KR20230149195A - Led 재배등을 포함하는 작물 재배 장치 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 LED 작물 재배등을 이용한 작물 재배 시스템에 관한 것으로, 작물 재배 공간을 제공하는 구조물; 상기 구조물 내 일정한 간격으로 배치되며, 작물이 식재되는 재배용기를 구비하는 복수의 배드; 상기 구조물 내부에 설치되며, 설치된 위치 주변의 조도값을 측정하는 복수의 조도센서; 상기 구조물 내부에 설치되며, 설치된 위치 주변의 배드에 식재된 작물을 촬영하는 복수의 CCTV 시스템; 상기 복수의 배드 상측에 미리 설정된 높이만큼 이격되면서 각 배드와 평행하게 배치되되, 각 배드에 식재된 작물을 향하는 방향으로 광을 방출하는 복수의 LED 작물 재배등으로 구성된 적어도 하나 이상의 조명열을 포함하는 조명부; 및 상기 복수의 조도센서로부터 측정된 조도값과 미리 저장된 기준데이터를 비교하고, 비교결과에 따라 상기 조명부의 점/소등을 제어하고, 상기 복수의 CCTV 시스템으로부터 촬영된 영상을 분석하여 작물의 생장 단계를 판단하고, 판단된 작물의 생장 단계가 신장생장 이후시기 또는 개화시기이면 상기 조명열의 위치를 두 배드 사이로 이동하도록 제어하는 제어부;를 적어도 포함한다.

Description

LED 재배등을 포함하는 작물 재배 장치 제어 방법{A METHOD OF CONTROLLING A CROP CULTIVATION DEVICE INCLUDING LED LAMP}

본 발명은 작물 재배 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 복수의 LED를 조합하여 광합성에 적합한 광을 방출하도록 제작된 LED 작물 재배등을 이용하고, 인공 지능을 활용하여 작물 생장에 필요한 최적의 광합성 환경을 조성하는 동시에 작물의 생장을 촉진할 수 있는 작물 재배 시스템에 관한 것이다.

작물 재배를 위해서는 재배되는 식물로 알맞은 영양분을 공급함과 아울러 재배되는 식물이 충분히 그리고 골고루 빛을 받을 수 있어야 한다. 특히, 비닐하우스, 유리온실, 스마트팜(Smart farm) 또는 식물공장의 재부 공간에서 작물을 밀집하여 재배하고자 하는 경우, 재배되는 작물 전부가 충분히 그리고 골고루 빛을 쬘 수 있도록 하는 것이 중요하다. 이때, 재배되는 작물이 햇빛만으로 충분히 그리고 골고루 빛을 받지 못하는 경우, 또는 햇빛을 이용하지 않는 경우, 또는 계절에 따라 여름엔 해가 길지만 겨울은 해가 짧아 보광을 해야하는 경우, 인공조명을 이용하게 된다.

또한, 최근 황사, 미세먼지 증가로 인한 공기질의 악화와, 눈, 비, 구름 등의 날씨변화에 의한 부족한 빛으로 인해 충분한 광합성이 이루어지지 않아 농작물 생산량 감소 및 작물 생장의 어려움을 겪고 있다. 뿐만 아니라, 기온변화에 따라 우리나라 기후가 열대성 기후로 점진적으로 변화됨에 따라 재배양육조건이 달라져 기존의 농작물 재배 방법을 사용하는 데 한계가 있다. 따라서, 부족한 빛을 보충하여 재배양육조건을 충족할 수 있는 인공조명의 필요성이 요구되고 있다.

일반적으로 많이 사용하는 인공조명은 청색, 녹색 혹은 적색의 단일 광원을 가진 경우이나, 복합파장(풀스펙트럼; broad band)을 구현하여 자연광에 가까운 650nm 파장대의 편안하고 자연스러운 빛을 방출한다. 즉, 인공조명은 태양빛과 가까운 파장으로 날씨 등 환경 변화에 관계없이 광합성을 촉진시켜 작물의 생육시간을 단축할 수 있다.

하지만 이러한 인공조명은 대부분 태양빛에 가까운 파장을 구현하고 있어 엽상채와 같은 채소류는 초록색을 반사하고 흡수하지 못해 식물 생장에 적합하지 못하므로 모든 작물에 적용하는 데 한계가 있다.

본 발명은 상기의 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 특정 파장만을 구현한 복수의 LED를 조합하여 광합성에 영향을 주는 특정 파장대의 빛을 구현함으로써 작물의 생장을 촉진할 수 있는 LED 작물 재배등을 이용한 작물 재배 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 조도센서를 이용하여 LED 작물 재배등의 점/소등을 제어함으로써 작물의 생장에 필요한 최적의 광량을 유지할 수 있는 LED 작물 재배등을 이용한 작물 재배 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 작물의 식물 생장 단계를 모니터링하고, 모니터링에 따른 식물 생장 단계에 따라 작물에게 최적화된 광의 방출이 가능하도록 LED 작물 재배등의 위치를 조정함으로써 작물의 생장을 촉진할 수 있는 LED 작물 재배등을 이용한 작물 재배 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 식물 생장, 해충 기피 및 해충 포집 중 원하는 기능에 따라 특정 파장만을 구현한 복수의 LED를 미리 설정된 구성비, 개수 및 배열패턴에 따라 조합하여 LED 작물 재배등을 구현함으로써 다양한 기능을 수행할 수 있는 LED 작물 재배등을 이용한 작물 재배 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 LED 작물 재배등을 이용한 작물 재배 시스템은, 작물 재배 공간을 제공하는 구조물; 상기 구조물 내 일정한 간격으로 배치되며, 작물이 식재되는 재배용기를 구비하는 복수의 배드; 상기 구조물 내부에 설치되며, 설치된 위치 주변의 조도값을 측정하는 복수의 조도센서; 상기 구조물 내부에 설치되며, 설치된 위치 주변의 배드에 식재된 작물을 촬영하는 복수의 CCTV 시스템; 상기 복수의 배드 상측에 미리 설정된 높이만큼 이격되면서 각 배드와 평행하게 배치되되, 각 배드에 식재된 작물을 향하는 방향으로 광을 방출하는 복수의 LED 작물 재배등으로 구성된 적어도 하나 이상의 조명열을 포함하는 조명부; 상기 복수의 조도센서로부터 측정된 조도값과 미리 저장된 기준데이터를 비교하고, 비교결과에 따라 상기 조명부의 점/소등을 제어하고, 상기 복수의 CCTV 시스템으로부터 촬영된 영상을 분석하여 작물의 생장 단계를 판단하고, 판단된 작물의 생장 단계가 신장생장 이후시기 또는 개화시기이면 상기 조명열의 위치를 두 배드 사이로 이동하도록 제어하는 제어부;를 적어도 포함하고, 상기 조명부는 상기 복수의 배드가 N(N은 1이상의 자연수)개일 경우, N-1개의 조명열을 포함하며, 상기 조명열을 구성하는 복수의 LED 작물 재배등 각각은, RED LED, BLUE LED 및 ORANGE LED 중 적어도 하나 이상의 LED가 미리 설정된 구성비, 개수 및 배열패턴에 따라 조합되어 작물의 광합성에 적합한 광을 방출하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 LED 작물 재배등은, 외부 전원과 전기적으로 연결되는 소켓; 상기 소켓과 결합되며 LED로부터 발생하는 열을 발산하는 방열부; 상기 방열부와 결합되며 작물의 광합성에 최적화된 빛 스펙트럼을 갖도록 미리 설정된 구성비, 개수 및 배열패턴에 따라 조합된 복수 개의 LED가 기판상에 실장된 LED 회로부와, 상기 제어부(16)의 점/소등 제어신호에 따라 해당 LED 작물 재배등의 점/소등을 수행하는 LED 구동부를 포함하는 LED모듈; 및 상기 LED모듈과 결합되며 상기 LED모듈에서 방출하는 광을 투과시켜 외부로 확산하는 확산커버;를 적어도 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 RED LED, BLUE LED 및 ORANGE LED의 구성비는, 뿌리식물, 유실수, 엽채류, 양지식물, 음지식물을 포함하는 작물의 종류 및 작물의 높이 및 폭, 잎의 크기 및 개수에 따른 작물의 구조에 따라 선택되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 배열패턴은, 상기 RED LED, BLUE LED 및 ORANGE LED를 조합할 경우, 상기 기판의 외측에서 내측 방향으로 RED LED로 이루어진 제1열과, BLUE LED 및 ORANGE LED로 이루어진 제2열과, ORANGE LED로 이루어진 제3열이 순차적으로 실장되는 패턴이며, 상기 RED LED 및 BLUE LED를 조합할 경우, 상기 기판의 외측에서 내측 방향으로 1개의 BLUE LED와 3개의 RED LED가 교대로 배치되는 제1열이 반복하여 제3열까지 순차적으로 실장되는 패턴인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 LED 작물 재배등은, 작물의 종류 및 생장 높이에 따라 작물의 맨 위로부터 이격되는 높이 및 LED 작물 재배등 사이 배열 간격이 결정되되, 식재된 작물이 딸기와 유사한 생장 높이의 작물일 경우, 상기 배드에 식재된 작물의 맨 위로부터 800 ~ 900mm의 높이만큼 이격 배치되고, 이후, 두 배드 사이로 위치가 이동되면 성장된 작물의 맨 위의 잎과 열매가 맺히는 위치의 중간 지점으로부터 800 ~ 900mm의 높이만큼 이격 배치되고, 상기 조명열은, 복수의 LED 작물 재배등이 음지인 구역에서는 1000 ~ 1200mm의 간격으로, 양지인 구역에서는 1500mm의 간격으로 배열되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 LED 작물 재배등은, 작물의 종류 및 생장 높이에 따라 작물의 맨 위로부터 이격되는 높이 및 LED 작물 재배등 사이 배열 간격이 결정되되, 식재된 작물이 방울토마토와 유사한 생장 높이의 작물일 경우, 상기 배드에 식재된 작물의 맨 위로부터 500 ~ 600mm의 높이만큼 이격 배치되고, 이후, 두 배드 사이로 위치가 이동되면 성장된 작물의 맨 위의 잎과 열매가 맺히는 위치의 중간 지점으로부터 500 ~ 600mm의 높이만큼 이격 배치되고, 상기 조명열은, 복수의 LED 작물 재배등이 1500 ~ 2000mm의 간격으로 배열되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 복수의 배드는 서로 이웃한 배드 간 간격이 900 ~ 1000mm 범위가 되도록 배치되며, 각 배드는 높이가 900 ~ 1000mm 이고, 폭이 450mm 이고, 길이가 90000mm인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 확산커버는, 구형, 길쭉한 구형, 납작한 구형 및 평면형 중 하나의 광방출면을 가지며, 투명 또는 하얀색의 반투명 재질로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 조명부는, 하나의 배드 양 측에 각각 설치되는 두 개의 지지대와, 지지대 상측 끝단과 일단이 회전가능하도록 결합되되, 타단이 각 조명열의 끝단과 연결되는 각도조절부와, 상기 각도조절부의 타단 및 조명열과 연결된 복수의 와이어의 길이를 상기 제어부의 제어에 따라 조절하여 상기 조명부의 높이를 조절하는 도르래를 포함하는 지지부;를 더 포함하며, 상기 지지부는 조명열의 개수만큼 복수 개 구비되고, 상기 각도조절부는 상기 제어부의 제어에 따라 상기 일단의 회전을 통해 해당 조명열을 두 배드 사이로 이동시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제어부는, 상기 구조물의 덮개 개폐 여부, 날씨, 상기 구조물 주변환경에 따라 달라지는 조도값을 상기 조도센서로부터 획득하고, 획득된 조도값과 미리 저장된 기준데이터의 비교결과가 획득된 조도값이 기준데이터 미만이면 상기 조명부의 점등을 결정하되, 획득된 조도값과 기준데이터의 차만큼 상기 LED 작물 재배등의 점등 개수를 결정하며, 상기 비교결과가 획득된 조도값이 기준데이터 이상이면 상기 조명부의 소등을 결정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제어부는, 일출 및 일몰 시간에 대응하여 상기 조도센서로부터 측정된 조도값을 획득하고, 획득된 조도값과 미리 설정된 기준데이터를 비교하며, 비교결과 획득된 조도값이 미리 설정된 기준데이터 미만이면 일몰로 판단하고, 작물의 호흡을 위한 휴게시간 동안 소등 상태를 유지한 후 상기 조명부가 점등되도록 제어하고, 비교결과 획득된 조도값이 미리 설정된 기준데이터 이상이면 일출로 판단하여 상기 조명등이 소등되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 조도센서는, 상기 구조물 내부를 상기 조도센서의 측정 범위를 기준으로 분할된 다수의 구역 각각에 설치되며, 상기 제어부는, 각 구역에 설치된 조도센서로부터 측정된 조도값을 획득하고, 획득된 조도값들을 미리 설정된 기준데이터와 비교하고, 비교결과 측정된 조도값이 기준데이터 미만인 구역은 음지로 판단하고 해당 조명열의 LED 작물 재배등이 점등되도록 제어하고, 측정된 조도값이 기준데이터 이상인 구역은 양지로 판단하고 해당 조명열의 LED 작물 재배등이 소등되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 미리 설정된 구성비, 개수 및 배열 패턴에 따라 복수의 R/B/O LED를 조합하여 광합성에 영향을 주는 파장대(빛-스펙트럼)를 갖는 LED 작물 재배등을 구현함으로써 식물 생장 촉진에 최적화된 광의 제공이 가능한 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 조도센서를 이용하여 구조물 내 조도값을 측정함으로써 날씨, 계절, 주변환경에 따른 영향과 무관하게 식물 생장에 필요한 최적의 광량을 제공할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 복수의 R/B/O LED를 미리 설정된 구성비, 개수 및 배열 패턴에 따라 조합하여 특정 파장대의 광을 구현함으로써 광합성에 최적화된 광을 통한 식물 생장촉진뿐만 아니라, 해충 퇴치 및 병충해 피해를 최소화할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 효과가 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 LED 작물 재배등을 이용한 작물 재배 시스템(10)의 전체 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 작물 재배 시스템에 있어서, 배드 및 LED 작물 재배등의 배치 및 제어부가 조명부의 위치를 조정하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 조명부의 위치 및 높이를 조절하는 지지부의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 조명부(13)의 각 조명열을 구성하는 LED 작물 재배등의 상세 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 4에 도시된 LED모듈의 제1 실시예를 설명하기 위한 예시도이다.
도 6은 도 4에 도시된 LED모듈의 제2 실시예를 설명하기 위한 예시도이다.
도 7은 도 4에 도시된 LED모듈의 제3 실시예를 설명하기 위한 예시도이다.
도 8은 도 4에 도시된 LED모듈의 다른 실시 형태를 설명하기 위한 예시도이다.
도 9는 도 4에 도시된 확산커버의 형상에 대한 제1 실시예를 설명하기 위한 예시도이다.
도 10은 도 4에 도시된 확산커버의 형상에 대한 다양한 실시예를 설명하기 위한 예시도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 작물 재배 시스템의 구조물을 비닐하우스형 온실로 구현한 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 AI를 활용한 작물 재배 시스템을 설명한다.

이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 대해서 자세히 설명한다. 이때, 각각의 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타낸다. 또한, 이미 공지된 기능 및/또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 이하에 개시된 내용은, 다양한 실시 예에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분을 중점적으로 설명하며, 그 설명의 요지를 흐릴 수 있는 요소들에 대한 설명은 생략한다. 또한, 도면의 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시될 수 있다. 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니며, 따라서 각각의 도면에 그려진 구성요소들의 상대적인 크기나 간격에 의해 여기에 기재되는 내용들이 제한되는 것은 아니다.

본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시 예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하도록 해석되어서는 안 된다.

또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 대하여 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 LED 작물 재배등을 이용한 작물 재배 시스템(10)의 전체 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 작물 재배 시스템(10)은, 작물 재배 공간을 제공하는 구조물(11), 구조물(11) 내부에 일정 간격으로 배치되며 작물이 식재되는 재배용기를 구비하는 복수의 배드(12), 각 배드(12a, 12b, 12c)의 상측에 위치하되, 식재된 작물의 맨 위로부터 미리 설정된 높이에서 작물을 향해 빛을 방출하도록 일정 간격으로 배열된 복수의 LED 작물 재배등으로 이루어진 조명열(13a, 13b)들을 포함하는 조명부(13), 구조물(11)의 작물 재배 공간을 분할한 각 구역 내 설치되며 설치된 구역의 조도값을 측정하는 복수의 조도센서(14), 구조물(11)의 내부에 설치되며 작물의 모니터링을 위한 영상을 촬영 및 수집하는 복수의 CCTV 시스템(15) 및 복수의 조도센서(14) 및 CCTV 시스템(15)으로부터 데이터(조도값, 영상데이터)를 수집하며, 수집된 데이터로부터 획득된 구조물(11) 내부의 조도값 및 식재된 작물의 식물 생장 단계에 맞춰 조명부(13)의 위치, 빛의세기, 광량 및 점/소등 개수를 제어하는 제어부(16)를 적어도 포함하여 구성될 수 있다. 제어부(16)는 조명부(13), 조도센서(14) 및 CCTV 시스템(15)과 전기적으로 연결되거나, 무선통신을 통해 데이터 수신 및 제어를 수행할 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 구조물(11)은 광선, 온도, 습도 따위를 인공적으로 조절하여 각종 식물을 재배할 수 있도록 만든 온실로, 비닐하우스, 유리온실, 스마트팜, 식물공장 등으로 구현될 수 있다.

복수의 배드(12)는, 적어도 하나 이상의 배드로 이루어지며, 각 배드(12)는 작물이 일정한 간격으로 식재될 수 있는 재배용기를 제공하며, 일정한 간격을 두고 평행하게 설치된다. 여기서, 두 배드 사이의 간격이 충분히 확보되지 않을 경우, 배드에 식재된 작물은 아래측까지 충분한 빛을 공급받지 못할 수 있다. 이러한 배드(12)의 사양은 예를 들어, 450mm*(900mm ~ 1000mm)*90000mm(Width*High*Length)의 규격으로 구현될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 작물의 종류, 구조물의 규격에 따라 배드의 길이는 조정될 수 있다. 또한, 복수의 배드(12)에서 각 배드 간 거리(간격)는 900mm ~ 1000mm가 되도록 설치되는 것이 바람직하다.

조명부(13)는 복수의 조명열로 이루어지며, 각 조명열은 복수 개의 LED 작물 재배등으로 이루어질 수 있다. 각 조명열(13a, 13b)은 처음에는 각 배드의 상측에 위치한다. 본 발명에서는 조명부(13)가 두 개의 조명열(13a, 13b)로 이루어진 것으로 도시하였지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 배드(12)가 N개이면 조명부(13)는 N-1개의 조명열로 설치될 수 있다(여기서, N은 1보다 큰 자연수). 하지만, 예외로, 배드(12)를 1개 구성할 경우는 1개의 조명열로 조명부(13)를 구성할 수도 있다. 예를 들어, N개의 배드가 설치되면 N-1개의 조명열이 각 배드의 상측에 순차적으로 설치되며 마지막 1개의 배드에는 조명부가 설치되지 않는다.

이러한 조명부(13)는 구조물(11)의 주변 환경(예를 들어, 산, 건물 및 다리 등의 주변 조형물, 나무 등) 또는 구조물(11)의 덮개에 의해 형성되는 음지, 양지에 따라 조명열(13a, 13b)의 LED 작물 재배등의 배열 간격을 다르게 설정할 수 있다. 예를 들어, 배드(12)가 음지 구역에 위치한 경우 조명열(13a, 13b)의 LED 작물 재배등의 배열 간격은 1000mm ~ 1200mm, 배드(12)가 양지 구역에 위치한 경우 조명열(13a, 13b)의 LED 작물 재배등의 배열 간격은 1500mm가 되도록 구현될 수 있다.

또한, 조명부(13)는 하나의 작물에 배치되는 LED 작물 재배등의 개수를 기후, 주변환경, 식재된 작물 간 간격 등 다양한 인자에 따라 결정될 수 있다. 예를 들면, 하나의 작물에는 하나 이상의 LED 작물 재배등이 근접하도록 설계될 수 있다.

또한, 조명부(13)는, 날씨, 계절, 주변환경 등 다양한 조건에 따라 일조량이 부족한 경우, 작동하도록 제어될 수 있다. 예를 들면, 조명부(13)는 계절에 따른 일몰 시간 이후, 일정 시간 동안(예를 들면, 2시간)의 휴게시간을 가진 이후, 일출 시간까지 작동할 수 있다.

또한, 조명부(13)는, 일몰 이후 일출 이전의 시간, 즉, 야간 시간에 작동할 수 있다. 이로써 야간 시간에도 식물의 광합성을 촉진할 수 있다. 이때, 조명부(13)의 점/소등은 조도센서(14)를 이용해 자동으로 제어될 수 있다.

또한, 조명부(13)는 조도센서(14)를 통해 획득한 조도값이 미리 설정한 조도값 이상이 될 때까지 작동을 유지하도록 제어되거나, 조도센서(14)에 의해 측정된 조도값에 기초하여 미리 설정된 조도값(기준데이터)을 유지하도록 부분적으로 작동하도록 제어될 수 있다.

또한, 조명부(13)는, 작물의 식재 직후 각 배드(12a, 12b, 12c)의 상측, 즉, 식재된 작물의 바로 위에 미리 설정된 높이만큼 이격되어 위치하도록 설치되고, 작물의 잎사귀가 자라나기 시작하거나 꽃이 맺히려고 하기 직전에 두 배드(12)의 사이로 이동하여 위치하도록 조정된다.

또한, 조명부(13)는 각 LED 작물 재배등의 개별 작동이 가능하도록 구현되는데, 구조물(11) 내 형성되는 양지와 음지에 따라 잎사귀가 먼저 자라는 배드(12)의 해당 조명열의 LED 작물 재배등만 위치가 조정되거나 점/소등을 제어할 수 있다. 예를 들어, 음지의 경우 양지와 비교하여 1 ~ 2주 정도 작물이 늦게 자랄 수 있으므로, 해당 조명부(13)의 각 조명열을 구성하는 복수의 LED 작물 재배등을 개별적으로 위치 변경이 가능하도록 구현될 수 있다.

그리고, 조명부(13)의 각 조명열을 구성하는 복수의 LED 작물 재배등 각각은, 복수의 RED, BLUE, ORANGE LED의 조합에 의해 생성된 식물 생장에 최적화된 광을 인접한 작물로 방출할 수 있다. 여기서, 복수의 RED, BLUE, ORANGE LED의 조합은 RED LED, BLUE LED, ORANGE LED를 광합성에 효율적인 빛의 파장대를 갖도록 미리 설정된 구성비(RED LED:BLUE LED:ORANGE LED), 개수 및 배열 패턴으로 배치될 수 있다. 여기서, RED LED, BLUE LED 및 ORANGE LED의 구성비는, 뿌리식물, 유실수, 엽채류, 양지식물, 음지식물을 포함하는 작물의 종류 및 작물의 높이 및 폭, 잎의 크기 및 개수에 따른 작물의 구조에 따라 선택될 수 있다. 조명부에 대한 상세한 설명은 도 4 내지 도 7에서 설명하도록 한다.

조도센서(14)는 구조물(11) 내부 공간을 다수 개로 분할한 각 구역에 설치되며, 설치된 구역의 조도(빛의 밝기를 나타내는 정도)를 럭스단위로 측정한다. 이러한 조도센서(14)는 구조물(11) 내부의 조도값을 측정하여 제어부(16)로 전달하고, 제어부(16)는 획득된 조도값과 미리 설정된 기준데이터(기준 조도값)를 비교하고 비교결과에 따라 조명부(13)의 LED 작물 재배등의 점/소등을 제어할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 있어서, 구조물(11) 내 재배 공간(구역)을 A, B, C, D로 구분할 경우, 제어부(16)는 A, B, C, D에 각각 설치된 조도센서(14)로부터 측정된 조도값을 획득하고, 획득된 조도값을 미리 저장된 기준데이터(기준 조도값)와 비교하고, 비교결과 획득된 조도값이 기준데이터 미만일 경우, 기준데이터를 충족하기 위한 조도값만큼 점등할 조명부(13: 13a, 13b)의 LED 작물 재배등의 개수를 결정하고, 결정된 LED 작물 재배등의 점등을 작동할 수 있다. 한편, 비교결과, 획득된 조도값이 기준데이터 이상일 경우, 기준데이터를 초과하는 조도값만큼 소등할 조명부(13: 13a, 13b)의 LED 작물 재배등의 개수를 결정하고, 결정된 LED 작물 재배등의 소등이 작동되도록 조정될 수 있다. 이로써 조명부(13)의 불필요한 점등으로 인한 전력 소모를 줄일 수 있으며, 식물 생장에 필요한 최적의 광합성을 촉진할 수 있는 광 방출을 유지함으로써 식물 생장을 촉진할 수 있다.

복수의 CCTV 시스템(15)은 카메라를 이용해 구조물(11) 내부의 환경, 작물의 성장 상태를 모니터링하도록 영상을 촬영하고, 촬영된 영상을 제어부(16)로 전달한다.

제어부(16)는, 구조물(11)의 보온커버, 환기장치, 비닐 등의 덮개를 개방 및 폐쇄에 따른 차광 정도, 그리고 날씨에 따라 달라지는 조도에 대응하여 조명부(13)의 각 조명열에 구비된 LED 작물 재배등의 점/소등 여부 및 점/소등 개수를 제어한다. 즉, 제어부(16)는 구조물(11)에 대한 덮개의 개폐 정도에 따라 LED 작물 재배등의 점/소등 개수를 자동으로 조정할 수 있다.

구체적으로, 제어부(16)는 덮개의 개폐 여부에 따른 조도값을 복수의 조도센서(14)로부터 획득하고, 획득된 조도값을 미리 저장된 기준데이터(기준조도값)와 비교하며, 비교결과 획득된 조도값이 기준데이터 미만인지 아니면 이상인지를 판단하고, 판단결과에 대응하여 구조물(11) 내 조명부(13)의 각 조명열(13a, 13b)에 구비된 LED 작물 재배등의 점/소등 여부 및 점/소등 개수를 결정한다. 즉, 제어부(16)는 판단결과 획득된 조도값이 기준데이터 이상이면 LED 작물 재배등을 소등하고, 미만이면 LED 작물 재배등을 점등하되, 획득된 조도값과 기준데이터 간의 차에 비례하여 LED 작물 재배등의 점등 개수를 결정할 수 있다.

예를 들어, 구조물(11)의 덮개가 개방일 경우, 제어부(16)는 LED 작물 재생등을 소등하되, 조도센서(14)에 의해 획득된 조도값에 상응하여 미리 설정된 기준조도값을 충족하도록 소등 개수를 결정하며, 구조물(11)의 덮개가 폐쇄일 경우, LED 작물 재생등을 점등하되, 조도센서(14)에 의해 획득된 조도값에 상응하여 미리 설정된 기준조도값을 충족하도록 점등 개수를 결정한다. 이로써 초과된 광량의 제공을 줄여 불필요한 전력 소모를 줄일 수 있는 동시에, 부족한 광량을 보충하여 최적의 식물 생장을 유도할 수 있다.

참고로, 광량(PPFD: Photosynthetic Photon Flux Density)이 계속 증가하여도 광포화점 이상에서는 더 이상 광합성이 일어나지 않으므로, 식물의 성장을 위한 광량은 광보상점 이상 광포하점 이내인 것이 바람직하다.

또한, 제어부(16)는 일출/일몰 시간에 대응하여 조도센서(14)에 의하여 측정된 구조물(11) 내부의 조도값을 획득하고, 획득된 조도값을 이용해 일출/일몰에 따른 조명부(13)의 각 LED 작물 재배등의 점/소등을 자동으로 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(16)는 일출/일몰에 따른 구조물(11) 내 조도값을 조도센서(14)로부터 획득하고, 획득된 조도값이 미리 설정된 기준데이터(기준 조도값) 미만인지 이상인지 비교하고, 비교결과 획득된 조도값이 기준데이터 미만이면 일몰로 판단하여 구조물(11) 내 LED 작물 재배등이 점등되도록 제어하고, 비교결과 획득된 조도값이 기준데이터 이상이면 일출로 판단하여 구조물(11) 내 LED 작물 재배등이 소등되도록 자동으로 제어한다. 이때, 제어부(16)는 일몰 후 광합성 중단 및 호흡을 위한 휴게시간(예를 들어, 2시간)을 설정하고, 휴게시간 동안 LED 작물 재배등을 소등한 후 재점등하도록 제어한다.

이로써 제어부(16)는 조도센서(14)를 이용해 구조물(11) 내 조명부(13)의 점/소등을 자동 제어함으로써 식물의 생장에 최적화된 광합성 환경을 조성하여 식물 생장을 촉진할 수 있다.

이처럼 본 발명에 있어서, 제어부(16)의 제어에 따른 조명부의 점등시간은, 일출 직전 30분부터 덮개 개방 시점까지일 수 있다. 예를 들어, 겨울에는 기온이 낮아 일출 이후에도 덮개를 덮어 놓으므로 오전 5:30분부터 덮개 개방 직전까지 조명부를 점등한다. 또한, 조명부의 점등시간은 음지인 곳은 그늘이 진 시점부터 일몰 전까지 점등을 수행하고, 양지인 곳은 일몰 후 2시간 정도 휴게시간을 가진 다음, 1:30분에서 2:00분 정도 점등하고 난 후 소등하며, 음지인 곳도 일몰 때 조명부를 소등한 후 2시간 정도 휴게시간을 가진 다음 1:30분에서 2:00분 정도 점등하고 난 후 소등한다.

또한, 제어부(16)는 CCTV 시스템(15)으로부터 전달된 영상에 대한 영상처리 및 영상인식을 수행하여 작물에 대한 성장 모니터링을 수행하고, 성장 모니터링을 통해 작물의 성장 단계를 판단하고, 판단된 작물의 성장 단계에 대응하여 조명부(23)의 위치를 자동으로 조정한다. 예를 들어, 제어부(16)는 작물의 식재 직후에는 작물의 상측, 즉, 배드의 중앙 상측에 조명부(13)를 위치시키고, 성장 모니터링을 통해 작물의 생장 단계가 잎의 성장시기 또는 개화시기임이 확인되면 두 배드의 사이로 조명부(13)의 위치를 조정한다.

이러한 제어부(16)는 노트북, 컴퓨터 등으로 구현될 수 있으며, 각 구성과 전기적으로 연결되거나 유/무선 통신망을 통해 데이터를 수집 및 획득하고 조명부(13)의 각 LED 작물 재배등의 점/소등 및 위치 제어를 수행할 수 있다.

한편, 도시하지는 않았지만, 본 발명에 따른 작물 재배 시스템은 다양한 센서들을 포함할 수 있으며, 제어부(16)는 각 센서들로부터 획득한 감지정보를 이용해 식물 생장을 촉진할 수 있도록 적절한 제어를 수행할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 작물 재배 시스템은 구조물(11) 내 수분을 공급하기 위한 수단(물분무기, 스프링쿨러, 물공급호스 등), 양액을 공급하기 위한 수단, 공기의 순환을 위한 수단(환풍기, 덮개 개폐기 등) 등 작물 재배에 필요한 다양한 기기가 구조물 내 설치될 수 있으며, 습도, 온도, 물분사량은 식물의 생장에 적합하도록 설정되고 제어부(16)를 통해 이를 자동으로 제어함으로써 식물의 생장에 최적의 환경을 제공할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 작물 재배 시스템에 따르면, 광합성에 적합한 광을 방출하도록 복수의 LED를 조합하여 구성된 조명부를 이용하되, 식물의 생장 특성에 맞춰 광합성에 최적화된 파장의 빛이 공급되도록 조명부의 위치를 조정함으로써 식물의 생장을 촉진할 수 있다.

도 2는 도 1에 도시된 작물 재배 시스템에 있어서, 배드 및 LED 작물 재배등의 배치 및 제어부가 조명부의 위치를 조정하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.

도 2의 (a)를 참조하면, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 작물 재배 시스템(10)에 있어서, 우선, 작물이 배드(12)의 재배용기에 식재되면, 제어부(16)는 조명부(13)의 각 조명열을 구성하는 LED 작물 재배등을 각 배드(12)의 상측에 위치하도록 제어하고, 조명부(13)의 광이 배드(12)에 식재된 작물을 향해 직하하도록 조정한다. 이때, 조명부(13)의 설치 높이는 식재된 작물의 모종 위에서부터 일정 간격(d)만큼 이격된 높이이며, 일정 간격(d)은 작물의 종류, 작물의 크기(생장 높이)에 따라 다르게 결정될 수 있다. 예를 들어, 일정 간격(d)은 딸기와 같이 작물의 생장 높이가 낮은 작물은 800 ~ 900mm 범위인 것이 바람직하고, 방울토마토와 같이 작물의 생장 높이가 높은 작물은 500 ~ 600mm일 수 있다.

이후, 도 2의 (b)를 참조하면, 제어부(16)는 CCTV 시스템(15)으로부터 실시간 촬영되는 영상으로부터 식물의 성장 정도를 모니터링하고, 작물의 개화 여부 또는 잎사귀의 크기를 확인하고, 확인 결과 작물의 개화 또는 잎사귀의 성장(잎사귀의 크기가 일정 이상으로 커졌음)이 확인되면, 각 배드(12)의 상측에 위치하던 LED 작물 재배등을 두 배드(12) 사이에 위치하도록 이동시킨다. 이때, 이동된 조명부(13)의 설치 높이는 성장된 작물의 맨 위의 잎과 열매가 맺히는 위치와의 중간 위치에서부터 일정 간격(d)만큼 이격된 높이이며, 일정 간격(d)은 작물의 종류, 작물의 크기(높이)에 따라 다르게 결정될 수 있다. 예를 들어, 일정 간격(d)은 딸기와 같이 작물의 높이가 낮은 작물은 800 ~ 900mm 범위인 것이 바람직하고, 방울토마토와 같이 작물의 높이가 높은 작물은 500 ~ 600mm일 수 있다.

이러한 조명부(13)의 위치 조정을 통해 작물의 성장에 따라 최적의 광이 조사되도록 함으로써 작물의 성장 촉진을 유도할 수 있다.

참고로, 식물의 생육시기에 따른 비대부위는, 생식생장에서 영양생장으로, 신장생장에서 종자생장으로 생장하는 생육시기에 따라 달라진다. 처음에는 잎이 커지고 숫자가 많아지며 광합성을 많이하며 성장하다가, 종자생성 후에는 열매생성에 집중한다. 즉, 생육전기는 잎의 생장을 촉진시키며 식물생장을 도와야 하며, 생육후기는 잎의 생장을 억제(잎의 개수가 늘지 않도록 함)하여 식용부위(예를 들어, 열매)가 비대해지도록 한다. 본 발명에서는 생육시기에 따라 신장생장 이전시기까지를 제1단계, 신장생장 이후 시기를 제2단계로 작물의 생장 단계를 구분하도록 한다.

따라서, 본 발명의 제어부(16)는 작물의 생장 단계를 CCTV 시스템(15)으로부터 획득된 영상을 이미지 처리 및 분석하여 판단하고, 판단된 생장 단계가 제1단계이면 배드의 상측에, 판단된 생장 단계가 제2단계이면 두 배드의 사이에 조명부(13)가 위치하도록 조정할 수 있다.

또한, 제어부(16)는 1년을 다수의 기간으로 나누어 조명부(13)의 위치를 기간별로 조정할 수 있다. 예를 들어, 제어부(16)는 1년을 계절 단위로 기간을 나누고, 여름 기간에는 도 2의 (a)와 같이 배드(12)의 상측에 위치하도록 조정하고, 봄/가을 기간에는 도 2의 (b)와 같이 두 배드(12) 사이에 위치하도록 조정함으로써 식물의 생장에 필요한 조도, 광량, 빛의 세기 등을 조절하여 최적의 식물 생장 환경을 조성할 수 있다. 참고로, 식물의 생장에 필요한 조도는 봄/가을에는 1일 평균 1,000 ~ 2,000럭스(lux)이고, 여름에는 1일 평균 100,000 ~ 130,000럭스이다.

도 3은 도 1에 도시된 조명부의 위치 및 높이를 조절하는 지지부의 구성을 설명하기 위한 도면으로, (a)는 지지부의 전체 구성을 개략적으로 나타낸 것이고, (b)는 지지부의 위치 조절을 설명하기 위한 것이고, (c)는 지지부의 높이 조절을 설명하기 위한 것이다.

도 3의 (a)를 참조하면, 본 발명에 따른 조명부(13)는, 하나의 배드 양 측에 각각 설치되는 두 개의 지지대(131a, 131b)와, 각 지지대(131a, 131b)의 상측 끝단과 일단이 회전가능하도록 결합된 회전축(132a, 132b)을 형성하고, 타단이 각 조명부(13)와 연결된 와이어(133)의 끝단과 연결되는 두 개의 각도조절부(134a, 134b)와, 각 각도조절부(134a, 134b)의 타단 및 조명부(13)와 연결된 복수의 와이어(133)의 길이를 제어부의 제어에 따라 조절하여 조명부(13)의 높이를 조절하는 복수의 도르래(135a, 135b, 135c, 135d)를 포함하는 지지부(130)를 더 포함한다.

여기서, 지지부(130)는 조명부(13)를 구성하는 조명열의 개수만큼 복수 개 구비되고, 각도조절부(134a, 134b)는 제어부의 제어에 따라 회전축(132a, 132b)을 축으로 하여 회전함으로써 30°정도 기울어지고, 이에 따라 해당 조명부(13)의 조명열을 두 배드 사이로 이동시킬 수 있다.

예를 들어, 도 3의 (b)를 참조하여 지지부(130)의 위치 조절 동작을 설명하면, 먼저, 지지대(131a)의 상측 끝단에 결합된 회전축(132a)을 중심으로 지지대(131a)와 각도조절부(134a)가 일직전에 놓이도록 조작된 경우, 조명부(13)는 배드의 상측에 위치하게 된다.

그리고, 지지대(131a)의 상측 끝단에 결합된 회전축(132a)을 중심으로 각도조절부(131a)가 30°아래로 기울어지도록 조작된 경우, 조명부(13)는 두 배드의 사이에 위치하게 된다.

지지부의 일측에 설치된 지지대, 각도조절부의 동작에 대해서만 설명하였지만, 지지부의 타측도 같은 원리로 동시에 동작되는 것이 바람직하다.

그리고, 도 3의 (c)를 참조하여 지지부(130)의 높이 조절 동작을 설명하면, 본 발명에 따른 지지부(130)는, 제어부의 제어에 따라 복수의 도르래(135a, 135b, 135c, 135d)를 움직여 와이어(133)를 움직이고, 와이어(133)에 연결된 조명부(13)를 두 배드 사이로 위치가 이동된다.

한편, 지지부(130)는 복수의 배드와 대응되는 위치에 고정적으로 배치될 수 있다. 예컨대, 지지부(130)는 도 3의 (b)와 같이 배드의 길이 방향 축 상에 고정 배치될 수 있고, 또는, 도 3의 (c)와 같이 각각의 배드 사이에 고정 배치될 수 있다. 다만, 배드와의 관계에서 지지부(130)를 배치하는 방법은 이에 한정되지 않으며, 지지부(130)는 구조물(11)의 특성, 재배하고자 하는 작물의 종류 등에 따라 다양한 방법으로 배치될 수 있다.

이하, 도 4 내지 도 10을 참조하여 조명부(13)의 각 조명열을 구성하는 LED 작물 재배등에 대해 구체적으로 설명하도록 한다.

도 4는 도 1에 도시된 조명부(13)의 각 조명열을 구성하는 LED 작물 재배등의 상세 구성을 설명하기 위한 도면이다. 도 5는 도 4에 도시된 LED모듈의 제1 실시예를 설명하기 위한 예시도이다. 도 6은 도 4에 도시된 LED모듈의 제2 실시예를 설명하기 위한 예시도이다. 도 7은 도 4에 도시된 LED모듈의 제3 실시예를 설명하기 위한 예시도이다. 도 8은 도 4에 도시된 LED모듈의 다른 실시 형태를 설명하기 위한 예시도이다. 도 9는 도 4에 도시된 확산커버의 형상에 대한 제1 실시예를 설명하기 위한 예시도이다. 도 10은 도 4에 도시된 확산커버의 형상에 대한 다양한 실시예를 설명하기 위한 예시도이다.

먼저, 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 LED 작물 재배등(131)은, 외부 전원과 전기적으로 연결되는 소켓(131-1), 소켓(131-1)과 결합되며 LED모듈(131-3)의 각 LED로부터 발생하는 열을 발산하는 방열 기능을 갖는 방열부(131-2), 방열부(131-2)와 결합되며 작물의 광합성에 최적화된 빛 스펙트럼을 갖도록 미리 설정된 구성비, 개수 및 배열패턴에 따라 구비된 복수 개의 LED가 제어부(16)의 점/소등 제어신호에 따라 점/소등되는 LED모듈(131-3), LED모듈(131-3)과 결합되며 LED모듈(131-3)의 조합된 광을 외부로 확산하는 확산커버(131-4)를 적어도 포함하여 구성된다.

여기서, LED모듈(131-3)은, 식물 성장 특성에 적합한 광, 즉, 광합성에 적합한 광을 조사하도록 복수의 RED LED, BLUE LED 및 ORANGE LED 중 복수의 LED가 미리 설정된 구성비, 개수 및 배열패턴에 따라 조합되어 원형의 기판에 실장된 구조로 제작될 수 있다.

그리고, LED모듈(131-3)은, 외부 전원과 전기적으로 연결되어 복수의 LED에 전원을 공급하는 구동부(미도시)를 포함한다. 이러한 LED모듈(131-3)의 다양한 실시예에 대해 도 5 내지 도 7을 참조하여 설명하도록 한다.

도 5의 (a) 및 (b)를 참조하면, 본 발명에 따른 LED모듈의 제1 실시예는 복수 개의 RED LED, BLUE LED, ORANGE LED를 조합하여 구현한 것이다.

도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 LED모듈은 식물의 광합성에 가장 적합한 파장대의 빛-스펙트럼을 갖도록 미리 설정된 구성비, 개수 및 배열패턴에 따라 복수 개의 RED LED, BLUE LED, ORANGE LED가 원형의 기판 상에 실장된다. 이때, 배열패턴은 기판의 외측에서 내측 방향으로 RED LED로 이루어진 제1열과, BLUE LED 및 ORANGE LED로 이루어진 제2열과, ORANGE LED로 이루어진 제3열이 순차적으로 실장되는 패턴이다.

그리고, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 LED모듈은 복수 개의 RED LED, BLUE LED, ORANGE LED의 조합에 의해 식물의 광합성에 적합한 파장대의 빛-스펙트럼을 구현할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따르면, RED LED, BLUE LED, ORANGE LED 각각은 특정 파장만 방출하도록 구현된 LED 소자로, RED LED의 파장대 영역은 630 ~ 730nm이고, BLUE LED의 파장대 영역은 430 ~ 480nm이고, ORANGE LED의 파장대 영역은 580 ~ 650nm이고, 이처럼 특정 파장대의 R/B/O LED를 조합함으로써 태양광 중에서 광합성에 가장 적합한 파장대에 근접한 광을 구현할 수 있다.

따라서 본 발명의 제1 실시예에 따른 LED모듈은 작물 재배에 최적화된 광(식물 성장 추이에 맞춰 광합성에 가장 적합한 파장대의 광)을 구현함으로써 식물 생장 및 광합성이 촉진되고, 이로 인해 작물 재배의 생산성 및 과실의 상품성을 향상시킬 뿐만 아니라, 과실의 당도가 향상되는 효과를 가진다.

도 6의 (a) 및 (b)를 참조하면, 본 발명에 따른 LED모듈의 제2 실시예는 복수 개의 RED LED, BLUE LED를 조합하여 구현한 것이다.

도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 LED모듈은 식물의 광합성에 적합한 파장대의 빛-스펙트럼을 갖도록 미리 설정된 구성비, 개수 및 배열패턴에 따라 복수 개의 RED LED, BLUE LED가 원형의 기판 상에 실장된다. 이때, 배열패턴은 기판의 외측에서 내측 방향으로 1개의 BLUE LED와 3개의 RED LED가 교대로 배치되는 제1열이 반복하여 제3열까지 순차적으로 실장되는 패턴이다.

그리고, 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 LED모듈은 복수 개의 RED LED, BLUE LED의 조합에 의해 식물의 엽록소가 가장 잘 흡수하는 파장대의 빛-스펙트럼을 구현할 수 있다. 식물의 엽록수가 가장 잘 흡수하는 파장대는 광합성에 가장 적합한 파장대를 의미한다. 즉, 본 발명의 제2 실시예에 따른 LED모듈은 광합성에 가장 적합한 특정 파장대를 구현함으로써 식물 성장 촉진에 탁월한 효과를 가진다. 이로써 본 발명의 제2 실시예에 따른 LED모듈은 작물 재배의 생산성 및 과실의 상품성을 향상시킬 뿐만 아니라, 과실의 당도가 향상되는 효과를 가진다.

도 7의 (a) 및 (b)를 참조하면, 본 발명에 따른 LED모듈의 제3 실시예는 복수 개의 RED LED만으로 구현한 것이다.

도 7의 (a)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 LED모듈은 해충이 싫어하는 파장대의 빛-스펙트럼을 갖도록 미리 설정된 개수에 따라 복수 개의 RED LED가 원형의 기판 상에 실장된다.

그리고, 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 LED모듈은 해충이 싫어하는 파장대역인 580 ~ 730nm을 구현할 수 있다. 이를 이용해 본 발명의 조명부는 해충 퇴치 기능을 수행할 수 있다.

한편, 도시하지는 않았지만, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 LED모듈은 복수 개의 BLUE LED만으로 구현될 수 있으며, 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이, 해충이 좋아하는 파장대역인 300 ~ 600nm을 구현할 수 있다. 이를 이용해 본 발명의 조명부는 해충 포집 기능을 수행할 수 있다.

따라서 본 발명의 제3 실시예에 따른 LED모듈의 해충 퇴치 및 포집 효과로 인해 농약 소비의 감소가 가능하고, 이로써 친환경적인 작물 재배가 가능할 뿐만 아니라 생산성이 향상됨으로써 농가 소득 향상을 도모할 수 있다.

한편, 도 4에 도시된 LED모듈(131-3)은 복수의 LED가 실장된 원형 기판 형태로 제작되었으나, 도 8의 (a) 및 (b)를 참조하면, 본 실시예에 따른 LED모듈(30)은 복수의 LED(32)가 막대 형상의 기판(31)에 일렬로 실장된 형태로 제작될 수 있다. 이러한 LED모듈(30)은 적어도 하나 이상으로 구성될 수 있으며, 재배하는 작물로 빛이 방출되는 방향과 대응하여 부합하는 개수로 제공되거나, 전 방향으로 빛이 방출되도록 제공될 수 있다. 이때, 복수의 LED(32)는 도 5 내지 도 7에 도시된 실시예들과 마찬가지로, 복수의 RED LED, BLUE LED 및 ORANGE LED 중 복수의 LED가 미리 설정된 구성비, 개수 및 배열패턴에 따라 조합될 수 있다. 이처럼 복수의 RED LED, BLUE LED 및 ORANGE LED가 다양한 구성비, 개수 및 배열패턴에 따라 배열됨으로써 설정된 특정 파장대의 다양한 광을 생성할 수 있으며, 다양한 구성비, 개수 및 배열패턴은 작물에 따라 결정되거나, 요구하는 기능(식물 생장, 해충 퇴치, 해충 포집 등)에 따라 결정될 수 있다. 막대 형상의 기판(31)은 작물로 충분한 빛과 열을 제공할 수 있도록 복수의 LED가 실장될 수 있는 길이로 제작될 수 있다.

또한, 본 실시예에 따른 LED모듈(30)은 확산커버(131-4)를 상하 수직방향으로 배치되되, 소켓(131-1)이 위를 향하도록 설치되었을 때를 기준으로, 상측으로 갈수로 서로 멀어지고, 하측으로 갈수록 서로 수렴하도록 배치될 수 있다.

그리고, 확산커버(131-4)는 LED 작물 재배등의 외관을 형성하고, 내부 구성 요소를 보호할 수 있다.

도 9를 참조하면, 이러한 확산커버(131-4)는 구형의 광방출면을 갖도록 구현될 수 있으며, 광을 투과시키는 다양한 재질(예를 들어, 유리, 플라스틱 등)로 제작될 수 있다.

도 9의 (a)에 도시된 바와 같이, 확산커버(131-4)는 투명 재질로 제작될 수 있다. 투명 재질의 경우, 도 5에 도시된 제1 실시예에 따른 LED모듈에 적용될 수 있으며, 복수 개의 RED LED, BLUE LED, ORANGE LED의 조합에 의한 식물의 광합성에 적합한 파장대의 빛이 그대로 투과될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 확산커버(131-4)는 도 9의 (b)에 도시된 바와 같이, 하얀색 반투명 재질로 구현될 수 있으며, 복수 개의 RED LED, BLUE LED의 조합에 의한 파장대의 빛이 하얀색 커버로 인해 투과되는 빛이 주광색에 가까운 색온도를 가질 수 있다.

또한, 도 10의 (a)를 참조하면, 본 발명에 따른 확산커버(131-4)는 평면형의 광방출면을 갖도록 투명 재질로 제작될 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 확산커버는 반투명 재질로도 구성될 수 있다.

또한, 도 10의 (b)를 참조하면, 본 발명에 따른 확산커버(131-4)는 길쭉한 구형의 광방출면을 갖도록 반투명 재질로 제작될 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니며 투명 재질로도 구성될 수 있다.

또한, 도 10의 (c)를 참조하면, 본 발명에 따른 확산커버(131-4)는 납작한 구형의 광방출면을 갖도록 반투명 재질로 제작될 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니며 투명 재질로도 구성될 수 있다.

참고로, 본 발명에 있어서, 확산커버의 광방출면의 형상에 따르면, 구형의 경우 빛의 퍼짐이 거의 360도로 형성되며, 평면형의 경우 240도의 빛의 퍼짐이 형성된다. 즉, 구형의 경우가 평면형보다 배광면적이 넓으므로, 작물의 세로높이, 가로로 퍼지는 정도, 잎의 개수 및 넓이의 정도에 따라 필요한 빛의 배광정도를 고려하여 확산커버의 형상을 선택할 수 있다.

도 11은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 작물 재배 시스템의 구조물을 비닐하우스형 온실로 구현한 예를 설명하기 위한 도면이다.

도 11을 참조하면, 본 발명에 따른 작물 재배 시스템은, 작물의 재배 공간을 제공하는 구조물로써 폭 8200mm의 비닐하우스형 온실을 설치하고, 비닐하우스형 온실의 폭을 고려하여 폭 방향으로 6개의 배드를 배드를 배치하되, 서로 이웃한 배드 간 간격이 900 ~ 1000mm가 유지되도록 평행하게 설치한다. 이때, 각 배드의 높이는 900mm ~ 1000mm이고, 폭은 450mm이고, 길이는 90000mm가 되도록 구성된다.

그리고, 각 배드의 상측에는 조명부가 설치되며, 설치된 조명부는 5열의 조명열로 구성된다. 각 조명열은, 딸기와 같이 작물의 높이가 낮은 작물이면, 800 ~ 900mm의 높이에 위치하도록 설치되며, 복수 개의 LED 작물 재배등으로 이루어지고, 복수 개의 LED 작물 재배등은 비닐하우스형 온실이 설치된 지역의 주변 환경(산, 건물, 다리, 나무 등)에 의해 양지 구역과 음지 구역으로 구분되며, 양지 구역인 경우 LED 작물 재배등의 배열 간격을 1500mm로, 음지 구역인 경우 1000mm ~ 1200mm로 설치한다.

한편, 각 조명열은, 방울토마토와 같이 작물의 높이가 높은 작물이면, 500 ~ 600mm의 높이에 위치하도록 설치되며, 각 조명열의 LED 작물 재배등은 1500 ~ 2000mm 배열 간격으로 설치될 수 있다.

도 12는 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 AI를 활용한 작물 재배 시스템을 설명한다. 도 12에 도시된 AI를 활용한 작물 재배 시스템은 AI를 활용하여 작물의 최적 생장 환경을 관리 및 제어하며, 도 1에 도시된 작물 재배 시스템과 비교하여 AI 기반 제어부(26)의 구성 및 기능이 차이가 있을 뿐, 다른 구성은 동일하므로, 동일한 구성에 대한 설명은 생략하도록 한다.

도 12를 참조하면, AI(인공지능) 기반 제어부(26)는 CCTV 시스템(25)으로부터 전달된 영상에 대한 영상처리 및 영상인식을 수행하여 작물에 대한 성장 모니터링을 수행하고, 성장 모니터링 결과 작물의 성장 단계를 판단하고, 판단된 작물의 성장 단계에 대응하여 조명부(23)의 위치를 자동으로 조정하고, 또한, 판단된 작물의 성장 단계 정보에 기초하여 해당 성장 단계에 필요한 생장 환경 정보를 기구축된 빅데이터로부터 추출하고, 추출된 생장 환경 정보(온/습도, 일조시간 및 일조량 등)에 따라 조명부(23)의 점/소등을 제어하여 광량 및 작동 시간 등을 자동으로 관리할 수 있다. 여기서, 성장 모니터링은 영상처리 및 영상인식을 수행한 영상데이터로부터 작물의 잎을 추출하고, 추출된 작물의 잎의 크기, 잎의 개수, 잎의 상태, 개화여부 등을 분석하는 것에 의해 이루어진다.

또한, AI 기반 제어부(26)는 추출한 작물에 대한 생장 환경 정보를 이용해 성장 시기별로 분석한 최적의 환경 설정값을 구하고, 구한 최적의 환경 설정값으로 구조물(21) 내 생육 환경을 조정할 수 있다. 이때, AI 기반 제어부(26)는 구한 환경 설정값과 현재 구조물(26) 내 생육 환경을 비교하여 실시간 진단을 수행하고, 각종 환경조절용 기계장치(예를 들어, 온/습도 조절장치, 조명부(23)의 위치조절장치, 양액공급장치, 환기장치, 덮개 개폐 장치 등)를 유기적으로 작동시켜 최적의 재배 환경이 유지되도록 할 수 있다. 이를 위해, 본 발명에 따른 AI를 활용한 작물 재배 시스템은, 도시하지는 않았지만, 온도센서, 습도센서, CO2센서, 풍향/풍속 센서, 강우센서, 토양센서 등 다양한 센서를 구조물(21) 내외부에 구비할 수 있으며, 다양한 센서를 이용해 실시간 농장의 생육 환경 상태를 분석 및 진단할 수 있다.

또한, AI 기반 제어부(26)는 CCTV 시스템(25)으로부터 전달된 영상에 대한 영상처리 및 영상인식을 수행하여 애벌레, 나방 등의 해충 유무를 분석하고, 해충이 존재할 경우 해충경고 알림을 수행할 수 있다. 또한, AI 기반 제어부(26)는 CCTV 시스템(25)으로부터 전달된 영상에 대한 영상처리 및 영상인식을 수행하여 잎의 상태를 이미지 분석하고, 빅데이터를 통해 학습된 병충해 피해 여부를 확인하고, 병충해 피해가 확인될 경우 병충해 경고 알림을 수행할 수 있다.

이와 같이 본 발명의 AI 활용한 작물 재배 시스템은 작물의 생육 환경을 최적의 상태로 유지되도록 자동 제어할 수 있으며, 이로써 날씨나 계절 변화와 무관하게 안정적인 계획 생산이 가능하다.

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.

10. 작물 재배 시스템 11. 구조물
12. 복수의 배드 13. 복수의 조명부
14. 복수의 조도센서 15. 복수의 CCTV 시스템
16. 제어부

Claims (1)

1. 작물 재배 방법에 있어서,
   상기 방법은,
   LED모듈을 포함하는 조명열을 이용하여 광을 조사하는 단계;
   제1 조건을 만족하는 경우 상기 조명열을 제1 배치 방법에 따라 제어하는 단계; 및
   제2 조건을 만족하는 경우 상기 조명열을 제2 배치 방법에 따라 제어하는 단계를 포함하는,
   작물 재배 방법.
   
   

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