KR102009352B1 - ＩｏＴ 디바이스를 사용한 식물 생장 조건에 따른 배양 용기로 구성된 시스템 - Google Patents
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Abstract
AGV 구동부와 IoT 디바이스를 사용한 식물 생장 조건에 따른 배양 용기로 구성된 시스템이 개시된다. 상기 시스템은 배양 용기 내에 카메라, LED 조명부, 온도, 습도, 가스 센서, 송풍팬, 수조와 물 분사부, AGV 구동부와 IoT 디바이스의 통신부를 구비하며, RFID 태그가 부착된 배양 용기; 재배 작목에 따라 식물을 분류하여 배양 식물의 배양 식물의 발아조건과 물, 공기, 온도, 습도 최적 생육 조건, 애벌레 및 병충해 방지 요령 정보, 배양토 및 배양액 정보를 제공하며, 각각의 RFID 태그가 부착된 배양 용기의 재배 작목과 배양 식물 이름, 재배 기간, 배양 용기의 식물의 성장 높이 정보, 배양 식물의 성장 모니터링과 성장 관리, 성장 이력을 관리하는 배양 용기 관리 서버; 및 컴퓨터, 노트북 또는 스마트폰과 태블릿 PC를 사용하며, 상기 배양 용기 관리 서버와 접속하여 상기 RFID 태그가 부착된 배양 용기의 배양 식물명, 성장 기간, 배양 식물 성장 모니터링과 원격 제어 정보를 전송하는 사용자 단말을 포함한다.
Description
본 발명은 IoT 디바이스를 사용한 식물 생장 조건에 따른 배양 용기로 구성된 시스템에 관한 것으로, AGV(Automatic Guided Vehicle) 구동부와 IoT 디바이스의 RF 통신부를 구비하는 RFID 태그가 부착된 배양 용기의 배양토/배양액 배양 식물을 성장시키는 컨테이너를 구비하며, 카메라의 모니터링, RGB LED, White LED, UV LED를 구비하는 LED 조명부의 ON/OFF 제어/조명 세기와 광량 제어/색온도 제어, 온도 센서, 습도 센서, 가스 센서에 의한 온도/습도/가스 측정, 수조-밸브-물 분사부-노즐, 환기를 위한 송풍팬 및 IoT 디바이스의 통신부를 구비하며, 무인 운반차(AGV) 제어기와 조향 제어부와 모터 구동부가 탑재되며, 배양 식물 관리 서버와 사용자 단말을 통해 각각의 RFID 태그가 부착된 배양 용기의 배양 식물의 성장을 모니터링하고 그 성장 이력을 관리하는, IoT 디바이스를 사용한 식물 생장 조건에 따른 배양 용기로 구성된 시스템에 관한 것이다.
최근, 농산물의 종자 배양은, 깨끗하게 세척된 배양 용기를 사용하여 식물의 발아 조건에 맞춰 20~28℃의 배양온도, 1,500~1,800 룩스의 광원 조명, 배양 용기의 흙에 수분을 공급하고, 무균 상태에서 배양하여 조직으로부터 새싹을 유도하여 개체를 생성하며, 식물의 성장 발아 조건을 연구하여 식물이 조금씩 성장하면 더 큰 배양장으로 이전하여 관리된다.
이와 관련된 선행기술1로써, 특허 공개번호 10-2013-0051846에서는 "LED 광을 이용한 식물 성장 조절방법 및 항산화효소 증대 방법"이 개시되어 있다.
LED광을 이용한 식물 성장 조절방법은 청색광, 녹색광 또는 적색광의 LED 광을 선택하여, 식물의 성장을 조절한다. 상기 방법은, 청색광, 녹색광 또는 적색광의 LED 광을 선택하여, 식물의 성장을 선택적으로 조절한다. 재배되는 농산물의 종류에 따른 자유로운 성장 조절이 가능하며, 그 결과 별도의 화학합성 농약의 사용없이 유기농의 농산물의 생산이 증대될 수 있다. 게다가, 청색 LED광을 식물에 조사함에 따라 상기 식물로부터 생산되는 농산물 내의 항산화효소가 증대된다.
이와 관련된 선행기술2로써, 특허 등록번호 10-1386613에서는 "식물 성장을 위한 LED 조명 장치"가 개시되어 있다.
도 1을 참조하면, 식물 성장을 위한 LED 조명 장치는 주변 조도를 파장 대역별로 감지하여, 상기 각각의 파장 대역에 대응하는 센싱 신호를 출력하는 센서부; 식물을 성장시키기 위해 식물의 광합성 작용을 최대로 할 수 있는 650 nm ~ 670 nm 의 파장 대역을 갖는 적색광과 450 ~ 470 nm의 파장 대역을 갖는 청색광을 조합하여 방사하거나, 해충이 반응하는 파장 대역의 빛을 방사하는 복수의 LED 램프; 상기 복수 개의 센서부에 의하여 출력된 각각의 센싱 신호를 수신하여, 상기 적색광과 상기 청색광에 대응하는 파장 대역의 조도를 분석하고, 상기 적색광과 상기 청색광에 대응하는 파장 대역의 빛의 세기가 기설정된 기준값 이하인 것으로 판별되면, 상기 기준값 이하인 파장 대역의 빛을 방사할 수 있어 LED 모듈에서 방사하는 빛의 세기를 높이도록 상기 복수의 LED 램프 각각의 온/오프 여부, 방사할 빛의 파장 대역 및 세기를 개별적으로 제어하는 제어부; 및 상기 복수의 LED 램프 각각을 개별적으로 구동시키기 위한 전력을 공급하는 전력 공급부;를 포함하며,
상기 전력 공급부는 풍력을 전기 에너지로 변환하는 풍력 발전 모듈; 및 태양광을 상기 전기 에너지로 변환하는 태양광 발전 모듈;을 포함하며,
상기 제어부는 상기 복수의 LED 램프를 제어하여, 상기 복수의 LED 램프가 해충이 반응하는 파장 대역의 빛을 출력하도록 하는 기능을 더 포함한다.
상기 LED 램프는 상기 650 nm ~ 670 nm 의 파장 대역을 갖는 적색광을 방출하기 위한 복수개의 제1 LED를 포함하는 적어도 하나의 제1 LED 모듈; 및 상기450 ~ 470 nm의 파장 대역을 갖는 청색광을 방출하기 위한 복수개의 제1 LED를 포함하는 적어도 하나의 제2 LED 모듈을 포함한다.
상기 LED 램프는 상기 650 nm ~ 670 nm 의 파장 대역을 갖는 적색광을 방출하는 제1 LED 칩과 상기 450 ~ 470 nm의 파장 대역을 갖는 청색광을 방출하는 제2 LED 칩이 하나의 패키지로 형성되는 복수개의 멀티칩 패키지를 포함한다.
상기 제어부는 상기 LED 램프에서 방사되는 광이 660nm 이면, 광합성광양자량(PPFD: Photosynthetic Photon Flux Density)이 294.8㎛ol m-2 s-1 이상 314.8㎛ol m-2 s-1 이하가 되도록 제어하고, 상기 LED 램프에서 방사되는 광이 470nm 이면, 광합성광양자량(PPFD)이 24.66㎛ol m-2 s-1 이상 34.66㎛ol m-2 s-1 이하 되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
도 2a는 빛의 파장과 광합성과의 관계를 나타내는 도면이다.
도 2a에서, (a)는 식물의 엽록소 추출액을 이용하여 엽록소가 흡수할 수 있는 파장대역에 대한 실험을 수행하는 방법을 나타내고, (b)는 (a)의 결과로서 식물이 빛의 파장에 따라 광합성을 수행하는 관측 결과를 나타낸다.
(a)에 도시된 바와 같이, 식물은 가시광선의 모든 파장의 빛을 흡수하여 광합성에 이용하지 않는다. (a)로부터 식물의 엽록소는 적색광과 청색광만을 흡수함을 알수 있다. 이에 조명 장치가 가시광선의 모든 파장이 포함된 백색광을 방사하는 경우에, 방사되는 빛의 세기에 비해 식물이 광합성에 이용할 수 있는 파장 대역의 빛이 매우 작기 때문에 효율이 매우 낮아지게 될 뿐만 아니라, 오히려 식물 성장을 저해하는 요소가 된다. LED 램프가 650 ~ 670 nm의 파장대역의 적색광 및450 ~ 470 nm의 파장대역의 청색광을 방사하도록 하여, 최대의 효율로 식물 성장을 촉진할 수 있도록 한다.
또한, 제어부(CT)는 60W 급의 조명 장치에 있어서, LED 램프(LP)에서 방사되는 광이 660nm 이면, 광합성광양자량(PPFD: Photosynthetic Photon Flux Density)이 294.8㎛ol m-2 s-1 이상 314.8㎛ol m-2 s-1 이하가 되도록 제어하고, LED 램프(LP)에서 방사되는 광이 470nm 이면, 광합성광양자량(PPFD)이 24.66㎛ol m-2 s-1 이상 34.66㎛ol m-2 s-1 이하 되도록 제어한다.
도 2b는 빛의 세기와 광합성과의 관계를 나타내는 도면이다.
식물의 광합성은 빛의 파장 뿐만 아니라 빛의 세기에도 연관된다. 광합성의 속도는 빛의 세기에 비례하여 증가하지만, 빛의 세기가 일정 수준 이상 증가하여도 광합성의 속도는 증가하지 않는다. 즉, 포화 상태가 존재한다. 이에 제어부(CT)는 660nm 파장의 빛에 대해 광합성광양자량이 294.8㎛ol m-2 s-1 이상이 되도록 하고, 470nm 파장의 빛에 대해 광합성광양자량이 24.66㎛ol m-2 s-1 이상이 되도록 빛의 세기를 조절하면 된다. 다만 제어부(CT)가 빛의 세기에 상한을 두는 불필요한 전력 낭비를 방지하기 위함으로, 보행자의 안전을 고려하여 더 높은 조도로 빛을 방사할 수 있다. 따라서, 외부 LED 조명 장치를 점등하여도 식물 성장을 촉진함으로써, 식물 주변의 야외 조명등을 안심하고 켜둘 수 있다.
최근, 농업 선진국들은 FTA 체제하에서 농식품산업 경쟁력을 강화하기 위해 스마트 농업 정책을 추진하고 있으며, 클라우드 컴퓨팅과 사물인터넷(IoT) 기술과 빅 데이터 분석의 ICT 기술을 사용하여 스마트 팜과 농장 관리, 식물 공장(implant factory), 온실 재배, 노지 재배, 시설 재배의 스마트 농업을 위한 기술을 개발하고 있으며, 스마트폰과 태블릿 PC를 사용한 클라우드 서버의 SaaS 기반 농업 생산 관리 솔루션을 제공하며, 농업의 생산, 로컬푸드 직매장을 사용한 유통, 판매의 유통 구조를 개선하고 있다.
도 3은 스마트 온실의 개념도이다. 온실에서 식물이 성장하려면, 식물이 최적 성장 조건을 구비하여 토양 정보와 배양액, 관수 시설이 구비되며, 배양 식물의 인공광(artificial light)에 의한 광합성이 이루어지며, 식물이 성장하기 위한 온도(Temperature)/습도(Humidity) 조절, 및 공기 순환(Air Circulation)을 통해 식물이 성장이 촉진된다.
그러나, 기존의 실내에서 LED 조명을 사용하여 식물을 발아조건과 물, 공기, 온도, 습도 조건을 맞춰 식물을 키울 경우, 실외에서 태양광의 적외선, 자외선, 가시광선에 의해 흙과 토양 속에 존재하는 각종 세균을 자외선 살균하는 기능을 제공하지 않았으며, IoT 디바이스를 사용하여 식물 배양 관리 서버에 접속하여 각종 식물의 발아 및 성장 정보가 관리되고, 각종 식물의 발아 및 성장 정보의 빅 데이터 분석을 통해 식물 발아 정보와 식물 생장 모니터링 정보를 스마트폰으로 제공하지 않았다.
상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 AGV 구동부와 IoT 디바이스를 사용하는 RFID 태그가 부착된 배양 용기의 재배 작목의 식물 분류에 따라 분류된 배양 식물에 대하여 통신망을 통해 연결되는 배양 용기 관리 서버가 애벌레 및 병충해 방지 요령과 최적 생육 환경 조건을 위한 배양 식물의 최적 배양 정보를 사용자 단말로 제공하며, 배양 용기 관리 서버에 접속된 사용자 단말의 원격 제어에 의해 RFID 태그가 부착된 배양 용기 내에 수조-물 분사부-노즐을 통해 물을 공급하고 영양분을 공급하며, RGB LED, White LED, UV-LED를 구비하는 LED 조명부의 ON/OFF 제어/조명 세기와 광량 제어/색온도 제어에 의해 배양 식물의 광합성을 제공하며, 배양 용기 내의 카메라 모니터링, 온도/습도/가스 센서에 의해 온·습도, CO2 가스를 측정하며, 배양 용기의 송풍팬의 바람과 환기, 배양 용기의 식물의 성장관리 및 성장 이력 관리를 제공하며, AGV 이동 경로 제어기를 구동하여 조향 제어와 4바퀴에 연결된 모터를 구동하여 바닥에 깔린 마그네틱 부재 또는 레일 부재의 경로 유도 라인에 따라 배양 식물의 보관 위치로 이동하여 보관되며, 배양 식물 관리 서버와 사용자 단말을 통해 각각의 RFID 태그가 부착된 배양 용기의 배양 식물의 성장을 모니터링하고 그 성장 이력을 관리하는, IoT 디바이스를 사용한 식물 생장 조건에 따른 배양 용기로 구성된 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적을 달성하기 위해, IoT 디바이스를 사용한 식물 생장 조건에 따른 배양 용기로 구성된 시스템은, 배양 용기 내에 상부 덮개를 구비하는 컨테이너와, 주 제어부, LED 조명부, IoT 디바이스의 RF 통신부를 구비하며, RFID 태그가 부착된 배양 용기; 재배 작목에 따라 식물을 분류하여 배양 식물의 배양 식물의 발아조건과 물, 공기, 온도, 습도 최적 생육 조건, 애벌레 및 병충해 방지 요령 정보, 배양토 및 배양액 정보를 제공하며, 각각의 RFID 태그가 부착된 배양 용기의 재배 작목과 배양 식물 이름, 재배 기간, 배양 용기의 식물의 성장 높이 정보, 배양 식물의 성장 모니터링과 성장 관리, 성장 이력을 관리하는 배양 용기 관리 서버; 및 상기 배양 용기 관리 서버와 접속되며, 상기 RFID 태그가 부착된 배양 용기의 배양 식물명, 재배 기간, 배양 식물을 성장 모니터링하며, 통신망을 통해 상기 RFID 태그가 부착된 배양 용기로 원격 제어 정보를 전송하는 사용자 단말을 포함하며,
상기 RFID 태그가 부착된 배양 용기의 외부에 구비된 키 입력부로 설정된 온도 또는 습도로 조절되며, 상기 RFID 태그가 부착된 배양 용기 내에 구비되며 열전적 성질이 다른 두 반도체 소자에 전기를 공급하면 열전 모듈에 의해 온도가 올라가거나 내려가는 열전 모듈을 구비하는 전기식 온도 조절기와, 상기 RFID 태그가 부착된 배양 용기 내에 구비되며 소형 가습기가 구비된 습도 조절기를 더 포함하며,
상기 RFID 태그가 부착된 배양 용기는 주 제어부와 연동되는 AGV 구동부를 더 포함하고,
상기 배양 용기 관리 서버는 사용자 단말의 원격 제어 정보에 따라 상기 RFID 태그가 부착된 배양 용기의 AGV 구동부를 제어하여 바닥에 깔린 마그네틱 부재 또는 레일 부재의 경로를 따라 경로 유도 라인의 주행제어, 조향 제어, 분기점에서의 정지 위치 마크 인식을 수행하고, 최종 정지된 보관 위치 정보를 저장하여 관리하는 AGV 이동경로 원격 제어부를 더 포함한다.
상기 RFID 태그가 부착된 배양 용기의 외부에 구비된 키 입력부로 설정된 온도 또는 습도로 조절되며, 상기 RFID 태그가 부착된 배양 용기 내에 구비되며 열전적 성질이 다른 두 반도체 소자에 전기를 공급하면 열전 모듈에 의해 온도가 올라가거나 내려가는 열전 모듈을 구비하는 전기식 온도 조절기와, 상기 RFID 태그가 부착된 배양 용기 내에 구비되며 소형 가습기가 구비된 습도 조절기를 더 포함하며,
상기 RFID 태그가 부착된 배양 용기는 주 제어부와 연동되는 AGV 구동부를 더 포함하고,
상기 배양 용기 관리 서버는 사용자 단말의 원격 제어 정보에 따라 상기 RFID 태그가 부착된 배양 용기의 AGV 구동부를 제어하여 바닥에 깔린 마그네틱 부재 또는 레일 부재의 경로를 따라 경로 유도 라인의 주행제어, 조향 제어, 분기점에서의 정지 위치 마크 인식을 수행하고, 최종 정지된 보관 위치 정보를 저장하여 관리하는 AGV 이동경로 원격 제어부를 더 포함한다.
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본 발명에 따른 IoT 디바이스를 사용한 식물 생장 조건에 따른 배양 용기로 구성된 시스템은 AGV 구동부와 IoT 디바이스를 사용하는 RFID 태그가 부착된 배양 용기의 재배 작목의 식물 분류에 따라 분류된 배양 식물에 대하여 통신망을 통해 연결되는 배양 용기 관리 서버가 애벌레 및 병충해 방지 요령과 최적 생육 환경 조건을 위한 배양 식물의 최적 배양 정보를 사용자 단말로 제공하며, 배양 용기 관리 서버에 접속된 사용자 단말(컴퓨터 또는 스마트폰과 태블릿 PC)의 원격 제어에 의해 RFID 태그가 부착된 배양 용기 내에 수조-물 분사부-노즐을 통해 물을 공급하고 영양분을 공급하며, RGB LED, White LED, UV-LED를 구비하는 LED 조명부의 배양 식물의 광합성을 제공하며, 배양 용기 내의 카메라 모니터링, 온도/습도/가스 센서에 의해 온도, 습도, CO2 가스를 측정하며, 배양 용기 일측에 구비된 송풍팬의 바람과 환기, 배양 용기의 식물의 성장관리 및 성장 이력 관리를 제공하며, AGV 이동 경로 제어기를 구동하여 조향 제어와 4바퀴에 연결된 모터를 구동하여 바닥에 깔린 마그네틱 부재 또는 레일 부재의 경로 유도 라인에 따라 배양 식물의 보관 위치로 이동하여 보관된다.
스마트 온실의 경우, PC 또는 모바일 단말기(스마트폰)를 사용하여 배양 용기 관리 서버에 접속하여 RFID 태그가 부착된 배양 용기 내의 온도, 습도, CO2 가스를 측정하며, RFID 태그가 부착된 배양 용기의 재배 작목에 따라 분류된 배양 식물에 대하여 최적 생육 환경 조건 정보를 제공하고, 카메라 모니터링, 물 공급, 배양토 또는 배양액의 영양분 공급, RGB LED, White LED, 자외선 살균 기능을 갖는 UV-LED를 구비하는 LED 조명의 배양 식물의 광합성 기능을 제공하며, LED 조명의 ON/OFF 제어/조명 세기와 광량 제어/색온도 제어, 송풍팬의 환기 제어 등을 원격으로 제어하여 배양 용기 내의 배양 식물의 최적 생장환경을 유지 관리한다.
배양 식물은 RFID 태그가 부착된 배양 용기의 식물 성장 후, 스마트팜, 비닐하우스, 식물 공장(implant factory)으로 재배 작목별로 분류하여 배양 식물을 장소를 이동하여 성장이 관리된다.
도 1은 종래의 LED 조명 장치의 구성도이다.
도 2a는 빛의 파장과 광합성과의 관계를 나타내는 도면이다.
도 2b는 빛의 세기와 광합성과의 관계를 나타내는 도면이다.
도 3은 스마트 온실의 개념도이다.
도 4는 본 발명의 바닥에 깔린 마그네틱 부재 또는 레일 부재의 경로 유도라인에 따라 이동하는 AGV 구동부와 IoT 디바이스를 사용한 식물 생장 조건에 따른 배양 용기의 개념도이다.
도 5는 본 발명에 따른 AGV 구동부와 IoT 디바이스를 사용한 식물 생장 조건에 따른 RFID 태그가 부착된 배양 용기와 배양 용기 관리 서버로 구성된 시스템 구성도이다.
도 6은 NB-IoT 단말, 이동통신 기지국(eNodeB)과 IoT 플랫폼, 배양 용기 관리 서버의 통신 구조를 보인 도면이다.
도 7은 스마트 온실과 식물 공장(implant factory)을 보인 사진이다.
도 2a는 빛의 파장과 광합성과의 관계를 나타내는 도면이다.
도 2b는 빛의 세기와 광합성과의 관계를 나타내는 도면이다.
도 3은 스마트 온실의 개념도이다.
도 4는 본 발명의 바닥에 깔린 마그네틱 부재 또는 레일 부재의 경로 유도라인에 따라 이동하는 AGV 구동부와 IoT 디바이스를 사용한 식물 생장 조건에 따른 배양 용기의 개념도이다.
도 5는 본 발명에 따른 AGV 구동부와 IoT 디바이스를 사용한 식물 생장 조건에 따른 RFID 태그가 부착된 배양 용기와 배양 용기 관리 서버로 구성된 시스템 구성도이다.
도 6은 NB-IoT 단말, 이동통신 기지국(eNodeB)과 IoT 플랫폼, 배양 용기 관리 서버의 통신 구조를 보인 도면이다.
도 7은 스마트 온실과 식물 공장(implant factory)을 보인 사진이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 발명의 구성 및 동작을 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명의 바닥에 깔린 마그네틱 부재 또는 레일 부재의 경로 유도라인에 따라 이동되는 AGV 구동부와 IoT 디바이스를 사용한 식물 생장 조건에 따른 배양 용기의 개념도이다.
본 발명의 AGV 구동부와 IoT 디바이스를 사용한 식물 생장 조건에 따른 배양 용기로 구성된 시스템은 AGV 구동부와 IoT 디바이스를 사용하는 RFID 태그가 부착된 배양 용기의 재배 작목의 식물 분류에 따라 분류된 배양 식물에 대하여 통신망을 통해 연결되는 배양 용기 관리 서버가 애벌레 및 병충해 방지 요령과 최적 생육 환경 조건을 위한 배양 식물의 최적 배양 정보를 사용자 단말로 제공하며,
배양 용기 관리 서버에 접속된 사용자 단말(컴퓨터 또는 스마트폰과 태블릿 PC)의 원격 제어에 의해 RFID 태그가 부착된 배양 용기 내에 수조-물 분사부-노즐을 통해 물을 공급하고 영양분을 공급하며, RGB LED, White LED, UV-LED를 구비하는 LED 조명부의 LED 조명등들의 ON/OFF 제어/조명 세기와 광량 제어/색온도 제어에 의해 배양 식물의 광합성을 제공하며, 배양 용기 내의 카메라 모니터링, 온도/습도/가스 센서에 의해 온도, 습도, CO2 가스를 측정하며, 배양 용기 일측에 구비된 송풍팬의 바람과 환기, 배양 용기의 식물의 성장관리 및 성장 이력 관리를 제공하며, AGV 이동 경로 제어기를 구동하여 조향 제어와 4바퀴에 연결된 모터를 구동하여 바닥에 깔린 마그네틱 부재 또는 레일 부재의 경로 유도 라인에 따라 배양 식물의 보관 위치로 이동하여 보관된다.
스마트 온실의 경우, PC 또는 모바일 단말기(스마트폰)를 사용하여 배양 용기 관리 서버에 접속하여 RFID 태그가 부착된 배양 용기 내의 온도, 습도, CO2 가스를 측정하며, RFID 태그가 부착된 배양 용기의 재배 작목에 따라 분류된 배양 식물에 대하여 최적 생육 환경 조건 정보를 제공하고, 카메라 모니터링, 물 공급, 배양토 또는 배양액의 영양분 공급, RGB LED, White LED, 자외선 살균 기능을 갖는 UV-LED를 구비하는 LED 조명등들의 배양 식물의 광합성 기능을 제공하며, LED 조명등들의 ON/OFF 제어/조명 세기와 광량 제어/색온도 제어, 송풍팬의 환기 제어 등을 원격으로 제어하여 배양 용기 내의 배양 식물의 최적 생장환경을 유지 관리한다.
도 5는 본 발명에 따른 AGV 구동부와 IoT 디바이스를 사용한 식물 생장 조건에 따른 RFID 태그가 부착된 배양 용기와 배양 용기 관리 서버로 구성된 시스템 구성도이다.
AGV 구동부와 IoT 디바이스를 사용한 식물 생장 조건에 따른 RFID 태그가 부착된 배양 용기와 배양 용기 관리 서버로 구성된 시스템은
배양 용기 내에 상부 덮개를 구비하는 배양토 또는 배양액과 배양 식물이 담기는 컨테이너(790)와, 제어부, LED 조명부, 카메라 회로부, 온도 센서, 습도 센서, 가스 센서, 팬 구동부와 송풍팬, 수조와 물 분사부, AGV 구동부와 IoT 디바이스의 통신부를 구비하며, RFID 태그(701)가 부착된 배양 용기(700); 및
상기 RFID 태그가 부착된 배양 용기(700)로부터 통신망을 통해 일정 시간 주기로 RFID 정보, 온도, 습도, CO2 가스 정보를 수신받고, 사용자 단말(901, 907)로 재배 작목에 따라 식물을 분류하여 배양 식물의 배양 식물의 발아조건과 물, 공기, 온도, 습도 최적 생육 조건, 애벌레 및 병충해 방지 요령 정보, 배양토 및 배양액 정보를 제공하며, 각각의 RFID 태그가 부착된 배양 용기(700)의 재배 작목과 배양 식물 이름, 재배 기간, 배양 용기의 식물의 성장 높이 정보, 배양 식물의 성장 모니터링과 성장 관리, 성장 이력을 저장하여 관리하는 배양 용기 관리 서버(900); 및 상기 배양 용기 관리 서버(900)와 접속되며, 상기 RFID 태그가 부착된 배양 용기(700)의 배양 식물명, 재배 기간, 배양 식물을 성장 모니터링하며, 통신망을 통해 상기 RFID 태그가 부착된 배양 용기(700)로 원격 제어 정보를 전송하는 사용자 단말(901, 907)을 포함하며,
상기 RFID 태그가 부착된 배양 용기(700)의 외부에 구비된 키 입력부로 설정된 온도 또는 습도로 조절되며, 상기 RFID 태그가 부착된 배양 용기(700) 내에 구비되며 열전적 성질이 다른 두 반도체 소자에 전기를 공급하면 열전 모듈에 의해 온도가 올라가거나 내려가는 열전 모듈을 구비하는 전기식 온도 조절기와, 상기 RFID 태그가 부착된 배양 용기(700) 내에 구비되며 소형 가습기가 구비된 습도 조절기를 더 포함하며,
상기 RFID 태그가 부착된 배양 용기(700)는 주 제어부와 연동되는 AGV 구동부를 더 포함하고,
상기 배양 용기 관리 서버(900)는 사용자 단말의 원격 제어 정보에 따라 상기 RFID 태그가 부착된 배양 용기의 AGV 구동부를 제어하여 바닥에 깔린 마그네틱 부재 또는 레일 부재의 경로를 따라 경로 유도 라인의 주행제어, 조향 제어, 분기점에서의 정지 위치 마크 인식을 수행하고, 최종 정지된 보관 위치 정보를 저장하여 관리하는 AGV 이동경로 원격 제어부를 더 포함한다.
상기 RFID 태그가 부착된 배양 용기(700)의 외부에 구비된 키 입력부로 설정된 온도 또는 습도로 조절되며, 상기 RFID 태그가 부착된 배양 용기(700) 내에 구비되며 열전적 성질이 다른 두 반도체 소자에 전기를 공급하면 열전 모듈에 의해 온도가 올라가거나 내려가는 열전 모듈을 구비하는 전기식 온도 조절기와, 상기 RFID 태그가 부착된 배양 용기(700) 내에 구비되며 소형 가습기가 구비된 습도 조절기를 더 포함하며,
상기 RFID 태그가 부착된 배양 용기(700)는 주 제어부와 연동되는 AGV 구동부를 더 포함하고,
상기 배양 용기 관리 서버(900)는 사용자 단말의 원격 제어 정보에 따라 상기 RFID 태그가 부착된 배양 용기의 AGV 구동부를 제어하여 바닥에 깔린 마그네틱 부재 또는 레일 부재의 경로를 따라 경로 유도 라인의 주행제어, 조향 제어, 분기점에서의 정지 위치 마크 인식을 수행하고, 최종 정지된 보관 위치 정보를 저장하여 관리하는 AGV 이동경로 원격 제어부를 더 포함한다.
상기 통신망은 LTE 4G/5G, Wi-Fi, NB-IoT, LoRa' RF 중 어느 하나를 사용하며, 상기 RFID 태그(701)가 부착된 배양 용기(700)의 IoT 디바이스의 RF 통신부(744)로부터 통신망을 통해 일정 시간 주기로 RFID 정보, 온도, 습도, CO2 가스 정보를 배양 용기 관리 서버(900)로 전송하며, 사용자 단말(901, 907)로부터 배양 용기 관리 서버(900)를 통해 원격 제어 정보를 RFID 태그(701)가 부착된 배양 용기(700)로 수신한다.
상기 시스템은 배양 용기 관리 서버(900)와 접속되며, 상기 RFID 태그(701)가 부착된 배양 용기(700)의 배양 식물명, 재배 기간, 배양 식물의 성장을 모니터링하며, 통신망을 통해 상기 RFID 태그가 부착된 배양 용기(700)로 원격 제어 정보를 전송하며, 컴퓨터, 노트북 또는 스마트폰과 태블릿 PC를 사용하는 사용자 단말(901, 907)을 더 포함하며, 통신망은 LTE 4G/5G, Wi-Fi, NB-IoT, LoRa' RF 중 어느 하나의 통신망을 사용한다.
상기 RFID 태그가 부착된 배양 용기(700)는 상기 사용자 단말의 상기 원격 제어 정보에 따라 배양 용기 내의 수조-밸브-물 분사부-노즐을 통해 물을 공급하고, 수동 또는 자동으로 배양액의 영양분이 공급되며, RGB LED, White LED, UV-LED를 구비하는 LED 조명부의 LED 조명등들의 ON/OFF 제어/조명 세기와 광량 제어/색 온도 제어를 통해 배양 식물의 광합성을 제공하며, 배양 용기 내의 카메라 모니터링, 온도 센서, 습도 센서, 가스 센서에 의해 온도, 습도, CO2 가스를 측정하며, 배양 용기 일측에 구비된 송풍팬의 바람과 환기, 상기 원격 제어 정보에 따라 AGV 이동 경로 제어기를 구동하여 조향 제어와 4바퀴에 연결된 모터를 구동하여 바닥에 깔린 마그네틱 부재 또는 레일 부재의 경로 유도 라인에 따라 배양 식물의 보관 위치로 이동하여 보관된다.
IoT 디바이스를 사용한 RFID 태그(701)가 부착된 배양용기(700)의 제어부(710)는 기본적으로 주 제어부(711)를 포함하며, 추가적으로 AGV 이동경로 제어기(720)를 포함한다.
IoT 디바이스를 사용한 RFID 태그(701)가 부착된 배양용기(700)는 기본적인 구성으로써 주 제어부(711), 저장부, 키 입력부(730), 조명 제어부(731)와 LED 조명등(732), 팬 구동부(733)와 송풍팬(737), 온도 센서(740), 습도 센서(741), 가스 센서(742), RF 통신부(744), 전원 구동부(747), DSP(770), 영상 처리부(771), 카메라(772), LCD 구동부(773), LCD 표시부(774), 물 분사부(780), 수조(781), 노즐(784)를 포함하는 IoT 디바이스부와,
상부 덮개를 포함하는 송풍팬이 설치되는 통풍구와 적어도 하나 이상의 센서들을 측면에 거치하는 다수의 거치대와 구비한 컨테이너(790)를 포함하며,
제어부에 연동되는 AGV 구동부를 더 포함한다.
RFID 태그(701)는 2m 이내의 인식 거리를 갖는 13.56MHz RFID 태그를 사용하며, RFID 태그(701)가 부착된 배양 용기(700)는 RFID 리더(704)가 2m 이내의 인식거리 내에서 RFID 태그(701) 인식하여 13.56MHz RFID 태그 정보를 읽어들인 후, 통신부를 구비하는 RFID 리더와 미들웨어로 연결되는 배양 용기 관리 서버(900)로 RFID 태그 정보를 전송할 수 있다.
상기 LED 조명부는 사용자 단말(901,907)의 원격 제어 정보에 따라 상기 RFID 태그가 부착된 배양 용기 내의 배양 식물의 광합성을 촉진하도록 LED 조명부의 다수의 LED 조명등들의 ON/OFF 제어, 조명 세기와 광량 제어, 색온도 제어를 하는 조명 제어부(731); 및 상기 조명 제어부(731)의 제어에 따라 배양 용기 내의 RGB LED, White LED, 또는 UV LED를 작동하며, 상기 RFID 태그가 부착된 배양 용기 내의 RGB LED, White LED, 자외선 살균을 위한 UV LED를 구비하는 다수의 LED 조명등들(732)을 포함한다.
상기 RFID 태그(701)가 부착된 배양 용기(700)는 상기 배양 용기의 컨테이너 내의 물을 저장하는 수조(781); 상기 주 제어부(711)와 연결되며, 상기 수조와 연결된 밸브 또는 호스를 통해 공급되는 물을 스프레이 방식으로 분사하는 물 분사부(780); 및 상기 물 분사부(780)와 연결되는 노즐(784)을 더 포함한다.
상기 RFID 태그(701)가 부착된 배양 용기(700)는 상기 주 제어부(711)와 연결되는 송풍팬을 회전시키는 모터를 구비하는 팬 구동부(733); 및 상기 팬 구동부(733)의 모터의 회전에 따라 송풍에 의해 배양 용기 내의 공기를 컨테이너 내의 통풍구를 통해 외부로 환기시키는 송풍팬(737)을 더 포함한다.
상기 RFID 태그(701)가 부착된 배양 용기(700)는 상기 배양 용기 내의 배양 식물의 성장 동영상을 촬영하는 카메라(772); 상기 카메라(772)의 촬영 동영상을 인코딩하는 영상처리부(771); 및 일측은 상기 영상처리부(771)와 연결되고, 타측은 주 제어부(711)와 연결되며 영상 신호 처리를 담당하는 DSP(770)를 더 포함한다.
상기 RFID 태그(701)가 부착된 배양 용기(700)는 상기 주 제어부(711)에 연결되는 LCD 구동부(773); 및 상기 LCD 구동부(773)와 연결되며, 배양 용기 관리 서버(900)와 연동되어 관리되는 RFID 태그와 연관된 배양 식물명과 재배 기간, 컨테이너 내의 카메라 영상과 온도/습도/CO2 가스 정보를 출력하는 LCD 표시부(774)를 더 포함한다.
상기 RFID 태그(701)가 부착된 배양 용기(700)는 상기 주 제어부(711)에 연결되며, 전원 온/오프 버튼, 송풍팬 구동 버튼, LED 조명 구동 버튼, 물 분사 구동 버튼을 구비하는 키 입력부(730); 상기 주 제어부(711)에 연결되며, 구동 프로그램과 고유의 RFID 정보, 사용자 단말의 원격 제어 정보를 수신받아 저장하는 저장부; 상기 주 제어부(711)에 연결되며, 시간을 계수하는 타이머; 및 상기 IoT 디바이스의 전원을 공급하는 전원 구동부(747)를 더 포함한다.
상기 RFID 태그(701)가 부착된 배양 용기(700)는 상기 주 제어부(711)와 연결되며, 상기 배양 용기 내의 온도를 측정하는 온도 센서(740); 상기 주 제어부(711)와 연결되며, 상기 배양 용기 내의 습도를 측정하는 습도 센서(741); 및 상기 주 제어부(711)와 연결되며, 상기 배양 용기 내의 CO2를 측정하는 가스 센서(742) 중 어느 하나 이상의 센서를 더 포함하며,
상기 배양 용기의 외부에 구비된 키 입력부로 설정된 온도 또는 습도를 설정하며, 배양 용기 내에 구비되며 열전적 성질이 다른 두 반도체 소자에 전기를 공급하면 열전 모듈에 의해 온도가 올라가거나 내려가는 열전 모듈을 구비하는 전기식 온도 조절기와, 배양 용기 내에 구비되며 소형 가습기가 구비된 습도 조절기를 더 포함한다.
참고로, 전기식 온도 조절기에 사용되는 열전모듈은 열전적 성질이 다른 두 반도체 소자를 접속하여 전기를 공급하여 온도를 제어하는 전자식 냉각·가열 부품이며, 열전적 성질이 다른 반도체에 전기를 공급하여 전류가 흐르면 접속점에서 한쪽은 열이 발생하고(발열), 반대쪽은 열이 흡수(냉각)되는 펠티어 효과(Peltier effect)를 사용하여 온도를 제어한다.
상기 RFID 태그(701)가 부착된 배양 용기(700)는 상기 주 제어부(711)와 연동되는 AGV 구동부를 더 포함하며,
상기 AGV 구동부는, 상기 사용자 단말(901, 907)의 원격 제어 정보에 의해 기 설정된 경로 유도 라인에 따라 무인 운반차(AGV)의 이동 경로를 제어하는 AGV 이동경로 제어기(720);
상기 AGV 이동경로 제어기(720)에 연결되며, 바닥에 깔린 마그네틱 부재 또는 레일 부재의 정해진 경로의 경로 유도라인을 따라 상기 AGV 이동경로 제어기(720)의 제어에 의해 4바퀴의 조향을 제어하는 조향 제어부(721);
상기 AGV 이동경로 제어기(720)에 연결되며, 상기 배양 용기의 하부의 4바퀴(708)를 구동하는 모터 구동부(722)와 1대 또는 2대의 모터(723); 및
상기 모터 구동부(722)와 상기 모터들(723)에 연동되어 주행되는 상기 배양 용기의 하부의 4바퀴(708)를 더 포함한다.
상기 RFID 태그(701)가 부착된 배양 용기(700)는 상기 사용자 단말(901, 907)의 상기 원격 제어 정보에 따라 배양 용기 내의 수조-밸브-물 분사부-노즐을 통해 물을 공급하고, 수동으로 배양액의 영양분이 공급되며, RGB LED, White LED, UV-LED를 구비하는 LED 조명부의 LED 조명등들의 ON/OFF 제어/조명 세기와 광량 제어/색 온도 제어를 통해 배양 식물의 광합성을 제공하며, 배양 용기 내의 카메라 모니터링, 온도 센서, 습도 센서, 가스 센서에 의해 온도, 습도, CO2 가스를 측정하며, 배양 용기 일측에 구비된 송풍팬의 바람과 환기, 상기 원격 제어 정보에 따라 AGV 이동 경로 제어기를 구동하여 조향 제어와 4바퀴에 연결된 모터를 구동하여 바닥에 깔린 마그네틱 부재 또는 레일 부재의 정해진 경로 유도 라인에 따라 배양 식물의 보관 위치(A-1, B-2, C-3,..)로 이동하여 보관된다.
배양 용기 관리 서버(900)는 유무선 통신망을 통해 컴퓨터(PC, 노트북)(901)와 스마트폰(907)에 연결되며, 배양 용기 RFID 태그 정보 관리부(910), AGV 이동경로 원격 제어부(920), LED 조명 원격 관리부(930), 온도/습도/가스 센서 정보 관리부(940), 송풍팬 원격 제어부(950), 비디오 모니터링부(960), 식물 최적 배양 정보 관리부(970), 및 배양 식물 성장 모니터링 및 성장 이력 관리부(980)를 포함한다.
상기 배양 용기 관리 서버(900)는 웹 서버와 데이터베이스와 스토리지를 구비하며,
상기 RFID 태그가 부착된 배양 용기의 RFID 태그 정보와 관련된 컨테이너 내의 배양 식물명, 성장 기간 정보를 관리하는 RFID 배양 용기 RFID 태그 정보 관리부(910);
사용자 단말(901, 907)의 원격 제어 정보에 따라 상기 RFID 태그가 부착된 배양 용기 내의 RGB LED, White LED, 자외선 살균을 위한 UV LED를 구비하는 LED 조명부의 다수의 LED 조명등들의 ON/OFF 제어, 조명 세기와 광량 제어, 색온도 제어 정보를 전송하며, 다수의 LED 조명등들의 작동 상태를 표시하는 LED 조명 원격 관리부(930);
사용자 단말(901, 907)로 재배 작목에 따라 식물을 분류하여 배양 식물의 발아조건과 물, 공기, 온도, 습도 최적 생육 조건, 애벌레 및 병충해 방지 요령 정보, 배양토 및 배양액 정보를 제공하는 식물 최적 배양 정보 관리부(970); 및
각각의 RFID 태그가 부착된 배양 용기의 RFID 정보, 소유자 정보, 재배 작목과 배양 식물 이름, 재배 기간, 보관 위치, 배양 용기의 식물의 성장 높이 정보, 배양 식물의 성장 모니터링과 성장 관리, 성장 이력을 관리하는 배양 식물 성장 모니터링 및 성장 이력 관리부(980)를 포함한다.
상기 배양 용기 관리 서버(900)는 상기 RFID 태그(701)가 부착된 배양용기(700)로부터 일정 시간 주기로 전송받은 상기 배양 용기 내 측정된 온도, 습도, 가스 정보를 저장하여 관리하는 온도/습도/가스 센서 정보 관리부(940)를 더 포함한다.
상기 배양 용기 관리 서버(900)는 상기 RFID 태그(701)가 부착된 배양용기(700)의 내의 카메라의 모니터링을 위한 비디오 서버와 스토리지를 구비하는 비디오 모니터링부(960)를 더 포함한다.
상기 배양 용기 관리 서버(900)는 사용자 단말(901, 907)의 원격 제어 정보에 따라 상기 배양 용기 관리 서버(900)를 통해 상기 RFID 태그(701)가 부착된 배양용기(700)의 환기를 위한 송풍팬(737)의 구동을 제어하도록 하며, 송풍팬 가동 여부가 표시되는 송풍팬 원격 제어부(950)를 더 포함할 수도 있다.
상기 배양 용기 관리 서버(900)는 상기 사용자 단말의 원격 제어 정보에 따라 상기 RFID 태그가 부착된 배양 용기의 AGV 구동부를 제어하여 바닥에 깔린 마그네틱 부재 또는 레일 부재의 경로를 따라 경로 유도 라인의 주행제어, 분기점에서의 조향 제어, 정지 위치 마크 인식, 최종 정지된 보관 위치 정보와 그 RFID 정보를 저장하여 관리하는 AGV 이동경로 원격 제어부(920)를 더 포함한다.
* IoT 디바이스를 사용한 식물 생장 조건에 따른 배양 용기로 구성된 시스템
- 배양용기 CCTV 카메라 모니터링
- LED 조명 제어부(LED 조명등 ON/OFF, 조명 세기 및 광량제어, LED 색온도 제어), LED 조명제어 : 배양 식물의 광합성 작용 촉진
- RFID 태그가 부착된 배양 용기(배양토-황토, 배양액)
- 배양 용기 상부 물 공급 스프레이 설비
- 팬 구동부와 송풍팬(바람, 환기),
- 온도 센서, 습도 센서, 가스 센서(배양 용기 내 온도,습도,CO2 가스 측정)
삭제
- 배양 용기 하부에 4바퀴가 달린 AGV 이동형 트레이, 안테나를 구비하는 무인 운반차(AGV), 바닥에 부착된 마그네트 테이프(magnetic tape)로 된 마그네틱 부재 또는 레일 부재의 정해진 경로의 경로 유도 라인에 따라 AGV 트레이가 이동하며,
- 스마트 배양 관리의 AGV 이동 트레이의 이동을 위한 레일(rail) 구축, 경로 유도 라인의 분기점 마다 설치되는 기 설정된 AGV 정지 위치 표시 마크에 정차
- RFID 태그와 RFID 리더를 사용하여 RFID 태그가 부착된 배양 용기의 식물의 정보 관리
- IoT 디바이스: Wi-Fi 통신부를 구비하는 IoT 디바이스 또는 NB-IoT 디바이스는 배양 용기 관리서버로 접속되며, 배양 용기 관리 서버의 식물의 생장 모니터링
- 배양 용기 관리 서버는 식물별 토양 정보 제공,
- 배양 용기 관리 서버와 통신되는 스마트폰은 배양 용기의 식물 생장관리 모니터링
- 배양 용기의 식물 성장 후 -> 스마트팜, 비닐하우스 재배
- NB-IoT 디바이스: [LTE 단말 - UART 인터페이스 - NB-IoT 통신부]
NB-IoT 디바이스 -> 이동통신 기지국(eNodeB) -> IoT EPC -> IoT 플랫폼 -> 배양 용기 관리 서버(Application Server)로 통신된다.
참고로, AGV(Automatic Guided Vehicle)는 유도 라인 인식부, 마크 센서, 조향 제어부를 구비하며, 바닥에 포설된 마그네틱 부재 또는 레일 부재의 경로 유도 라인의 주행 제어 및 분기점에서 조향 제어가 이루어지며, 마크 센서에 의해 AGV 정지 위치 마크를 인식하여 정지하게 된다.
또한, 바닥에 부착된 마그네틱 테이프의 S극과 N극을 사용하여 경로 유도 라인의 별도의 마크 센서 없이도 경로 유도 라인의 분기점에서 이동 경로를 AGV를 제어하고 양극형 자기유도 장치와 AGV 유도 방법을 사용할 수 있다. 이 경우, 다수의 무인 운반차의 이동 경로 상에 부착되어 S극 자기력 및 N극 자기력을 발생하는 자기 테이프에서 발생하는 S극과 N극의 자기를 계측하는 양극형 자기센서들; 상기 각각의 양극형 자기센서에 대응하여 구성되어 해당 양극형 자기센서를 통해 계측되는 S극과 N극의 자기 신호를 각각 디지털 신호로 출력하는 S극 신호 처리부 및 N극 신호 처리부; 상기 S극 신호 처리부 및 N극 신호 처리부에서 출력되는 S극과 N극의 디지털 신호를 기준으로 무인 운반차의 주행을 제어하는 주행 제어부;를 포함한다.
도 6은 NB-IoT 단말, 이동통신 기지국(eNodeB)과 IoT 플랫폼, 배양 용기 관리 서버의 통신 구조를 보인 도면이다.
NB-IoT 단말 -> 이동통신 기지국(eNodeB) -> IoT EPC -> IoT 플랫폼 -> 배양 용기 관리 서버(Application Server)로 통신된다.
* NB-IoT의 구조
- NB-IoT 단말 키입력부, 제어부(MCU), 저장부, 및 표시부를 구비하는 단말기와(terminals)와 NB-IoT module(NB-IoT 통신부)로 구성되며, NB-IoT modules를 사용하여 Uu 인터페이스를 사용하여 기지국(eNodeB)과 통신
- NB-IoT module은 사용자 단말에 탑재되어 NB-IoT 무선 통신 프로토콜에 따라 NB-IoT 네트워크와 통신
- NB-IoT 모듈과 사용자 단말의 제어 프로세서는 UART 통신
- eNodeB : NB-IoT 단말기(IoT 디바이스)는 Uu 인터페이스를 통해 네트워크 액세스 메시지를 처리하며, 셀(cell)을 관리하고, 정품 인증 처리를 위해 상위 계층 네트워크 요소(NE, Network Element)로 비 액세스 계층(NAS, Non-Access Stratum) 데이터를 전달한다.
eNodeB(기지국)는 S1-Lite 인터페이스를 통해 IoT EPC에 연결
- IoT EPC : NAS 계층에서 NB-IoT 단말기[사용자 단말-(UART)-(NB-IoT module)]와 정보를 송수신하며, NB-IoT 서비스와 관련된 데이터를 IoT Platform으로 전달한다
- IoT 플랫폼 : 무선 액세스 네트워크로부터의 상이한 유형의 IoT 데이터를 수집하며, 필요한 IoT 데이터를 요구된 서비스 애플리케이션으로 전송한다.
- Application server(배양 용기 관리 서버): RFID 태그가 부착된 배양 용기의 재배 작목별로 배양 식물을 분류하며, 배양 식물의 최적 생육 환경 조건 정보 제공하며, 애벌레 및 병충해 방지 요령 정보 제공, 배양 용기의 식물의 성장관리 및 생장 상황 모니터링를 제공한다.
배양 용기는 AGV 구동부와 IoT 디바이스를 사용하는 RFID 태그가 부착된 배양 용기 내의 수조를 구비하며, 수조-밸브-물 분사부-노즐에 의한 하부 물 공급로 또는 천장 급수 스프레이 시설이 구비되고, LED 조명제어-광합성 작용 촉진, 송풍팬에 의한 바람과 환기, 식물의 생장 모니터 플라스크의 온도, 습도, CO2 가스 측정, 배양액의 영양분 공급 등이 이루어진다.
배양 용기의 식물 성장 후, 스마트팜, 비닐하우스, 식물 농장으로 이동하여 재배, 노지 재배 된다.
배양 식물은 재배 작목에 따른 식물 분류에 따라 배양토 또는 배양액을 선택하며, 배양 식물은 햇빛에 의한 광합성, 물 공급과 영양분, 바람에 의한 환기에 의해 성장하게 된다.
예를들면, 배양 용기의 체적은 V3, V = 1m 정도로 제작하며,
시금치는 건조한 바람에 잘 자라며 하부 물 공급로가 필요하며, 배추나 부추 등의 수경 식물(재배 기간 5~6개월)은 습한 바람에 잘 자라며 상부 물 공급로의 스프레이식 물 분사가 필요하다.
인삼 등의 음지 식물(재배 기간 3~5년)은 햇빛이 없는 그늘막에서 자라며, 바람이 거의 없는 곳에 자란다. 이 경우, 재배 기간내에 LED 조명등은 항상 OFF, 송풍팬은 항상 OFF로 설정한다. 재배 기간, 즉 성장 기간이 장기간이 소요되는 경우는 내부 안쪽에 보관되며, 성장 기간이 단기간이 소요되는 경우 바깥쪽에 보관한다.
스마트 온실의 경우, AGV 구동부와 IoT 디바이스를 사용하는 RFID 태그가 부착된 배양 용기의 재배 작목의 식물 분류에 따라 분류된 배양 식물에 대하여 통신망을 통해 연결되는 배양 용기 관리 서버가 배양 식물의 발아조건과 물, 공기, 온도, 습도 최적 생육 조건이 포함된 배양 식물의 최적 배양 정보, 애벌레 및 병충해 방지 요령을 사용자 단말로 제공하며,
배양 용기 관리 서버에 접속된 사용자 단말의 원격 제어 정보에 따라 RFID 태그가 부착된 배양 용기 내에 수조-물 분사부-노즐을 통해 물을 공급하고, 수동으로 배양액의 영양분을 공급하며, RGB LED, White LED, UV-LED를 구비하는 LED 조명 시스템의 ON/OFF 제어/조명 세기와 광량 제어/색온도 제어에 의해 배양 식물의 광합성을 제공하며, 배양 용기 내의 카메라 모니터링, 온도/습도/가스 센서에 의해 온도, 습도, CO2 가스를 측정하며, 배양 용기의 송풍팬의 바람과 환기, 배양 용기의 식물의 성장관리 및 성장 이력 관리를 제공하며, AGV 이동 경로 제어기를 구동하여 조향 제어와 4바퀴에 연결된 모터를 구동하여 바닥에 깔린 마그네틱 부재 또는 레일 부재의 경로 유도 라인에 따라 배양 식물의 보관 위치로 이동하여 보관되며, 배양 식물 관리 서버와 사용자 단말을 통해 각각의 RFID 태그가 부착된 배양 용기의 배양 식물의 성장을 모니터링하고 그 성장 이력을 관리한다.
도 7은 스마트 온실과 식물 공장(implant factory)을 보인 사진이다.
배양 식물은 배양 용기의 일정 기간 동안 경과하여 식물 성장 후, 스마트팜, 비닐하우스, 식물 공장으로 RFID 태그가 부착된 배양 용기의 배양 식물을 재배 작목별로 분류하여 이동하여 재배되거나, 또는 노지 재배된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자가 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
700: AGV 구동부와 IoT 디바이스를 사용한 RFID 태그가 부착된 배양용기
701: RFID 태그 704: RFID 리더
710: 제어부 711: 주 제어부
720: AGV 이동경로 제어기 721: 조향 제어부
722: 모터 구동부 723: 모터
727: 마크 센서 729: 유도 라인 인식부
730: 키 입력부 731: 조명 제어부
732: LED 조명등 733: 팬 구동부
737: 송풍팬 740: 온도 센서
741: 습도 센서 742: 가스 센서
744: RF 통신부 747: 전원 구동부
770: DSP 771: 영상 처리부
772: 카메라 773: LCD 구동부
774: LCD 표시부 780: 물 분사부
781: 수조 784: 노즐
790: 컨테이너 708: 4 바퀴
900: 배양 용기 관리 서버 901: 컴퓨터(PC, 노트북)
907: 스마트폰 910: 배양 용기 RFID 태그 정보 관리부
920: AGV 이동경로 원격 제어부 930: LED 조명 원격 관리부
940: 온도/습도/가스 센서 정보 관리부
950: 송풍팬 원격 제어부 960: 비디오 모니터링부
970: 식물 최적 배양 정보 관리부
980: 배양 식물 성장 모니터링 및 성장 이력 관리부
701: RFID 태그 704: RFID 리더
710: 제어부 711: 주 제어부
720: AGV 이동경로 제어기 721: 조향 제어부
722: 모터 구동부 723: 모터
727: 마크 센서 729: 유도 라인 인식부
730: 키 입력부 731: 조명 제어부
732: LED 조명등 733: 팬 구동부
737: 송풍팬 740: 온도 센서
741: 습도 센서 742: 가스 센서
744: RF 통신부 747: 전원 구동부
770: DSP 771: 영상 처리부
772: 카메라 773: LCD 구동부
774: LCD 표시부 780: 물 분사부
781: 수조 784: 노즐
790: 컨테이너 708: 4 바퀴
900: 배양 용기 관리 서버 901: 컴퓨터(PC, 노트북)
907: 스마트폰 910: 배양 용기 RFID 태그 정보 관리부
920: AGV 이동경로 원격 제어부 930: LED 조명 원격 관리부
940: 온도/습도/가스 센서 정보 관리부
950: 송풍팬 원격 제어부 960: 비디오 모니터링부
970: 식물 최적 배양 정보 관리부
980: 배양 식물 성장 모니터링 및 성장 이력 관리부
Claims (14)
- 배양 용기 내에 상부 덮개를 구비하는 컨테이너와, 주 제어부, LED 조명부, IoT 디바이스의 RF 통신부를 구비하며, RFID 태그가 부착된 배양 용기;
사용자 단말로 재배 작목에 따라 식물을 분류하여 배양 식물의 발아조건과 물, 공기, 온도, 습도 최적 생육 조건, 애벌레 및 병충해 방지 요령 정보, 배양토 및 배양액 정보를 제공하며, 각각의 RFID 태그가 부착된 배양 용기의 재배 작목과 배양 식물 이름, 재배 기간, 배양 용기의 식물의 성장 높이 정보, 배양 식물의 성장 모니터링과 성장 관리, 성장 이력을 관리하는 배양 용기 관리 서버; 및
상기 배양 용기 관리 서버와 접속되며, 상기 RFID 태그가 부착된 배양 용기의 배양 식물명, 재배 기간, 배양 식물을 성장 모니터링하며, 통신망을 통해 상기 RFID 태그가 부착된 배양 용기로 원격 제어 정보를 전송하는 사용자 단말을 포함하며,
상기 RFID 태그가 부착된 배양 용기의 외부에 구비된 키 입력부로 설정된 온도 또는 습도로 조절되며, 상기 RFID 태그가 부착된 배양 용기 내에 구비되며 열전적 성질이 다른 두 반도체 소자에 전기를 공급하면 열전 모듈에 의해 온도가 올라가거나 내려가는 열전 모듈을 구비하는 전기식 온도 조절기와, 상기 RFID 태그가 부착된 배양 용기 내에 구비되며 소형 가습기가 구비된 습도 조절기를 더 포함하며,
상기 RFID 태그가 부착된 배양 용기는 주 제어부와 연동되는 AGV 구동부를 더 포함하고,
상기 배양 용기 관리 서버는 사용자 단말의 원격 제어 정보에 따라 상기 RFID 태그가 부착된 배양 용기의 AGV 구동부를 제어하여 바닥에 깔린 마그네틱 부재 또는 레일 부재의 경로를 따라 경로 유도 라인의 주행제어, 조향 제어, 분기점에서의 정지 위치 마크 인식을 수행하고, 최종 정지된 보관 위치 정보를 저장하여 관리하는 AGV 이동경로 원격 제어부를 더 포함하는, IoT 디바이스를 사용한 식물 생장 조건에 따른 배양 용기로 구성된 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 사용자 단말은 컴퓨터, 노트북 또는 스마트폰과 태블릿 PC를 사용하며,
상기 통신망은 LTE 4G/5G, Wi-Fi, NB-IoT, LoRa' RF 중 어느 하나를 사용하는, IoT 디바이스를 사용한 식물 생장 조건에 따른 배양 용기로 구성된 시스템. - 제2항에 있어서,
상기 LED 조명부는
상기 사용자 단말의 원격 제어 정보에 따라 상기 RFID 태그가 부착된 배양 용기 내의 배양 식물의 광합성을 촉진하도록 상기 LED 조명부의 다수의 LED 조명등들의 ON/OFF 제어, 조명 세기와 광량 제어, 색온도 제어를 하는 조명 제어부; 및
상기 조명 제어부의 제어에 따라 배양 용기 내의 RGB LED, White LED, 또는 UV LED를 작동하며, 상기 RFID 태그가 부착된 배양 용기 내의 RGB LED, White LED, 또는 자외선 살균을 위한 UV LED를 구비하는 다수의 LED 조명등;
을 포함하는 IoT 디바이스를 사용한 식물 생장 조건에 따른 배양 용기로 구성된 시스템. - 제2항에 있어서,
상기 RFID 태그가 부착된 배양 용기는
상기 배양 용기 내의 물을 저장하는 수조;
상기 주 제어부와 연결되며, 상기 수조와 연결된 밸브 또는 호스를 통해 공급되는 물을 스프레이 방식으로 분사하는 물 분사부; 및
상기 물 분사부와 연결되는 노즐;
을 더 포함하는 IoT 디바이스를 사용한 식물 생장 조건에 따른 배양 용기로 구성된 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 RFID 태그가 부착된 배양 용기는
상기 주 제어부와 연결되는 모터를 구비하는 팬 구동부; 및
상기 팬 구동부의 모터의 회전에 따라 송풍에 의해 배양 용기 내의 공기를 통풍구를 통해 외부로 환기시키는 송풍팬을 더 포함하는 IoT 디바이스를 사용한 식물 생장 조건에 따른 배양 용기로 구성된 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 RFID 태그가 부착된 배양 용기는
상기 배양 용기 내의 배양 식물의 성장 동영상을 촬영하는 카메라;
상기 카메라의 촬영 동영상을 인코딩하는 영상처리부;
일측은 상기 영상처리부와 연결되고, 타측은 상기 주 제어부와 연결되며 영상 신호 처리를 담당하는 DSP;
를 더 포함하는 IoT 디바이스를 사용한 식물 생장 조건에 따른 배양 용기로 구성된 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 RFID 태그가 부착된 배양 용기는
상기 주 제어부에 연결되는 LCD 구동부; 및
상기 LCD 구동부와 연결되며, 서버와 연동되어 관리되는 RFID 태그와 연관된 배양 식물명과 재배 기간, 컨테이너 내의 카메라 영상과 온도/습도/가스 정보를 출력하는 LCD 표시부;
를 더 포함하는 IoT 디바이스를 사용한 식물 생장 조건에 따른 배양 용기로 구성된 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 RFID 태그가 부착된 배양 용기는
상기 주 제어부에 연결되며, 전원 온/오프 버튼, 송풍팬 구동 버튼, LED 조명 구동 버튼, 물 분사 구동 버튼을 구비하는 키 입력부;
상기 주 제어부에 연결되는 저장부;
상기 주 제어부에 연결되는 타이머; 및
상기 IoT 디바이스의 전원을 공급하는 전원 구동부를 더 포함하는 IoT 디바이스를 사용한 식물 생장 조건에 따른 배양 용기로 구성된 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 RFID 태그가 부착된 배양 용기는
상기 주 제어부와 연결되며, 상기 배양 용기 내의 온도를 측정하는 온도 센서;
상기 주 제어부와 연결되며, 상기 배양 용기 내의 습도를 측정하는 습도 센서; 및
상기 주 제어부와 연결되며, 상기 배양 용기 내의 CO2를 측정하는 가스 센서 중 어느 하나 이상의 센서를 더 포함하는, IoT 디바이스를 사용한 식물 생장 조건에 따른 배양 용기로 구성된 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 AGV 구동부는
상기 사용자 단말의 원격 제어 정보에 의해 기 설정된 경로 유도라인에 따라 무인 운반차(AGV)의 이동 경로를 제어하는 AGV 이동경로 제어기;
상기 AGV 이동경로 제어기에 연결되며, 바닥에 깔린 마그네틱 부재 또는 레일 부재의 정해진 상기 경로 유도라인을 따라 상기 AGV 이동경로 제어기의 제어에 의해 4바퀴의 조향을 제어하는 조향 제어부;
상기 AGV 이동경로 제어기에 연결되며, 상기 배양 용기의 하부의 4바퀴를 구동하는 모터 구동부와 적어도 하나 이상의 모터; 및
상기 모터 구동부와 상기 적어도 하나 이상의 모터에 연동되어 주행되는 상기 배양 용기의 하부의 4바퀴;
를 더 포함하는 IoT 디바이스를 사용한 식물 생장 조건에 따른 배양 용기로 구성된 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 배양 용기 관리 서버는 웹 서버와 데이터베이스, 스토리지를 구비하며,
상기 RFID 태그가 부착된 배양 용기의 RFID 태그 정보와 관련된 컨테이너 내의 배양 식물명, 재배 기간 정보를 관리하는 RFID 배양 용기 RFID 태그 정보 관리부;
상기 사용자 단말의 원격 제어 정보에 따라 상기 RFID 태그가 부착된 배양 용기 내의 RGB LED, White LED, 자외선 살균을 위한 UV LED를 구비하는 LED 조명부의 다수의 LED 조명등들의 ON/OFF 제어, 조명 세기와 광량 제어, 색온도 제어 정보를 전송하며, 다수의 LED 조명등들의 작동 상태를 표시하는 LED 조명 원격 관리부;
상기 사용자 단말로 재배 작목에 따라 식물을 분류하여 배양 식물의 발아조건과 물, 공기, 온도, 습도 최적 생육 조건, 애벌레 및 병충해 방지 요령 정보, 배양토 및 배양액 정보를 제공하는 식물 최적 배양 정보 관리부; 및
각각의 RFID 태그가 부착된 배양 용기의 소유자, RFID, 재배 작목과 배양 식물 이름, 재배 기간, 보관 위치, 배양 용기의 식물의 성장 높이 정보, 배양 식물의 성장 모니터링과 성장 관리, 성장 이력을 관리하는 배양 식물 성장 모니터링 및 성장 이력 관리부;
를 포함하는 IoT 디바이스를 사용한 식물 생장 조건에 따른 배양 용기로 구성된 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 배양 용기 관리 서버는
상기 RFID 태그가 부착된 배양용기로부터 일정 시간 주기로 전송받은 상기 배양 용기 내 측정된 온도, 습도, 가스 정보를 저장하여 관리하는 온도/습도/가스 센서 정보 관리부를 더 포함하는 IoT 디바이스를 사용한 식물 생장 조건에 따른 배양 용기로 구성된 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 배양 용기 관리 서버는
상기 RFID 태그가 부착된 배양용기 내의 카메라의 모니터링을 위한 비디오 서버와 스토리지를 구비하는 비디오 모니터링부를 더 포함하는 IoT 디바이스를 사용한 식물 생장 조건에 따른 배양 용기로 구성된 시스템. - 삭제
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| KR1020180032452A KR102009352B1 (ko) | 2018-03-21 | 2018-03-21 | ＩｏＴ 디바이스를 사용한 식물 생장 조건에 따른 배양 용기로 구성된 시스템 |
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| KR1020180032452A KR102009352B1 (ko) | 2018-03-21 | 2018-03-21 | ＩｏＴ 디바이스를 사용한 식물 생장 조건에 따른 배양 용기로 구성된 시스템 |
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2018
- 2018-03-21 KR KR1020180032452A patent/KR102009352B1/ko active
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