KR20100132621A - 주변광을 이용한 엘이디 식물 생장 시스템 - Google Patents
주변광을 이용한 엘이디 식물 생장 시스템 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 LED를 조명을 이용한 식물 생장 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 주변광을 이용한 LED 식물 생장 시스템 및 이를 이용한 식물의 재배 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 식물 생장 방법은 주변광을 이용할 수 있도록 파장별 광원 조도 측정장치를 이용하여 주변의 파장별 조도를 측정하고, 이를 이용하여 최적화된 LED광원을 조사하게 된다.
본 발명의 시스템을 통해 최저의 에너지로 최적화된 광원을 조사할 수 있어, 시스템의 가격 경쟁력을 높이는 효과가 있다.
LED
Description
본 발명은 LED를 조명을 이용한 식물 생장 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 주변광을 이용한 LED 식물 생장 시스템 및 이를 이용한 식물의 재배 방법에 관한 것이다.
식물생장에 필요한 조명 공급을 위해서 종래에는 백열등, 형광등, 할로겐 전구, 고압나트륨 전구 등을 사용하여 왔으나, 최근에는 이를 대체하는 식물 재배용 발광 다이오드가 개발되어 종래의 기술이 갖추지 못한 식물생장의 광합성 및 엽록성 작용의 효과를 발생시키고, 에너지 절감 및 환경 보호 등의 부가적인 경제효과를 발생시킬 수 있을 것으로 보인다. 이러한 식물재배용 LED를 사용하는 조명장치의 경우 여러 파장의 빛을 발산하는 LED를 조합하여 식물의 종류나 생육 상황에 따라 교체할 수 있도록 구성되어 식물의 생장을 보조하는 역할을 하고 있다.
대한민국 특허공개공보 제2003-5023호에서는 적색, 녹색, 청색, 적외선 등의
엘이디 중에서 선택되는 엘이디를 다수 배치하고 이를 제어하는 식물생육장 치에 대하여 개시하고 있다. 대한민국 실용신안 등록출원 20-2004-0015523호에서는 색소식물에 적합한 엘이디 광원의구체적인 조합 및 파장, 배양액의 안정성 향상을 위한 수단, 식물의 빠른 성장을 위한 수단, 실시간으로 식물의 성장을 관찰할 수 있는 수단을 갖춘 생육 장치가 개시되어 있다.
대한민국 특허 제305585호에서는 식물의 성ㆍ생장을 제어할 수 있도록 발광다이오드를 식물의 특성에 따라, 그리고 제어하고자 하는 매개변수에 따라 최적의 파장대역 및 밝기의 광을 조사함으로써 식물의 성ㆍ생장을 제어할 수 있는 발광다이오드를 이용한 식물 성ㆍ생장 육성장치를 개시하고 있다.
대한민국 특허 제879711호에서는 경비의 절감을 위해서, 반도체 발광 다이오드 조명을 640nm∼675nm의 파장을 형성하는 LED;와 425nm∼455nm의 파장을 발생시키는 LED;를 각각 9:1, 8:2, 7:3 및 6:4 중 어느 하나의 비율로 조합하여 조명기구를 구성함으로써 식물이 생장하는데 필요한 광합성 작용과 엽록소 작용을 극대화시킴과 동시에 식물의 발아, 개화, 성장 등의 식물 생장 전 분야에 쉽고 빠른 적용이 가능하도록 하고 또한 파장의 비율별 조합 구성으로 인한 제어장치나 전체 통합시스템이 필요하지 않은 단독 일반형 조명을 개시하고 있다.
그러나, 실제 식물을 상업적으로 생육함에 있어서는 특정 광원, 일예로 LED이외에도 많은 주변 광원들, 일예로 태양광, 실내 조명광 등이 존재하게 되며, 이러한 주변 광원들은 실시간으로 광량이나 파장 등이 변화하게 된다. 따라서, 주변 광원들에 대한 고찰 없이 시험실에서 측정된 결과에 바탕을 두고 계산된 광원을 일방적으로 조사할 경우, 식물 생장의 최적화를 이루기 어렵게 되며, 개화기와 같이 민감한 시기에 오히려 식물의 생장을 방해할 수 있게 된다. 이에 따라, 주변광을 이용할 수 있는 새로운 생육 시스템에 대한 요구가 계속되고 있다.
본 발명의 목적은 식물 생장시키는 방법에 있어서, 주변광을 이용할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 식물을 생장시키는 시스템에 있어서, 주변광을 특정광원과 함께 이용할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 식물 생장 시스템은
파장별로 광원을 발광시키는 LED 패널; 식물 주변에서 상기 LED패널과 주변광으로부터 식물에 조사되는 광을 파장대별로 측정하는 파장 검출 광센서; 및 상기 광센서에 검출되는 파장대별 조도를 기준치와 비교해서 상기 LED패널의 광량을 조절하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 일 측면에 있어서, LED광을 이용하여 식물을 생장시키는 방법에 있어서, 식물 주변에서 파장 검출 광센서를 이용하여 광을 파장대별로 측정하는 단계; 및 측정된 파장별 조도량을 기준값과 비교하는 단계; 및 LED 패널의 조사량을 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 식물 주변은 식물이 생장되고, LED광원과 주변광이 입사되는 장소를 의미하며, 바람직하게는 생육되는 토양에서 식물의 키높이의 위치가 좋다.
본 발명에 있어서, 상기 LED패널은 특정 파장을 방사하는 LED광원이 다수 개 설치되어 다양한 파장의 광선을 하나 이상 선택적으로 동시에 방출할 수 있는 패널을 의미한다. 본 발명의 실시에 있어서, 상기 LED패널은 자외광, 청색광, 녹색광, 적색광, 적외광을 하나 이상 선택적으로 동시에 방사할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 파장 검출 광센서는 생식되는 식물 주변에서 주변광과 LED광원에 포함된 자외광, 청색광, 녹색광, 적생광, 적외광을 파장별로 분석할 수 있도록 구현된다. 본 발명의 실시에 있어서, 상기 파장 검출 광센서는 하나의 광센서를 이용하여 입사되는 파장을 분석하거나, 파장별로 흡수영역이 다른 광센서를 다수 개 사용하여 측정할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제어부는 광센서를 통해서 검출되는 파장대별 광조도를 기준 조도와 비교해서 해당 파장을 방출하는 LED광원의 조사 강도를 조절하게 된다. 상기 기준 조도는 식물의 생장 정도, 생장 시기, 생장 시간 등에 따라 달라지며, 기존에 축적된 데이터를 기준으로 제공될 수 있다. 상기 파장대별 조도는 파장 검출 광센서에 의해서 측정되는 조도로 제공될 수 있다.
본 발명의 실시에 있어서, 파장대별 조도가 기준 조도에 미치지 못할 경우 해당 파장을 방출하는 LED광원의 조사강도를 높이고, 파장대별 조도가 기준 조도를 초과할 경우 해당 파장을 방출하는 LED광원의 조사강도를 낮추는 방법으로 제어될 수 있다.
본 발명은 식물이 생장되는 환경에서 실제로 식물에 조사되는 광을 측정하여 이를 식물 생장에 반영하고, 또한 식물에 필요한 광원을 실시간으로 제공함으로써, 최적의 식물 생장을 유도할 수 있다.
또한 식물 생장에 필요한 최적 광원을 생성함에 있어서 자연광과 같은 주변광원을 이용함으로써 LED광원의 생성에 필요한 에너지를 최소화할
이하, 실시 예를 통해서 본원 발명을 상세하게 설명한다. 하기 실시 예는 본 발명을 상세하게 설명하기 위한 것으로서 본원 발명의 내용을 한정하기 위한 것으로 해석되어서는 안 된다.
도 1은 본 발명에 따른 식물 생장 시스템을 간략하게 도시한 도면이며, 도 2는 본 발명에 따른 시스템의 블럭도이며, 도 3은 본 발명에 따른 시스템의 순서도이다.
도 1에서 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 식물 생장 시스템은 생장 식물(11)을 외부 환경과 차단하는 온실(10)에 식물들이 식생 되어 있다. 온실(10)은 태양광(12)이 빛이 투광할 수 비닐이나 유리로 이루어지며, 천장에는 식물에 필요한 광원을 공급할 수 있는 LED패널(8)이 설치되어 있다.
상기 LED패널(8)에는 식물 생장에 있어 물질 생성 및 생리 활성에 영향을 주는 280~315nm 파장대역의 자외광, 잎의 형태 형성을 촉진시키는 420~470nm 파장대역의 청색광, 광합성 속도와 생장을 촉진시키는 640~690nm 파장대역의 적색광, 광 형태 형성 반응과 줄기 신장을 촉진시키는 730nm 파장대역의 근적외광 등 식물 생장을 보조하는데 효과적인 것으로 규명된 파장대역의 광 에너지를 공급할 수 있다.
식물이 식생 되는 온실(10)의 바닥에는 식물의 높이에 대응되는 위치에 파장 검출 광센서(3)이 설치되어 있어, 자외광, 청색광, 녹색광, 적색광, 적외광 등 다양한 파장대의 광을 파장대별로 조도를 측정할 수 있으며, 측정된 조도는 제어기(도시되지 않음)에 연결되어 식물 생장에 필요한 광원을 최적화할 수 있도록 구현된다.
도 2는 본 발명의 식물 생장용 LED 조명기기를 나타내는 블록도이며, 본 발명의 구성은 크게 AC 전원을 DC 전원으로 변환하는 변환기(1), 최적의 광학 환경을 위한 제어부(100)와 LED 조명 패널(8)로 이루어진다. 세부적으로는 LED 조명 기기 내부 사용 주파수를 발생시키는 주파수 발생 회로(2), 식물 주변 광학정보를 검출하는 파장 검출 광센서(3), 식물 주변의 온도 및 습도 정보를 검출하는 온도 및 습도 센서(4), 발광 주기의 제어를 위한 펄스 발생 회로(5), 각 센서의 검출 정보 및 사용자 입력정보를 분석하여 효율적으로 기기를 제어하는 마이크로 프로세서(6), 마이크로 프로세서(6)의 제어 신호에 상응되는 광을 출력하는 LED 드라이버(7) 및 LED 패널(8), LED 조명 기기 내외부 상황 및 사용자의 입력 사항을 시각적으로 인지할 수 있는 표시 회로(9)로 이루어져 있다.
상기 AC-DC 변환기(1)는 상용 AC 전원을 기기에서 사용할 수 있는 DC 전원으로 변환하여 마이크로프로세서(4) 및 기기 내외부의 센서로 정전원을 공급하는 기능을 수행한다. 상기 주파수 발생회로(2)는 마이크로 프로세서(6)와 기기 내외부 센서의 상호 통신 및 제어를 위한 주파수 발생 기능을 수행한다. 상기 파장 검출 광센서(3)는 식물 생장에 영향을 주는 자외광, 청색광, 적색광, 근적외광의 파장대역별 조도를 검출하는 센서들로 구성되어 있으며, 검출된 정보를 마이크로 프로세서(6)로 전달하는 기능을 수행한다. 상기 온도 및 습도센서(4)는 식물 재배 환경 온도 및 습도 정보를 수집하여 마이크로 프로세서(6)에 전송하는 기능을 수행한다.
상기 펄스 발생 회로(5)는 식물 생장에 요구되는 최적화된 광노출 주기를 마이크로 프로세서(6)로 전송하는 기능을 수행한다. 상기 마이크로 프로세서(6)는 파장 검출 광센서(3)와 온도 및 습도 센서(4)로부터 검출된 식물 생장에 영향을 주는 광의 파장 및 조도, 온도, 습도 등의 정보를 분석하여 식물 생장에 최적화된 전기 신호를 LED 드라이버(8)로 전달하는 기능을 수행한다. 상기 LED 드라이버(7) 및 LED 조명 패널(8)은 마이크로 프로세서(6)로부터 전달된 전기 신호를 자외광, 청색광, 적색광, 근적외광 파장대역의 광원으로 전환하여 식물에 조사하는 기능을 수행한다. 상기 표시회로(9)는 기기 내외부의 동작 정보와 식물 주변의 광학, 온도, 습도 정보 및 입력 정보를 LCD화면을 통하여 사용자가 알 수 있도록 표시해주는 기능을 수행한다.
도 3은 본 발명의 식물 생장용 LED 조명 기기의 순서도이며, 파장 검출 광센서(3)에서 검출한 식물주변 광학 정보를 마이크로 프로세서(6)에서 비교, 분석하여 식물 생장 최적 조건을 조성, 유지하는 동작이 실시간으로 자동화로 이루어지는 과정을 나타낸다.
먼저, 마이크로프로세서에 식물 생장에 필요한 최적 파장과 펄스 발생회로가 입력된다. 최적 파장은 종래 측정된 데이터 값을 입력하여 세팅할 수 있다. LED 드라이버가 LED 조명 패널을 조정하여 광원을 방출하면 재배용 작물에 다양한 범위의 파장들로 구성된 광이 비추게 된다. 식물 주변에 배치된 파장 검출 광센서에서는 LED패널에 의한 LED광원과 주변광에 의해서 식물에 비추는 광원을 각 파장별로 분석하여 조도량을 측정하고, 기준 레벨이상 또는 이하인 경우에는 LED드라이버를 구 동하여 LED의 광량을 조절하게 된다. 이로 인해, 태양광과 같은 주변광에 청색, 적색광원이나 자외광, 또는 적외광들이 포함된 경우 LED에서는 식물 생장에 필요한 보충광만을 발광하게 되어, 저에너지 재배환경이 구현된다.
도 1은 본 발명에 따른 식물 생장 시스템을 간략하게 도시한 도면이며,
도 2는 본 발명에 따른 시스템의 블럭도이며,
도 3은 본 발명에 따른 시스템의 순서도이다.
Claims (6)
- LED 식물 생장 시스템에 있어서,파장별로 광원을 발광시키는 LED 패널;식물 주변에서 상기 LED패널과 주변광으로부터 식물에 조사되는 광을 파장대별로 측정하는 파장 검출 광센서; 및상기 광센서에 검출되는 파장대별 조도를 기준치와 비교해서 상기 LED패널의 광량을 조절하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 식물 생장 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 LED패널은 자외광, 청색광, 녹색광, 적색광, 적외광으로 이루어진 그룹에서 선택되는 하나 이상의 광원을 동시에 발광하는 것을 특징으로 하는 식물 생장 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 광센서는 생육되는 식물의 키높이 위치하는 것을 특징으로 하는 식물 생장 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 제어부는 광센서를 통해서 검출되는 파장대별 광조도를 기준 조도와 비교해서 해당 파장의 LED광원의 조사 강도를 조절하는 것을 특징으로 하는 식물 생장 시스템.
- LED광을 이용하여 식물을 생장시키는 방법에 있어서,식물 주변에서 파장 검출 광센서를 이용하여 광을 파장대별로 측정하는 단계;측정된 파장별 조도량을 기준값과 비교하는 단계; 및LED 패널의 파장별 조사량을 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 식물 생장 방법.
- 제5항에 있어서, 상기 광센서는 생육되는 식물의 키높이에 위치하는 것을 특징으로 하는 식물 생장 방법.
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| KR101102279B1 (ko) | 2012-01-03 |
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