KR20150076838A - Illumination system for plant cultivation and Control Methods of illumination System - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 식물 재배용 조명장치 및 조명 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 서로 다른 파장을 조사하는 적외선, 적색, 황색, 녹색, 청색, 자외선 광원등 적어도 한 개 이상의 광원을 구비한 조명장치를 식물의 종류, 식물의 성장, 개화, 해충 유인, 및 병해 저항성 증가 등을 위해, 구비한 광원을 제어하여, 식물의 최적 생장 조건을 제공하기 위한 조명장치 및 조명 제어 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a lighting apparatus and a lighting control method for growing a plant, and more particularly, to a lighting apparatus and a lighting control method for controlling the lighting of a plant, The present invention relates to a lighting device and a lighting control method for controlling the light sources and controlling the lighting conditions of the plants so as to provide optimum growth conditions for the plants.
광원 제어 방법에는 광원의 조사 시간 제어 및 광량을 제어하는 수단을 포함한다.The light source control method includes means for controlling the irradiation time of the light source and controlling the light amount.
일반적으로, 식물성장을 위한 여러 가지 요소 중 빛이 가장 중요한 요소이며, 종래, 식물 재배용 조명장치에서 인공 광원을 사용하는 기술이 적용되었고, 이에 필요한 조명을 위해서 백열등, 형광등, 할로겐 전구, 등을 사용하였으나 최근에는 식물재배용 발광다이오드(light emitting diode)를 사용하여 에너지 절감 효과를 발생하고 있다. 나노미터In general, light is one of the most important factors for plant growth. Conventionally, artificial light sources have been applied to lighting devices for plant cultivation, and incandescent lamps, fluorescent lamps, halogen bulbs, etc. have been used In recent years, however, energy saving effects have been generated by using light emitting diodes for plant cultivation. Nanometer
실험에 의해, 도 1은 독일의 엥겔만이 실험에서 적색의 파장(650나노미터-680나노미터)과 보라-청색의 파장(430나노미터-460나노미터)이 광합성에 주로 쓰인다는 것을 증명한 실험 결과이고, 도 2는 도시된 것과 같이, 빛의 파장이 식물에 미치는 작용효과를 볼 수 있으며, 따라서 특정한 파장을 조사하는 발광다이오드(light emitting diode)를 최근에 식물 재배용 조명광원으로 사용하고 있다.By experimentation, Figure 1 demonstrates that Engelmann in Germany has shown that red wavelengths (650 nm-680 nm) and purple-blue wavelengths (430 nm-460 nm) are mainly used for photosynthesis As shown in FIG. 2, a light emitting diode (light emitting diode) that irradiates a specific wavelength is recently used as an illumination light source for plant cultivation, as shown in FIG. 2, .
이러한 최근의 식물재배용 발광다이오드(light emitting diode)를 사용하는 기술에서 식물의 종류 및 성장, 개화, 촉성 재배 등을 위해, 특정한 파장대의 광을 조사하고, 특정한 파장대의 발광다이오드(light emitting diode)로 광량 비율을 조정하고, 발광다이오드(light emitting diode)는 백열등, 형광등, 할로겐 전구, 등에서는 제어할 수 없는 PWM(Pulse Width Modulation, 펄스 폭 변조)제어기술로 발광다이오드(light emitting diode)를 점등시간과 소등시간을 조정되게 하는 조명장치가 대한민국 특허 등록번호 10-0902071, 대한민국 특허 공개번호 10-2010-0051063에 있다.In recent technologies using light emitting diodes for plant cultivation, light of a specific wavelength band is irradiated for the kinds of plants and for growth, flowering, cultivation and cultivation, and light emitting diodes of a specific wavelength range The light emitting diode is controlled by PWM (Pulse Width Modulation) control technology which can not be controlled by incandescent lamp, fluorescent lamp, halogen bulb, etc., And a lighting device for adjusting the turn-off time are disclosed in Korean Patent Registration No. 10-0902071 and Korean Patent Publication No. 10-2010-0051063.
그런데, 상기 종래 기술에 의한 식물 재배용 조명장치들은, 적색 광원, 청색 광원의 수량 비가 2:1, 4:1, 5:1 또는 10:1과 같이 특정비율로 혼합하여 배치하여 광량 비율을 조정하고, 혼합하여 배치한, 광원의 점등 및 소등을 제어하는 장치들로 구성되어 있다.However, the illumination devices for plant cultivation according to the prior art are arranged by mixing and arranging the quantities of the red light source and the blue light source in a specific ratio such as 2: 1, 4: 1, 5: 1 or 10: , And a device for controlling the lighting and lighting of the light source, which are arranged in a mixed manner.
그러나 광원의 수량비를 특정비율로 혼합하여 배치한 조명장치에서는, 식물재배를 위한 식물의 종류 및 생장에 따라 최적의 생장 조건을 제공하기 위해서, 특정비율로 배치한 조정장치를 교체하여야 하는 단점이 있다.However, in the lighting apparatus in which the quantity ratios of the light sources are mixed at a specific ratio, there is a disadvantage that the adjusting apparatus arranged at a specific ratio must be replaced in order to provide optimal growth conditions depending on the kinds of plants for plant cultivation and the growth thereof have.
본 발명에 따른 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 식물의 종류 및 생장에 따른 최적의 환경을 제공하기 위한 발명이다.It is an object of the present invention to solve the problems of the prior art as described above, and to provide an optimum environment according to kinds of plants and growth.
본 발명은 적외선, 적색, 황색, 녹색, 청색, 자외선 광원 등을 구비하고, 식물의 성장, 개화, 해충유인, 및 병해 저항성 증가 등 식물의 최적 생장 조건을 제공하는 식물재배 장치 및 조명 제어 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a plant cultivation apparatus and a lighting control method which are provided with an infrared ray, a red color, a yellow color, a green color, a blue color, an ultraviolet light source and the like and provide optimum growth conditions of plants such as plant growth, flowering, insect induction, .
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 메인 콘트롤부(10); 전원을 공급하는 전원부(20); 다수의 광원(40, 41, 42, 4n, 50, 51, 52, 5n)을 제어하는 광원 콘트롤부(30, 31, 3n); 다수의 광원(40, 41, 42, 4n, 50, 51, 52, 5n); 식물의 종류 및 생장 환경에 따른 PWM(Pulse Width Modulation, 펄스 폭 변조)제어 시간 등을 저장하는 메모리부(60); 식물의 종류 및 생장 환경, 제어 시간 등을 입력하는 키 입력부(70); 컴퓨터, 인터넷 등과 연결하는 외부 입출력부(80); 장치의 상태를 표시하는 표시부(90)로 구성된다.In order to achieve the object of the present invention, a
다수의 광원(40, 41, 42, 4n, 50, 51, 52, 5n)은 700 ~ 800 나노미터 파장대의 적외선을 조사하는 적외선광원, 650 ~ 700 나노미터 파장대의 적색을 조사하는 적색광원, 570 ~ 610 나노미터 파장대의 황색을 조사하는 황색광원, 470 ~ 570 나노미터 파장대의 녹색을 조사하는 녹색광원, 420 ~ 470 나노미터 파장대의 청색을 조사하는 청색광원, 280 ~ 380 나노미터 파장대의 자외선을 조사하는 자외선광원 등을 포함한다.The plurality of
광원 콘트롤부(30, 31, 3n)는 다수의 광원(40, 41, 42, 4n, 50, 51, 52, 5n)에서 각각의 광원을 개별로 제어하는 기능을 포함한다.The light
실시 예에 있어서, 상기 메인 콘트롤부(10)는 메모리부(60)에 저장되어 있는 식물의 종류, 식물의 성장, 개화, 해충유인, 및 병해 저항성 증가 등에서 광원의 종류, 광원의 광량, 광원의 조사 시간 등 데이터에 따라 광원 콘트롤부(30,31) 제어를 통하여 광원(40, 41, 42, 4n, 50, 51, 52, 5n)을 제어한다.In the embodiment, the
또한 메인 콘트롤부(10)는 메모리부(60)에 저장되어 있는 데이터에 따라 광원 콘트롤부(30, 31, 3n) 제어를 통하여 각각의 광원(40, 41, 42, 4n, 50, 51, 52, 5n)을 PWM(Pulse Width Modulation, 펄스 폭 변조)제어기술로 제어하는 기능을 포함한다.The
키 입력부(70)와 외부 입출력부(80)는 식물의 종류 및 생장 환경, 제어 시간 등을 입력하고, 메인 콘트롤부(10)는 메모리부(60)에 데이타를 저장하며, 식물의 최적 생장 조건을 재입력하는 기능을 포함한다.The
상기의 키 입력부(70)와 외부 입출력부(80)는 메인 콘트롤부(10)에 식물재배 장치에서 재배하는 식물의 종류, 식물의 성장, 개화, 해충유인, 및 병해 저항성 증가등의 상태임을 입력하는 기능을 포함한다.The
상기 외부 입출력부(80)는 메모리부(60)에 저장되어 있는 데이터를 외부장치에 출력하는 기능을 포함한다.The external input /
도 4는 본 발명에 따른 식물 재배용 조명장치 및 조명 제어 방법에 대한 실시 예를 나타낸 제어 흐름도이다.FIG. 4 is a control flowchart showing an embodiment of a lighting apparatus and a lighting control method for plant cultivation according to the present invention.
본 발명에 따른 식물 재배용 조명장치 및 조명 제어 방법은, 식물의 종류, 식물의 성장, 개화, 해충유인, 및 병해 저항성 증가 등에서 광원의 종류, 광원의 광량, 광원의 조사 시간 등을 콘트롤하여, 식물의 최적 생장 조건을 제공하여, 재배조건을 최적화시켜 생육기간 단축, 에너지 절감 등의 효과가 있다.INDUSTRIAL APPLICABILITY The lighting apparatus and the lighting control method for growing a plant according to the present invention can control the type of the light source, the light amount of the light source, the irradiation time of the light source and the like in the plant species, plant growth, flowering, insect induction, To optimize cultivation conditions to shorten the growth period and reduce energy consumption.
도 1은 적색의 파장(650나노미터-680나노미터)과 보라-청색의 파장(430나노미터-460나노미터)이 광합성에 주로 쓰인다는 것을 증명한 실험 결과.
도 2는 빛의 파장이 식물에 미치는 작용효과를 나타낸 표.
도 3은 본 발명의 실시 예를 위한 블록 다이어그램.
도 4는 본 발명에 따른 식물 재배용 조명장치 및 조명 제어 방법에 대한 실시 예를 나타낸 제어 흐름도.
도 5는 본 발명의 광원 켜짐 및 꺼짐을 PWM(Pulse Width Modulation, 펄스 폭 변조)제어하는 상태도.
도 6은 본 발명의 광원 제어 라인에서 광원을 제어하는 상태도.Figure 1 demonstrates that the red wavelength (650 nm-680 nm) and the blue-blue wavelength (430 nm-460 nm) are mainly used for photosynthesis.
Fig. 2 is a table showing the effect of the wavelength of light on plants. Fig.
3 is a block diagram for an embodiment of the present invention.
4 is a control flowchart showing an embodiment of a lighting apparatus and a lighting control method for plant cultivation according to the present invention.
FIG. 5 is a view illustrating PWM (Pulse Width Modulation) control of the light source on and off according to the present invention. FIG.
6 is a state diagram for controlling a light source in a light source control line of the present invention.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 아래와 같이 상세하게 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명의 실시 예를 위한 블록 다이어그램이다.3 is a block diagram for an embodiment of the present invention.
전원부(20)는 광원 콘트롤부(30, 31, 3n)를 통하여 광원(40, 41, 42, 4n, 50, 51, 52, 5n)에 전원을 공급한다.The
광원 콘트롤부(30, 31, 3n)는 메인 콘트롤부(10)의 제어에 의해 광원(40, 41, 42, 4n, 50, 51, 52, 5n)의 켜짐 및 꺼짐을 제어한다.The light
메모리부(60)는 식물의 종류 및 생장 환경, 제어 시간 등의 데이타를 저장한다.The
키 입력부(70)는 식물의 종류 및 생장 환경, 제어 시간 등을 입력하고, 식물 재배용 조명장치의 동작 모드 등을 입력한다.The
외부 입출력부(80)는 식물의 종류 및 생장 환경, 제어 시간 등을 입력하고, 식물 재배용 조명장치의 동작 모드(F20, F30, F40, F50, F60)등을 입력하고, 메모리부(60)에 저장되어 있는 데이터를 외부장치에 출력하여, 외부장치에서 데이터를 파일로 보관하고, 인쇄하는데 유용하다.The external input /
조명장치의 동작 모드는 도 4에 명기된 F10, F20, F30, F40, F50, F60등으로 모드를 구분할 수 있다.The operation mode of the lighting apparatus can be classified into F10, F20, F30, F40, F50, F60, and the like as shown in FIG.
표시부(90)는 키 입력부(70) 및 외부 입출력부(80)에서 입력하는 식물의 종류 및 생장 환경, 제어 시간, 동작 모드 등을 표시하고, 장치의 상태를 표시한다.The
도 2는 빛의 파장별 식물에 대한 효과를 나타내는 표이며, 파장에 따라 주요 작용이 다르기 때문에 식물의 생장 조건에 따라 조사되는 파장대 광원의 조사 시간 제어 및 파장의 광량을 다르게 하는 것이 식물의 생장에 효율적이다.FIG. 2 is a table showing the effect of light on the plant by wavelength. Since the main action differs depending on the wavelength, controlling the irradiation time of the wavelength light source irradiated according to the growth conditions of the plant and changing the light amount of the wavelength are different from each other It is efficient.
일반적으로 식물의 생장을 위한 광합성은 적색, 청색, 녹색의 파장이 효율적이고, 개화를 위해서는 청색 및 적외선의 파장이 유효하고, 해충을 유인하기, 병해 저항성 증가를 위해서는 자외선이 유효하다.In general, photosynthesis for plant growth is effective for red, blue, and green wavelengths, blue and infrared wavelengths are effective for flowering, and ultraviolet rays are effective for attracting insects and increasing disease resistance.
따라서 식물의 생장을 위한 식물의 성장 모드(F20)에서 적색광원, 청색광원, 녹색광원을 켜짐으로, 황색광원, 자외선광원, 적외선광원은 꺼짐으로 하여 식물의 성장에 효율적이다.Therefore, in the growth mode (F20) of the plant for plant growth, the red light source, the blue light source, and the green light source are turned on, and the yellow light source, the ultraviolet light source, and the infrared light source are turned off.
또한 식물의 개화를 위한 식물의 개화 모드(F30)에서 적색광원, 청색광원, 녹색광원, 적외선광원을 켜짐으로, 황색광원, 자외선광원은 꺼짐으로 하여 식물의 개화를 촉진한다.Also, in the flowering mode (F30) of the plant for flowering of plants, the red light source, the blue light source, the green light source, the infrared light source are turned on, and the yellow light source and the ultraviolet light source are turned off.
또한 해충 유인 모드(F40)에서 적색광원, 청색광원, 녹색광원, 자외선광원을 켜짐으로, 황색광원, 적외선광원은 꺼짐으로 하여 해충을 유인하고, 해충 회피 모드(F50)에서 적색광원, 청색광원, 녹색광원, 황광원을 켜짐으로, 자외선광원, 적외선광원은 꺼짐으로 하여 해충이 발생하지 않도록 하는데 효율적이다.In addition, in the insect attraction mode (F50), insects are attracted by turning off the red light source, the blue light source, the green light source, and the ultraviolet light source, the yellow light source and the infrared light source are turned off, Green light source, turn on the sulfur light source, and turn off the ultraviolet light source and the infrared light source so that the insects are not generated.
또한 병해 저항성 증가 모드(F60)에서 적색광원, 청색광원, 녹색광원, 자외선광원을 켜짐으로, 황색광원, 적외선광원은 꺼짐으로 하여 식물이 병해가 발생하지 않도록 병해 저항성을 증가하는데 효율적이다.In addition, in the increase resistance mode (F60), the red light source, the blue light source, the green light source, and the ultraviolet light source are turned on, and the yellow light source and the infrared light source are turned off.
도 4는 본 발명의 실시 예를 위한 플로챠트이다.4 is a flow chart for an embodiment of the present invention.
메인콘트롤부(10)는 키 입력부(70) 및 외부 입출력부(80)에서 입력하여 저장되어 있는 동작 모드를 구분하고, 동작 모드의 데이터에 따라, 켜짐 광원은 켜고, 꺼짐 광원은 꺼서 식물의 최적 생장 조건을 제공한다.The
이때 켜짐 광원은 계속하여 켜지는 것보다는 도 5에서와 같이 PWM(Pulse Width Modulation, 펄스 폭 변조)방식(P10)으로 펄스 주기를 가지고 광을 조사하면 생장이 20% 정도 증가하는 것을 볼 수 있고, 에너지를 감소시키는 효과가 있다.In this case, as shown in FIG. 5, when the light is irradiated with a pulse cycle by PWM (Pulse Width Modulation, pulse width modulation) method (P10), the growth is increased by about 20% There is an effect of reducing energy.
메인 콘트롤부(10)는 상기의 광을 조사하는 단계에서 도 5의 PWM 제어 모드 2(P20) 방식으로, 적색광원의 켜짐시간을 청색광원의 켜짐시간의 4배로 조정하여 조사하면, 광원의 수량비를 적색광원과 청색광원의 혼합비율을 4:1로 혼합하여 광량비율을 조정하는 것과 같은 효과를 얻을 수 있다.When the
또 다른 실시 예에 있어서, 메인 콘트롤부(10)는 상기의 광을 조사하는 단계에서 도 5의 PWM 제어 모드 3(P30) 방식으로, 적색광원의 켜짐 시간과 꺼짐 시간의 주기와 청색광원의 켜짐 시간과 꺼짐 시간의 주기를 달리하여 식물의 종류 및 식물의 생장 조건에 따라 조사되는 파장대 광원의 조사 시간을 제어하면 식물의 생장에 효율적이다.In another embodiment, the
또 다른 실시 예에 있어서, 메인 콘트롤부(10)는 도 6의 광원 직렬 제어(C10) 방식으로, 메인 콘트롤부(10)에서 광원 콘트롤부(30, 31, 3n) 를 통하여 제어하는 다수의 광원 제어 라인에 다수의 적색광원을 설치하고, 소수의 청색광원을 설치하고, 도 5의 PWM 제어 모드 4(P40)와 같은 실시 예로 적색광과 청색광을 조사하면, 적색광량을 늘려 광량비율을 조정하는 효과를 얻을 수 있다.In another embodiment, the
또 다른 실시 예에 있어서, 메인콘트롤부(10)는 도 6의 광원 직병렬 제어(C30) 방식으로, 메인콘트롤부(10)에서 광원 콘트롤부(30, 31, 3n)를 통하여 제어하는 다수의 라인에서 적어도 1개의 라인에 적색광원의 수를 다수로 하여 적색광을 조사하면, 적색광량을 늘려 광량 비율을 조정하는 효과를 얻을 수 있다.In another embodiment, the
또 다른 실시 예에 있어서, 메인 콘트롤부(10)는 도 6의 광원 전류 제어(C20) 방식으로, 적색광원의 전류를 늘려 적색 광량이 청색 광량에 비해 많아 지도록 조정하여 광량 비율을 조정하는 효과를 얻을 수 있다.In another embodiment, the
상술한 바와 같이 식물 재배용 조명장치 및 조명 제어 방법에 의해, 메인 콘트롤부(10)에서 식물의 종류 및 식물의 생장 조건에 따라 조사되는 파장대 광원의 종류 및 광원의 조사 시간을 조정하여 식물의 최적 생장 조건을 제공하고, 각각의 제어라인을 제어하여 광원의 종류 및 광원의 수량을 다양한 방법으로 제어할 수 있으며, 제어라인 1개에 특정한 파장의 광원의 수를 다수로 설치 또는 서로 상이한 파장의 광원을 병설하여 효율을 높일 수 있으며, 광원의 전류를 늘려 광량을 조절할 수 있어 식물의 종류, 재배 환경, 식물의 성장, 개화, 해충유인, 및 병해 저항성 증가 등 생장 환경에서 식물의 최적 생장 조건을 제공하며, 에너지를 감소시키는 장치를 제공한다.As described above, the lighting apparatus and the lighting control method for plant cultivation can adjust the type of the light source and the irradiation time of the light source to be irradiated according to the type of plant and the growth condition of the plant in the
10 : 메인 콘트롤부
20 : 전원부
30, 31, 3n : 광원 콘트롤부
40, 41, 42, 4n : 광원 콘트롤부1이 제어하는 광원
50, 51, 52, 5n : 광원 콘트롤부2가 제어하는 광원
60 : 메모리부
70 : 키 입력부
80 : 외부장치 입출력부
90 : 표시부
F10 : 식물의 종류를 확인하는 단계
F20 : 식물의 성장모드
F30 : 개화 모드
F40 : 해충 유인 모드
F50 : 해충 회피 모드
F60 : 병해 저장성 증가 모드
P10 : PWM(Pulse Width Modulation, 펄스 폭 변조)방식의 기본 모드
P20 : 펄스의 켜짐과 꺼짐의 시간이 다른 모드
P30 : 펄스의 주기와 켜짐과 꺼짐의 시간이 다른 모드
P40 : 다수의 광원의 켜짐과 꺼짐 모드
C10 : 광원 직렬 제어 방식
C20 : 광원 전류 제어 방식
C30 : 광원 직병렬 제어 방식10: Main control unit
20:
30, 31, 3n: Light source control unit
40, 41, 42, 4n: a light source controlled by the light source control unit 1
50, 51, 52, 5n: a light source controlled by the light source control unit 2
60:
70:
80: External device input / output unit
90:
F10: Steps to identify the type of plant
F20: Plant growth mode
F30: Flowering mode
F40: Pest induction mode
F50: Pest Avoid Mode
F60: Disease-increasing mode
P10: Basic mode of PWM (Pulse Width Modulation)
P20: The pulse on and off times are different
P30: The period of the pulse and the time of on and off in different modes
P40: Multiple light sources on and off mode
C10: Light source serial control method
C20: Light source current control method
C30: Light source serial parallel control method
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