KR101868037B1 - 온실의 온도 제어 장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 온실의 외부 온도, 조도 데이터, 내부 온도 사이의 상관 관계를 토대로 온실의 천창(측창)을 제어하여 온실의 온도를 제어하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다. 온실의 온도 제어 방법은 온실의 천창(측창)을 열어놓은 상태 또는 닫은 상태에서 외부 온도, 조도, 내부 온도를 수집하는 단계, 수집한 결과를 토대로 3차원 공간에서 하나의 평면에 대응하는 함수를 설정하는 단계, 설정한 함수에 온실의 천창(측창)이 완전히 열렸을 경우와 완전히 닫혔을 경우의 데이터를 모델링하여 두 개의 평면을 구성하는 단계 및 두 개의 평면을 통해 획득한 온실의 평면온도와 설정온도를 비교하고, 비교 결과를 토대로 온실의 천창(측창)을 제어하여 온실의 온도를 제어하는 단계를 포함한다.

Description

온실의 온도 제어 장치 및 그 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING TEMPERATURE IN GREENHOUSE}
본 발명은 온실의 온도 제어 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 특히 온실의 외부 온도, 조도 데이터, 내부 온도 사이의 상관 관계를 토대로 온실의 천창(측창)을 제어하여 온실의 온도를 제어하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
온실에서 온실 내부의 온도는 온실 외부 온도, 조도(태양광)의 영향을 직접적으로 받는다. 그러나, 다양한 구조를 가지는 온실들의 온도를 각각 제어하기에는 많은 어려움이 있다.
예를 들어, 한국공개특허 제10-2007-0014883호 "온실환경제어장치"는 온실 내의 기상상태를 모니터링 할 수 있을 뿐만 아니라 제어프로그램을 그래픽인터페이스방식으로 구현하여 설정치를 변경하는 등의 프로그램의 사용이 용이하며, 카메라 영상에 의한 온실 감시로 작업자가 온실 외의 원격지에서 온실 내 상태를 감시하고 환경을 제어할 수 있도록 하는 기술에 관하여 기재하고 있다.
이와 같은 종래의 온실 환경 제어 기술은 각기 다른 온실 구조에 대하여 모델링하여 제어하기에 어려움이 존재한다.
따라서, 하나의 알고리즘으로 다양한 온실에서 각각 측정된 값을 가지고 해당 온실에서 가장 적합한 천창(측창) 제어를 수행함으로써 온실온도를 제어하는 기술을 필요로 한다.
본 발명의 목적은 온실의 외부 온도, 조도 데이터, 내부 온도 사이의 상관 관계를 토대로 온실의 천창(측창)을 제어하여 온실의 온도를 제어하는 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 온실의 온도 제어 방법은
온실의 천창(측창)을 열어놓은 상태 또는 닫은 상태에서 외부 온도, 조도, 내부 온도를 수집하는 단계; 수집한 결과를 토대로 3차원 공간에서 하나의 평면에 대응하는 함수를 설정하는 단계; 설정한 함수에 상기 온실의 천창(측창)이 완전히 열렸을 경우와 완전히 닫혔을 경우의 데이터를 모델링하여 두 개의 평면을 구성하는 단계; 및 상기 두 개의 평면을 통해 획득한 온실의 평면온도와 설정온도를 비교하고, 비교 결과를 토대로 상기 온실의 천창(측창)을 제어하여 온실의 온도를 제어하는 단계를 포함한다.
이 때, 상기 함수를 설정하는 단계는 상기 외부 온도, 상기 조도, 상기 내부 온도를 입력으로 하고, 상기 온실의 구조 및 위치에 근거하여 가중치를 다르게 적용하는 상기 함수를 설정할 수 있다.
이 때, 상기 외부 온도, 조도, 내부 온도를 수집하는 단계는 상기 외부 온도, 상기 조도 및 상기 내부 온도 모두를 동일한 시간에 측정하고, 기 설정된 주기마다 수집할 수 있다.
이 때, 상기 함수를 설정하는 단계는 상기 외부 온도, 상기 조도, 상기 내부 온도들을 순차적으로 수집한 값을 이용하여 상기 함수의 오차를 최소화할 수 있다.
이 때, 상기 온실의 온도를 제어하는 단계는 상기 제 1 평면과 상기 제 2 평면의 높이 차이에 기반하여 상기 평면 온도와 상기 설정 온도를 비교할 수 있다.
이 때, 상기 온실의 온도 제어 방법은 상기 함수를 상기 외부 온도, 상기 조도 및 상기 내부 온도를 이용하여, 기 설정된 주기에 따라서 변경하고, 변경된 함수를 이용하여 적응적으로 상기 온도를 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 온실의 온도 제어 장치는 온실의 천창(측창)을 열어 놓은 상태 및 닫은 상태 각각에서 외부 온도, 조도 및 내부 온도를 측정하는 측정부; 상기 외부 온도, 상기 조도 및 상기 내부 온도에 기반하여 3차원 공간에서 하나의 평면에 대응하는 함수를 설정하는 함수 설정부; 상기 함수에 상기 온실의 천창(측창)이 완전히 열렸을 경우 및 완전히 닫혔을 경우의 데이터를 모델링하고, 상기 온실의 천창이 완전히 열린 경우에 상응하는 제 1 평면 및 상기 온실의 천창이 완전히 닫힌 경우에 상응하는 제 2 평면을 설정하는 모델링부; 및 상기 제 1 평면 및 상기 제 2 평면을 이용하여 획득한 상기 온실의 평면 온도 및 설정 온도를 비교하고, 비교 결과에 기반하여 상기 천창(측창)을 제어하는 천창 제어부를 포함한다.
이 때, 상기 함수 설정부는 상기 외부 온도, 상기 조도, 상기 내부 온도를 입력으로 하고, 상기 온실의 구조 및 위치에 기반하여 가중치를 달리 적용하는 상기 함수를 설정할 수 있다.
이 때, 상기 함수 설정부는 상기 외부 온도, 상기 조도 및 상기 내부 온도를 다시 수집한 값을 이용하여 상기 함수의 오차를 최소화할 수 있다.
이 때, 상기 천창 제어부는 상기 제 1 평면과 상기 제 2 평면의 높이 차이에 기반하여 상기 평면 온도 및 상기 설정 온도를 비교할 수 있다.
본 발명에 따르면, 온실의 외부 온도, 조도 데이터, 내부 온도 사이의 상관 관계를 토대로 온실의 천창(측창)을 제어하여 온실의 온도를 제어함으로써, 온실 온도의 급격한 변화를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 온실의 온도 제어 장치는 각 온실에 해당하는 파라미터를 스스로 습득하여 적응형 온실 제어를 할 수 있게 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 온실의 온도 제어 장치를 개략적으로 나타내는 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 온실의 온도 제어 장치 에 적용되는 참고도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 온실의 온도를 제어하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예 따른 온실의 외부 온도, 조도 데이터, 내부 온도 사이의 상관 관계를 토대로 온실의 천창(측창)을 제어하여 온실의 온도를 제어하는 장치 및 그 방법에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
먼저, 온실의 천창(측창)은 온실과 같은 시설물 천장 또는 측면에 설치한 창을 의미한다.
이와 같은 온실의 천창(측창)을 포함하는 온실의 내부 온도는 외부 온도와 조도에 따라 변한다. 내부 온도의 변화는 온실의 구조에 따라 외부 온도와 조도의 영향을 서로 다르게 받게 된다. 즉, 온실의 정확한 온도는 물리적인 모델링에 의해 계산되고 예측될 수 있으나, 계산량이 방대하고 실시간 적으로 적용하기 어렵다.
즉, 본 발명에서는 통계적인 방법을 이용하여 온실의 내부 온도에 대하여 예측하고, 이에 따라 온식의 천창(측창)을 제어함으로써 온실의 온도를 제어하는 기술에 관하여 제안한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 온실의 온도 제어 장치를 개략적으로 나타내는 구성도이다. 또한, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 온실의 온도 제어 장치 에 적용되는 참고도이다.
도 1을 참고하면, 온실의 온도 제어 장치는 온도 측정부(110), 조도 측정부(120), 함수 설정부(200), 모델링부(300) 및 천창(측창) 제어부(400)를 포함한다.
온도 측정부(110)는 온실의 천장(측창)을 열어놓은 상태 또는 닫은 상태에서 외부 온도, 내부 온도를 측정한다.
조도 측정부(120)는 온실의 천장(측창)을 열어놓은 상태 또는 닫은 상태에서 조도를 측정한다.
함수 설정부(200)는 온도 측정부(110)와 조도 측정부(120)에서 측정한 결과를 토대로 3차원 공간에서 하나의 평면에 대응하는 함수를 설정한다.
구체적으로, 함수 설정부(200)는 온실의 천장(측창)을 열어놓은 상태 또는 닫은 상태에서의 외부 온도, 조도, 내부 온도를 x축, y축, z축을 가지는 3차원 공간에 적용하고, 적용한 결과를 토대로 하나의 평면에 대응하는 수학식 1을 설정한다.
[수학식 1]
ti = a*to+ b*il + c
수학식 1을 참고하면, to는 외부 온도, ti는 내부 온도, il는 조도이다. 또한, 온실의 구조나 위치에 따라 서로 다른 a, b, c값을 가진다.
하나의 평면 예를 들어, z면의 데이터가 x면, y면의 데이터와 상관 관계가 있는 데이터라고 가정할 수 있다.
샘플링된 데이터가 {(xi,yi,zi)}i m = 1이고, 이를 이용하여, z=Ax + By + C 평면의 A, B, C를 추정하려면 이 데이터와 이 평면사이의 Z방향에서의 거리, 즉 오차가 최소화 되어야 한다.
누적제곱오차함수는 수학식 2와 같다.
[수학식 2]
Figure 112014014222729-pat00001
누적제곱오차함수는 0 또는 양수값을 가지며, hyper-paraboloid 모양을 가지는 그래프에 대응한다. hyper-paraboloid 모양을 가지는 그래프의 최저점에서 기울기(gradient)는 ∇E = (0,0,0)이며, 수학식 3과 같다.
[수학식 3]
Figure 112014014222729-pat00002
수학식 3에서의 A, B, C는 수학식 4를 이용하여 구할 수 있다.
[수학식 4]
Figure 112014014222729-pat00003
수학식 4의 결과는 최소자승법을 이용하여 구한 z=Ax + By + C이다.
주기적 예를 들어, 1분마다 들어오는 데이터는 상기와 같은 공식에 의해 실시간으로 누적 및 합산되며, 이와 같은 과정을 통하여 A, B, C값도 실시간으로 계산하며, 계산량이 적어 저가형 MPU(micro processor unit)에도 적용 가능하다.
모델링부(300)는 함수 설정부(200)에서 설정한 함수에 온실의 천장(측창)이 100%로 열렸을 경우와 완전히 닫혔을 경우 데이터를 모델링하여 두 개의 평면을 구성한다. 여기서, 두개의 평면은 도 2와 같다.
도 2에서 아래 평면은 온실의 천장(측창)이 100% 열렸을 경우에 해당하는 면이고, 위 평면은 온실의 천장(측창)이 완전히 닫혔을 경우에 해당하는 면을 나타낸다. 두 개의 평면 사이의 값은 온실의 천장(측창)이 완전히 열렸을 때와 완전히 닫혔을 때의 온실 온도 차이를 나타낸다.
천창(측창) 제어부(400)는 모델링부(300)에서 모델링한 결과에 해당하는 두개의 평면을 통해 획득한 온실의 평면온도와 설정온도를 비교하고, 온실의 평면온도와 설정온도 차에 비례하여 온실의 천장(측창)을 제어한다.
즉, 천창(측창) 제어부(400)는 온실의 천창(측창)을 제어하여 온실의 온도를 제어함으로써, 온실 온도의 급격한 변화를 방지할 수 있다.
다음, 온실의 온도를 제어하는 방법을 도 3을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 온실의 온도를 제어하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 3을 참고하면, 온실의 온도 제어 장치는 온실의 천장(측창)을 열어놓은 상태 또는 닫은 상태에서 외부 온도, 조도, 내부 온도를 수집한다(S100).
온실의 온도 제어 장치는 S100 단계에서 수집한 결과를 토대로 3차원 공간에서 하나의 평면에 대응하는 함수를 설정한다(S200).
온실의 온도 제어 장치는 S200 단계에서 설정한 함수에 온실의 천장(측창)이 100%로 열렸을 경우와 완전히 닫혔을 경우 데이터를 모델링하여 두 개의 평면을 구성한다(S300). 여기서, 두 개의 평면은 도 2와 같다.
온실의 온도 제어 장치는 S300 단계에서 모델링하여 구성한 두개의 평면을 통해 획득한 온실의 평면온도와 설정온도를 비교하고, 온실의 평면온도와 설정온도 차에 비례하여 온실의 천장(측창)을 제어한다(S400).
이와 같이, 본 발명은 각 온실에 해당하는 파라미터를 스스로 습득하여 적응형 온실 제어를 할 수 있게 한다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적의 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
110; 온도 측정부
120; 조도 측정부
200; 함수 설정부
300; 모델링부
400; 천창(측창) 제어부

Claims (10)

  1. 온실의 천창(측창)을 열어놓은 상태 또는 닫은 상태에서 외부 온도, 조도, 내부 온도를 수집하는 단계;
    수집한 결과를 토대로 3차원 공간에서 하나의 평면에 대응하는 함수를 설정하는 단계;
    설정한 함수에 상기 온실의 천창(측창)이 완전히 열렸을 경우와 완전히 닫혔을 경우의 데이터를 모델링하여, 상기 온실의 천창(측창)이 완전히 열린 경우에 상응하는 제1 평면과 상기 온실의 천창(측창)이 완전히 닫힌 경우에 상응하는 제2 평면을 구성하는 단계; 및
    주어진 외부 온도 및 조도에서의 상기 제1 평면에 상응하는 제1 내부 온도 및 상기 제2 평면에 상응하는 제2 내부 온도를 목표 내부 온도와 비교하여 창 개방률을 계산하고, 상기 창 개방률에 따라 상기 온실의 천창(측창)의 개방의 정도를 제어하여 온실의 온도를 제어하는 단계
    를 포함하는 온실의 온도 제어 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 함수를 설정하는 단계는
    상기 외부 온도, 상기 조도, 상기 내부 온도를 입력으로 하고, 상기 온실의 구조 및 위치에 근거하여 가중치를 다르게 적용하는 상기 함수를 설정하는 것을 특징으로 하는 온실의 온도 제어 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 외부 온도, 조도, 내부 온도를 수집하는 단계는
    상기 외부 온도, 상기 조도 및 상기 내부 온도 모두를 동일한 시간에 측정하고, 기 설정된 주기마다 수집하는 것을 특징으로 하는 온실의 온도 제어 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 함수를 설정하는 단계는
    상기 외부 온도, 상기 조도, 상기 내부 온도들을 순차적으로 수집한 값을 이용하여 상기 함수의 오차를 최소화하는 것을 특징으로 하는 온실의 온도 제어 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 온실의 온도를 제어하는 단계는
    상기 제1 내부 온도와 상기 제2 내부 온도의 차이로부터 선형 분석하여 상기 목표 내부 온도에 상응하는 상기 창 개방률을 계산하는 것을 특징으로 하는 온실의 온도 제어 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 온실의 온도 제어 방법은
    상기 함수를 상기 외부 온도, 상기 조도 및 상기 내부 온도를 이용하여, 기 설정된 주기에 따라서 변경하고, 변경된 함수를 이용하여 적응적으로 상기 온도를 제어하는 것을 특징으로 하는 온실의 온도 제어 방법.
  7. 온실의 천창(측창)을 열어 놓은 상태 및 닫은 상태 각각에서 외부 온도, 조도 및 내부 온도를 측정하는 측정부;
    상기 외부 온도, 상기 조도 및 상기 내부 온도에 기반하여 3차원 공간에서 하나의 평면에 대응하는 함수를 설정하는 함수 설정부;
    상기 함수에 상기 온실의 천창(측창)이 완전히 열렸을 경우 및 완전히 닫혔을 경우의 데이터를 모델링하여, 상기 온실의 천창(측창)이 완전히 열린 경우에 상응하는 제1 평면 및 상기 온실의 천창(측창)이 완전히 닫힌 경우에 상응하는 제2 평면을 구성하는 모델링부; 및
    주어진 외부 온도 및 조도에서의 상기 제1 평면에 상응하는 제1 내부 온도 및 상기 제2 평면에 상응하는 제2 내부 온도를 목표 내부 온도와 비교하여 창 개방률을 계산하고, 상기 창 개방률에 따라 상기 온실의 천창(측창)의 개방의 정도를 제어하는 천창 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 온실의 온도 제어 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 함수 설정부는
    상기 외부 온도, 상기 조도, 상기 내부 온도를 입력으로 하고, 상기 온실의 구조 및 위치에 기반하여 가중치를 달리 적용하는 상기 함수를 설정하는 것을 특징으로 하는 온실의 온도 제어 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 함수 설정부는
    상기 외부 온도, 상기 조도 및 상기 내부 온도를 다시 수집한 값을 이용하여 상기 함수의 오차를 최소화하는 것을 특징으로 하는 온실의 온도 제어 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 천창 제어부는
    상기 제1 내부 온도와 상기 제2 내부 온도의 차이로부터 선형 분석하여 상기 목표 내부 온도에 상응하는 상기 창 개방률을 계산하는 것을 특징으로 하는 온실의 온도 제어 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH0870710A (ja) * 1994-09-08 1996-03-19 Okayama Pref Gov ビニールハウスにおける換気窓開閉装置及びその開閉制御方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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