KR101249485B1 - Plants cultivation apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 식물재배를 위해 소비되는 전력을 줄이면서도 재배되는 식물의 품질과 생산량을 높일 수 있는 식물재배장치에 관한 것이다.The present invention relates to a plant cultivation apparatus that can increase the quality and yield of plants grown while reducing the power consumed for plant cultivation.
다양한 종류의 식물이 식용, 관상용 또는 실험용 등의 목적으로 인공 재배된다. 이러한 인공 재배는 실외는 물론 실내에서도 이루어지며, 실내 인공 재배의 경우 재배 대상 식물이 자연과 동일한 환경에서 생장할 수 있도록 다양한 장치들이 구성된다.
Various kinds of plants are artificially grown for the purpose of edible, ornamental or experimental purposes. Such artificial cultivation is carried out indoors as well as indoors, and in the case of indoor artificial cultivation, various devices are configured to grow a plant to be grown in the same environment as nature.
도 1은 식물의 실내 인공재배에 대한 종래 모습을 개략적으로 도시한 도면으로서, 이를 참조해 설명한다.FIG. 1 is a schematic view showing a conventional artificial cultivation of a plant, and will be described with reference to FIG.
식물을 재배하기 위해서는 일정 공간(H) 내에 하나 이상의 선반장(10)을 비치한다. 이때, 선반장(10)에는 복층의 선반이 구성될 수 있어서, 식물(30)이 식재된 용기(20)를 상기 선반이 지지할 수 있도록 한다. 한편, 상기 선반의 하부에는 하층에 위치한 용기(20)를 조명하는 조명등(310)이 배치된다. In order to grow plants, one or
전술한 바와 같이 조명등(310)은 식물(30)의 광합성을 위해 광을 제공하는 수단으로서, 통상적으로 백열등과 같은 저항 전구 또는 형광등과 같은 방전등이 활용되며, 이중에도 상대적으로 소비전력이 낮은 형광등이 널리 활용된다. 이러한 조명등(310)은 식물(30)이 안정된 광합성과 호흡활동을 진행할 수 있도록, 자연계의 일출 및 일몰 주기에 상응하는 사이클로 점등 및 소등된다. 한편, 도시한 바와 같이 인공재배는 대량의 식물재배를 목적으로 하므로, 선반장(10) 하나에도 다수 개의 조명등(310)이 설치되고, 해당 조명등(310)은 일괄 제어된다. 따라서, 선반장(10)에는 조명등(310)의 점등 및 소등을 일괄제어하기 위한 조작반(50, 50', 50")이 배치될 수 있다.As described above, the
계속해서, 공간(H)에는 실내 습도를 정해진 범위로 일정하게 유지하기 위한 가습기(60)가 설치될 수 있다.Subsequently, the space H may be provided with a
또한, 공간(H)에는 실내 온도를 정해진 범위로 일정하게 유지하기 위한 냉난방기(70)가 설치될 수 있다.In the space H, a cooling /
또한, 공간(H)에는 실내 환기를 위한 환풍기(80)가 설치되고, 배기를 위한 배관설비(P)가 구축될 수 있다.In addition, a
이러한 조명등(310), 가습기(60), 냉난방기(70) 및 환풍기(80) 등은 재배자에 의해 개별 조작될 수도 있고, 중앙제어기(90)를 통해 일괄 제어될 수도 있다.The
이상 설명한 바와 같이, 식물(30)을 실내에서 재배하기 위해서는 일정한 환경 조건을 조성해야 하고, 이를 위해서는 다양한 장치들의 설치 및 구동이 요구된다. 하지만, 이러한 장치들은 지속적인 전력소비를 필요로 하고, 이러한 전력소비는 해당 식물(30) 재배의 비용을 증가시키므로, 식물(30) 재배로 발생하는 최종 수익이 감소하는 문제가 있었다.As described above, in order to cultivate the
또한, 식물(30)의 재배 공간은 선반장(10)으로 한정되는데 반해, 식물(30)의 생장 환경을 조성하는 가습기(60), 냉난방기(70) 및 환풍기(80) 등은 공간(H) 전체에 대한 환경을 조성하는데 전력을 소비해야 하므로, 실내에서 식물(30)을 재배하는 종래 방식은 매우 비효율적이고 비경제적이었다.In addition, the cultivation space of the
이러한 문제 해소를 위해 식물 재배업자들은 상기 장치들의 구동시간을 줄이는 방안이 연구되었다. 그러나, 상기 장치들의 구동시간 단축은 해당 식물(30)의 생장 환경을 악화시키는 원인이었고, 이는 곧 식물(30)의 품질 악화와 불량률을 높이는 원인이 되므로, 오히려 경제적 손실이 커지는 문제가 발생하였다.In order to solve this problem, plant growers have been studied to reduce the running time of the devices. However, the shortening of the driving time of the devices was a cause of deteriorating the growth environment of the
이에 본 발명은 상기와 같은 문제를 해소하기 위해 발명된 것으로서, 식물의 품질을 유지 또는 개선하면서도 인공 재배시 소모되는 전력을 효율적으로 운용할 수 있도록 된 전력소비효율이 개선된 식물재배장치의 제공을 기술적 과제로 한다.Therefore, the present invention has been invented to solve the above problems, and provides a plant cultivation apparatus with improved power consumption efficiency that can efficiently manage the power consumed during artificial cultivation while maintaining or improving the quality of the plant It is a task.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,According to an aspect of the present invention,
재배배드가 수용되는 재배공간을 구비한 재배함;Cultivation having a cultivation space in which cultivation beds are accommodated;
상기 재배배드의 식물을 조명하도록 설치되는 LED 조명등과, 제어부의 제어신호에 따라 펄스신호를 발생시키는 PWM파형발생기와, 상기 조명등에 공급되는 전기를 상기 펄스신호에 따라 스위칭하고 상기 제어신호에 따라 디밍신호를 발생시켜서 상기 전기의 세기를 조정하는 정전류제어수단을 구비한 조명부;An LED lamp installed to illuminate the plant of the cultivation bed, a PWM waveform generator for generating a pulse signal according to a control signal of a controller, and switching the electricity supplied to the lamp according to the pulse signal and dimming according to the control signal An illumination unit having a constant current control means for generating a signal to adjust the intensity of the electricity;
상기 재배공간의 공기를 냉각하는 냉방부Cooling unit for cooling the air in the cultivation space
상기 재배공간의 온도, 습도 또는 이산화탄소량 중 선택된 하나 이상을 감지해 수집정보를 생성하는 센서부;A sensor unit configured to generate collection information by sensing at least one selected from temperature, humidity, and carbon dioxide amount of the cultivation space;
재배자의 조작에 따른 입력신호를 생성해 제어부로 전송하고, 상기 제어부로부터 수신한 출력신호에 따른 출력정보를 출력하는 입출력부; 및An input / output unit which generates an input signal according to a grower's operation and transmits it to a control unit, and outputs output information according to the output signal received from the control unit; And
식물의 품종정보와 상기 품종별 생장 단계에 따른 소비전력 대비 최적화된 조명 밝기와 점멸주기 정보를 저장하는 메모리를 구비하고, 상기 입력신호에 따른 제어신호를 생성해서 상기 조명부 및 냉방부의 구동을 제어하며, 상기 수집정보에 따른 출력신호를 생성하되, 상기 조명부에 대한 제어신호는 상기 메모리의 검색 정보에 따라 생성하는 제어부;It is equipped with a memory for storing the information on the variety of plants and the lighting brightness and flashing cycle information optimized for the power consumption according to the growth stage for each variety, and generates a control signal according to the input signal to control the driving of the lighting unit and the cooling unit A controller configured to generate an output signal according to the collection information, wherein a control signal for the lighting unit is generated according to search information of the memory;
를 포함하는 전력소비효율이 개선된 식물재배장치이다.Plant cultivation device is improved power consumption efficiency, including.
상기의 본 발명은, 식물의 생장에 해를 주지 않는 범위로 조명등의 밝기를 조정해 전력소모를 획기적으로 줄일 수 있고, 생장환경 조성을 위한 장치 운영이 최소한의 공간으로 한정되므로 불필요한 전력소모를 줄일 수 있으며, 이를 통해 상기 식물의 인공 재배를 위한 투입 경비 대비 수익률을 높일 수 있는 경제적 효과가 있다.According to the present invention, it is possible to drastically reduce power consumption by adjusting the brightness of a lighting lamp within a range that does not harm plant growth, and to reduce unnecessary power consumption because device operation for creating a growth environment is limited to a minimum space. And, through this there is an economic effect that can increase the rate of return for the input cost for artificial cultivation of the plant.
도 1은 식물의 실내 인공재배에 대한 종래 모습을 개략적으로 도시한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 식물재배장치의 모습을 개략적으로 도시한 도면,
도 3은 본 발명에 구성된 조명부·냉방부·센서부가 재배함에 탑재된 모습을 개략적으로 도시한 재배함의 측면도,
도 4는 본 발명에 따른 식물재배장치를 이루는 각 구성을 도시한 구성도,
도 5는 본 발명에 따른 조명부를 이용한 식물의 재배실험 결과 식물의 생체중량을 보인 그래프,
도 6은 본 발명에 따른 조명부를 이용한 식물의 재배실험 결과 식물의 건물중을 보인 그래프,
도 7은 본 발명에 따른 조명부를 이용한 식물의 재배실험 결과 식물의 엽 수를 보인 그래프이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Figure 1 is a schematic illustration of a conventional artificial cultivation of plants,
Figure 2 is a view schematically showing the appearance of the plant cultivation apparatus according to the present invention,
3 is a side view of the grower schematically showing a state in which the lighting unit, the cooling unit, the sensor unit configured in the present invention mounted on the planting box,
Figure 4 is a block diagram showing each configuration constituting the plant cultivation apparatus according to the present invention,
5 is a graph showing the bio weight of the plant cultivation experiment results using the lighting unit according to the present invention,
6 is a graph showing the building of the plant cultivation experiment results using the lighting unit according to the present invention,
Figure 7 is a graph showing the number of leaves of the plant cultivation experiment results using the lighting unit according to the present invention.
상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The above and other features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of the present invention when taken in conjunction with the accompanying drawings, It will be possible. The present invention is capable of various modifications and various forms, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention.
이하 본 발명을 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명에 따른 식물재배장치의 모습을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명에 구성된 조명부·냉방부·센서부가 재배함에 탑재된 모습을 개략적으로 도시한 재배함의 측면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 식물재배장치를 이루는 각 구성을 도시한 구성도인 바, 이를 참조해 설명한다.Figure 2 is a view schematically showing the appearance of the plant cultivation apparatus according to the present invention, Figure 3 is a side view of the cultivator schematically showing the state mounted on the lighting unit, cooling unit, sensor unit configured in the present invention, Figure 4 is a block diagram showing each component constituting the plant cultivation apparatus according to the present invention, will be described with reference to this.
본 발명에 따른 식물재배장치는 재배 대상 식물을 수용하는 재배함(100)과, 식물의 광합성에 필요한 빛을 공급하는 조명부(300)와, 재배함(100) 내 재배공간(101)의 온도를 낮추기 위해 공기를 냉각하는 냉방부(400)와, 재배함(100) 내 재배공간(101)의 온도를 높이기 위핸 공기를 가열하는 난방부(500)와, 재배함(100) 내 재배공간(101)의 환경 상태를 감지하는 센서부(600)와, 재배자가 조명부(300)·냉방부(400)·난방부(500)·센서부(600)의 동작상태를 확인하고 제어하는 입출력부(700)와, 조명부(300)·냉방부(400)·난방부(500)·센서부(600)의 동작상태를 확인해 동작을 제어하는 제어부(800)를 포함한다. 또한, 상기 식물재배장치는 정전시에도 조명부(300)·냉방부(400)·난방부(500)·센서부(600)·입출력부(700)·제어부(800)가 정지 없이 정상적인 구동이 유지될 수 있도록 전력을 공급하는 배터리(미도시함)를 더 포함할 수 있다. 배터리는 상용 전력을 받아 자동 충전되는 충전방식이 적용될 수 있고, 이를 위해 상기 배터리 충전을 위한 충전기가 보강 구비될 수도 있다.Plant cultivation apparatus according to the present invention is a cultivation box (100) for receiving a plant to be grown, the
재배함(100)은 도시한 바와 같이 내부에 재배공간(101)을 형성하는 케이스 형상을 이루고, 재배자가 외부에서 내부를 볼 수 있도록 투명 또는 반투명한 재질로 제작될 수 있다. 또한 재배함(100)의 개구된 전면에는 외부와 재배공간(101)의 구획을 위한 블라인드(120)가 배치되어서, 재배공간(101) 내 공기와 외부 공기의 흐름이 최대한 차단되도록 하면서도 최소한의 환기는 유지되도록 해서, 식물의 광합성에 필요한 이산화탄소의 공급이 외부로부터 지속적으로 이루어질 수 있도록 하고, 이를 통해 재배공간(101)에서 생산된 산소가 외부로 공급될 수 있도록 한다.The
본 발명에 따른 실시 예에서는 블라인드(120)에 롤 타입이 적용되어서, 재배자가 필요에 따라 블라인드(120)를 손쉽게 업,다운할 수 있도록 하고, 이를 통해 재배공간(101)의 공기 비율을 용이하게 조절할 수 있도록 한다.In the embodiment according to the present invention, the roll type is applied to the blind 120, so that the grower can easily up and down the blind 120 as necessary, thereby facilitating an air ratio of the
하지만, 이외에도 본 발명에 따른 재배함(100)은 전면에 개폐 가능한 도어(미도시함)가 장착되어서, 재배 중인 식물을 꺼내거나 넣을 수 있도록 되고, 상기 도어를 닫으면 재배공간(101)이 격리되면서 실외 환경과의 분리가 명확해지도록 될 수도 있다. 상기 도어에는 냉장고의 도어에 적용되는 공지,공용의 밀폐기술이 적용될 수 있을 것이다.However, in addition to the
참고로, 재배함(100)의 전면에 도어가 적용될 경우, 재배공간(101)의 환기를 위해 재배함(100)은 환기팬을 더 포함할 수 있다. 환기팬은 재배공간(101)의 환기를 강제하기 위한 것으로서, 제어부(800)의 제어신호에 따라 재배공간(101) 내 이산화탄소비율을 조정하거나, 급격히 상승하거나 하강한 온도를 조절하기 위해 구동한다. 재배함(100)에는 재배공간(101)의 환기를 위한 유입구(미도시함)와 배기구(미도시함)가 형성되고, 환기팬은 통상적으로 배기구에 설치될 수 있을 것이다. 그러나, 환기팬의 설치위치는 배기구에 한정하는 것은 아니며, 유입구와 배기구 중 선택된 한 곳 이상에 설치되어서 기류가 강제로 형성되도록 할 수 있을 것이다.For reference, when the door is applied to the front of the
한편, 유입구 및/또는 배기구에는 외부 공기의 필터링을 위한 필터(미도시함)가 설치될 수 있을 것이다.On the other hand, the inlet and / or the exhaust port may be provided with a filter (not shown) for filtering the outside air.
재배함(100)에는 식물이 수용되는 재배공간(101) 이외에 냉방부(400)·난방부(500)·센서부(600)·입출력부(700)·제어부(800) 등이 수용되는 제1,2수용공간(102, 103)이 형성될 수 있다. 본 실시 예에서는 제1,2수용공간(102, 103) 두 개가 수용함(100)의 상단과 하단에 각각 형성된 것으로 했지만, 그 개수와 위치는 이에 한정하는 것은 아니며, 그 필요와 설계에 따라 다양하게 변형실시될 수 있을 것이다.In the
한편, 재배함(100)의 재배공간(101)에는 식물이 식재된 재배배드(200)를 지지하는 선반(110)이 구비될 수 있다. 선반(110)은 전술한 바와 같이 재배배드(200)를 안정적으로 지지하는 것으로서, 평판 형상일 수도 있고, 본 실시 예에서 보인 바와 같이 재배배드(200)의 가장자리를 걸어 지지하는 돌출된 턱 형상일 수도 있다. 선반(110)은 재배배드(200)를 지지할 수 있는 구조라면 이하의 청구범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양하게 변형실시될 수 있을 것이다.On the other hand, the
재배배드(200)는 식물이 식재되는 곳으로서, 양액이 저수되는 수조(210)와 식물이 식재되는 화분대(220)로 구성될 수 있다. 여기서 화분대(220)는 식물이 개별적으로 각각 식재된 다수의 화분을 일체로 고정하는 틀 형태일 수도 있고, 다수의 식물을 일체로 식재하는 대형 화분 형태일 수도 있다. 한편, 상기 양액은 재배 대상 식물에 영양분을 공급하는 액상비료의 일종으로서, 식물 생장에 필수적으로 필요한 요소가 포함된다. 상기 양액은 공지,공용의 기술이므로 이에 대한 설명은 생략한다.The
조명부(300)는 재배 대상 식물이 광합성 활동을 할 수 있도록 빛을 공급하는 것으로서, 통상적인 저항전구, 방전등, LED 등 다양한 방식의 발광수단이 적용될 수 있다. 그런데, 본 발명에 따른 조명부(300)는 지정된 주파수로 점멸을 반복해야 하고, 이러한 점멸주기 조정은 전력소모가 상대적으로 크므로 조명부(300)에 대한 실시 예로 LED를 적용하는 것이 바람직할 것이다.The
본 발명에 따른 조명부(300)는 밝기를 낮춤으로써 구동에 소비되는 전력량을 줄이고, 상기 밝기 감소로 인해 식물이 받는 손실은 조명등의 점멸주기 조정으로 보상해줌으로써, 식물의 인공 재배를 위한 전력 소비는 절감하고 식물의 품질은 유지 또는 향상시킬 수 있다.The
이를 위한 조명부(300)는 조명등(310)의 밝기 조정과 점멸주기를 제어할 수 있도록 한 것으로서, 식물의 품종에 따라 상기 조명등(310)의 밝기 및 점멸주기를 선택해 설정할 수 있다.The
본 발명에 따른 조명부(300)는 재배공간(101)에 설치되는 조명등(310)과, 펄스신호를 발생시키는 PWM파형발생기(320; Pulse Width Modulation; 펄스폭 변조)와, 직류전원(DC)의 전기를 PWM파형발생기(320)의 펄스신호에 따라 조명등(310)에 제공해서 조명등(310)이 상기 펄스신호에 상응하는 점멸주기를 갖도록 스위칭하는 정전류제어기(330; 정전류 제어 드라이버)를 포함한다.The
여기서, 조명등(310)은 정전류제어기(330)가 공급하는 전기에 반응해서 해당 점멸주기로 점멸할 수 있는 LED(light emitting diode) 램프가 적용될 수 있다. 조명등(310)은 재배배드(200)의 식물에 효과적으로 조명하기 위해 재배배드(200)의 직상방에 배치되는 것이 바람직하며, 이를 위해 재배배드(200)를 지지하는 선반(110) 저면에 설치될 수 있을 것이다. 그러나 이에 한정하는 것은 아니며, 재배공간(101)의 내벽에 직접 고정되거나, 상기 내벽으로부터 돌출된 행거(미도시됨) 등을 매개로 고정될 수도 있을 것이다.Here, the
재배자는 식물재배장치에 각각 개별 구성된 입출력부(700)를 조작함으로써 제어부(800)를 제어해 조명등(310)의 점멸주기를 제어할 수 있다. 그러나, 이외에도 재배자는 통신망을 매개로 제어부(800)와 통신하는 중앙제어부(C1), 컴퓨터(C2), 이동통신단말기(C3) 등을 이용해 제어부(800)로 접속할 수 있고, 이를 통해 제어부(800)가 제어하는 조명등(310)의 동작을 직접 제어할 수 있다. 이에 대한 구체적인 설명은 제어부(800)의 설명과 더불어 상세히 한다.The grower may control the flashing cycle of the
계속해서, 제어부(800)는 재배자의 상기 조작에 따라 해당하는 펄스 제어신호를 발생시킨다. 상기 펄스 제어신호를 수신한 PWM파형발생기(320)는 관련 펄스신호를 발생시켜서, 정전류제어기(330)가 상기 펄스신호에 상응하는 주기로 조명등(310)에 전원을 공급하도록 스위칭한다.Subsequently, the
한편, 재배자는 입출력부(700)를 조작함으로써 제어부(800)를 제어해 조명등(310)의 밝기를 제어할 수 있다. 참고로, 제어부(800)는 재배자의 조작에 따라 해당하는 디밍(dimming)신호를 발생시킨다. 상기 디밍신호를 수신한 정전류제어기(330)는 상기 디밍신호에 상응하는 전류를 조명등(310)에 공급하고, 조명등(310)은 해당 전류에 따라 밝기가 조정된다.
On the other hand, the grower may control the
도 5는 본 발명에 따른 조명부를 이용한 식물의 재배실험 결과 식물의 생체중량을 보인 그래프이고, 도 6은 본 발명에 따른 조명부를 이용한 식물의 재배실험 결과 식물의 건물중을 보인 그래프이고, 도 7은 본 발명에 따른 조명부를 이용한 식물의 재배실험 결과 식물의 엽 수를 보인 그래프인 바, 이를 참조해 설명한다.Figure 5 is a graph showing the bio weight of the plant as a result of the plant cultivation experiment using the lighting unit according to the present invention, Figure 6 is a graph showing the building of the plant as a result of cultivation experiment of the plant using the lighting unit according to the present invention, Figure 7 Is a graph showing the number of leaves of the plant as a result of the cultivation experiment of the plant using the lighting unit according to the present invention, will be described with reference to this.
본 발명에 따른 조명부(300)를 이용해 식물에 조사되는 조명등(310)의 밝기를 조정하고, 아울러 조명등(310)의 점멸주기를 조정해서 특정 식물의 최종 품질을 확인하였다.Using the
여기서, 식물의 품종은 청치마 상추(아시아종묘)로 하였다.Here, varieties of plants were made from blue lettuce lettuce (Asian seedlings).
조명등(310)은 12W의 LED 램프로 하였고, PWM파형발생기(320)의 상기 펄스신호 범위는 최소해상도 25 MHz, 최대해상도 97.65 KHz, 최대간격 0.6710 sec의 사양으로 하였다.The
조명등(310)의 점등 주기는 16시간/일로 했고, 식물(30) 생육환경관리는 이산화탄소 450ppm, 온도는 20.5℃, 습도는 68%로 평균관리를 실시하였다.The lighting cycle of the
한편, 식물을 재배배드(200)에 정식한 후 뿌리의 활착 기간인 4일까지는 실험군의 환경 조건인 조명등(310)의 밝기(Duty ratio)는 100%로 유지하고, 점멸주기는 400㎲로 동일하게 했다. 여기서, 100%의 조명등(310) 밝기란, 조명등(310)으로부터 30cm 떨어진 거리에서 
본 실험에서는 4개의 실험군에 밝기와 점멸주기를 달리한 환경 조건을 적용하였다.In this experiment, four experimental groups were applied with different environmental conditions.
제1실험군(파란색)은 200㎲의 점멸주기와 50%의 상대 밝기를 적용했다.The first experimental group (blue) applied a flashing cycle of 200 Hz and a relative brightness of 50%.
제2실험군(빨간색)은 200㎲의 점멸주기와 100%의 상대 밝기를 적용했다.The second experimental group (red) applied a flashing cycle of 200 Hz and a relative brightness of 100%.
제3실험군(초록색)은 400㎲의 점멸주기와 50%의 상대 밝기를 적용했다.The third experimental group (green) applied a flashing cycle of 400 Hz and a relative brightness of 50%.
제4실험군(보라색)은 400㎲의 점멸주기와 100%의 상대 밝기를 적용했다.
The fourth experimental group (purple) applied a flashing cycle of 400 Hz and a relative brightness of 100%.
도 5에서 확인되는 바와 같이, 식물의 생체중량은 정식 후 12일까지는 각 실험군의 차가 크지 않으나, 정식 후 19일 후에는 환경 조건에 따른 차이가 발생했고, 26일에서는 각 실험군의 차가 두드러지게 나타났다.As shown in FIG. 5, the bioweight of the plant was not large in each experimental group until 12 days after planting, but after 19 days of planting, the difference occurred according to environmental conditions, and the difference in each experimental group was prominent at 26 days. .
내용을 정리하면, 점멸주기를 동일하게 둔 제1,2실험군과 제2,3실험군의 경우 상대 밝기가 큰 제2실험군과 제4실험군의 생체중량이 크게 나타났다. 한편, 상대 밝기를 동일하게 둔 제1,3실험군과 제2,4실험군의 경우 점멸주기가 작은 제1실험군과 제2실험군의 생체중량이 크게 나타났다. 결국, 상대 밝기를 낮추더라도 조명등(310)의 점멸주기 조정으로 식물의 생체중량이 보상될 수 있음이 확인된다.In summary, in the first and second experimental groups and the second and third experimental groups having the same flashing cycle, the biomass weights of the second and fourth experimental groups with large relative brightness were large. On the other hand, in the first and third experimental groups and the second and fourth experimental groups having the same relative brightness, the biomass weights of the first and second experimental groups having a small flashing period were large. As a result, it is confirmed that even if the relative brightness is lowered, the bio weight of the plant can be compensated by adjusting the blinking period of the
한편, 상대 밝기와 점멸주기의 조건을 달리한 제2실험군과 제3실험군의 생체중량의 경우 유의성이 높게 확인되었는데, 이는 식물에 대한 조명의 상대 밝기와 점멸주기를 조정함으로써, 해당 식물의 품질을 개선할 수 있음을 보이는 근거가 될 것이다.
On the other hand, the bio weights of the second and third experimental groups having different conditions of relative brightness and flashing period were found to be highly significant, which is determined by adjusting the relative brightness and the flashing period of illumination of the plant, thereby improving the quality of the plant. It will be evidence of improvement.
도 6에서 확인되는 바와 같이, 식물의 건물중은 정식 후 12일까지는 각 실험군의 차가 크지 않으나, 정식 후 19일 후에는 환경 조건에 따른 차이가 발생했고, 26일에서는 각 실험군의 차가 두드러지게 나타났다. 한편, 상대 밝기를 동일하게 둔 제1,3실험군과 제2,4실험군의 경우 점멸주기가 작은 제1실험군과 제2실험군의 건물중이 크게 나타났다. 결국, 상대 밝기를 낮추더라도 조명등(310)의 점멸주기 조정으로 식물의 건물중이 보상될 수 있음이 확인된다.As can be seen from Figure 6, in the building of the plant, the difference of each experimental group is not large until 12 days after planting, the difference occurred according to environmental conditions after 19 days after planting, the difference of each experimental group was noticeable on 26 days . On the other hand, in the first and third experimental groups and the second and fourth experimental groups having the same relative brightness, the building weights of the first and second experimental groups with small flashing periods were large. As a result, it is confirmed that the building weight of the plant can be compensated by adjusting the blinking period of the
한편, 상대 밝기와 점멸주기의 조건을 달리한 제2실험군과 제3실험군의 건물중의 경우 유의성이 높게 확인되었는데, 이는 식물에 대한 조명의 상대 밝기와 점멸주기를 조정함으로써, 해당 식물의 품질을 개선할 수 있음을 보이는 근거가 될 것이다.
On the other hand, in the buildings of the second experimental group and the third experimental group having different conditions of the relative brightness and the flashing period, the significance was found to be high, which was determined by adjusting the relative brightness and the flashing period of the lighting for the plant. It will be evidence of improvement.
도 7에서 확인되는 바와 같이, 식물의 엽 수는 정식 후 12일부터 제2실험군이 평균 0.25개 더 출현했으며, 정식 후 26일부터는 제2실험군은 제4실험군보다 엽 수가 평균 1.5개 더 출현했다. 또한, 전체적으로 보았을 때, 엽 수 또한 제1 내지 4실험군의 패턴은 생체중량과 건물중의 패턴과 유사함이 확인된다. 결국, 식물에 대한 조명의 상대 밝기와 점멸주기를 조정함으로써, 해당 식물의 품질을 개선할 수 있음을 보이는 근거가 될 것이다.
As shown in FIG. 7, the number of leaves of plants was an additional 0.25 in the second experimental group from 12 days after planting, and the number of leaves in the second experimental group was 1.5 more than in the fourth experimental group from 26 days after planting. . In addition, when viewed as a whole, it is confirmed that the leaves and the patterns of the first to fourth experimental groups are similar to those of the bioweight and the building weight. After all, by adjusting the relative brightness and blinking period of the lighting for the plant, it will be a basis for showing that the quality of the plant can be improved.
이상의 실험결과를 통해 조명등(310)의 밝기를 낮출 경우 식물(30)의 품질이 다소 저하됨을 확인하였다. 물론, 상기 밝기의 조정 정도에 따라 품질 변화 정도에 유의성 차가 크지 않을 수 있으나, 상기 밝기가 낮아지면 식물에 영향이 미침은 분명하다.Through the above experimental results, it was confirmed that when the brightness of the
하지만, 상기 밝기 조정으로 식물에 미친 손해는 조명등(310)의 점멸주기 조정으로 보상됨을 본 실험을 통해 확인하였다. 이는 조명의 제공 주기(점멸주기)를 식물의 광합성 주기에 맞춰 제공하면서 조명등(310)이 최소한의 점멸만을 하도록 해서, 해당 식물은 충분한 광합성 활동을 할 수 있으면서도 조명등(310)의 지속적인 점멸로 인한 스트레스는 최소화된 효과인 것으로 추정된다.However, it was confirmed through this experiment that the damage caused to the plants by adjusting the brightness is compensated by adjusting the blinking period of the
한편, [표 1]에서 확인되는 바와 같이, 조명등(310)의 밝기 조정을 통해 다음과 같은 소비전력의 절감 효과를 얻을 수 있었다. 여기서, 전압은 24V이다.
On the other hand, as shown in Table 1, through the brightness adjustment of the
확인되는 바와 같이, 밝기가 100%에서 50%로 낮아지면 소비전력은 5.880W에서 2.760W로 절감됨을 확인할 수 있었다. 한편, 점멸주기의 조정은 소비전류 및 소비전력의 변화를 일으키지 않았다. As can be seen, when the brightness is lowered from 100% to 50%, the power consumption was reduced from 5.880W to 2.760W. On the other hand, adjustment of the flashing period did not cause changes in the current consumption and the power consumption.
결국, 앞의 실험결과에서 확인되는 바와 같이 식물의 품종에서 밝기를 낮추는 대신 점멸주기를 조정한 제1실험군과 제4실험군의 유의성 차가 크지 않았고, 대신 소비전력을 절감할 수 있음이 확인되었으므로, 본 발명에 따른 조명부(300)를 이용해 전력 소비를 줄이고 식물의 품질은 유지 또는 향상시킬 수 있음이 입증되었다. 따라서, 식물의 품종에 따라 생장 단계별로 소비전력 대비 최적화된 조명 밝기와 점멸주기를 확인해서 DB화하고, 이를 토대로 조명부(300)의 구동을 제어한다면, 전력소비는 줄이고 식물 생산량은 높일 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
As a result, as shown in the previous test results, it was found that the difference between the first and fourth experimental groups in which the flickering period was adjusted was not large, and the power consumption could be reduced instead of lowering the brightness in the plant varieties. It has been demonstrated that the
냉방부(400)는 NH3, 프레온 등과 같은 냉매가스를 압축, 응축, 증발시켜서 주변온도를 강제로 낮추는 장치로서, 본 발명에 따른 식물재배장치에 적용되어서 제어부(800)의 제어신호에 따라 식물이 생장하는 재배공간(101)의 온도를 강제로 낮추는 기능을 수행한다. 이를 위해 냉방부(400)는 상기 냉매가스를 강제로 압축하는 압축기(410)와, 압축된 상기 냉매가스를 응축시키는 응축기(420)와, 응축된 상기 냉매가스를 증발시키는 증발기(430)로 구성된다. 특히 증발기(430)는 재배공간(101)에 인접하게 배치되면서 재배공간(101)에 형성된 다수 개의 냉기배출구멍(104)을 통해 냉기를 강제 배출시키므로, 상기 냉기를 이용해 재배공간(101)의 공기를 냉각시킬 수 있고, 이를 통해 재배공간(101)의 온도를 강제로 낮출 수 있다. 냉방부(400)는 냉장고 또는 에어컨 등에 응용된 공지,공용의 냉방기술이 적용된 것으로서, 여기서는 냉방부(400)의 하드웨어적인 구조에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
The
난방부(500)는 니크롬선과 같은 전기저항선(열선; 미도시함)을 재배공간(101) 내에 배선하고, 상기 전기저항선으로의 전기공급을 조절하는 제어기(510)가 구성된다. 여기서 제어기(510)는 제어부(800)의 제어신호에 따라 상기 전기저항선으로의 전기공급을 조절할 수 있도록 가변저항과 같은 자재가 적용될 수 있고, 이를 통해 난방부(500)는 제어부(800)의 제어신호에 따라 재배공간(101)의 공기를 가열해서 온도를 강제로 높이는 기능을 수행한다.The
상기 전기저항선으로부터 발하는 열은 단순 복사 방식에 의해 식물에 전달될 수도 있고, 팬(미도시함)과 같은 수단에 의한 강제적인 기류 발생으로 식물에 전달될 수도 있을 것이다.
Heat generated from the electrical resistance wire may be transmitted to the plant by a simple radiation method, or may be transmitted to the plant by forcibly generating airflow by means such as a fan (not shown).
센서부(600)는 재배공간(101)의 환경을 감지하고, 감지한 수집정보를 제어부(800)로 전송하는 것으로서, 상기 수집정보에는 재배공간(101)의 온도, 습도 또는 이산화탄소량 중 선택된 하나 이상이 포함될 수 있을 것이다. 이를 위해 센서부(600)에는 온도센서, 습도센서, 이산화탄소센서 등이 포함될 수 있다. 여기서, 본 발명에 따른 상기 온도센서, 습도센서 및 이산화탄소센서의 실시 예에는 각각 해당 대상을 감지하기 위해 제작된 통상적인 센서가 적용될 수 있다. The
참고로, 센서부(600)를 구성하는 각각의 센서(온도센서, 습도센서, 이산화탄소센서 등)는 일반적인 아날로그 타입의 신호를 발생시켜 전송하므로, 제어부(800)가 이를 수신하기 전 별도의 중계수단을 통해 상기 신호가 제어부(800)에서 처리될 수 있는 수집정보로 변환된 후 제어부(800)로 전달될 수 있을 것이다.
For reference, since each sensor (temperature sensor, humidity sensor, carbon dioxide sensor, etc.) constituting the
입출력부(700)는 재배자가 식물재배장치를 조작할 수 있도록 식물재배장치에 각각 구성되고, 그 조작이 용이하도록 재배함(100) 외면에 배치된다.The input /
입출력부(700)는 제어부(800)와 통신하면서 재배자의 조작에 의한 입력신호를 생성해 제어부(800)로 전송하고, 제어부(800)로부터 전송된 출력신호를 수신해서 상기 출력신호에 따른 출력정보를 화면 및/또는 소리 등으로 출력한다. 이를 위해 입출력부(700)는 통상적인 키보드 또는 버튼 방식의 입력부와, 모니터 또는 스피커 방식의 출력부로 구성될 수도 있고, 터치패드 등과 같이 입력부와 출력부가 결합된 방식으로 구성될 수도 있다.The input /
입출력부(700)는 환기팬·조명부(300)·냉방부(400)·난방부(500)의 동작을 조작할 수 있도록 구성될 수 있고, 그 동작 상태가 출력되도록 구성될 수 있다. 물론, 센서부(600)가 감지한 수집정보 또한 제어부(800)의 처리를 거쳐 입출력부(700)를 통해 출력될 수 있고, 재배자는 이렇게 출력되는 재배공간(101)의 환경을 확인해서 환기팬·조명부(300)·냉방부(400)·난방부(500)의 동작을 제어할 수 있다.
The input /
제어부(800)는 입출력부(700)로부터 수신한 입력신호에 따라 환기팬·조명부(300)·냉방부(400)·난방부(500)의 구동을 위한 제어신호를 생성해 전송하고, 센서부(600)로부터 수신한 수집정보를 처리해서 입출력부(700)로 전송한다.The
한편, 제어부(800)는 식물의 품종별, 생장 단계별 최적화 환경에 대한 정보를 저장하는 메모리(810)를 더 포함하고, 제어신호 생성을 메모리(810)에 저장된 해당 정보에 근거해 진행한다. 일 예를 들어 설명하면, 메모리(810)가 식물의 품종 정보와, 앞서 설명한 실험을 통해 수집한 품종별 최적화된 밝기 정보 및 점멸주기 정보를 저장하고, 재배자가 재배공간(101)에 수용된 재배 대상 식물의 품종을 입출력부(700)를 통해 입력하면, 제어부(800)는 입력된 해당 입력신호(식물의 품종)에 근거해 메모리(810)를 검색한 후, 해당하는 밝기와 점멸주기에 대한 제어신호(펄스 제어신호 및 디밍신호)를 조명부(300)로 전송해 구동하도록 한다. 결국, 재배자가 식물의 재배를 위해 환기팬·조명부(300)·냉방부(400)·난방부(500)를 일일이 조작하지 않아도, 입출력부(700)에 재배 대상 식물의 품종을 입력하면 제어부(800)가 메모리(810)를 검색해서 재배공간(101)에 최적화된 환경이 조성되도록 환기팬·조명부(300)·냉방부(400)·난방부(500)를 자동 제어하므로, 식물 재배 효율이 향상되는 효과가 있다. On the other hand, the
제어부(800)는 통신모듈(820)을 더 포함할 수 있다.The
통신모듈(820)은 통신망과 접속해서 상기 입력신호와 출력신호가 원격으로 송수신될 수 있도록 하는 것으로서, 재배자는 식물재배장치의 입출력부(700)를 직접 조작하지 않고 통신망을 매개로 제어부(800)와 통신하는 중앙제어부(C1), 개인 컴퓨터(C2) 또는 이동통신단말기(C3)를 이용해 식물재배장치를 제어할 수 있다.The
이를 위해 중앙제어부(C1), 컴퓨터(C2) 또는 이동통신단말기(C3)에는 제어부(800)와의 통신 및 제어를 위한 전용 애플리케이션이 설치되고, 통상적인 로그인 및/또는 인증 과정을 통해 상기 식물재배장치에 대한 제어 권한이 부여되도록 한다.To this end, the central control unit C1, the computer C2, or the mobile communication terminal C3 is provided with a dedicated application for communication and control with the
중앙제어부(C1), 컴퓨터(C2) 또는 이동통신단말기(C3)와 제어부(800) 간의 온라인 통신이 성립되면, 제어부(800)의 각종 출력신호는 상기 온라인을 통해 중앙제어부(C1), 컴퓨터(C2) 또는 이동통신단말기(C3)의 해당 출력수단을 통해 출력되고, 재배자는 이렇게 출력되는 정보를 확인하고 이에 대응한 입력신호를 온라인으로 전송해서 제어부(800)가 수신하도록 할 수 있다. 물론 제어부(800)는 상기 입력신호를 입출력부(700)의 입력신호와 동일하게 처리하고, 이에 따른 제어신호는 해당하는 환기팬·조명부(300)·냉방부(400)·난방부(500)로 전달될 것이다.When online communication is established between the central control unit C1, the computer C2, or the mobile communication terminal C3 and the
참고로, 중앙제어부(C1)는 다수 개의 식물재배장치를 통합관리하기 위한 중앙 컴퓨터의 일종으로서, 이더넷과 같은 근거리통신망이 적용될 수 있을 것이다.For reference, the central control unit (C1) is a kind of central computer for integrated management of a plurality of plant cultivation apparatus, a local area network such as Ethernet may be applied.
컴퓨터(C2)는 재배자의 개인 컴퓨터일 수 있으며, 재택 근무가 가능하도록 설계된다.The computer C2 may be a grower's personal computer and is designed to allow telecommuting.
이동통신단말기(C3)는 스마트폰, PDA, 태블릿PC 등과 같은 복합형 무선통신기기일 수 있으며, 무선통신망을 통해 식물재배장치와의 온라인 연결이 가능하다.
The mobile communication terminal C3 may be a complex wireless communication device such as a smartphone, a PDA, a tablet PC, and the like, and an online connection with a plant cultivation device is possible through a wireless communication network.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예들을 참조해 설명했지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.
100; 재배함선반장 110; 선반 120; 블라인드
200; 재배배드 300; 조명부 400; 냉방부
500; 난방부 600; 센서부 700; 입출력부
800; 제어부100;
200;
500;
800; The control unit
Claims (4)
상기 재배배드의 식물을 조명하도록 상기 재배함에 설치되는 LED 조명등과, 제어부의 제어신호에 따라 펄스신호를 발생시키는 PWM파형발생기와, 상기 조명등에 공급되는 전기를 상기 펄스신호에 따라 스위칭하고 상기 제어신호에 따라 디밍신호를 발생시켜서 상기 전기의 세기를 조정하는 정전류제어수단을 구비한 조명부;
상기 재배함에 설치되어 상기 재배공간의 공기를 냉각하는 냉방부
상기 재배함에 설치되어 상기 재배공간의 온도, 습도 또는 이산화탄소량 중 선택된 하나 이상을 감지해 수집정보를 생성하는 센서부;
상기 재배함의 외면에 설치되고, 재배자의 조작에 따른 입력신호를 생성해 제어부로 전송하며, 상기 제어부로부터 수신한 출력신호에 따른 출력정보를 출력하는 입출력부; 및
식물의 품종정보와 상기 품종별 생장 단계에 따른 소비전력 대비 최적화된 조명 밝기와 점멸주기 정보를 저장하는 메모리를 구비하면서 상기 재배함에 설치되고, 상기 입력신호에 따른 제어신호를 생성해서 상기 조명부 및 냉방부의 구동을 제어하며, 상기 수집정보에 따른 출력신호를 생성하되, 상기 조명부에 대한 제어신호는 상기 메모리의 검색 정보에 따라 생성하는 제어부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력소비효율이 개선된 식물재배장치.Cultivation having a cultivation space in which cultivation beds are accommodated;
An LED lamp installed in the planting box to illuminate the plant of the planting bed, a PWM waveform generator for generating a pulse signal according to a control signal of a control unit, and switching the electricity supplied to the lamp according to the pulse signal and the control signal A lighting unit having a constant current control means for generating a dimming signal to adjust the intensity of electricity;
Cooling unit installed in the cultivation box to cool the air in the cultivation space
A sensor unit installed in the cultivation box and generating collection information by sensing at least one selected from a temperature, humidity or carbon dioxide amount of the cultivation space;
An input / output unit installed on an outer surface of the cultivation box, generating an input signal according to a grower's operation and transmitting the input signal to a control unit, and outputting output information according to the output signal received from the control unit; And
It is installed in the cultivation box having a memory for storing the plant information and the optimal lighting brightness and flashing cycle information for the power consumption according to the growth stage for each variety, is installed in the cultivation box, by generating a control signal according to the input signal and the lighting unit and cooling A control unit for controlling driving of the unit and generating an output signal according to the collection information, wherein the control signal for the lighting unit is generated according to the search information of the memory;
Plant cultivation apparatus is improved power consumption efficiency comprising a.
상기 재배공간의 공기를 가열하는 난방부를 더 포함하고,
상기 제어부는 상기 난방부의 제어를 위한 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 전력소비효율이 개선된 식물재배장치.The method of claim 1,
Further comprising a heating unit for heating the air in the cultivation space,
The control unit is a plant cultivation device with improved power consumption efficiency, characterized in that for generating a control signal for controlling the heating unit.
상기 입력신호와 출력신호의 온라인 통신이 가능하도록, 통신망과 접속되는 통신모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력소비효율이 개선된 식물재배장치.The apparatus of claim 1, wherein the control unit
And a communication module connected to a communication network to enable online communication of the input signal and the output signal.
상기 재배함의 개구된 전면에는 상기 재배공간과 외부를 구획하는 블라인드가 보강 구비되는 것을 특징으로 하는 전력소비효율이 개선된 식물재배장치.The method of claim 1,
An open front of the cultivation box plant cultivation device is improved power consumption efficiency, characterized in that the blinds partitioning the cultivation space and the outside is reinforced.
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| KR1020120015971A KR101249485B1 (en) | 2012-02-16 | 2012-02-16 | Plants cultivation apparatus |
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