KR101935482B1 - 온실 환경 제어 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 생육환경에 적합한 온도와 습도를 균일하게 유지할 수 있게 한 온실 환경 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 온실 내부에 미리 정해진 구역별로 설치되며, 해당 구역 내 온도를 감지하기 위한 수직 및 수평으로 배열된 제 1 감지센서와, 액츄에이터를 갖춘 온실 환기창과, 상기 미리 정해진 구역별로 설치되는 3축 구동 송풍팬; 및 상기 제 1 감지센서, 상기 온실 환기창의 액츄에이터, 및 상기 송풍팬과 각각 연결되어 상기 온실 내부의 환경을 제어하는 중앙 서버를 포함하는 온실 환경 제어시스템의 온실 환경 제어 방법으로서, 상기 중앙 서버가, 상기 온실의 환경설정조건을 설정하는 단계; 상기 중앙 서버가, 상기 제 1 감지센서에 의해 감지된 온도를 수신하는 단계; 상기 중앙 서버가, 상기 수신된 온도와 상기 제 1 감지센서의 위치를 바탕으로 상기 온실 공간의 각 위치별 온도를 지정하는 단계; 상기 중앙 서버가, 상기 지정된 온도와 상기 온실의 환경설정조건에 포함된 생육환경기준온도 간의 오차를 통해 유동제어방향을 예측하는 단계; 및 상기 중앙 서버가, 상기 예측된 유동제어방향에 따라 상기 송풍팬의 구동과 상기 온실 환기창의 액츄에이터를 제어하는 단계를 포함하는, 온실 환경 제어 방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 온실 내부에 미리 정해진 구역별로 설치되며, 해당 구역 내 온도를 감지하기 위한 수직 및 수평으로 배열된 제 1 감지센서와, 액츄에이터를 갖춘 온실 환기창과, 상기 미리 정해진 구역별로 설치되는 3축 구동 송풍팬; 및 상기 제 1 감지센서, 상기 온실 환기창의 액츄에이터, 및 상기 송풍팬과 각각 연결되어 상기 온실 내부의 환경을 제어하는 중앙 서버를 포함하는 온실 환경 제어시스템의 온실 환경 제어 방법으로서, 상기 중앙 서버가, 상기 온실의 환경설정조건을 설정하는 단계; 상기 중앙 서버가, 상기 제 1 감지센서에 의해 감지된 온도를 수신하는 단계; 상기 중앙 서버가, 상기 수신된 온도와 상기 제 1 감지센서의 위치를 바탕으로 상기 온실 공간의 각 위치별 온도를 지정하는 단계; 상기 중앙 서버가, 상기 지정된 온도와 상기 온실의 환경설정조건에 포함된 생육환경기준온도 간의 오차를 통해 유동제어방향을 예측하는 단계; 및 상기 중앙 서버가, 상기 예측된 유동제어방향에 따라 상기 송풍팬의 구동과 상기 온실 환기창의 액츄에이터를 제어하는 단계를 포함하는, 온실 환경 제어 방법이 제공된다.
Description
본 발명은 온실 환경 제어 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 온실 내 원하는 구역으로 공기의 흐름을 조성할 수 있을 뿐만 아니라, 생육환경에 적합한 온도와 습도를 효과적으로 균일화하게 유지할 수 있게 한 온실 환경 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 작물 재배용 온실은 외부의 공기 유출입이 차단되는 피복재를 사용하고 있다. 이런 피복재를 사용한 온실구조에서는 외부의 환경과 차단되어 내부의 온도와 습도의 조절이 용이하여 계절에 관계 없이 작물 재배가 가능한 이점을 가지며, 이로 인해 외부와 차단되어 밀폐된 온실 내부의 실내공기는 작물재배를 위한 온도 및 습도 관리가 원활하지 못하여 실내 온도나 습도가 과도하게 높아져 작물 생육에 지장을 줄 수 있다.
또한, 온실 구조물은 온실 내부의 생육환경을 제어하기 위해 유동팬, 가습기, 냉난방기, 온실 환기창 등의 장치들이 설치된다. 이러한 장치들은 온실의 특정부위에 설치되므로 온실이 대형화가 되면서 온도와 습도가 불균일하게 분포되어 온실 내부의 생육환경을 균일하게 조성하는 것이 매우 어렵다.
종래 기술은 이러한 문제를 해결하기 위해 온실 내부에 강제대류를 발생시키는 고정된 송풍팬 등의 공기 순환장치를 설치와 외부 공기와 순환하는 장치(온실 환기창)의 설치를 통해 내부 환경을 목적하는 온도와 습도 등을 균일하게 하도록 제어하는 것이다.
그러나, 종래의 온실 환경 제어 시스템은 고정형 송풍팬의 풍향이 고정되어, 제어면적이 제한적이며, 획일적인 제어 방식 때문에 균일한 온도 및 습도를 목표하는 설정 값에 빠르게 도달하고 유지하여 생육환경 조성에 어려움이 있다.
또한, 종래의 온실 환경 제어 시스템의 통신 방법은 단거리 통신 방법으로, 서버의 접점단자가 많아지거나, 장거리의 경우 유무선을 통하여 사용하는 기반으로 되어있고, 종래의 온실 환경 제어 시스템의 제어 방법은 국부적인 온도 및 습도를 측정하고 기준치 오차를 보정하는 단순 방법을 사용하고 있는 한계가 있다.
본 발명의 목적은, 온실 내 원하는 구역으로 공기의 흐름을 3차원적으로 조성할 수 있을 뿐만 아니라, 생육환경에 적합한 온도와 습도를 효과적으로 균일화하게 유지할 수 있게 한 온실 환경 제어 시스템 및 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 온실 내부에 미리 정해진 구역별로 설치되며, 해당 구역 내 온도를 감지하기 위한 수직 및 수평으로 배열된 제 1 감지센서와, 액츄에이터를 갖춘 온실 환기창과, 상기 미리 정해진 구역별로 설치되는 3축 구동 송풍팬; 및 상기 제 1 감지센서, 상기 온실 환기창의 액츄에이터, 및 상기 송풍팬과 각각 연결되어 상기 온실 내부의 환경을 제어하는 중앙 서버를 포함하는 온실 환경 제어시스템의 온실 환경 제어 방법으로서, 상기 중앙 서버가, 상기 온실의 환경설정조건을 설정하는 단계; 상기 중앙 서버가, 상기 제 1 감지센서에 의해 감지된 온도를 수신하는 단계; 상기 중앙 서버가, 상기 수신된 온도와 상기 제 1 감지센서의 위치를 바탕으로 상기 온실 공간의 각 위치별 온도를 지정하는 단계; 상기 중앙 서버가, 상기 지정된 온도와 상기 온실의 환경설정조건에 포함된 생육환경기준온도 간의 오차를 통해 유동제어방향을 예측하는 단계; 및 상기 중앙 서버가, 상기 예측된 유동제어방향에 따라 상기 송풍팬의 구동과 상기 온실 환기창의 액츄에이터를 제어하는 단계를 포함하는, 온실 환경 제어 방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 온실 환경 제어 방법은 상기 온실의 외측에 설치되며, 상기 온실 외부의 풍향 및 풍속을 감지하기 위한 제 2 감지 유닛을 더 포함하고, 상기 온실의 환경설정조건은 기준풍속을 더 포함하며, 상기 수신하는 단계는 상기 온실의 외기 온도와 상기 온실 외부의 풍향 및 풍속을 수신하고, 상기 지정하는 단계는 상기 제 1 감지센서에 의해 감지된 온도와 상기 감지된 온도의 위치를 바탕으로 각 위치별 온도를 3차원적으로 지정하되, 복수개의 상기 제 1 감지센서에 의해 감지된 온도를 통해 회귀식을 도출하여 구역별로 설치된 상기 복수개의 제 1 감지센서 사이의 3차원 모든 위치별 지정된 온도를 계산하여 지정하고, 상기 예측하는 단계는 상기 생육환경기준온도와 위치별 온실 온도간의 오차를 계산하여 계산된 오차를 위치별로 표시한 오차맵을 통해 유동제어방향을 예측하고, 상기 제어하는 단계는 상기 오차를 평균한 오차 평균이 음의 값인지 또는 양의 값인지 여부와, 상기 외기 온도가 상기 생육환경기준온도보다 큰지 여부와, 상기 외기 풍속이 상기 기준풍속 이하인지 여부를 고려하여 상기 온실 내부의 온도를 냉방기, 난방기, 온실 환기창, 또는 이들의 조합을 통해 조절되도록 제어할 수 있다.
상기 제어하는 단계는 상기 오차의 평균을 계산하여 계산된 오차의 오차평균이 양의 값일 경우, 상기 생육환경기준온도가 외기온도보다 작을 때 냉방기에 구동신호를 인가하고, 상기 생육환경기준온도가 외기온도보다 크고 상기 제 2 감지센서에 의해 감지된 풍속이 상기 환경설정조건에 포함된 기준풍속을 초과할 때 냉방기에 구동신호를 인가하며, 상기 생육환경기준온도가 외기온도보다 크고 상기 제 2 감지센서에 의해 감지된 풍속이 상기 환경설정조건에 포함된 기준풍속 이하일 때 상기 온실 환기창이 열도록 상기 액츄에이터에 열림신호를 인가하며, 예측된 유동제어방향을 만들기 위해 상기 송풍팬의 가동 여부와 해당 송풍팬의 구동방향을 결정할 수 있다.
상기 제어하는 단계는 상기 오차의 평균이 음의 값일 경우, 상기 생육환경기준온도가 외기온도보다 크면 난방기에 구동신호를 인가하고, 상기 생육환경기준온도가 외기온도보다 작고 상기 제 2 감지센서에 의해 감지된 풍속이 상기 환경설정조건에 포함된 기준풍속을 초과할 때 난방기에 구동신호를 인가하며, 상기 생육환경기준온도가 외기온도보다 작고 상기 제 2 감지센서에 의해 감지된 풍속이 기준풍속 이하일 때 상기 온실 환기창이 열도록 상기 액츄에이터에 열림신호를 인가하며, 예측된 유동제어방향을 만들기 위해 상기 송풍팬의 가동 여부와 해당 송풍팬의 구동방향을 결정할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 온실 내부에 미리 정해진 구역별로 설치되며, 해당 구역 내 온도를 감지하기 위한 제 1 감지센서; 액츄에이터를 갖춘 온실 환기창; 상기 미리 정해진 구역별로 설치되는 3축 구동 송풍팬; 및 상기 제 1 감지센서의 식별정보별로 위치정보를 저장하고 있으며, 상기 제 1 감지센서에 의해 감지된 온도를 수신하여 수신된 온도와 상기 제 1 감지센서의 위치를 바탕으로 상기 온실 공간의 각 위치별 온도를 지정하고, 지정된 온도와 상기 온실의 환경설정조건에 포함된 생육환경기준온도 간의 오차를 통해 유동제어방향을 예측하여 상기 송풍팬의 구동과 상기 온실 환기창의 액츄에이터를 제어하는 중앙 서버를 포함하는, 온실 환경 제어 시스템이 제공된다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 온실 환경 제어 시스템은 상기 온실의 외측에 설치되며, 상기 온실 외부의 풍향 및 풍속을 감지하기 위한 제 2 감지 유닛을 더 포함하고, 상기 온실의 환경설정조건은 기준풍속을 더 포함하며, 상기 중앙 서버는 상기 제 1 감지센서에서 온도를 유무선 통신으로 수신하여, 감지된 온도와 상기 감지된 온도의 위치를 바탕으로 각 위치별 온도를 3차원적으로 지정하되, 복수개의 상기 제 1 감지센서에 의해 감지된 온도를 통해 회귀식을 도출하여 구역별로 설치된 상기 복수개의 제 1 감지센서 사이의 모든 위치별 온도를 계산하여 지정하고, 상기 중앙 서버는 상기 생육환경기준온도와 위치별 온실 온도간의 오차를 계산하여 계산된 오차를 평균한 오차 평균이 음의 값인지 또는 양의 값인지 여부와, 상기 외기 온도가 상기 생육환경기준온도보다 큰지 여부와, 상기 외기 풍속이 상기 기준풍속 이하인지 여부를 고려하여 상기 온실 내부의 온도를 냉방기, 난방기, 온실 환기창, 또는 이들의 조합을 통해 조절되도록 제어할 수 있다.
상기 중앙 서버의 무선 통신은 단거리 통신방법을 이용한 그물망 통신 방법에 의한 병렬 릴레이 통신으로, 중장거리 통신과 장거리 통신 방법인 LoRA 방법으로 중개할 수 있다.
상기 중앙 서버는 상기 생육환경기준온도와 3차원으로 지정된 각 위치별 온도간의 오차를 계산하고, 계산된 오차를 위치별로 표시한 오차맵을 통해 유동제어방향을 예측하고, 예측된 유동제어방향을 만들기 위해 상기 송풍팬의 가동 여부와 해당 송풍팬의 구동방향을 결정할 수 있다.
상기 중앙 서버는 상기 오차의 평균을 계산하여 계산된 오차의 오차평균이 양의 값일 경우, 상기 생육환경기준온도가 외기온도보다 작을 때 냉방기에 구동신호를 인가하고, 상기 생육환경기준온도가 외기온도보다 크고 상기 제 2 감지센서에 의해 감지된 풍속이 상기 환경설정조건에 포함된 기준풍속을 초과할 때 냉방기에 구동신호를 인가하며, 상기 생육환경기준온도가 외기온도보다 크고 상기 제 2 감지센서에 의해 감지된 풍속이 상기 환경설정조건에 포함된 기준풍속 이하일 때 온실 환기창이 열도록 상기 액츄에이터에 열림신호를 인가하고, 상기 오차의 평균이 음의 값일 경우, 상기 생육환경기준온도가 외기온도보다 크면 난방기에 구동신호를 인가하고, 상기 생육환경기준온도가 외기온도보다 작고 상기 제 2 감지센서에 의해 감지된 풍속이 상기 환경설정조건에 포함된 기준풍속을 초과할 때 난방기에 구동신호를 인가하며, 상기 생육환경기준온도가 외기온도보다 작고 상기 제 2 감지센서에 의해 감지된 풍속이 기준풍속 이하일 때 온실 환기창이 열도록 상기 액츄에이터에 열림신호를 인가할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면 온실 내 원하는 구역으로 공기의 흐름을 3차원적으로 조성할 수 있으며, 이를 활용하여 생육환경에 적합한 온도와 습도를 빠르게 목표치에 도달하게 하여 균일하게 유지하는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면 3축 회전 및 틸팅이 가능한 송풍팬을 사용함으로써 넓은 공간의 유동흐름을 자유롭게 제어 가능하며, 종래의 온실 환경 제어 시스템보다 적은 송풍팬 대수로 공기 순환이 가능하기 때문에 종래의 온실 환경 제어 시스템에 비해 보다 효율적이고 경제적으로 생육환경을 유지하는 효과도 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면 종래의 단거리 통신 방법의 단점을 개선하고 장거리 통신하여 온실 환경 제어 시스템을 간략화할 수 있으며, 설치 및 유지관리 비용을 절감하는 효과도 있다.
그리고, 본 발명의 실시예에 따르면 원격 제어 및 모니터링 시스템을 통해 외부에서 온실 상황을 신속하게 파악하고 제어할 수 있으므로, 관리비용을 절감하는 효과도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 온실 환경 제어 시스템의 환경을 도시한 도면,
도 2는 도 1에 도시된 온실 환경 시스템을 상세하게 설명하기 위한 블록도,
도 3은 도 1에 도시된 복수의 센서의 데이터 전달을 설명하기 위한 도면,
도 4는 도 1에 도시된 송풍기를 설명하기 위한 도면,
도 5는 온도 편차 맵을 도시한 도면,
도 6은 도 5의 맵 상에 유동제어방향을 도시한 도면,
도 7은 도 6의 유동제어방향을 3차원으로 설명하기 위한 도면,
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 온실 환경 제어 시스템의 온실 환경 제어 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도, 그리고
도 9는 도 8에 도시된 온실 환경 제어기 제어 서브루틴을 설명하기 위한 동작 흐름도.
도 2는 도 1에 도시된 온실 환경 시스템을 상세하게 설명하기 위한 블록도,
도 3은 도 1에 도시된 복수의 센서의 데이터 전달을 설명하기 위한 도면,
도 4는 도 1에 도시된 송풍기를 설명하기 위한 도면,
도 5는 온도 편차 맵을 도시한 도면,
도 6은 도 5의 맵 상에 유동제어방향을 도시한 도면,
도 7은 도 6의 유동제어방향을 3차원으로 설명하기 위한 도면,
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 온실 환경 제어 시스템의 온실 환경 제어 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도, 그리고
도 9는 도 8에 도시된 온실 환경 제어기 제어 서브루틴을 설명하기 위한 동작 흐름도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 온실 환경 제어 시스템의 환경을 도시한 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 온실 환경 시스템을 상세하게 설명하기 위한 블록도를 도시하고 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 온실 환경 제어 시스템은 온실 내의 내부 조건을 반영하여 효과적으로 온실 환경 관리를 가능하게 하기 위해, 온실에 미리 정해진 위치별로 설치되어 위치에서의 온도를 감지하는 수직 및 수평방향으로 배열된 제 1 감지센서(230)와, 온실 내 미리 정해진 구역별로 설치된 3축 구동 송풍팬(250)과, 제 1 감지센서(230)에 의해 감지된 온도와 그 제 1 감지센서(230)의 설치 위치를 바탕으로 온실공간의 각 위치별 온도와 생육환경기준온도 간의 오차를 통해 유동제어방향을 예측하여 예측된 유동제어방향에 따라 송풍팬(250)의 구동을 제어하기 위한 구동신호를 제공하는 중앙 서버(310)를 포함하여 구성된다.
또한, 본 발명의 온실 환경 제어 시스템은 온실 내의 온도 뿐만 아니라, 외기 조건까지 반영하여 빠른 시간에 효과적으로 온실 환경 관리를 가능하게 하기 위해, 외기 온도 및 외기 풍속을 수신하여 인위적으로 온실 내부의 온도를 조절하기 위한 냉방기, 난방기 및 온실 환기창을 포함하는 온실 환경 제어기기를 더 포함한다.
천창 및 측창을 갖는 온실 환기창은 힌지(220)에 의해 선회 가능하도록 연결되며, 액츄에이터(210)의 동력을 전달받아 개폐된다.
액츄에이터(210)는 온실 환기창 주변에 설치되고, 개폐되는 온실 환기창 주변에 설치될 수 있다. 도 1에서 액츄에이터(210)는 온실 환기창의 천장 주변에 설치된 것으로 도시하고 있지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
상술된 제 1 감지센서(230)는 온실 내부에 설치되어 설치된 온실 내부 구역의 위치에서 온도를 감지한다. 본 실시예에서는 구역별로 설치된 센서의 온도를 감지하는 센서만 설치된 것으로 설명하고 있지만, 온실 내 구역별로 습도를 감지하기 위한 습도센서와, 온실 내 구역별로 CO2를 측정하기 위한 CO2 센서를 설치하여 온도 뿐만 아니라, 습도 및 CO2도 활용하여 온실 내부의 환경을 제어할 수 있음은 물론이다.
온실 외부에 설치된 제 2 감지센서(260)는 온실 외부의 풍향 및 풍속을 감지한다.
제 1 및 제 2 감지센서(230, 260)에 의해 감지된 온도, 풍향 및 풍속은 통신 허브(240)에서 수집하여 통신모듈(270)을 통해 중앙 서버(310)에 전송된다. 통신모듈(270)은 근거리의 블루투스와 와이파이의 양방향 통신 방법인 센서간 다대 다의 메쉬 통신을 사용하여 릴레이 방식의 중거리 구역내외 통신을 하고, 온실의 원거리의 온실과 온실간, 온실과 중앙서버(310)와의 통신은 LoRA 방법을 쓰는 복합형 통신을 사용하는 양방향 통신하는 모듈방식이다.
중앙 서버(310)는 통신모듈(330)을 거쳐 통신 허브(240)에서 수집된 온도, 풍향 및 풍속을 수신하여 온실의 내부 환경을 외기 온도 및 풍속까지 고려하여 온실환경을 제어할 수 있다.
이러한 중앙 서버(310)는 복수의 클라이언트 단말(320)과 통신망, 예를 들면 Ethernet 통신망을 통하여 통신접속된다.
복수의 클라이언트 단말(320)은 중앙 서버(310)에서 제어되는 온실 환경을 모니터링하고, 필요에 따라 송풍팬(250), 온실 환경 제어기, 또는 이들의 조합을 제어하기 위한 구동신호를 입력받아 중앙 서버(310)에 전송하여 구동장치들을 원격제어할 수 있다. 구동장치들은 송풍팬(250)의 제어를 담당하는 제어기, 온실 환경 제어기, 즉 냉방기, 난방기 및 온실 환기창의 제어를 각각 담당하는 제어기를 포함한다.
도 2를 참조하여 더 설명하면, 중앙 서버(310)는 제 1 감지센서(230)의 감지온도와 감지된 온도의 위치를 바탕으로 각 위치별 온도를 3차원적으로 지정하되, 제 1 감지센서(230)에 의해 감지된 온도를 통해 회귀식을 도출하여 구역별로 설치된 제 1 감지센서(230) 사이의 모든 위치의 온도를 계산하여 지정하여 3차원 공간별 온도맵을 구성하고, 그 3차원 공간별 온도 맵상의 온도와 온실의 환경설정조건에 포함된 생육환경기준온도간의 오차를 계산하여 계산된 오차를 위치별로 표시한 오차맵을 구성한다.
또한, 중앙 서버(310)는 이와 같이 구성된 오차맵을 통해 유동제어방향을 예측하고, 예측된 유동제어방향을 만들기 위해 송풍팬(250)의 가동 여부와 해당 송풍팬(250)의 구동방향을 결정한다.
송풍팬(250)은 온실 천정에 고정되되, 수직측 회전부(250a), 수평축 회전부(250b) 및 수평직교축 회전부(250c)으로 구성하여 송풍방향을 3축으로 제어가능하며, 온실의 전체적인 관리가 가능하다.
특히, 중앙 서버(310)는 온실의 외기 조건, 즉 외기 온도 및 외기 풍속을 고려하여 냉방기(280), 난방기(290), 온실 환기창(213) 또는 이들의 조합을 제어하여 온실 내부의 온도를 외기 환경에 맞춰 생육환경기준온도에 맞춰지도록 온실 환경을 제어할 수 있다.
중앙 서버(310)는 외기 환경에 맞춰 온실 환경 제어기의 구동을 제어하고, 결정된 송풍팬(250)을 구동방향대로 구동시키기 위한 구동신호를 통신허브(240) 및 통신부(252)를 거쳐 송풍팬(250)의 제어를 담당하는 제어기(251)에 전송하여 송풍팬(250)의 구동을 제어한다.
제 1 감지센서(230)는 감지된 온도를 통신부(231)를 거쳐 중앙 서버(310)에 송신되도록 하고, 제 2 감지센서(260)는 감지된 풍향 및 풍속을 통신부(261)를 거쳐 중앙 서버(310)에 송신되도록 한다.
힌지(220)에 의해 선회되는 온실 환기창(213)는 액츄에이터(210)에 의해 개폐되고, 액츄에이터(210)는 중앙 서버(310)로부터 통신 허브(240) 및 통신부(212)를 거쳐 구동신호를 수신한 제어기(211)의 제어에 따라 구동된다.
냉방기(280)는 중앙 서버(310)와 통신을 위한 통신부(281)와, 냉방기의 가동 또는 냉방온도를 조절하기 위한 제어기(281)를 구비하고, 난방기(290)도 중앙 서버(310)와 통신을 위한 통신부(291)와, 난방기의 가동 또는 난방온도를 조절하기 위한 제어기(291)를 구비한다.
중앙 서버(310)는 3차원 공간별 온도 맵상의 온도와 온실의 환경설정조건에 포함된 생육환경기준온도간의 오차를 평균한 오차평균이 양의 값이고 생육환경기준온도가 외기온도보다 작을 때 냉방기(280)에 구동신호를 인가하고, 오차의 평균이 양의 값이고 생육환경기준온도가 외기온도보다 크고 제 2 감지센서(260)에 의해 감지된 풍속이 환경설정조건에 포함된 기준풍속(예를 들면 3m/s) 이상일 때 냉방기(280)에 구동신호를 인가하며, 오차의 평균이 양의 값이고 생육환경기준온도가 외기온도보다 작고 제 2 감지센서(260)에 의해 감지된 풍속이 환경설정조건에 포함된 기준풍속 이하일 때 온실 환기창(213)이 열도록 액츄에이터(210)에 열림신호를 인가하고, 오차의 평균이 음의 값이고 생육환경기준온도가 외기온도보다 크면 난방기(290)에 구동신호를 인가하고, 오차의 평균이 음의 값이고 생육환경기준온도가 외기온도보다 크고 제 2 감지센서(260)에 의해 감지된 풍속이 환경설정조건에 포함된 기준풍속 이상일 때 난방기(290)에 구동신호를 인가하며, 오차의 평균이 음의 값이고 생육환경기준온도가 외기온도보다 크고 제 2 감지센서(260)에 의해 감지된 풍속이 기준풍속 이하일 때 온실 환기창(213)이 열도록 액츄에이터(210)에 열림신호를 인가할 수 있다.
이와 같이 외기 환경에 따라 온실 내부의 온도를 조절가능할 뿐만 아니라, 선정된 송풍팬의 가동 여부 및 구동방향대로 구동시켜 구역내 원하는 곳으로 공기의 흐름을 조성할 수 있다.
한편, 제 1 및 제 2 감지센서(230, 260)에 의해 감지된 감지정보를 통신 허브(240)에 수집하고, 중앙 서버(310)로의 송신은 네트 메쉬 기술을 적용한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 1-9까지 다수의 감지정보를 획득한다고 가정할 때, 각각의 센서들은 다대 다점(Multipoint to Multipoint)의 메쉬(Mesh) 형 통신 구조를 가지고 감지정보를 주고 받는 형태로 구성한다.
1-8번은 센서와 통신부의 조합이며, 9번은 센서, 통신부 및 통신 허브(240)를 포함한 조합이다.
감지정보 수집은 통신 허브(240)로부터 먼 센서부터 감지정보를 축적하여 전달하여 통신 허브(240)에서 수집된 감지정보를 통신 모듈(270, 330))을 통해 중앙 서버(310)로 송신한다. 네트 메쉬 기술은 망 확장이 용이하며, 망 설치의 신속성 및 경제성, 다중 경로에 의한 안정성, 단거리 통신의 단점을 극복 등의 장점을 제공한다.
도 4는 유동방향을 3차원적으로 제어하기 위한 송풍팬의 예시이고, 상하, 전후, 좌우 방향의 3축회전이 가능한 기구의 메커니즘으로 되어 있다.
도 5 내지 도 7에서 수집된 구역별 온도를 통해 구성한 오차맵으로, 도 5는 오차맵의 예시이고, 도 6 및 도 7은 오차맵에 따른 유동 제어 및 유동 흐름을 도시하고 있다.
도 5에 도시된 바와 같이 온도 편차인 오차가 발생하여 1,2,3,4 지역은 온도가 높고 5지역은 온도가 낮을 경우, 도 6에 도시된 바와 같이 송풍팬(250)이 1-4지역에서 5지역으로 송풍을 유도하고, 5지역은 도 7에 도시된 바와 같이 하부로 유동을 발생시켜 온실 내부 환경을 제어할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 온실 환경 제어 시스템은 온실 내 원하는 구역으로 공간의 흐름을 조성할 수 있고, 이를 활용하여 생육 환경에 적합한 온도와 습도를 균일하게 유지할 수 있다. 3축으로 회전이 가능한 송풍팬(250)을 사용하고, 측창, 천창, 또는 측창 및 천장의 개폐를 통해 외기조건까지 고려함으로써 종래의 온실 환경 제어 시스템 보다 빠르고 효과적으로 관리가 가능하다. 또한, 네트 메쉬 기술을 통해 복수 개의 센서로부터의 정보 획득이 가능하며 대형 온실에서도 적용이 가능하며, 온실과 중앙 서버(310)간의 거리가 멀 경우 로라모듈()을 통ㅊ해 데이터 송수신 및 모니터링이 가능하다.
이와 같은 구성을 갖는 온실 환경 제어 시스템의 온실 환경 제어 방법을 도 8 및 도 9를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 온실 환경 제어 시스템의 온실 환경 제어 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도를 도시하고 있고, 도 9는 도 8에 도시된 온실 환경 제어기 제어 서브루틴을 설명하기 위한 동작 흐름도를 도시하고 있다.
중앙 서버(310)는 온실의 환경설정조건(예를 들면, 생육환경기준온도 및 기준풍속)을 설정한다(S101).
중앙 서버(310)는 제 1 감지센서(230)로부터 측정된 온도를 수신한다(S103). 이와 같이 수신된 온도는 메모리에 일시적으로 저장된다. 중앙 서버(310)에는 제 1 감지센서(230)의 온도를 수신할 때 제 1 감지센서(230)의 식별정보도 함께 수신되며, 제 1 감지센서(230)의 식별정보별로 설치위치가 저장되어 있다.
중앙 서버(310)는 온실 내 제 1 감지센서(230)가 설치된 위치에서 감지된 온도를 통해 3차원 공간 온도 분포 예측식을 도출한다(S104).
중앙 서버(310)는 3차원 공간 온도 분포 예측식, 즉 회귀식을 도축하여 구역별로 설치된 복수의 제 1 감지센서(230) 사이의 모든 위치의 온도를 계산하여 각 위치별 온도를 지정한다(S105).
중앙 서버(310)는 지정된 각 위치별 온도와 상술된 S101 단계에서 예측식에 의해 지정된 온도와 설정된 생육환경기준온도간의 오차를 계산한다(S107). 중앙 서버(310)는 오차를 계산하여 계산된 오차를 위치별로 표시한 오차맵을 구성할 수 있다.
중앙 서버(310)는 계산된 오차를 통해 오차범위가 기준오차범위내에 있는지 여부를 판단한다(S109).
상기 S109 단계의 판단결과, 오차범위가 기준오차범위내에 있을 경우, 중앙 서버(310)는 송풍팬(250) 및 온실 환경 제어기기의 스위치가 오프되도록 제어한다(S110).
상기 S109 단계의 판단결과, 오차범위가 기준오차범위를 벗어난 경우, 중앙 서버(310)는 계산된 오차와 오차맵을 통해 유동제어방향을 예측한다(S111). 오차맵은 도 5에 잘 도시되어 있고, 예측된 유동제어방향은 도 6 및 도 7에 잘 도시되어 있다.
중앙 서버(310)는 예측된 유동제어방향에 따라 구동이 필요한 송풍팬(250)의 선정 및 구동방향을 결정한다(S113).
중앙 서버(310)는 외기 조건을 반영하여 온실내의 환경을 제어하기 위하여 온실 환경 제어기 제어 서브루틴을 수행한다(S200).
온실 환경 제어기 서브 루틴(S200)을 도 9를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
중앙 서버(310)는 에너지 흐름을 판단하기 위하여 상술된 도 8의 S107 단계에서 계산된 오차를 평균한 오차 평균이 0보다 큰지 여부를 판단한다(S201).
상기 S201 단계의 판단결과, 오차 평균이 0보다 큰 경우, 중앙 서버(310)는 생육환경기준온도가 외기 온도보다 큰지 여부를 판단한다(S203). 외기 온도는 온실의 외부 온도를 측정하는 외기온도 센서에 의해 측정된다.
상기 S203 단계의 판단결과, 생육환경기준온도가 외기온도보다 큰 경우, 중앙 서버(310)는 외기 풍속이 기준풍속 이하인지 여부를 판단한다(S205). 외기 풍속은 제 1 감지센서(260)에 의해 측정된 풍향 및 풍속에 해당한다.
상기 S205 단계의 판단결과, 외기 풍속이 기준풍속 이하인 경우, 중앙 서버(310)는 온실 환기창 중 천창 또는 측창이 열리도록 열림신호를 통신부(212)를 거쳐 온실 환기창(213)를 개폐시키는 액추에이터(210)를 제어하는 제어기(211)에 인가한다(S207). 온실 환기창(213)은 외기 온도 정도, 외기 풍속 정도, 또는 이들의 조합에 따라 미리 경험에 의해 개폐될 천창, 측창, 또는 이들의 조합이 미리 정해져 있다.
상기 S201 단계의 판단결과, 오차 평균이 0보다 크고 상기 S203 단계의 판단결과, 생육환경기준온도가 외기온도보다 작은 경우와, 상기 S201 단계의 판단결과, 오차 평균이 0보다 크고 상기 S203 단계의 판단결과, 생육환경기준온도가 외기온도보다 작고 상기 S205 단계의 판단결과, 외기 풍속이 기준풍속을 초과한 경우 중앙 서버(310)는 냉방기(280)를 구동시키기 위한 구동신호를 통신부(282)를 거쳐 냉방기(280)를 제어하는 제어기(281)에 인가한다(S206).
상기 S201 단계의 판단결과, 오차 평균이 0보다 작은 경우 중앙 서버(310)는 생육환경기준온도가 외기온도보다 큰지 여부를 판단한다(S202).
상기 S202 단계의 판단결과, 생육환경기준온도가 외기온도보다 큰 경우 중앙 서버(310)는 난방기(290)를 구동시키기 위한 구동신호를 통신부(292)를 거쳐 난방기(290)를 제어하는 제어기(291)에 인가한다(S208).
상기 S202 단계의 판단결과, 생육환경기준온도가 외기온도보다 작은 경우 중앙 서버(310)는 외기 풍속이 기준풍속 이하인지 여부를 판단한다(S204).
상기 S204 단계의 판단결과, 외기 풍속이 기준풍속을 초과하는 경우 중앙 서버(310)는 상술된 S208 단계로 프로세스를 이동하여 난방기(290)에 구동신호를 인가한다.
상기 S204 단계의 판단결과, 외기 풍속이 기준풍속 이하인 경우 중앙 서버(310)는 상술된 S207 단계로 프로세스를 이동하여 온실 환기창(213)이 열리도록 열림신호를 인가한다.
다시 도 8에서 중앙 서버(310)는 상술된 S113에서 선정된 송풍팬을 결정된 구동방향으로 구동되도록 구동신호를 전송하여 송풍팬의 구동을 제어한다(S300).
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
210 : 액츄에이터 220 : 힌지
230 : 제 1 감지센서 240 : 통신 허브
250 : 송풍팬 260 : 제 2 감지센서
270, 330 : 통신모듈 310 : 중앙 서버
320 : 클라이언트 단말
230 : 제 1 감지센서 240 : 통신 허브
250 : 송풍팬 260 : 제 2 감지센서
270, 330 : 통신모듈 310 : 중앙 서버
320 : 클라이언트 단말
Claims (9)
- 온실 내부에 미리 정해진 구역별로 설치되며, 해당 구역 내 온도를 감지하기 위한 수직 및 수평으로 배열된 제 1 감지센서와, 액츄에이터를 갖춘 온실 환기창과, 상기 미리 정해진 구역별로 설치되는 3축 구동 송풍팬; 및 상기 제 1 감지센서, 상기 온실 환기창의 액츄에이터, 및 상기 송풍팬과 각각 연결되어 상기 온실 내부의 환경을 제어하는 중앙 서버, 및 상기 온실의 외측에 설치되며, 온실 외부의 풍향 및 풍속을 감지하기 위한 제 2 감지 센서를 포함하되, 상기 온실의 환경설정조건은 기준풍속을 포함하는 온실 환경 제어시스템의 온실 환경 제어 방법으로서,
상기 중앙 서버가, 상기 온실의 환경설정조건을 설정하는 단계;
상기 중앙 서버가, 상기 제 1 감지센서에 의해 감지된 온도와 상기 온실의 외기 온도와 상기 온실 외부의 풍향 및 풍속을 수신하는 단계;
상기 중앙 서버가, 상기 수신된 온도와 상기 제 1 감지센서의 위치를 바탕으로 상기 온실 내부의 각 위치별 온도를 지정하되, 상기 제 1 감지센서에 의해 감지된 온도와 상기 감지된 온도의 위치를 바탕으로 각 위치별 온도를 3차원적으로 지정하되, 복수개의 상기 제 1 감지센서에 의해 감지된 온도를 통해 회귀식을 도출하여 구역별로 설치된 상기 복수개의 제 1 감지센서 사이의 3차원 모든 위치별 지정된 온도를 계산하여 지정하는 단계;
상기 중앙 서버가, 상기 지정된 온도와 상기 온실의 환경설정조건에 포함된 생육환경기준온도 간의 오차를 통해 유동제어방향을 예측하되, 상기 생육환경기준온도와 위치별 온실 온도간의 오차를 계산하여 계산된 오차를 위치별로 표시한 오차맵을 통해 유동제어방향을 예측하는 단계;
상기 중앙 서버가, 상기 예측된 유동제어방향에 따라 상기 송풍팬의 구동과 상기 온실 환기창의 액츄에이터를 제어하는 단계; 및
상기 제1 감지센서와 상기 제2 감지센서에 의해 감지된 감지정보를 통신 허브에 수집하되, 상기 통신 허브로부터 먼 센서부터 감지정보를 축적하여 전달하여 상기 통신 허브에서 수집하는 단계를 포함하되,
상기 예측하는 단계는 상기 구역별 온도 편차인 오차를 기준으로 오차가 기준오차범위를 벗어난 구역이 존재하는 경우 온도편차가 줄어드는 방향으로 유도하도록 상기 유동제어방향을 예측하고,
상기 제어하는 단계는 상기 온실 외부의 환경에 맞춰 온실 환경 제어기기에 포함되는 냉방기, 난방기, 및 상기 온실 환기창을 제어하고, 상기 예측된 유동제어방향을 만들기 위해 상기 구역별로 설치된 송풍팬의 구동방향을 각각 결정하여 결정된 구동방향대로 해당 송풍팬이 구동되도록 제어하고, 상기 오차를 평균한 오차 평균이 음의 값인지 또는 양의 값인지 여부와, 상기 외기 온도가 상기 생육환경기준온도보다 큰지 여부와, 상기 온실 외부의 풍속이 상기 기준풍속 이하인지 여부를 고려하여 상기 온실 내부의 온도를 상기 냉방기, 상기 난방기, 및 상기 온실 환기창을 통해 조절되도록 제어하고, 상기 오차의 평균을 계산하여 계산된 오차의 오차평균이 양의 값일 경우, 상기 생육환경기준온도가 외기온도보다 작을 때 상기 냉방기에 구동신호를 인가하고, 상기 생육환경기준온도가 외기온도보다 크고 상기 제 2 감지센서에 의해 감지된 풍속이 상기 환경설정조건에 포함된 기준풍속을 초과할 때 상기 냉방기에 구동신호를 인가하며, 상기 생육환경기준온도가 외기온도보다 크고 상기 제 2 감지센서에 의해 감지된 풍속이 상기 환경설정조건에 포함된 기준풍속 이하일 때 상기 온실 환기창이 열리도록 상기 액츄에이터에 열림신호를 인가하며, 예측된 유동제어방향을 만들기 위해 상기 송풍팬의 가동 여부와 해당 송풍팬의 구동방향을 결정하는, 온실 환경 제어 방법. - 삭제
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 제어하는 단계는 상기 오차의 평균이 음의 값일 경우, 상기 생육환경기준온도가 외기온도보다 크면 상기 난방기에 구동신호를 인가하고, 상기 생육환경기준온도가 외기온도보다 작고 상기 제 2 감지센서에 의해 감지된 풍속이 상기 환경설정조건에 포함된 기준풍속을 초과할 때 상기 난방기에 구동신호를 인가하며, 상기 생육환경기준온도가 외기온도보다 작고 상기 제 2 감지센서에 의해 감지된 풍속이 기준풍속 이하일 때 상기 온실 환기창이 열리도록 상기 액츄에이터에 열림신호를 인가하며, 상기 유동제어방향을 만들기 위해 상기 송풍팬의 가동 여부와 해당 송풍팬의 구동방향을 결정하는, 온실 환경 제어 방법. - 온실 내부에 미리 정해진 구역별로 설치되며, 해당 구역 내 온도를 감지하기 위한 제 1 감지센서;
액츄에이터를 갖춘 온실 환기창;
상기 미리 정해진 구역별로 설치되는 3축 구동 송풍팬;
온실 외부의 환경을 고려하여 인위적으로 온실 내부의 온도를 조절하기 위한 냉방기, 난방기, 및 온실 환기창을 포함하는 온실 환경 제어기기; 및
상기 제 1 감지센서의 식별정보별로 위치정보를 저장하고 있으며, 상기 제 1 감지센서에 의해 감지된 온도를 수신하여 수신된 온도와 상기 제 1 감지센서의 위치를 바탕으로 상기 온실 내부의 각 위치별 온도를 지정하고, 지정된 온도와 상기 온실의 환경설정조건에 포함된 생육환경기준온도 간의 오차를 통해 유동제어방향을 예측하여 상기 송풍팬의 구동과 상기 온실 환기창의 액츄에이터를 제어하는 중앙 서버를 포함하되,
상기 중앙서버는 상기 온실 환경 제어기기를 제어하며, 상기 구역별 온도 편차인 오차를 기준으로 오차가 기준오차범위를 벗어난 구역이 존재하는 경우 온도편차가 줄어드는 방향으로 유도하도록 상기 유동제어방향을 예측하고, 예측된 유동제어방향을 만들기 위해 상기 구역별로 설치된 송풍팬의 구동방향을 각각 결정하여 결정된 구동방향대로 해당 송풍팬이 구동되도록 제어하고,
상기 온실의 외측에 설치되며, 상기 온실 외부의 풍향 및 풍속을 감지하기 위한 제 2 감지 센서를 더 포함하고,
상기 온실의 환경설정조건은 기준풍속을 더 포함하며,
상기 중앙 서버는 상기 온실의 외기 온도와 상기 온실 외부의 풍향 및 풍속을 수신하고, 상기 제 1 감지센서에서 온도를 유무선 통신으로 수신하여, 감지된 온도와 상기 감지된 온도의 위치를 바탕으로 각 위치별 온도를 3차원적으로 지정하되, 복수개의 상기 제 1 감지센서에 의해 감지된 온도를 통해 회귀식을 도출하여 구역별로 설치된 상기 복수개의 제 1 감지센서 사이의 모든 위치별 온도를 계산하여 지정하고,
상기 중앙 서버는 상기 생육환경기준온도와 위치별 온실 온도간의 오차를 계산하여 계산된 오차를 평균한 오차 평균이 음의 값인지 또는 양의 값인지 여부와, 상기 외기 온도가 상기 생육환경기준온도보다 큰지 여부와, 상기 온실 외부의 풍속이 상기 기준풍속 이하인지 여부를 고려하여 상기 온실 내부의 온도를 상기 냉방기, 상기 난방기, 및 상기 온실 환기창을 통해 조절되도록 제어하고,
상기 중앙 서버는 상기 생육환경기준온도와 3차원으로 지정된 각 위치별 온도간의 오차를 계산하고, 계산된 오차를 위치별로 표시한 오차맵을 통해 유동제어방향을 예측하고, 상기 유동제어방향을 만들기 위해 상기 송풍팬의 가동 여부와 해당 송풍팬의 구동방향을 결정하고,
상기 중앙 서버는 상기 오차의 평균을 계산하여 계산된 오차의 오차평균이 양의 값일 경우, 상기 생육환경기준온도가 외기온도보다 작을 때 상기 냉방기에 구동신호를 인가하고, 상기 생육환경기준온도가 외기온도보다 크고 상기 제 2 감지센서에 의해 감지된 풍속이 상기 환경설정조건에 포함된 기준풍속을 초과할 때 상기 냉방기에 구동신호를 인가하며, 상기 생육환경기준온도가 외기온도보다 크고 상기 제 2 감지센서에 의해 감지된 풍속이 상기 환경설정조건에 포함된 기준풍속 이하일 때 상기 온실 환기창이 열리도록 상기 액츄에이터에 열림신호를 인가하고, 상기 오차의 평균이 음의 값일 경우, 상기 생육환경기준온도가 외기온도보다 크면 상기 난방기에 구동신호를 인가하고, 상기 생육환경기준온도가 외기온도보다 작고 상기 제 2 감지센서에 의해 감지된 풍속이 상기 환경설정조건에 포함된 기준풍속을 초과할 때 상기 난방기에 구동신호를 인가하며, 상기 생육환경기준온도가 외기온도보다 작고 상기 제 2 감지센서에 의해 감지된 풍속이 기준풍속 이하일 때 상기 온실 환기창이 열리도록 상기 액츄에이터에 열림신호를 인가하고,
상기 3축 구동 송풍팬은 상기 온실 천정에 고정되되, 수직측 회전부, 수평축 회전부 및 수평직교축 회전부를 포함하여, 송풍방향을 3축으로 제어가능하고,
상기 중앙 서버는 외기 환경에 맞춰 상기 온실 환경 제어기기의 구동을 제어하고, 상기 송풍팬을 구동방향대로 구동시키기 위한 구동신호를 통신허브 및 통신부를 거쳐 상기 송풍팬의 제어를 담당하는 제어기에 전송하여 상기 송풍팬의 구동을 제어하고,
힌지에 의해 선회되는 상기 온실 환기창은 상기 액츄에이터에 의해 개폐되고, 상기 액츄에이터는 상기 중앙 서버로부터 상기 통신 허브 및 상기 통신부를 거쳐 구동신호를 수신한 상기 액츄에이터 제어를 담당하는 제어기의 제어에 따라 구동되는, 온실 환경 제어 시스템. - 삭제
- 청구항 5에 있어서,
상기 중앙 서버의 무선 통신은 단거리 통신방법을 이용한 그물망 통신 방법에 의한 병렬 릴레이 통신으로, 중장거리 통신과 장거리 통신 방법인 LoRA 방법으로 중개하는, 온실 환경 제어 시스템. - 삭제
- 삭제
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