KR100530673B1 - 온실용 복합환경 제어기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 온실용 복합환경 제어기에 관한 것으로, 본 발명에 의한 온실용 복합환경 제어기는 온도센서에서 감지된 온실 내부온도와 사용자가 설정한 온도와의 차이에 의해 온실 천창개폐장치를 작동시키되, 사용자가 설정한 개폐주기 및 개폐범위를 온실 내부온도와 설정한 온도 차, 외부 기상대에서 감지되는 풍향과 풍속 및 외부온도에 비례하여 자동으로 변하는 방식의 프로그램을 이용하여 ARM7-9 또는 VIAC3TM CPU 제어에 의해 천창 및 측창이 개폐되도록 하는 것을 특징으로 한다.

이에 따라, 본 발명은 온실에 설치된 모든 구동장치들을 외부 기상, 온실내부온도 및 설정온도와의 차, CO₂ 농도 등 각종변수에 따라 작물재배에 적합하게끔 제어하여 생산성을 높이고, 계절, 우기 및 건기의 단축키에 의해 미리 저장된 데이터를 이용하여 디폴트값으로 설정되도록 함으로써 바로 사용할 수 있으며, 제품작동의 번거로움을 개선하여 고령자나 초보자도 용이하게 사용할 수 있고, 고품질의 작물을 재배하는데 기여하여 농가소득에 기여하는데 일조를 담당할 수 있는 효과가 있다.

Description

온실용 복합환경 제어기 {Multiplex Environment Controller for Greenhouse}

본 발명은 온실용 복합환경 제어기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 온실에서 재배하는 작물에 가해지는 환경조건들을 사용자가 설정한 수치에 상응하도록 온실의 환경제어에 필요한 구동설비들을 자동으로 제어하도록 하는 온실용 복합환경 제어기에 관한 것이다.

일반적으로 기후변화에 의해 온실 내부의 온도나 습도가 사용자가 설정한 값 이상 또는 이하가 되면 제어기가 온실의 개폐기를 작동시키는데 있어, 여러 가지 외부 환경요인을 고려하지 않고 구동장치들을 미리 정해진 방법으로 작동시키기 때문에 사용자가 원하는 온실내부 환경을 유지하는데 많은 문제점이 노출되었다.

즉 종래의 온실 개폐기는 온실 내부온도가 사용자가 이루고자 하는 설정온도 값과 차이가 나면 개폐기를 작동시키는데 단계별로 열리고 닫히는 시간과 그 중간에 쉬는 시간이 일정하게 되어 설정온도와 온실 내부온도의 차이에 상관없이 일정한 주기로 개폐기를 열거나 닫기 때문에 온실 내부온도가 설정값과 현저한 차이가 발생하는 경우가 발생하기도 하였으며 이를 제어기가 제대로 보상하지 못하는 단점이 있었다. 그리고 풍향, 풍속 및 외부기온을 고려하지 않아 좌우 측창개폐기의 개폐주기 조절 및 범위제어가 제대로 정확하게 이루어지지 않아 기상변화에 의한 온실내부의 능동적인 환경제어를 수행하지 못한 단점이 있었다.

또한, 천창 및 측창의 권취식 개폐장치의 경우에는 가동부와 고정부가 겹치는 부분이 있으며 이 부분을 환기 폭의 일부분으로 환산하여야 정확한 온실온도를 유지하게 되는데 천창 및 측창이 작동할 시 이 부분에서 온실온도가 전혀 제어되지 않은 폐단이 있었다.

한편, CO₂ 제어의 경우에는 환경제어기와는 별도로 장치구성이 되어 있어 일관된 제어가 이루어지지 않고 별도의 제어가 필요한 문제점이 있었다.

습도 제어의 경우에는 비가 내릴 때 이를 감지하는 센서의 감도를 조절하지 못하여 작물의 재배에 영향이 없는 소량의 비에도 불구하고 개폐기가 닫혀 온실 내부온도가 불필요하게 상승하는 결과를 초래하였고 비가 올 때 모든 개폐기들이 완전히 닫히기 때문에 온실 내부온도가 현저히 상승하여도 그 온도차를 보상해줄 방법이 없게 되는 문제점이 있었다.

또한, 스크린의 경우에는 보온과 차광기능이 분리되어 있어 혹한기에 차광스크린을 보온용으로 사용하지 못한 단점이 있었다.

아울러, 종래의 환경제어기는 PC에 의해 환경제어기를 작동시키고 각종 데이터를 저장하였으므로 PC의 설치가 부적합한 소형 온실인 경우에는 사용할 수가 없는 단점이 있었다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 외부 기상대의 풍향, 풍속, 일사 및 기온, 그리고 온실 내부의 온습도, CO₂ 농도, 난방관 온도를 감지하여 메인보드에 공급하여 이 값을 비교 분석하여 사용자가 설정한 여러 가지 온도, 습도 및 기타 제어요건에 맞추어 온실의 환경제어에 필요한 구동장치들을 일일 다주기(多週期)로 가변 제어함으로서 온실 내부 환경을 최적으로 유지시킬 수 있는 온실용 복합환경 제어기를 제공하는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 온실용 복합환경 제어기는 각종 센서에 의해 측정된 온실 내부의 환경조건과 사용자가 설정한 온실 내부의 환경조건의 차를 근거로 온실의 천창 및 측창 개폐장치, 난방장치를 작동시키는 온실용 복합환경 제어기에 있어서, 상기 천창 및 측창 개폐장치의 개폐조건과 난방장치의 작동조건이 상기 온실 내부의 환경조건인 온도, 습도 및 CO₂ 농도와 외부 기상대에서 감지되는 온실 외부의 환경조건인 풍향, 풍속, 일사량 및 강우감지신호에 따라 소정의 프로그램에 의해 자동으로 선택되어지고 상기 선택된 개폐조건과 작동조건을 기준으로 메인 PCB 보드의 ARM7-9 또는 VIAC3TM CPU 제어에 의해 상기 개폐장치 및 난방장치가 작동되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 온실의 내부 및 외부의 환경조건 데이터, 천창 및 측창의 개폐장치와 난방장치의 작동조건 데이터를 통신모듈 RS232/RS485를 통해 저장하는 별도의 탈부착식 메모리가 구비되며, 상기 사용자가 설정하는 온실내부의 환경조건은 키매트릭스를 통해 입력되어 CPU에 전달되는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 프로그램은 초기 설정버튼에 의해 계절 및 재배작물의 종류가 디폴트값으로 설정되며, 재배작물의 종류 및 성장조건 등 재배작물에 관한 데이터는 별도로 상기 메모리에 저장될 수도 있다. 그러므로 상기 프로그램에 의해 운용되는 온실의 천창 및 측창 개폐장치, 난방장치의 작동조건은 상기 메모리에 저장된 환경조건 데이터와 작동조건 데이터, 그리고 재배작물의 데이터에 의해 설정이 가능하다.

그리고 천창 및 측창의 개폐장치의 개폐조건은 본 발명의 복합환경 제어기가 설치되는 지역의 날짜별 일출 및 일몰시간의 변화에 맞추어 개폐주기 및 개폐범위가 자동으로 조절되며, 또한 외부 풍향을 기준으로 좌우측창의 개폐주기 및 개폐범위가 각각 독립하여 자동으로 조절되도록 되어 있으며, 상기 천창 및 측창개폐장치는 권취식으로 구성되고 상기 프로그램은 온실용 천창과 측창의 가동부와 고정부가 겹치기 시작하는 점을 환기 폭의 시작점으로 하여 제어되도록 하는 것을 특징으로 한다.

아울러, 본 발명은 풍향에 의한 천창개폐 제어 시에 온실 좌우 측창의 개폐범위를 바람 부는 방향보다 바람이 부는 반대방향의 측창을 더 열리도록 하여 온실을 환기시킴으로써 환기효과를 극대화할 수 있다는 점에 착안하여 좌우 측창의 개폐조건을 조절할 수 있도록 하였다.

난방장치의 작동과 관련하여 상기 프로그램은 온실의 적정온도가 설정온도 및 온실 내부온도와의 차, 그리고 외부온도에 상응하여 설정되도록 상기 난방장치의 난방관의 온도를 자동으로 환산하여 온실 내부에 공급되는 난방용 온수의 온도조절용 3-way 밸브를 개폐시키는 구성을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 온도센서에 습도센서가 일체식으로 구성되며, CO₂ 센서는 사용여부에 따라 탈부착 할 수 있는 것을 특징으로 한다.

아울러, 본 발명의 상기 프로그램은 스크린을 환경에 따라 보온용 또는 차광용으로 기능을 선택가능하며, 상기 프로그램은 한 대의 온실용 복합환경 제어기로 여러 구역 제어가 가능한 것을 특징으로 하는 온실용 복합환경 제어기.

이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 온실용 복합환경 제어기를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 온실용 복합환경 제어기의 개략적인 구조를 도시한 개략도이고, 도 2는 본 발명에 따른 온실용 복합환경 제어기의 작동 흐름도이며, 도 3은 본 발명에 따른 온실용 복합환경 제어기의 블록도면을 나타낸다. 또한 도 4는 본 발명에 따른 온실용 복합환경 제어기의 실제 제품의 외형도를 나타내며, 도 5는 본 발명에 따른 온실용 복합환경 제어기의 내부 회로도를 도시하고 있다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 온실용 복합환경 제어기는 온실(1)의 내외부의 환경을 측정하기 위한 센서부(10)와, 상기 센서부(10)에 의해 측정된 데이터와 사용자가 설정한 설정값의 차이에 따라 설정값으로 제어하도록 하는 제어기(20)로 구성되어 있다.

온실(1)의 내부에는 온도센서(11), 습도센서(12)와 CO₂ 센서(13)가 설치되어 있으며, 온실(1)의 외부에는 풍향 및 풍속감지센서(14), 감우센서(15), 일사량 감지센서(16) 및 외부 온도센서(17)가 설치되어 있다. 또한, 온실(1)의 천장에는 천창(2)이 설치되고 온실(1)의 측면에는 측창(3)이 설치되어 있다.

이러한 센서부(10)에서 측정된 값이 메인 PCB보드의 아날로그 멀티플렉스 및 A/D 콘버터를 거쳐 CPU(21)에 공급되고, 기상대의 풍향, 풍속, 외부온도, 일사량 및 강우감지 신호가 신호변환기를 거쳐 역시 메인보드의 CPU(21)에 전달되게 된다. 또한, 키매트릭스(Key Matrix)(22)를 사용하여 사용자가 원하는 온도, 습도, CO₂ 농도 및 일사량 범위, 그리고 풍향, 풍속 및 외부온도 제어변수 값이 CPU(21)에 전달되게 된다. 상기 키매트릭스(22)에는 각종 데이터를 사용자가 실시간으로 관찰할 수 있도록 디스플레이(미도시됨)가 구비되게 된다.

이에 따라 센서부(10)에서 측정된 값과 사용자에 의해 설정된 값을 비교하게 되어 온실의 환경을 사용자가 설정한 값으로 제어하게 된다.

천창(2) 및 측창(3)은 온실 내부온도와 설정온도와의 차이에 따라 CPU(21)에서 출력신호가 OUTPUT 0 - 5 카드를 거쳐 천창모터(4)를 동작시키는 릴레이(미도시됨)를 작동시키게 된다. 이때, 이 천창(2)의 개폐범위 및 개폐주기(단계별 작동시간 및 정지시간)는 온실(1) 내부온도와 설정온도와의 차, 풍향, 풍속 및 외부온도에 따라 최적의 작동조건이 선택되는 방식의 프로그램을 이용하여 메인 PCB 보드의 CPU(21) 제어에 의해 천창(2) 및 측창(3)이 개폐되도록 한다.

또한, 풍향에 의한 측창의 개폐 제어 시에 온실 좌우 천창(2)의 개폐범위를 바람 부는 방향보다 바람 부는 반대방향의 천창(2)을 더 열리도록 하여 온실을 환기시키는 것이 바람직하다.

또, 비닐온실에서 권취식 개폐장치를 사용하는 경우에, 천창(2)과 측창(3)의 가동부와 고정부가 겹치기 시작하는 부분을 환기 폭의 시작점으로(0%) 환산하여 환기제어를 한다.

상기 온도센서(11)에 습도센서(12)가 일체식으로 구성되는 것이 바람직하다.

스크린(5)은 키매트릭스(Key Matrix)(22)에 의해 사용자가 설정한 온실 내부온도, 외부온도 및 일사범위에 따라 CPU(21)에서 출력신호가 OUTPUT 0 - 5 카드를 거쳐 스크린(5)을 동작시키는 릴레이를 작동 시킨다. 스크린의 개폐범위와 주기는 온실 내부온도, 외부온도 및 일사범위에 의해 자동으로 조절된다.

CO₂ 제어의 경우에는 키매트릭스(Key Matrix)(22)를 통해 입력된 값과 CO₂ 센서(13)에서 측정된 값을 비교하여, CO₂ 공급밸브(6)를 개폐시킨다. CO₂ 센서(13)는 사용여부에 따라 상기 습도센서(12)와 일체로 된 온도센서(11)에 탈부착 할 수 있도록 하여 한곳에서 온도, 습도, CO₂ 농도를 모두 측정할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

분무, 유동팬 및 배기팬은 키매트릭스(Key Matrix)(22)를 통해 입력된 설정온도 및 설정습도를 벗어나게 되면 출력이 CPU(21)에서 OUTPUT 0 - 5 카드를 거쳐 릴레이에 전달된다.

3-way 밸브(7) 및 난방순환펌프(8)는 키매트릭스(Key Matrix)(22)를 통해 입력된 설정 난방온도와 실시간으로 측정되는 실내온도 사이의 차를 감지하여 공급하고자 하는 난방관의 온도를 자동으로 산정하여 그 온도에 따라 3-way 밸브(7)를 개폐시키게 된다.

본 발명은 상기 기능 외에 비상시 경보음을 울리거나 또는 유선으로 사용자에게 경보신호를 통보하는 기능을 추가로 구비한다.

또한, 모든 센서들의 측정값과 모든 구동장치들의 작동상태가 통신모듈 RS232/RS485를 통해 장기간 메모리(23)에 저장된다. 이때 메모리(23)는 PC를 사용하지 않고도, 온실 환경에 관련된 각종 데이터를 저장할 수 있으며 온실 환경제어를 수행할 수 있는 별도의 탈부착식으로 되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 메모리(23)를 탈착하여도 CPU(21)에 의해 온실 환경제어가 가능하게 된다.

본 발명은 상기 온실용 복합환경 제어기가 설치된 지역의 날짜별 일출 및 일몰시간의 변화에 따라 사용자가 설정한 시간이 자동으로 변하도록 설정되는 것이 바람직하며, 계절, 우기 및 건기에 해당되는 온실 환경에 관련된 데이터가 저장된 메모리(23)에 의해 필요시 해당 버튼을 누르면 그 해당 값이 디폴트(Default)값으로 설정되도록 하는 것이 바람직하다. 따라서 필요시 언제라도 재설정의 번거로움이 없이 다음 계절도래 시 용이하게 사용할 수 있게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명의 온실용 복합환경 제어기는 온실에 설치된 모든 구동장치들을 외부 기상, 온실내부온도 및 설정온도와의 차, CO₂ 농도 등 각종변수에 따라 작물재배에 적합하게끔 제어하여 생산성을 높이고, 계절, 우기 및 건기의 단축키에 의해 미리 저장된 데이터를 이용하여 디폴트값으로 설정되도록 함으로써 바로 사용할 수 있는 장점이 있다.

또한 본 발명은 기존의 4계절이 뚜렷한 기후에서 정밀제어를 하기 어려웠던 단점을 극복하고 유리온실용과 비닐온실용의 별도의 용도로도 제작이 가능하다는 장점이 있다.

나아가 본 발명의 프로그램은 재배작물의 종류 및 성장데이터, 온실의 내부 및 외부의 환경조건 데이터, 및 이에 연동되는 개폐장치와 난방장치의 작동조건 데이터가 저장된 메모리의 정보를 참조함으로써 최적의 온실 환경제어가 가능하며 제품작동의 번거로움을 개선하여 고령자나 초보자도 용이하게 사용할 수 있고, 고품질의 작물을 재배하는데 기여하여 농가소득에 기여하는데 일조를 담당할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 온실용 복합환경 제어기의 개략적인 구조를 도시한 개략도.

도 2는 본 발명에 따른 온실용 복합환경 제어기의 작동 흐름도.

도 3은 본 발명에 따른 온실용 복합환경 제어기의 블록도면.

도 4는 본 발명에 따른 온실용 복합환경 제어기의 실제 제품 외형도.

도 5는 도 4의 실제 제품의 내부 회로도.

**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**

1: 온실

2: 천창

3: 측창

4: 천창모터

5: 스크린

6: CO₂ 공급밸브

7: 3-way 밸브

8: 난방순환펌프

10: 센서부

11: 온도센서

12: 습도센서

13: CO₂ 센서

14: 풍향 및 풍속감지센서

15: 감우센서

16: 일사량 감지센서

17: 외부 온도센서

20: 제어기

21: CPU

22: 키매트릭스(Key Matrix)

23: 메모리

100: 온실용 복합환경 제어기

Claims (8)

1. 각종 센서에 의해 측정된 온실 내부의 환경조건과 사용자가 설정한 온실 내부의 환경조건의 차를 근거로 온실의 천창 및 측창 개폐장치, 난방장치를 작동시키는 온실용 복합환경 제어기에 있어서, 상기 천창 및 측창 개폐장치의 개폐조건과 난방장치의 작동조건이 상기 온실 내부의 환경조건인 온도, 습도 및 CO₂ 농도와 외부 기상대에서 감지되는 온실 외부의 환경조건인 풍향, 풍속, 일사량 및 강우감지신호에 따라 소정의 프로그램에 의해 자동으로 선택되어지고, 상기 선택된 개폐조건과 작동조건을 기준으로 메인 PCB 보드의 ARM7-9 또는 VIAC3TM CPU 제어에 의해 상기 개폐장치 및 난방장치가 작동되는 것을 특징으로 하는 온실용 복합환경 제어기.
2. 제 1 항에 있어서,

   온실의 내부 및 외부의 환경조건 데이터, 천창 및 측창의 개폐장치와 난방장치의 작동조건 데이터를 통신모듈 RS232/RS485를 통해 저장하는 별도의 탈부착식 메모리가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 온실용 복합환경 제어기.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 사용자가 설정하는 온실내부의 환경조건은 키매트릭스를 통해 입력되어 ARM7-9 또는 VIAC3TM CPU에 전달되는 것을 특징으로 하는 온실용 복합환경 제어기.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 개폐장치의 개폐조건은 설치 지역의 날짜별 일출 및 일몰시간의 변화에 맞추어 상기 프로그램에 의해 개폐주기 및 개폐범위가 자동으로 조절되는 것을 특징으로 하는 온실용 복합환경 제어기.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 개폐장치의 개폐조건은 외부 풍향을 기준으로 좌우측창의 개폐주기 및 개폐범위가 각각 독립하여 자동으로 조절되는 것을 특징으로 하는 온실용 복합환경 제어기.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 프로그램은 초기 설정버튼에 의해 계절 및 재배작물의 종류가 디폴트값으로 설정되며, 상기 프로그램에 의해 운용되는 온실의 천창 및 측창 개폐장치, 난방장치의 작동조건은 상기 메모리에 저장된 환경조건 데이터와 작동조건 데이터, 그리고 재배작물의 데이터에 의해 설정되는 것을 특징으로 하는 온실용 복합환경 제어기.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 천창 및 측창개폐장치는 권취식으로 되며, 상기 프로그램은 온실용 천창과 측창의 가동부와 고정부가 겹치기 시작하는 점을 환기 폭의 시작점으로 하여 제어되도록 하는 것을 특징으로 하는 온실용 복합환경 제어기.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 프로그램은 한 대의 온실용 복합환경 제어기로 여러 구역 제어가 가능한 것을 특징으로 하는 온실용 복합환경 제어기.