배 방법의 흐름도이다.
본 발명을 상세하게 설명하기 전에, 본 명세서에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 무조건 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 발명자가 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해서 각종 용어의 개념을 적절하게 정의하여 사용할 수 있고, 더 나아가 이들 용어나 단어는 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 함을 알아야 한다.
즉, 본 명세서에서 사용된 용어는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하기 위해서 사용되는 것일 뿐이고, 본 발명의 내용을 구체적으로 한정하려는 의도로 사용된 것이 아니며, 이들 용어는 본 발명의 여러 가지 가능성을 고려하여 정의된 용어임을 알아야 한다.
또한, 본 명세서에서, 단수의 표현은 문맥상 명확하게 다른 의미로 지시하지 않는 이상, 복수의 표현을 포함할 수 있으며, 유사하게 복수로 표현되어 있다고 하더라도 단수의 의미를 포함할 수 있음을 알아야 한다.
본 명세서의 전체에 걸쳐서 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소를 "포함"한다고 기재하는 경우에는, 특별히 반대되는 의미의 기재가 없는 한 임의의 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 임의의 다른 구성 요소를 더 포함할 수도 있다는 것을 의미할 수 있다.
더 나아가서, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 "내부에 존재하거나, 연결되어 설치된다"라고 기재한 경우에는, 이 구성 요소가 다른 구성 요소와 직접적으로 연결되어 있거나 접촉하여 설치되어 있을 수 있고, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있을 수도 있으며, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있는 경우에 대해서는 해당 구성 요소를 다른 구성 요소에 고정 내지 연결하기 위한 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재할 수 있으며, 이 제 3의 구성 요소 또는 수단에 대한 설명은 생략될 수도 있음을 알아야 한다.
반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결"되어 있다거나, 또는 "직접 접속"되어 있다고 기재되는 경우에는, 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재하지 않는 것으로 이해하여야 한다.
마찬가지로, 각 구성 요소 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 " ~ 사이에"와 "바로 ~ 사이에", 또는 " ~ 에 이웃하는"과 " ~ 에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지의 취지를 가지고 있는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 본 명세서에서 "일면", "타면", "일측", "타측", "제 1", "제 2" 등의 용어는, 사용된다면, 하나의 구성 요소에 대해서 이 하나의 구성 요소가 다른 구성 요소로부터 명확하게 구별될 수 있도록 하기 위해서 사용되며, 이와 같은 용어에 의해서 해당 구성 요소의 의미가 제한적으로 사용되는 것은 아님을 알아야 한다.
또한, 본 명세서에서 "상", "하", "좌", "우" 등의 위치와 관련된 용어는, 사용된다면, 해당 구성 요소에 대해서 해당 도면에서의 상대적인 위치를 나타내고 있는 것으로 이해하여야 하며, 이들의 위치에 대해서 절대적인 위치를 특정하지 않는 이상은, 이들 위치 관련 용어가 절대적인 위치를 언급하고 있는 것으로 이해하여서는 아니된다.
또한, 본 명세서에서는 각 도면의 각 구성 요소에 대해서 그 도면 부호를 명기함에 있어서, 동일한 구성 요소에 대해서는 이 구성 요소가 비록 다른 도면에 표시되더라도 동일한 도면 부호를 가지고 있도록, 즉 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지시하고 있다.
본 명세서에 첨부된 도면에서 본 발명을 구성하는 각 구성 요소의 크기, 위치, 결합 관계 등은 본 발명의 사상을 충분히 명확하게 전달할 수 있도록 하기 위해서 또는 설명의 편의를 위해서 일부 과장 또는 축소되거나 생략되어 기술되어 있을 수 있고, 따라서 그 비례나 축척은 엄밀하지 않을 수 있다.
또한, 이하에서, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 구성, 예를 들어, 종래 기술을 포함하는 공지 기술에 대해 상세한 설명은 생략될 수도 있다.
이하, 본 발명의 실시 예에 대해 관련 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 하이드리드 식물 재배기의 예시도이다.
도 1을 참조하면, 하이드리드 식물 재배기(100)는 구성요소를 수납하는 베이스 케이스(111), 베이스 케이스(111)와 결합되는 좌측 커버(112)와 우측 커버(113), 좌측 커버(112)와 우측 커버(113) 사이에 끼워지는 불투명 도어(115)와 투명 도어(116)를 포함하도록 구성될 수 있다.
베이스 케이스(111)의 내부 바닥에는 플랜트 픽싱(130)이 마련될 수 있다. 플랜트 픽싱(130)은 식물 모종이 자리잡는 복수의 홀을 포함할 수 있고, 플랜트 픽싱(130) 하부에는 양액이 고일 수 있는 양액 받이가 마련될 수 있다.
베이스 케이스(111)의 양단에 마련되는 좌측 커버(112)와 우측 커버(113)의 내부에는 하이브리드 식물 재배기(100)의 구성요소가 수납될 수 있다.
불투명 도어(115)와 투명 도어(116)는 좌측 커버(112)와 우측 커버(113) 사이에서 곡면을 따라 회전을 통해 개폐될 수 있다. 불투명 도어(115)와 투명 도어(116)가 모두 닫힌 상태일 수 있고, 불투명 도어(115)와 투명 도어(116)가 모두 열린 상태일 수 있다. 또한, 불투명 도어(115)는 열리고, 투명 도어(116)는 닫힌 상태가 될 수 있다. 불투명 도어(115)와 투명 도어(116)의 개폐에 따라 자연광 및 인공광 중에서 적어도 하나의 광이 식물에 비춰질 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 하이드리드 식물 재배기의 정면이 묘사된 예시도이다.
도 2를 참조하면, 베이스 케이스(111)와 결합된 불투명 도어(115) 및 투명 도어(116)의 내측면에 제1 LED 모듈(123)이 배치될 수 있다. 또한, 우측 커버(113)와 접하는 면에는 제2 LED 모듈(124)이 배치될 수 있다. 제1 LED 모듈(123)은 식물의 위쪽에서 LED 광을 비추고, 제2 LED 모듈(124)은 식물의 측면에서 광을 비출 수 있다. 제1 LED 모듈(123) 및 제2 LED 모듈(214)은 400~500nm 파장의 청색 빛과 640~700nm 파장의 적색 빛을 방출할 수 있다.
하이브리드 식물 재배기(100)는 좌측 커버(112)에 결합되는 좌측 커버 케이스(114)를 포함할 수 있다. 좌측 커버 케이스(114)의 표면에는 공기 흡입구가 마련될 수 있다.
사용자 인터페이스(141)는 좌측 커버(112) 상에, 그리고 제어기(140)는 좌측 커버(112) 내부에 설치될 수 있다. 사용자 인터페이스(141)는 하이드리드 식물 재배기(100)의 동작 상태를 표시하는 모니터, 하이드리드 식물 재배기의 동작 명령을 입력하는 입력 인터페이스를 포함하도록 구성될 수 있다.
제어기(140)는 조도 센서(143)를 이용하여 광합성에 제공되는 광의 세기를 측정하고, LED 모듈(123, 124)의 구동을 통해 식물의 종류에 따라 광보상점 이상의 광을 식물의 광합성 활동에 제공할 수 있다.
하이브리드 식물 재배기(100) 내부의 공기는 불투명 도어(115) 및 투명 도어(116)의 개폐를 통해 밖으로 배출될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 하이드리드 식물 재배기의 배면이 묘사된 예시도이다.
도 3을 참조하면, 하이브리드 식물 재배기(100)의 베이스 케이스(111)에 접하는 외부 면에 솔라셀(125)이 배치될 수 있다. 솔라셀(125)은 태양광을 이용하여 전력을 생산할 수 있다. 생성된 전력은 배터리에 저장될 수 있고, 배터리는 제1 LED 모듈(123)과 제2 LED 모듈(124)을 비롯하여 송풍 팬(121), 히터(122), 펌프(127) 및 센서(143)에 구동 전력을 공급할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 하이브리드 식물 재배기의 단면이 묘사된 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 하이드리드 식물 재배기의 좌측이 묘사된 예시도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 하이브리드 식물 재배기(100)의 좌측 커버(112)와 좌측 커버 케이스(114) 사이에 송풍 팬(121), 히터(122)가 배치될 수 있다.
송풍 팬(121)
히터(162)는, 하이드리드 식물 재배기(100)의 하부 영역에서 송풍 팬(165)의 상부에 배치될 수 있다. 히터(162)는 하이드리드 식물 재배기(100)에서 재배되는 식물의 성장 온도를 조성하는 역할을 한다. 히터(162)는 송풍 팬(165)과 함께 또는 독립하여 동작할 수 있다.
히터(162)는 모선에 저항 값이 높은 금속 합금, 예를 들어 구니-니켈, 니켈-크롬, 철-니켈 또는 고분자 발열체, 예를 들어 카본블랙, 금속분말, 카본파이어 등이 전기적으로 결합되어 구성될 수 있다.
송풍 팬(121)과 히터(122)의 구동을 위해 필요한 전력은 솔라셀(125)에 의해 생성된 전력이 충전되어 있는 배터리, 또는 어댑터를 통해 외부 전원에 의해 공급될 수 있다.
좌측 커버 케이스(114)에는 사용자 인터페이스(141)가 배치되고, 좌측 커버 케이스(1114) 내부에는 사용자 인터페이스(141)에 연결된 제어기(140)가 배치될 수 있다. 좌측 커버 케이스(114) 표면에는 공기가 순환되는 통풍구가 형성될 수 있다.
식물은 광합성을 하면서 이산화탄소를 흡수하고 산소를 배출하지만 빛이 없는 야간에는 호흡을 하기 위해 산소를 흡수하고 이산화탄소를 배출한다. 따라서 야간에 산소를 배출하는 선인장이나 다육식물 같은 CAM 식물을 침실에 배치하는 것이 좋다. 잎이 무성한 관엽식물은 야간에 산소를 흡수하고 이산화탄소를 배출하기 때문에 침실보다는 거실에 두는 것이 바람직하다.
광보상점은 식물이 호흡할 때 배출하는 탄산가스의 방출량과 광합성을 할 때 흡입하는 이산화탄소의 흡수량이 같아서 외견상 광합성이 0이 되는 점의 빛의 세기를 말한다. 광보상점 정도의 빛만 미치게 되면 광합성의 결과가 전부 식물의 생존에 소비되기 때문에 식물은 현상유지만 겨우 할 뿐 성장하지 못한다. 광보상점보다 적은 양의 빛만 식물에 들어온다면 식물은 현상유지 조차 하지 못하고 죽을 수 있다.
광포화점은 빛이 더 강해져도 광합성 속도가 더 이상 올라가지 않는 시점의 빛의 세기를 말한다. 식물은 빛의 강도에 따라 점점 광합성량을 증대시키지만, 처리용량의 한계가 있기 때문에 빛이 무한히 늘어난다고 해서 비례하는 광합성을 하지 않는다. 그러므로 광포화점은 광합성이 포화상태인 시점의 빛의 양이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 실물 재배기(100)에 포함된 제1 LED 모듈(123) 및 제2 LED 모듈(124)은 식물의 종류에 따라 광보상점의 이상의 빛을 발하고, 광포화점 이상의 빛을 발할 수 있도록 제어기(140)에 의해 제어될 수 있다. 예를 들어 토마토를 재배하기 위해서 3000룩스의 빛을 식물에 비추되, 7만 룩스를 초과하여 빛을 비출 필요가 없으며, 딸기를 재배하기 위해서 1000룩스의 빛을 식물에 비취도, 3만 룩스를 초과할 필요는 없다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 하이드리드 식물 재배기의 구성요소가 분리되어 묘사된 예시도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 하이브리드 식물 재배기(100)는, 전체적으로 비닐하우스 형상으로 구성될 수 있다. 베이스 케이스(111) 상에 플랜트 픽싱(130)이 배치되고, 플랜트 픽싱(130)에 마련된 홀에 식물 모종이 안치될 수 있다.
베이스 케이스(111)의 상부에는 내측으로 제1 LED 모듈(123)이, 투명 도어(116)가, 외측으로 솔라셀(125)이 그리고 외측으로 불투명 도어(115)가 배치될 수 있다. 식물의 광합성에 자연의 태양광 및 LED 인공광 중에서 어느 광이 쓰이느냐에 따라 불투명 도어(115)와 투명 도어(116)는 회전을 통해 개폐될 수 있다.
베이스 케이스(111) 양단 중에서, 일단에는 좌측 커버(112)가, 타단에는 우측 커버(113)가 배치될 수 있다. 좌측 커버(112)는 좌측 커버 케이스(114)와 함께 그 내부에 송풍 팬(121)과 히터(122)를 포함할 수 있다.
하이브리드 식물 재배기(100)는 식물에 양액을 공급하는 구성요소로서, 양액통(126) 및 펌프(127)를 포함하도록 구성될 수 있다. 양액통(126) 및 펌프(127)는 도 3의 우측 커버(113) 내부에 배치될 수 있다.
양액통(126)은 액상 형태의 양액을 보관하는 기능을 갖는다. 양액은 식물의 성장에 필요한 각종 영양소를 포함하고 있어서, 수경 재배에서 식물의 성장을 촉진할 수 있다. 양액통(126)에 보관된 양액은 펌프(127)의 동력에 의해 식물의 뿌리에 공급될 수 있다.
펌프(127)는 하이드리드 식물 재배기(100)의 하부에 배치되는 양액통(126)에 보관된 양액을 플랜트 픽싱(130)에서 자라는 식물의 뿌리에 분사하기 위한 동력을 제공한다.
송풍 팬(121)은, 하이드리드 식물 재배기(100)의 좌측 영역에서 히터(122)와 나란하게 배치될 수 있다. 송풍 팬(121)이 배치되는 좌측 케이스(112) 상에 공기 흡입구가 배치될 수 있다. 공기 흡입구로 유입된 공기는 송풍 팬(121)의 작동에 따라 하이드리드 식물 재배기(100)의 플랜트 픽싱(130)에 거치된 식물에 이르고, 경우에 따라 공기 배출구를 통과하여 외부로 배출될 수 있다.
불투명 도어(115) 및 투명 도어(116)의 개폐에 의해 하이브리드 식물 재배기(100) 내의 공기가 배출될 수 있다. 즉 불투명 도어(115) 및 투명 도어(116)가 공기 배출구 역할을 할 수 있다. 또한, 불투명 도어(115) 및 투명 도어(116)는 모터 등의 동력을 이용하여 자동으로 개폐되도록 구성될 수 있다.
공기 배출구는 제어기(140)에 의해 전자적 개폐가 가능하게 동작되므로, 공기 배출구의 개폐에 따라 내부 공기는 외기 순환 모드 또는 내기 순환 모드 상태에서 공기의 흐름이 결정될 수 있다.
보통 자동차의 내기/외기 순환 모드는 외부 공기의 유입 여부에 초점이 맞춰져 있지만, 본 발명의 일 실시 예에 따른 하이드리드 식물 재배기(100)는 외기의 특징 보다는 양액 성분을 포함하는 내기의 배출 여부에 초점을 맞춰서 내기/외기 순환 모드가 결정될 수 있다. 양액 성분을 품은 내기의 배출은 외부 공기를 오염시키는 원인이 될 수 있어서, 양액 성분이 다량 포함된 내기의 배출은 제어기(140)의 동작을 통해 통제될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 하이드리드 식물 재배기의 제어기의 블록도이다.
도 7을 참조하면, 도 6에 표시된 사용자 인터페이스(141)의 입력을 받아 하이브리드 식물 재배기(100)의 동작을 제어하는 제어기(140)의 구성요소가 묘사되어 있다. 좌측 커버(112) 상에 배치된 사용자 인터페이스(141)는 하이브리드 식물 재배기(100)의 동작 제어에 필요한 입력 장치 및 출력 장치를 포함하도록 구성될 수 있다. 입력 장치의 일 실시 예로서 터치 패널, 푸쉬 버튼이 포함될 수 있고, 출력 장치의 일 실시 예로서 LED 램프, LCD 패널, 스피커 등이 포함될 수 있다.
하이브리드 식물 재배기(100)는 사용자 인터페이스(141)와 연동되어 기능하는 하이브리드 식물 재배기(100)의 동작 제어를 위한 제어기(140)를 포함하도록 구성될 수 있다.
제어기(140)는 사용자 인터페이스(141)의 입력 장치를 통한 입력에 따라 하이드리드 식물 재배기(100)의 내부 동력 계통의 구성요소를 동작시키고, 그 동작 상황을 사용자 인터페이스(141)의 출력 장치를 통해 표시하는 출력 데이터를 생성하는 기능을 갖는다. 제어기(140)는 사용자의 모드 선택이 없는 경우에도 학습을 통해 훈련된 인공지능 모듈을 이용하여, 재배 식물의 종류 및 양에 따라 조명, 온도 및 습도를 조절하는 모드의 작동 타이밍을 제어하도록 구성될 수 있다.
도 7을 참조하면, 제어기(140)는 사용자 인터페이스(141), 프로세서(142), 및 메모리(144)를 포함하도록 구성될 수 있다.
사용자 인터페이스(141)는 사용자로부터 입력을 받는 입력 장치 및 하이브리드 식물 재배기(100)의 동작과 관련된 정보를 표시하는 출력 장치를 포함하도록 구성될 수 있다. 입력 장치는 터치 패널, 푸쉬 버튼 등의 형태로 구현될 수 있고, 출력 장치는 LCD 디스플레이, LED 램프, 스피커 등의 형태로 구현될 수 있다.
프로세서(142)는 미리 프로그램된 가열 모드 모듈(145), 풍향 모드 모듈(146), 분사 모드 모듈(147), 및 순환 모드 모듈(148)에 기반하여 인공지능 모드 모듈(149)을 이용하여, 공기 배출구의 개폐, 센서(143)의 데이터 수집, 히터(162), 펌프(163), 송풍 팬(165), 카메라 모듈(166) 및 통신 모듈(167)의 작동을 통해 식물 재배 기능을 제어할 수 있다.
메모리(144)는, 기능성 프로그램 모듈들, 즉 가열 모드 모듈(145), 풍향 모드 모듈(146), 분사 모들 모듈(147), 순환 모드 모듈(148) 및 인공지능 모드 모듈(149)을 포함하도록 구성될 수 있다. 기능성 프로그램 모듈들은, 하드웨어인 메모리(144)와 일체로, 또는 전원의 공급에 따라 메모리(144) 상에 로드되는 소프트웨어 형태로 구현될 수 있다.
프로세서(142)는, 데이터 입출력 및 연산 기능에 기반하여 메모리(144)에 저장된 발광 모드 모듈(145), 가열 모드 모듈(146), 분사 모들 모듈(147), 순환 모드 모듈(148) 및 인공지능 모드 모듈(149)과의 상호 작용을 통해 공기 배출구, 센서(143) 예를 들어, 습도 센서와 온도 센서, LED 모듈(123, 124), 펌프(127), 송풍 팬(121) 및 히터(122)의 동작을 제어할 수 있다.
프로세서(142)는, 데이터 입출력 및 연산 기능에 기반하여 메모리(144)에 저장된 발광 모드 모듈(145)과의 상호 작용을 통해, 식물의 종류에 따른 광보상점 및 광포화점 정보에 기반하여 미리 프로그램된 식물 재배 레서피를 이용하여 LED 모듈(123, 124)의 작동을 제어하도록 구성될 수 있다.
프로세서(142)는, 데이터 입출력 및 연산 기능에 기반하여 메모리(144)에 저장된 가열 모드 모듈(146)과의 상호 작용을 통해 공기 배출구, 히터(122), 센서(143), 예를 들어 온도 센서 및 송풍 팬(121)의 동작을 제어할 수 있다.
프로세서(142)는, 데이터 입출력 및 연산 기능에 기반하여 메모리(144)에 저장된 순환 모드 모듈(148)과의 상호 작용을 통해 공기 배출구, 송풍 팬(121) 및 센서(143), 예를 들어, 습도 센서와 온도 센서의 동작을 제어할 수 있다.
프로세서(142)는, 데이터 입출력 및 연산 기능에 기반하여 메모리(144)에 저장된 인공지능 모드 모듈(149)과의 상호 작용을 통해, 기능성 프로그램 모듈(145~148)에 기반하여 공기 배출구, 센서(143), 예를 들어 습도 센서, 온도센서, 조도 센서, 히터(122) 및 펌프(127) 및 송풍 팬(121)의 동작을 제어할 수 있다.
인공지능 모드 모듈(149)은 학습을 통해 훈련된 인공지능 모델을 포함하도록 구성될 수 있다. 그리고 인공지능 모델에 대해, 식물의 종류에 따른 식물 재배 레시피 정보 및 하이드리드 식물 재배기(100)의 구동 정보가 포함된 훈련 데이터 셋을 이용하여, 재배 대상 식물의 종류에 맞는 최적의 빛과 온도가 가해질 수 있게 하는 재배 레시피의 학습에 대한 훈련이 선행될 수 있다.
재배 레시피 정보는, 식물의 종류 별로 광보상점 정보, 광포화점 정보, 최적의 온도 정보 및 습도 정보 및 이에 기반한 하이드리드 식물 재배기의 구성요소의 구동을 위한 작동 타이밍 정보를 포함할 수 있다.
이하 하이브리드 식물 재배기(100)에 포함된 센서(143), 히터(162), 펌프(163), 송풍 팬(165), 카메라 모듈(166) 및 통신 모듈(167)의 기본 동작에 대해 설명하기로 한다.
센서(143)는, 식물 재배기(100) 내부의 환경적 정보를 수집하는 기능을 한다. 센서(142)는 재배되는 식물의 종류에 따라, 식물에 적합한 조도 정보, 온도 정보 및 습도 정보 등을 수집할 수 있다.
LED 모듈(123, 124)은 햇빛을 대신하여 식물의 광합성에 빛을 제공하는 기능을 한다. 프로세서(142)는 다양한 파장대의 LED 광을 방출하도록 LED 모듈을 제어할 수 있다. 예를 들어 프로세서(142)는 자외선을 이용하여 양액통 및 양약을 살균 및 소독하도록 LED 모듈(123, 124)에 포함된 UV LED를 제어하도록 구성될 수 있다.
히터(162) 및 송풍 팬(165)는 식물 재배기(100)의 공조 기능을 갖는다. 히터(162)를 통해 식물의 생장에 알맞은 식물 재배기(100) 내의 온도가 유지될 수 있다. 펌프(163)는 히터(162)에 의해 발생된 열을 고르게 분산하는 기능 및 독립적으로 적용하여 식물 재배기(100)의 내부 공기를 순환시키는 기능을 한다. 송풍 팬(165)을 통해 식물의 광합성에 필요한 이산화탄소의 공급 및 광합성 부산물인 산소를 배출이 촉진될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 식물 재배기(100)의 특징 중의 하나는 여러가지 구성을 통해 사람의 인력이 필요로 하지 않도록 설계된 점이다.
식물 재배기(100)는 식물 성장의 정도를 관찰하는 카메라 모듈(166)을 포함하도록 구성될 수 있다. 카메라 모듈(166)은 식물 재배기(100)의 내부 촬영이 적합한 위치, 예를 들어 프론트 커버(112)의 내면에 설치될 수 있다. 식물 재배기(100)를 관리하는 관리자는 카메라 모듈(166)에 의해 전송된 데이터를 이용하여 식물의 성장 정도를 파악할 수 있게 된다.
통신 모듈(167)은 카메라 모듈(166)에 포함되거나, 독립적으로 설계될 수 있다. 통신 모듈(167)은 카메라 모듈(166)에 의해 수집된 데이터, 즉 식물의 성장 정도가 촬영된 영상 데이터를 서버에 전송하는 기능을 한다. 예를 들어, 통신 모듈(167)은 무선랜 모듈을 포함하고 있어서, Wi-Fi를 이용하여 AP에 접속하여 촬영된 영상 데이터를 서버에 전송하도록 구성될 수 있다.
식물 재배기(100)를 관리하는 관리자는, 통신 모듈(167)을 통해 네트워크 상에서 스테이션에 해상하는 식물 재배기(100)를 자신의 개인 단말기를 이용하여 접속할 수 있다. 따라서, 시간 및 장소의 제한 없이 관리자는 개인 단말기를 통해 식물 재배기(100)에서 성장하는 식물을 원격지에서 모니터링할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 하이브리드 식물 재배기(100)가 갖는 기술적 특징은 식물 재배 방법을 통해 설명될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 식물 재배 방법의 흐름도이다.
도 8을 참조하면, 식물 재배 방법(S100)은, 투명 도어를 통해 비춰지는 태양광을 식물의 광합성에 이용하는 단계(S110), 식물의 종류에 따른 광보상점 및 광포화점 정보를 이용하여 LED 모듈(123, 124)을 이용하여 식물에 광을 비추는 단계(S120), 식물의 종류에 따라 광합성이 일어나는 최적의 온도가 되도록 히터(122)를 이용하여 내기 온도를 제어하는 단계(S130) 및 식물에 이산화탄소를 공급하기 위해 외기 순환 모드에서 송풍 팬(121)의 작동을 제어하는 단계(S140)를 포함하도록 구성될 수 있다. 여기서, 각 단계의 시계열적 순서는 서로 변동가능하다.
S110 내지 S140의 과정은 본 발명의 일 실시 예에 따른 하이브리드 식물 재배기(100)에 포함된 인공지능 모드 모듈(149)에 의하는 방법에 포함되며, 사용자의 수동에 의한 수동 모드에서는 다르게 구성될 수 있다.
S110 단계에서, 하이브리드 식물 재배기(100)는 불투명 도어(115)를 통해 비춰지는 태양광을 식물의 광합성에 이용할 수 있다(S110). 하이브리드 식물 재배기(100)는 습도 센서(143)를 이용하여 내기의 습도를 측정하고, 측정된 습도 값에 기반하여 펌프(127)를 제어하여 식물의 뿌리에 양액을 제공할 수 있다.
S120 단계에서, 하이드리드 식물 재배기(100)는 식물의 종류에 따른 광보상점 및 광포화점 정보에 기반하여 LED 모듈(123, 124)을 제어하여 식물에 광을 비출 수 있다.
S130 단계에서, 하이드리드 식물 재배기(100)는 식물의 종류에 따라 광합성이 일어나는 최적의 온도에 관한 정보에 기반하여 히터(122) 및 송풍 팬(121)을 제어하여 내기의 온도를 조절할 수 있다.
S140 단계에서, 하이드리드 식물 재배기(100)는, 송풍 팬(121)의 작동 제어를 통해 외기 순환 모드에서 식물에 이산화탄소를 공급할 수 있다.
S150 단계에서, 식물 재배기(100)는 카메라를 이용하여 식물의 성장 상태를 모니터링하고, 모니터링에서 수집된 데이터를 서버에 전송할 수 있다. 카메라를 통해서 수집된 영상 데이터, 센서(143)를 통해서 수집된, 온도, 습도, 조도 등의 각종 계측 값에 관한 정보가 서버에 전송될 수 있다. 또한, 관리자는 개인 단말기를 통해서 서버에 접속하여 식물 재배기(100)가 송신하는 데이터를 열람할 수 있다. 관리자는 서버가 수신한 모니터링 데이터를 참조하여 원격에서 식물 재배기(100)에 포함된 각종 구성요소들, 공기 배출구(121), LED 모듈(123, 124), 히터(162), 펌프(163) 및 송풍 팬(165)의 작동을 제어할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 태양광을 식물의 광합성에 이용하면서, 태양광이 광보상점에 미치지 못할 때에 LED 광이 추가적으로 이용될 수 있다.
재배 식물의 광보상점 및 광포화점 정보를 이용하여, 식물의 광합성에 필요한 LED 광의 세기가 효율적으로 제어될 수 있다.
또한, 식물 성장을 위해 빛과 함께 온도를 제어함으로써 가정에서 재배 가능한 작물의 범위가 넓어질 수 있다.
또한, 에어 필터를 이용하여 외기 및 내기 순환 모드를 통해 식물 재배를 위한 공조가 가능하다.
이상, 일부 예를 들어서 본 발명의 바람직한 여러 가지 실시 예에 대해서 설명하였지만, 본 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용" 항목에 기재된 여러 가지 다양한 실시 예에 관한 설명은 예시적인 것에 불과한 것이며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이상의 설명으로부터 본 발명을 다양하게 변형하여 실시하거나 본 발명과 균등한 실시를 행할 수 있다는 점을 잘 이해하고 있을 것이다.
또한, 본 발명은 다른 다양한 형태로 구현될 수 있기 때문에 본 발명은 상술한 설명에 의해서 한정되는 것이 아니며, 이상의 설명은 본 발명의 개시 내용이 완전해지도록 하기 위한 것으로 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐이며, 본 발명은 청구범위의 각 청구항에 의해서 정의될 뿐임을 알아야 한다.
100: 하이브리드 식물 재배기, 111: 베이스 케이스
112: 좌측 커버, 113: 우측 커버
114: 좌측 커버 케이스, 115: 불투명 커버
116: 투명 커버, 121: 팬
122: 히터, 123: 제1 LED 모듈
124: 제2 LED 모듈, 125: 솔라셀
130: 플랜트 픽싱, 140: 제어기
141: 사용자 인터페이스

Claims (11)

  1. 태양광을 투과 시키는 투명 도어 및 인공광의 외부 방출을 방지하는 불투명 도어가 포함된, 미닫이 형식으로 상기 도어가 개폐되는 베이스 케이스;
    상기 베이스 케이스 내에 수납되는 식물의 광합성에 필요한 광을 방출하는 LED 모듈;
    이산화탄소의 식물에 공급 및 식물에서 산소 배출의 공조를 위해 식물 재배기의 내부 공기를 순환시키는 송풍 팬;
    상기 송풍 팬과 함께 또는 독립적으로 상기 식물의 생장 온도 조절을 위해 작동하는 히터; 및
    미리 프로그램된 복수의 작동 모드에 따라 상기 LED 모듈, 송풍 팬 및 히터 중에서 적어도 하나의 동작을 제어하는 제어기를 포함하도록 구성되는,
    하이드리드 식물 재배기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    공기 흡입구 및 이에 설치된 입구 에어 필터(inlet air filter)를 더 포함하도록 구성되는,
    하이드리드 식물 재배기.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어기는,
    자외선을 이용하여 양액통 및 양약을 살균 및 소독하도록 상기 LED 모듈을 제어하도록 구성되는,
    하이브리드 식물 재배기.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 LED 모듈에 전력을 공급하는 솔라셀을 더 포함하도록 구성되는,
    하이드리드 식물 재배기.
  5. 청구항 1에 있어서,
    물 및 양액이 보관되는 양액통과 이를 식물에 공급하는 펌프를 더 포함하도록 구성되는,
    하이드리드 식물 재배기.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어기는,
    식물의 종류에 따른 광보상점 및 광포화점 정보에 기반하여 미리 프로그램된 식물 재배 레서피를 이용하여 상기 LED 모듈의 작동을 제어하도록 구성되는,
    하이드리드 식물 재배기.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어기는,
    식물의 종류에 따라 광합성이 일어나는 최적의 온도에 기반하여 미리 프로그램된 식물 재배 레서피를 이용하여 상기 히터의 작동을 제어하도록 구성되는,
    하이드리드 식물 재배기.
  8. 청구항 1에 있어서,
    식물의 상태를 모니터링하기 위한 카메라 모듈; 및
    상기 모니터링에서 수집된 데이터를 서버에 전송하는 통신 모듈을 포함하도록 구성되는,
    하이드리드 식물 재배기.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 투명 도어 및 불투명 도어는,
    태양광 및 LED 모듈의 광을 이용하는 경우 비닐하우스 모양의 베이스 케이스의 천정에서 곡면을 따라 개폐 가능하게 구성되는 것을 특징으로 하는,
    하이드리드 식물 재배기.
  10. 베이스 케이스에 결합된 투명 도어를 통해 비춰지는 태양광을 식물 광합성에 이용하는 단계;
    식물의 종류에 따른 광보상점 및 광포화점 정보를 이용하여 LED 모듈을 추가로 이용하여 식물에 광을 비추는 단계;
    식물의 종류에 따라 광합성이 일어나는 최적의 온도가 되도록 히터를 이용하여 내기 온도를 제어하는 단계; 및
    식물의 광합성에 필요한 이산화탄소 및 광합성 산물인 산소의 공조를 위해 외기 순환의 모드에서 송풍 팬의 작동을 제어하는 단계를 포함하도록 구성되는,
    식품 재배 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    카메라를 이용하여 식물의 성장 상태를 모니터링하고, 모니터링에서 수집된 데이터를 서버에 전송하는 단계를 더 포함하도록 구성되는,
    식물 재배 방법.
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