KR102221092B1 - Measurement Apparatus for Estimating Nondestructive and continuous fresh weight of crops grown in soilless culture - Google Patents

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KR102221092B1
KR102221092B1 KR1020190103303A KR20190103303A KR102221092B1 KR 102221092 B1 KR102221092 B1 KR 102221092B1 KR 1020190103303 A KR1020190103303 A KR 1020190103303A KR 20190103303 A KR20190103303 A KR 20190103303A KR 102221092 B1 KR102221092 B1 KR 102221092B1
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손정익
이준우
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서울대학교산학협력단
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Abstract

The present invention relates to an apparatus, a system, and a method for estimating the fresh weight of a crop and, more specifically, to an apparatus, a system, and a method for continuously estimating the fresh weight of a hydroponic crop by a nondestructive method. The fresh weight estimation apparatus for a crop comprises: an outer frame; a cultivation podium to load a culture medium receiving a nutrient solution to grow a crop thereon; a sensor which is loaded on the cultivation podium and senses culture medium moisture content information; a lower inner frame on which the cultivation podium is installed; an upper inner frame connected to the lower inner frame by a wire, and separated and arranged above the lower inner frame; at least one tensile load cell connecting the upper inner frame and the outer frame to separate the lower inner frame from the ground; and a processor to acquire a correction value based on the culture medium moisture content information acquired through the sensor and a load cell value acquired through the tensile load cell, and predict the fresh weight of the crop.

Description

수경 재배 작물의 비파괴적-연속적 생체중 추정 장치{Measurement Apparatus for Estimating Nondestructive and continuous fresh weight of crops grown in soilless culture}[Measurement Apparatus for Estimating Nondestructive and continuous fresh weight of crops grown in soilless culture}

본 발명은 작물의 생체중을 추정하는 생체중 추정 장치에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명은 수경 재배 작물의 생체중을 비파괴적인 방법을 통해 연속적으로 추정하기 위한 추정 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a live weight estimation apparatus for estimating the live weight of a crop. Specifically, the present invention relates to an estimation apparatus for continuously estimating the live weight of a hydroponic crop through a non-destructive method.

작물의 생체중은 작물이 살아있는 상태의 무게로, 현재 작물의 생육 상태를 직접적으로 대변하는 값이기 때문에, 작물의 생육 및 수확량 예측에 있어서 주요한 지표로 활용될 수 있다. 작물의 생체중의 변화를 측정하기 위해서는 매번 피측정 작물을 파괴해야 하기 때문에, 많은 시간과 노력이 소요된다는 문제점이 있다. 또한, 피측정 작물을 파괴함으로써, 작물의 생체중을 연속적으로 측정하는 것이 불가능하다는 문제점이 있다. Since the live weight of a crop is the weight of the crop as it is alive and is a value that directly represents the growth state of the current crop, it can be used as a major index in predicting the growth and yield of crops. In order to measure the change in the live weight of a crop, it is necessary to destroy the crop to be measured every time, so there is a problem that a lot of time and effort are required. In addition, by destroying the crop to be measured, there is a problem that it is impossible to continuously measure the live weight of the crop.

이에 따라, 종래에도 작물의 비파괴적인 생체중 측정을 위한 연구가 있어왔다. 한편, 수경재배 조건에서 생체중을 측정하기 위한 작물 재배 시스템의 무게는 작물의 생체중, 배지 및 재배 시스템 등의 무게, 배지 내 수분의 무게를 포함한다. 작물의 근권부는 배지 내에서 발달하기 때문에 작물 재배 시스템의 무게에서 배지 내 수분의 무게를 배제하는 것이 선행되어야 작물의 생체중을 도출할 수 있다. 이러한 배지 내 수분의 양을 간접적인 측정하기 위해선 배지와 수분의 유전율(permittivity) 차이를 이용한 체적 함수율(volumetric water contents)를 측정하는 것이 일반적이며 이러한 체적 함수비를 측정하기 위한 대표적인 센서로 FDR(Frequency domain reflectometry) 센서가 있다. Accordingly, there have been studies for non-destructive live weight measurement of crops. Meanwhile, the weight of the crop cultivation system for measuring the live weight in hydroponic cultivation conditions includes the fresh weight of the crop, the weight of the medium and the cultivation system, and the weight of moisture in the medium. Since the root region of a crop develops in the medium, it is necessary to exclude the weight of moisture in the medium from the weight of the crop cultivation system to derive the live weight of the crop. In order to indirectly measure the amount of water in such a medium, it is common to measure the volumetric water contents using the difference in permittivity between the medium and water, and a representative sensor for measuring the volume water content is FDR (Frequency domain). reflectometry) sensor.

하지만, 이러한 FDR 센서에서 나타나는 함수율은 수분의 체적에 대한 값이며 이러한 FDR 센서의 함수율은 양액의 전기전도도(EC, electrical conductivity), 작물 근권부의 발달 상태 등에 의해 달라지기 때문에 FDR 센서의 함수율과 실제 수분의 무게 사이의 보정이 필요하다. However, the moisture content that appears in this FDR sensor is a value for the volume of moisture, and the moisture content of this FDR sensor varies depending on the electrical conductivity (EC) of the nutrient solution and the developmental state of the roots of the crop. It needs to be calibrated between its weight.

한편, 현재 로드셀을 이용하여 배지 함수율 및 증산량 등을 추정하는 이용하는 기술이 개발되어 널리 사용되고 있다. 이러한 기존의 로드셀 기반 작물 근권부 측정 장치는 작물과 배지의 무게를 동시에 측정할 수 있는 압축형 로드셀(compressive force load cell)을 이용하여 아래 방향으로 가해지는 하중에 국한되어 하중의 변화를 측정하여 활용하고 있다. 다만, 파프리카, 토마토 등과 같이 초장이 높은 작물의 경우 온실 측고 높이에 지지대를 설치하고 지지대로부터 유인줄을 내려 작물을 지탱한다. 이러한 유인줄을 이용한 작물의 경우, 압축형 로드셀을 이용하여 하중을 측정하는 방식으로는 유인줄에 걸리는 장력을 측정하는 것이 불가능하다는 한계를 가지고 있다. Meanwhile, a technology for estimating the moisture content of the medium and the amount of transpiration using a load cell has been developed and widely used. This conventional load cell-based crop root area measurement device is limited to the load applied in the downward direction using a compressive force load cell that can measure the weight of the crop and the medium at the same time. Are doing. However, in the case of high-growth crops such as paprika, tomatoes, etc., a support is installed at the height of the greenhouse and lowered from the support to support the crop. In the case of crops using such pull lines, there is a limitation in that it is impossible to measure the tension applied to the pull lines by measuring the load using a compression type load cell.

본 발명은 상술한 필요성에 따른 것으로, 로드셀, 센서 및 수분 무게 보정 알고리즘을 이용하여, 수경 재배 작물의 생체중의 일변화를 비파괴적인 방법으로 정확하게 추정하기 위한 장치, 시스템 및 이의 운용 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is in accordance with the above-described necessity, and provides an apparatus, a system, and a method of operating the same for accurately estimating the daily change of the live weight of a hydroponic crop using a load cell, a sensor, and a moisture weight correction algorithm. The purpose.

또한, 본 발명은 정확한 작물 무게의 변화를 측정하기 위해 유인줄에 의해 지지되고 있는 장력과 아래 방향으로 가해지는 하중을 동시에 측정하는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to provide an apparatus for simultaneously measuring a tension supported by a maneuvering line and a load applied in a downward direction in order to accurately measure a change in the weight of a crop.

그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. However, these problems are exemplary, and the scope of the present invention is not limited thereby.

본 발명의 일 실시 예에 따른 작물의 생체중 추정 장치는, 외부 프레임; 양액이 공급되어 작물이 생장하는 배지가 탑재되는 재배단; 상기 재배단에 탑재되고, 상기 배지 함수율 정보를 센싱하는 센서; 상기 재배단이 설치되는 하측 내부 프레임; 상기 하측 내부 프레임과 와이어로 연결되고, 상기 하측 내부 프레임의 상부에 이격되어 배치되는 상측 내부 프레임; 상기 하측 내부 프레임이 지면과 이격되도록 상기 상측 내부 프레임과 상기 외부 프레임을 연결하는 적어도 하나의 인장형 로드셀; 및 상기 센서를 통해 획득된 상기 배지 함수율 정보 및 상기 인장형 로드셀을 통해 획득된 로드셀 값을 기초로 보정값을 획득하고, 상기 작물의 생체중을 예측하는 프로세서; 를 포함한다. An apparatus for estimating live weight of a crop according to an embodiment of the present invention includes an external frame; A cultivation group in which a medium on which a crop is grown is mounted by supplying a nutrient solution; A sensor mounted on the cultivation stage and sensing information on the moisture content of the medium; A lower inner frame on which the cultivation stage is installed; An upper inner frame connected to the lower inner frame by wire and spaced apart from the upper inner frame; At least one tensile load cell connecting the upper inner frame and the outer frame so that the lower inner frame is spaced apart from the ground; And a processor configured to obtain a correction value based on the medium moisture content information obtained through the sensor and the load cell value obtained through the tensile load cell, and predict the live weight of the crop. Includes.

또한, 상기 센서는 상기 배지의 수분 함량을 측정하기 위한 TDR(Time Domain Reflectometry) 센서, TDT(Time Domain Transmissometry) 센서, FDR(Frequency Domain Reflectometry) 센서, 텐시오미터(tensiometer) 중 적어도 하나를 포함한다.In addition, the sensor includes at least one of a Time Domain Reflectometry (TDR) sensor, a Time Domain Transmissometry (TDT) sensor, a Frequency Domain Reflectometry (FDR) sensor, and a tensiometer for measuring the moisture content of the medium. .

또한, 상기 배지 함수율 센서는 상기 재배단에 접촉하도록 상기 배지를 관통하여 탑재된다.In addition, the medium moisture content sensor is mounted through the medium so as to contact the cultivation stage.

또한, 상기 프로세서는 첫 관수 전후의 상기 배지 함수율 정보 및 첫 관수 전후의 상기 로드셀 값을 기초로 함수율 보정계수를 획득한다.In addition, the processor obtains a moisture content correction coefficient based on the medium moisture content information before and after the first irrigation and the load cell value before and after the first irrigation.

또한, 상기 프로세서는 상기 함수율 보정계수를 기초로 상기 배지에 포함된 실제 수분량과 상기 배지 함수율 정보를 기초로 계산된 수분량과의 오차를 계산하고, 상기 오차를 기초로 상기 작물의 생체중을 예측한다.In addition, the processor calculates an error between the actual moisture content contained in the medium and the moisture content calculated based on the media moisture content information based on the moisture content correction coefficient, and predicts the live weight of the crop based on the error.

또한, 상기 상측 내부 프레임은 지면 방향으로 유인줄이 설치되고, 상기 인장형 로드셀은 상기 유인줄을 통해 상측 내부 프레임에 인가되는 장력을 측정한다. In addition, the upper inner frame has a guide line installed in the ground direction, and the tensile load cell measures a tension applied to the upper inner frame through the guide line.

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점은 이하의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용, 청구범위 및 도면으로부터 명확해질 것이다.Other aspects, features, and advantages other than those described above will become apparent from the detailed content, claims and drawings for carrying out the following invention.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 피측정 작물의 생체중을 비파괴적으로 측정함으로써, 다양한 환경 요인 및 재배 기술에 대한 연속적으로 측정할 수 있고, 작물 생육 정보에 대한 빅데이터를 수집하는 것이 가능할 수 있다. According to an embodiment of the present invention made as described above, by non-destructively measuring the live weight of the crop to be measured, it is possible to continuously measure various environmental factors and cultivation techniques, and collect big data on crop growth information. It may be possible to do.

또한, 본 발명에 의하면, 수경 작물의 생체중을 비파괴적으로 연속적으로 측정함으로써, 추후 스마트 팜(Smart Farm)의 핵심 부분인 생육 모델과 환경 조절 알고리즘 개발에 소요되는 시간, 공간 비용을 획기적으로 줄일 수 있다. 나아가 본 발명은 상술한 효과로 인하여 산업적으로 재배 중인 농가의 온실 상황에 방해를 주지 않고, 추가적인 제반 설비 없이도 적용이 가능할 수 있다. In addition, according to the present invention, by continuously measuring the live weight of hydroponic crops non-destructively, it is possible to significantly reduce the time and space costs required for the development of a growth model and an environmental control algorithm, which are the core parts of a smart farm. have. Furthermore, the present invention may be applicable without disturbing the greenhouse situation of a farmhouse being cultivated industrially due to the above-described effect, and without additional equipment.

물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. Of course, the scope of the present invention is not limited by these effects.

도 1은 본 발명의 일 실시예예 따른 작물의 생체중을 예측하고, 모니터링하기 위한 시스템을 설명하기 위한 시스템도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 작물 생체중 추정 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 작물 생체중 추정 장치를 설명하기 위한 사시도이다.
도 4는 시간에 따른 재배 시스템 무게 및 배지 함수율 변화를 나타낸 그래프를 도시한다.
도 5는 시간에 따른 첫 관수 전후 재배 시스템 무게 및 배지 함수율 변화를 나타낸 그래프를 도시한다.
도 6은 본 발명의 일중 시간에 따른 일사량(radiation), 기온(temperature), 상대습도(relative humid) 및 함수율(moisture content)의 변화량을 도시한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 재배 시스템 무게, 배지 함수율, 보정 알고리즘을 적용하여 도출된 작물 생체중에 대한 그래프를 도시한다.
1 is a system diagram illustrating a system for predicting and monitoring live weight of a crop according to an embodiment of the present invention.
2A and 2B are views for explaining an apparatus for estimating live weight of a crop according to an exemplary embodiment of the present invention.
3 is a perspective view illustrating an apparatus for estimating live weight of a crop according to an embodiment of the present invention.
4 shows a graph showing the change in the weight of the cultivation system and the moisture content of the medium over time.
5 shows a graph showing changes in the weight of the cultivation system and the moisture content of the medium before and after the first irrigation over time.
6 shows changes in radiation, temperature, relative humidity, and moisture content according to the time of day in the present invention.
7 shows a graph of the weight of the cultivation system, the moisture content of the medium, and the fresh weight of a crop derived by applying a correction algorithm according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 개시의 다양한 실시예가 첨부된 도면과 연관되어 기재된다. 본 개시의 다양한 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들이 도면에 예시되고 관련된 상세한 설명이 기재되어 있다. 그러나 이는 본 개시의 다양한 실시예를 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 개시의 다양한 실시예의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경 및/또는 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용되었다.Hereinafter, various embodiments of the present disclosure will be described in connection with the accompanying drawings. Various embodiments of the present disclosure may be subjected to various changes and may have various embodiments, and specific embodiments are illustrated in the drawings and related detailed descriptions are described. However, this is not intended to limit the various embodiments of the present disclosure to a specific embodiment, and it should be understood that all changes and/or equivalents or substitutes included in the spirit and scope of the various embodiments of the present disclosure are included. In connection with the description of the drawings, similar reference numerals have been used for similar elements.

본 개시의 다양한 실시예에서 사용될 수 있는 "포함한다" 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 개시(disclosure)된 해당 기능, 동작 또는 구성요소 등의 존재를 가리키며, 추가적인 하나 이상의 기능, 동작 또는 구성요소 등을 제한하지 않는다. Expressions such as "include" or "may include" that may be used in various embodiments of the present disclosure indicate the existence of a corresponding function, operation, or component that is disclosed, and additional one or more functions, operations, or It does not limit components, etc.

본 개시의 다양한 실시예에서 "또는" 등의 표현은 함께 나열된 단어들의 어떠한, 그리고 모든 조합을 포함한다. 예를 들어, "A 또는 B"는, A를 포함할 수도, B를 포함할 수도, 또는 A 와 B 모두를 포함할 수도 있다.In various embodiments of the present disclosure, expressions such as "or" include any and all combinations of words listed together. For example, "A or B" may include A, may include B, or may include both A and B.

본 개시의 다양한 실시예에서 사용된 "제1", "제2", "첫째", 또는 "둘째" 등의 표현들은 다양한 실시예들의 다양한 구성요소들을 수식할 수 있지만, 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 예를 들어, 상기 표현들은 해당 구성요소들의 순서 및/또는 중요도 등을 한정하지 않는다. 상기 표현들은 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 수 있다. Expressions such as "first", "second", "first", or "second" used in various embodiments of the present disclosure may modify various elements of various embodiments, but do not limit the corresponding elements. Does not. For example, the expressions do not limit the order and/or importance of corresponding elements. The above expressions may be used to distinguish one component from another component.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 새로운 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 새로운 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있어야 할 것이다.When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, the component is directly connected to or may be connected to the other component, but the component and It should be understood that new other components may exist between the other components. On the other hand, when a component is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another component, it will be understood that no new other component exists between the component and the other component. Should be able to

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 개시의 다양한 실시예에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Terms as defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related technology, and unless clearly defined in various embodiments of the present disclosure, ideal or excessively formal It is not interpreted in meaning.

이하에서, 첨부된 도면을 이용하여 본 발명의 다양한 실시 예들에 대하여 구체적으로 설명한다. 식물과 작물은 설명의 편의를 위해 혼용하여 기재하였으나, 동일한 의미를 가진다. Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Plants and crops are used interchangeably for convenience of description, but have the same meaning.

도 1은 본 발명의 일 실시예예 따른 작물의 생체중을 예측하고, 모니터링하기 위한 시스템을 설명하기 위한 시스템도이다. 1 is a system diagram illustrating a system for predicting and monitoring live weight of a crop according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 시스템(1000)은 작물(또는 식물) 생체중 예측장치(100), 외부 장치(200) 및 외부 서버(300)를 포함할 수 있으며, 각각의 구성은 네트워크 망(400)을 통해 무선 또는 유선 통신 방식을 이용하여 통신할 수 있다. Referring to FIG. 1, the system 1000 of the present invention may include a crop (or plant) live weight prediction device 100, an external device 200, and an external server 300, and each configuration is a network network ( 400), it is possible to communicate using a wireless or wired communication method.

작물 생체중 예측장치(100)는 로드셀, 센서 및 수분 무게 보정 알고리즘을 이용하여, 수경 재배 작물의 생체중을 비파괴적인 방법으로 추정할 수 있다. 또한, 본 발명은 작물 생체중 예측장치(100)는 정확한 작물 무게의 변화를 측정하기 위해 유인줄에 의해 지지되고 있는 장력과 아래 방향으로 가해지는 하중을 동시에 측정할 수 있다. 상술한 바와 같이 작물 생체중 예측장치(100)는 배지의 함수량 및 재배단의 무게를 획득하여, 작물의 생체중을 산출하고 예측할 수 있다.The crop live weight prediction apparatus 100 may estimate the live weight of a hydroponic crop in a non-destructive manner using a load cell, a sensor, and a moisture weight correction algorithm. In addition, according to the present invention, the crop live weight prediction apparatus 100 may simultaneously measure a tension supported by an attraction line and a load applied in a downward direction in order to accurately measure a change in the weight of a crop. As described above, the crop live weight prediction apparatus 100 may calculate and predict the live weight of the crop by obtaining the moisture content of the medium and the weight of the cultivation bed.

외부 장치(200)는 사용자가 작물의 생장 상태를 모니터링하기 위한 사용자 단말일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 사용자는 작물 생체중 예측장치(100)를 통해 산출한 작물의 생체중을 외부 장치(200)를 통해 확인할 수 있고, 추후 작물의 생장 예상 등에 대한 정보를 안내받을 수 있다. 사용자는 수신한 작물의 중량 및 함수량을 확인함으로써, 현재 작물의 생장 상태를 확인할 수 있고, 이후 작물의 생장을 고려하여 함수량 조절을 수행할 수 있다. The external device 200 may be a user terminal for a user to monitor a growing state of a crop. According to an embodiment of the present invention, the user can check the live weight of the crop calculated through the crop live weight prediction device 100 through the external device 200, and receive information about the crop growth prediction in the future. . By checking the weight and water content of the received crop, the user can check the current growth state of the crop, and then perform water content control in consideration of the growth of the crop.

이때, 외부 장치(200)은 컴퓨터 장치로 구현되는 고정형 단말이거나 이동형 단말일 수 있다. 예를 들면, 스마트폰(smart phone), 휴대폰, 네비게이션, 컴퓨터, 노트북, 디지털방송용 단말, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 태블릿 PC 등이 있을 수 있으나 이에 한정하지 않는다.In this case, the external device 200 may be a fixed terminal implemented as a computer device or a mobile terminal. For example, there may be a smart phone, a mobile phone, a navigation device, a computer, a notebook computer, a terminal for digital broadcasting, a personal digital assistant (PDA), a portable multimedia player (PMP), a tablet PC, but are not limited thereto.

본 발명의 일 실시예에 따른 외부 장치(200)는 작물의 중량 및 함수량 산출 장치(100)로부터 수신한 무게 정보를 이용하여 작물의 중량 및 작물의 근권부 함수량을 직접 산출할 수 있다. 외부 장치(200)는 산출한 작물의 중량 및 작물의 근권부 함수량을 자체 저장할 수도 있고, 네트워크 망(400)을 통하여 외부 서버(300)에 전송하여 저장할 수 있다. 이러한 외부 장치(200)은 네트워크 망(400)을 통하여 직물의 중량 및 작물 생체중 예측장치(100)를 포함한 재배 시스템의 구동을 제어할 수 있다. 사용자는 외부 장치(200)를 통하여 식물의 중량 및 작물 생체중 예측장치(100)를 포함한 재배시설을 통제함으로써, 원격으로 재배시설을 관리할 수 있다. The external device 200 according to an embodiment of the present invention may directly calculate the weight of the crop and the moisture content of the root of the crop by using the weight information received from the weight and water content calculation device 100 of the crop. The external device 200 may itself store the calculated weight of the crop and the moisture content of the root region of the crop, or may transmit and store the calculated weight of the crop to the external server 300 through the network 400. The external device 200 may control the operation of the cultivation system including the fabric weight and crop weight prediction device 100 through the network network 400. The user can remotely manage the cultivation facility by controlling the cultivation facility including the plant weight and crop live weight prediction device 100 through the external device 200.

외부 서버(300)는 작물 생체중 예측장치(100)를 제공하는 서비스 회사에서 관리하는 서버일 수 있다. 외부 서버(300)는 본 발명의 예측 방법 및 시스템을 구현하기 위한 실제적인 프로그램 코드를 실행하는 프로세서를 포함할 수 있다. 또한, 외부 서버(300)는 작물 생체중 예측장치(100)가 측정, 산출 및 예측하는 데이터를 저장하기 위한 데이터베이스를 포함할 수 있다. The external server 300 may be a server managed by a service company that provides the crop live weight prediction apparatus 100. The external server 300 may include a processor that executes actual program code for implementing the prediction method and system of the present invention. In addition, the external server 300 may include a database for storing data measured, calculated, and predicted by the live weight prediction apparatus 100 for crops.

외부 서버(300)는 네트워크 망(400)을 통하여 작물의 중량 및 작물 생체중 예측장치(100) 또는 외부 장치(200)와 통신을 수행하며, 작물의 중량 및 작물 생체중 예측장치(100)로부터 측정된 무게, 산출된 식물의 중량 및 함수량에 대한 정보를 수신한다. 한편, 외부 서버(300)는 작물의 중량 및 작물 생체중 예측장치(100)로부터 수신한 무게 정보를 이용하여 작물의 중량 및 식물의 근권부 함수량을 직접 산출하여 저장할 수 있다. 외부 서버(300)는 산출한 작물의 중량 및 작물의 근권부 함수량을 네트워크 망(400)을 통하여 외부 장치(200)로 제공할 수 있다.The external server 300 communicates with the crop weight and crop live weight prediction device 100 or the external device 200 through the network network 400, and is measured from the crop weight and crop live weight prediction device 100. Receive information on weight, calculated plant weight and moisture content. On the other hand, the external server 300 may directly calculate and store the weight of the crop and the water content of the root zone of the plant using the weight information received from the crop weight and live weight prediction apparatus 100. The external server 300 may provide the calculated weight of the crop and the moisture content of the root region of the crop to the external device 200 through the network network 400.

네트워크 망(400)의 통신 방식은 제한되지 않으며, 통신망(일례로, 이동통신망, 유선 인터넷, 무선 인터넷, 방송망)을 활용하는 통신 방식뿐만 아니라 기기들 간의 근거리 무선 통신 역시 포함될 수 있다. 예를 들어, 네트워크 망(400)은, PAN(personal area network), LAN(local area network), CAN(campus area network), MAN(metropolitan area network), WAN(wide area network), BBN(broadband network), 인터넷 등의 네트워크 중 하나 이상의 임의의 네트워크를 포함할 수 있다. 또한, 네트워크 망(400)은 버스 네트워크, 스타 네트워크, 링 네트워크, 메쉬 네트워크, 스타-버스 네트워크, 트리 또는 계층적(hierarchical) 네트워크 등을 포함하는 네트워크 토폴로지 중 임의의 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The communication method of the network network 400 is not limited and may include a communication method using a communication network (for example, a mobile communication network, a wired Internet, a wireless Internet, a broadcasting network) as well as a short-range wireless communication between devices. For example, the network network 400 includes a personal area network (PAN), a local area network (LAN), a campus area network (CAN), a metropolitan area network (MAN), a wide area network (WAN), and a broadband network (BBN). ), may include any one or more of networks such as the Internet. In addition, the network network 400 may include any one or more of a network topology including a bus network, a star network, a ring network, a mesh network, a star-bus network, a tree or a hierarchical network, etc. It is not limited thereto.

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 작물 생체중 추정 장치를 설명하기 위한 도면이다. 2A and 2B are views for explaining an apparatus for estimating live weight of a crop according to an exemplary embodiment of the present invention.

특히, 도 2a는 작물 생체중 추정 장치의 외관을 간단하게 도시한 도면이고, 도 2b는 작물의 생체중을 예측하기 위한 작물 생체중 추정 장치의 구성요소를 설명하기 위한 간단한 블록도이다. In particular, FIG. 2A is a view showing a simple appearance of the apparatus for estimating the live weight of a crop, and FIG. 2B is a simple block diagram for explaining the components of the apparatus for estimating the live weight of a crop.

도 2a를 참조하면, 작물 생체중 추정 장치(100)는 외부 프레임(10), 상측 내부 프레임(21), 하측 내부 프레임(22), 와이어(23), 인장형 로드셀(30) 및 재배단(40)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 2A, the apparatus 100 for estimating live weight of a crop 100 includes an outer frame 10, an upper inner frame 21, a lower inner frame 22, a wire 23, a tensile load cell 30, and a cultivation stage 40. ) Can be included.

외부 프레임(10)은 알루미늄 프로파일을 이용하여 제작할 수 있고, 작물 생체중 추정 장치(100)를 전체적으로 지지하는 프레임 역할을 한다. 외부 프레임(10)의 높이는 온실의 차광 스크린 레일 밑까지 일 수 있고, 폭은 온실 내 재배 라인 사이에 재배용 리프트의 통행을 방해하지 않는 길이로 제한될 수 있으며, 길이는 배지의 길이 이상으로 제한될 수 있으나 이에 한정하지 않는다. The outer frame 10 may be manufactured using an aluminum profile, and serves as a frame that entirely supports the crop weight estimation apparatus 100. The height of the outer frame 10 may be below the shade screen rail of the greenhouse, and the width may be limited to a length that does not interfere with the passage of the cultivation lift between the cultivation lines in the greenhouse, and the length may be limited to more than the length of the badge. However, it is not limited thereto.

상측 내부 프레임(21) 및 하측 내부 프레임(22) 역시 알루미늄 프로파일을 이용하여 제작할 수 있으나 이에 한정하지 않는다. 상측 내부 프레임(21)에는 유인줄이 설치될 수 있고, 유인줄은 작물을 유인할 수 있게 구성된다. The upper inner frame 21 and the lower inner frame 22 may also be manufactured using an aluminum profile, but are not limited thereto. The upper inner frame 21 may be provided with an attraction line, and the attraction line is configured to attract crops.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상측 내부 프레임(21)은 적어도 하나의 인장형 로드셀(30)을 통해 회부 프레임(10)과 연결될 수 있다. In addition, according to an embodiment of the present invention, the upper inner frame 21 may be connected to the rotation frame 10 through at least one tensile load cell 30.

인장형 로드셀(30)은 외력에 의해 비례적으로 변하는 탄성체와 이를 전기적인 신호로 바꾸어주는 스트레인 게이지를 이용한 하중감지센서를 포함할 수 있다. 이때, 인장형 로드셀(30)은 힘이나 하중에 대하여 구조적으로 안정된 변형을 발생시키는 탄성 변형체의 수감 부에서 발생하는 물리적 변형을 스트레인 게이지를 이용하여 전기저항 변화로 변환시키고 위트스톤 브릿지(Wheatstone Bridge)라는 전기회로를 구성하여 정밀한 전기적 신호로 변환시킬 수 있다. The tension-type load cell 30 may include an elastic body that changes proportionally by an external force and a load detection sensor using a strain gauge that converts it into an electrical signal. At this time, the tension-type load cell 30 converts the physical deformation occurring in the confinement part of the elastic deformable body that generates structurally stable deformation with respect to force or load into electric resistance change using a strain gauge, and uses a Wheatstone Bridge. By constructing an electric circuit called, it can be converted into a precise electrical signal.

본 발명은 인장형 로드셀(30)을 통해 하측 내부 프레임(22)에서 지지하는 아래 방향으로 작용하는 작물 및 배지의 하중과 상측 내부 프레임(21)에서 지지하는 작물의 유인줄에 걸리는 장력을 동시에 측정할 수 있다. The present invention simultaneously measures the load of the crop and the medium acting in the downward direction supported by the lower inner frame 22 through the tensile load cell 30 and the tension applied to the attracting line of the crop supported by the upper inner frame 21 can do.

하측 내부 프레임(22)은 상측 내부 프레임(21)과 같은 크기로 구성될 수 있다. 이때, 하측 내부 프레임(22)은 재배단(24)이 설치될 수 있다. 재배단(24)은 양액이 공급되어 식물(80)이 생장하는 배지가 탑재되는 부분이다. 본 실시예에서는 재배단(24) 위에 배지가 탑재되는 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. The lower inner frame 22 may be of the same size as the upper inner frame 21. At this time, the lower inner frame 22 may be provided with a cultivation stage 24. The cultivation stage 24 is a portion in which a medium in which the nutrient solution is supplied and the plant 80 grows is mounted. In the present embodiment, an example in which a culture medium is mounted on the cultivation stage 24 is disclosed, but it is not limited thereto.

예컨대 재배단(24)에 배지 삽입 홈을 형성하고, 배지 삽입 홈에 배지를 삽입하여 탑재할 수도 있다. 재배단(24)의 일측에 연결된 양액 공급관을 통하여 배지로 양액이 공급되고, 재배단(24)의 타측에 연결된 양액 배출관을 통하여 배지로부터 양액이 배출될 수 있다.For example, a culture medium insertion groove may be formed in the cultivation stage 24, and a culture medium may be inserted and mounted in the culture medium insertion groove. The nutrient solution may be supplied to the medium through a nutrient solution supply pipe connected to one side of the cultivation stage 24, and the nutrient solution may be discharged from the medium through a nutrient solution discharge pipe connected to the other side of the cultivation stage 24.

상측 내부 프레임(21) 및 하측 내부 프레임(22)은 서로 와이어(23)에 의해 연결될 수 있다. 이때, 와이어(23)는 하우스밴드, 코팅와이어, 플라스틱와이어, 코팅철사, 알미늄 코팅철사 등으로 구현된 것일 수 있으나, 이에 한정하지 않고 다양한 종류의 자재로 구현될 수 있다.The upper inner frame 21 and the lower inner frame 22 may be connected to each other by a wire 23. At this time, the wire 23 may be implemented as a house band, a coated wire, a plastic wire, a coated wire, an aluminum coated wire, etc., but is not limited thereto and may be implemented with various types of materials.

센서(40)는 재배단(24)에 포함된 배지의 수분 함량을 측정하기 위한 구성일 수 있다. 이때, 센서(40)는 TDR(Time Domain Reflectometry) 센서, TDT(Time Domain Transmissometry) 센서, FDR(Frequency Domain Reflectometry) 센서, 텐시오미터(tensiometer), ADR(Amplitude Domain Reflectometry) 센서 중 적어도 하나로 구현될 수 있으나 이에 한정하지 않는다. The sensor 40 may be a component for measuring the moisture content of the medium included in the cultivation stage 24. At this time, the sensor 40 may be implemented with at least one of a Time Domain Reflectometry (TDR) sensor, a Time Domain Transmissometry (TDT) sensor, a Frequency Domain Reflectometry (FDR) sensor, a tensiometer, and an Amplitude Domain Reflectometry (ADR) sensor. However, it is not limited thereto.

작물(80)은 재배단(24)에 탑재된 배지에서 양액을 공급받아 생장할 수 있다. 이때, 작물(80)은 파프리카, 토마토 등 유인을 활용하는 작물일 수 있으나, 이에 한정하지 않고 다양한 작물을 포함한다.The crop 80 may be grown by receiving a nutrient solution from a medium mounted on the cultivation stage 24. At this time, the crop 80 may be a crop that utilizes an incentive such as paprika and tomato, but is not limited thereto and includes a variety of crops.

도 2b를 참조하면, 작물 생체중 추정 장치(100)는 작물의 생체중을 예측하기 위한 구성요소로 인장형 로드셀(30), 센서(40) 외에도 통신부(50), 메모리(60) 및 프로세서(70)를 더 포함할 수 있다. Referring to FIG. 2B, the apparatus 100 for estimating the live weight of a crop is a component for predicting the live weight of a crop. In addition to the tensile load cell 30 and the sensor 40, the communication unit 50, the memory 60, and the processor 70 It may further include.

통신부(50)는 외부 장치(200) 또는 외부 서버(300)와 통신하기 위한 구성이다. 구체적으로 통신부(50)는 프로세서(70)에서 보정 알고리즘을 통해 계산된 실제 수분의 무게를 제외한 작물의 생체중에 대한 정보를 네트워크 망(400)을 통해 외부 장치(200) 또는 외부 서버(300)로 전송할 수 있다. The communication unit 50 is a component for communicating with the external device 200 or the external server 300. Specifically, the communication unit 50 transmits information on the live weight of the crop excluding the actual moisture weight calculated by the processor 70 through the correction algorithm to the external device 200 or the external server 300 through the network network 400. Can be transmitted.

통신부(50)는 외부 장치(200)로부터 작물의 생장을 고려한 함수량 조절 신호를 수신할 수 있다. 또한, 통신부(50)는 외부 서버(300)로부터 본 발명의 예측 방법 및 시스템을 구현하기 위한 보정 알고리즘에 대한 코드를 수신할 수 있고, 이를 통해 주기적으로 업데이트 될 수 있다. The communication unit 50 may receive a moisture content control signal in consideration of the growth of crops from the external device 200. In addition, the communication unit 50 may receive a code for a correction algorithm for implementing the prediction method and system of the present invention from the external server 300 and may be periodically updated through this.

통신부(50)는 다양한 유형의 통신방식에 따라 다양한 유형의 외부 장치와 통신을 수행하는 구성일 수 있다. 통신부(50)는 와이파이칩, 블루투스 칩, 무선 통신 칩, NFC 칩 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 프로세서(70)는 통신부(50)를 이용하여 외부 서버(300) 또는 각종 외부 장치(200)와 통신을 수행할 수 있다.The communication unit 50 may be a component that communicates with various types of external devices according to various types of communication methods. The communication unit 50 may include at least one of a WiFi chip, a Bluetooth chip, a wireless communication chip, and an NFC chip. The processor 70 may communicate with the external server 300 or various external devices 200 using the communication unit 50.

무선통신 칩은 IEEE, Zigbee, 3G(3rd Generation), 3GPP(3rd Generation Partnership Project), LTE(Long Term Evolution) 등과 같은 다양한 통신 규격에 따라 통신을 수행하는 칩을 의미한다. NFC 칩은 135kHz, 13.56MHz, 433MHz, 860~960MHz, 2.45GHz 등과 같은 다양한 RF-ID 주파수 대역들 중에서 13.56MHz 대역을 사용하는 NFC(Near Field Communication) 방식으로 동작하는 칩을 의미한다.The wireless communication chip refers to a chip that performs communication according to various communication standards such as IEEE, Zigbee, 3rd Generation (3G), 3rd Generation Partnership Project (3GPP), and Long Term Evolution (LTE). The NFC chip refers to a chip that operates in a Near Field Communication (NFC) method using a 13.56 MHz band among various RF-ID frequency bands such as 135 kHz, 13.56 MHz, 433 MHz, 860 to 960 MHz, and 2.45 GHz.

메모리(60)는 프로세서(70)의 처리 또는 제어를 위한 프로그램 등 식물 생체중 추정 장치(100) 전반의 동작을 위한 다양한 데이터를 저장할 수 있다. The memory 60 may store various data for the overall operation of the plant body weight estimation apparatus 100 such as a program for processing or controlling the processor 70.

예를 들어 메모리(60)는 내부 프레임(21,22), 와이어(23), 재배단(24), 유인줄(25) 및 센서(40)의 무게가 미리 저장되어 있을 수 있다. 식물(80)의 중량 및 근권부의 함수량을 산출할 때, 상술한 기타부재(21,22, 23, 24, 26, 40)의 무게를 차감함으로써, 배지의 무게가 부정확하게 측정되는 문제를 해소할 수 있다.For example, the memory 60 may previously store the weights of the internal frames 21 and 22, the wires 23, the cultivation stage 24, the lure line 25, and the sensor 40. When calculating the weight of the plant 80 and the water content of the root region, by subtracting the weight of the other members (21, 22, 23, 24, 26, 40) described above, it is possible to solve the problem that the weight of the medium is incorrectly measured. I can.

또한, 메모리(60)는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서(40)에서 측정된 함수율과 실제 수분의 무게 사이의 관계를 보정하기 위한 알고리즘이 저장될 수 있다. In addition, the memory 60 may store an algorithm for correcting a relationship between the moisture content measured by the sensor 40 and the actual weight of moisture according to an embodiment of the present invention.

이와 같이, 메모리(60)는 식물 생체중 추정 장치(100)에서 구동되는 다수의 응용 프로그램(application program 또는 애플리케이션(application)), 데이터들, 명령어들을 저장할 수 있다. 이러한 응용 프로그램 중 적어도 일부는, 무선 통신을 통해 외부 서버로부터 다운로드 될 수 있다. 또한, 이러한 응용 프로그램 중 적어도 일부는, 식물 생체중 추정 장치(100)의 기본적인 기능을 위하여 출고 당시부터 식물 생체중 추정 장치(100) 상에 존재할 수 있다. 응용 프로그램은, 메모리(60)에 저장되고, 프로세서(70)에 의하여 식물 생체중 추정 장치(100)의 동작(또는 기능)을 수행하도록 구동될 수 있다. As such, the memory 60 may store a plurality of application programs or applications, data, and instructions driven by the apparatus 100 for estimating plant weight. At least some of these application programs may be downloaded from an external server through wireless communication. In addition, at least some of these application programs may exist on the plant living weight estimation apparatus 100 from the time of shipment for basic functions of the plant living weight estimation apparatus 100. The application program may be stored in the memory 60 and driven by the processor 70 to perform an operation (or function) of the plant body weight estimation apparatus 100.

메모리(60)는 비휘발성 메모리, 휘발성 메모리, 플래시메모리(flash-memory), 하드디스크 드라이브(HDD) 또는 솔리드 스테이트 드라이브(SSD) 등으로 구현될 수 있다. 메모리(60)는 프로세서(70)에 의해 액세스 되며, 프로세서(70)에 의한 데이터의 독취/기록/수정/삭제/갱신 등이 수행될 수 있다. 본 개시에서 메모리라는 용어는 프로세서(70) 내 ROM, RAM 또는 장착형 메모리 카드(미도시)(예를 들어, micro SD 카드, 메모리 스틱)를 포함할 수 있다. The memory 60 may be implemented as a non-volatile memory, a volatile memory, a flash-memory, a hard disk drive (HDD), a solid state drive (SSD), or the like. The memory 60 is accessed by the processor 70, and data read/write/edit/delete/update by the processor 70 may be performed. In the present disclosure, the term memory may include ROM, RAM, or an attached memory card (not shown) (eg, micro SD card, memory stick) in the processor 70.

프로세서(70)는 함수량 산출 장치(100)의 전반적인 제어 동작을 수행할 수 있다. 프로세서(70)는 측정된 무게 값을 기반으로 식물(80)의 중량을 산출할 수 있다.The processor 70 may perform an overall control operation of the moisture content calculating device 100. The processor 70 may calculate the weight of the plant 80 based on the measured weight value.

구체적으로, 프로세서(70)는 센서(40)를 통해 매일 첫 관수 시점에서 관수 전후의 배지 내 체적 함수율 값의 변화 정보를 획득하고, 인장형 로드셀(30)을 통해 재배 시스템 전체 무게의 변화 정보를 획득할 수 있다. 이후, 상기 체적 함수율 값의 변화 정보 및 시스템 전체 무게의 변화 정보를 이용하여 측정된 함수율과 실제 수분의 무게 사이의 관계를 보정할 수 있다. Specifically, the processor 70 obtains the change information of the volume moisture content value in the medium before and after irrigation at the first irrigation point every day through the sensor 40, and the change information of the total weight of the cultivation system through the tensile load cell 30. Can be obtained. Thereafter, the relationship between the measured moisture content and the actual moisture weight may be corrected using the change information of the volume moisture content value and the total weight of the system.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 프로세서(70)는 일중 배지 내 수분의 변화가 가장 안정적인 야간 시간에 함수율-수분 무게 관계 및 보정 계수를 적용하여 배지 내 수분의 무게를 배제한 작물의 생체중을 추정할 수 있다. 이에 대하여는, 도 6을 통해 구체적으로 설명하기로 한다. According to an embodiment of the present invention, the processor 70 estimates the fresh weight of the crop excluding the weight of the moisture in the medium by applying the moisture content-moisture weight relationship and the correction factor at night time when the change of moisture in the medium during the day is the most stable. I can. This will be described in detail with reference to FIG. 6.

프로세서(70)는 주기적으로 식물(80)의 중량 및 함수량의 변화를 산출함으로써, 식물(80)의 생장에 따라 무게 증가량, 함수량의 변화에 따른 식물(80)의 생장 변화를 모니터링할 수 있다. 또한, 프로세서(70)는 측정한 무게값, 산출한 식물(80)의 중량 및 함수량에 대한 정보를 통신부(50)를 통하여 외부 장치(200) 또는 외부 서버(300)로 전송할 수 있다.The processor 70 periodically calculates the change in the weight and water content of the plant 80, thereby monitoring the growth change of the plant 80 according to the change in the weight increase amount and water content according to the growth of the plant 80. In addition, the processor 70 may transmit the measured weight value, the calculated weight and moisture content of the plant 80 to the external device 200 or the external server 300 through the communication unit 50.

프로세서(70)는 디지털 신호를 처리하는 디지털 시그널 프로세서(digital signal processor(DSP), 마이크로프로세서(microprocessor), TCON(Time controller)으로 구현될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 중앙처리장치(central processing unit(CPU)), MCU(Micro Controller Unit), MPU(micro processing unit), 컨트롤러(controller), 어플리케이션 프로세서(application processor(AP)), 또는 커뮤니케이션 프로세서(communication processor(CP)), ARM 프로세서 중 하나 또는 그 이상을 포함하거나, 해당 용어로 정의될 수 있다. 또한, 프로세서(70)는 프로세싱 알고리즘이 내장된 SoC(System on Chip), LSI(large scale integration)로 구현될 수도 있고, FPGA(Field Programmable gate array) 형태로 구현될 수도 있다.The processor 70 may be implemented as a digital signal processor (DSP), a microprocessor, or a time controller (TCON) that processes digital signals, but is not limited thereto, and the central processing unit ( central processing unit (CPU)), microcontroller unit (MCU), micro processing unit (MPU), controller, application processor (AP), or communication processor (CP), ARM processor In addition, the processor 70 may include one or more of, or may be defined by a corresponding term. In addition, the processor 70 may be implemented as a SoC (System on Chip) or LSI (large scale integration) with a built-in processing algorithm, or an FPGA ( Field Programmable gate array) can also be implemented.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 작물 생체중 추정 장치를 설명하기 위한 사시도이다. 도 3에서는 도 2와 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 3 is a perspective view illustrating an apparatus for estimating live weight of a crop according to an embodiment of the present invention. In FIG. 3, a description overlapping with FIG. 2 will be omitted.

도 3의 실시예에 따르면, 상측 내부 프레임(21)은 4개의 인장형 로드셀(30)을 통해 외부 프레임(10)과 연결될 수 있다. According to the embodiment of FIG. 3, the upper inner frame 21 may be connected to the outer frame 10 through four tensile load cells 30.

식물(80)은 상측 내부 프레임(21)에 연결된 유인줄(25)에 유인되어 생장할 수 있다. 이때, 유인줄(25)은 파라코드(550 cord), 플라스틱 와이어 등을 통해 형성될 수 있으나 이에 한정하지 않는다. The plants 80 can be grown by being attracted to the attracting line 25 connected to the upper inner frame 21. At this time, the attracting line 25 may be formed through a paracord 550 cord, a plastic wire, or the like, but is not limited thereto.

본 발명에 따르면, 식물이 유인줄에 작용하는 장력은 상축 내부 프레임(21)에 인가될 수 있고, 인장형 로드셀(30)은 통해 상측 내부 프레임(21)에서 지지하는 작물의 유인줄에 걸리는 장력을 측정할 수 있다. 즉, 인장형 로드셀(30)은 하측 내부 프레임(22)에서 지지하는 아래 방향으로 작용하는 재배단(24) 및 센서(40)의 하중과 상측 내부 프레임(21)에 인가된 장력을 동시에 측정할 수 있다.According to the present invention, the tension applied by the plant to the lure line can be applied to the upper shaft inner frame 21, and the tension type load cell 30 is a tension applied to the lure line of the crop supported by the upper inner frame 21 through Can be measured. That is, the tension type load cell 30 can simultaneously measure the load of the rearing stage 24 and the sensor 40 acting in the downward direction supported by the lower inner frame 22 and the tension applied to the upper inner frame 21. I can.

센서(40)는 하측 내부 프레임(22)에 설치되는 재배단(24)의 배지의 가운데에 배지와 수직으로 설치될 수 있다. 이때, 센서(40)는 센서(40)의 지면 방향의 하단부가 재배단(24)과 맞닿을 수 있도록 배지의 끝까지 삽입 될 수 있도록 설치될 수 있다.The sensor 40 may be installed perpendicularly to the badge in the middle of the badge of the cultivation stage 24 installed on the lower inner frame 22. In this case, the sensor 40 may be installed so that the lower end of the sensor 40 in the ground direction may be inserted to the end of the badge so that it may contact the cultivation end 24.

도 4는 시간에 따른 재배 시스템 무게 및 배지 함수율 변화를 나타낸 그래프를 도시한다. 이때, 재배 시스템은 식물 생체중 추정 장치(100)를 의미할 수 있고, 센서(40)는 FDR 센서일 수 있다. 4 shows a graph showing the change in the weight of the cultivation system and the moisture content of the medium over time. In this case, the cultivation system may refer to the apparatus 100 for estimating a living body weight of a plant, and the sensor 40 may be an FDR sensor.

도 4를 참조하면, x축은 시간의 경과에 따른 (월/일/년)을 나타내고, y축의 좌측은 식물 생체중 추정 장치(100)의 시스템 무게(kg)를 나타내고, y축의 우측은 FDR 센서를 통해 측정한 함수율(%)을 나타낸다. 4, the x-axis represents (month/day/year) over time, the left side of the y-axis represents the system weight (kg) of the plant live weight estimation apparatus 100, and the right side of the y-axis represents the FDR sensor. Shows the moisture content (%) measured through.

FDR(Frequency Domain Reflectometry) 센서를 통한 배지 함수율은 시간의 경과와 관련없이 일정한 범위(50% 내지 80%) 안에서 증감을 반복한다. 반면, 식물 생체중 추정 장치(100)의 시스템 무게는 시간의 경과에 따라 8kg에서 12kg까지 증가하는 것을 확인할 수 있다. The moisture content of the medium through the Frequency Domain Reflectometry (FDR) sensor is repeatedly increased or decreased within a certain range (50% to 80%) regardless of the passage of time. On the other hand, it can be seen that the system weight of the plant living weight estimation apparatus 100 increases from 8kg to 12kg over time.

식물 생체중 추정 장치(100)의 시스템 무게는 작물의 생체중이 증가함에 따라 증가하는 추세를 보이나, 배지 함수율의 반복적인 증감에 따라 정확한 무게가 계측되지 않고 있다. The system weight of the plant live weight estimation apparatus 100 shows a trend of increasing as the fresh weight of the crop increases, but the accurate weight is not measured according to the repeated increase or decrease of the moisture content of the medium.

즉, 작물의 생체중을 포함하는 재배 시스템의 무게가 배지의 함수량에 따라서 일정하지 않다는 점에서 비파괴적인 방법으로 배지에 포함된 수분량을 정확히 계측하여 작물의 생체중을 예측하는 방법이 요구된다. That is, since the weight of the cultivation system including the fresh weight of the crop is not constant according to the moisture content of the medium, there is a need for a method of predicting the fresh weight of the crop by accurately measuring the amount of moisture contained in the medium in a non-destructive method.

도 5는 시간에 따른 첫 관수 전후 재배 시스템 무게 및 배지 함수율 변화를 나타낸 그래프를 도시한다. 이때, 재배 시스템은 식물 생체중 추정 장치(100)를 의미할 수 있다.5 shows a graph showing the change in the weight of the cultivation system and the moisture content of the medium before and after the first irrigation over time. In this case, the cultivation system may refer to the plant living weight estimation apparatus 100.

x축은 시간의 경과에 따른 시간(시:분:초)을 나타내고, y축의 좌측은 식물 생체중 추정 장치(100)의 시스템 무게(kg)를 나타내고, y축의 우측은 FDR 센서를 통해 측정한 함수율(%)을 나타낸다. The x-axis represents the time (hours:minutes:seconds) over time, the left side of the y-axis represents the system weight (kg) of the plant live weight estimation apparatus 100, and the right side of the y-axis represents the moisture content measured by the FDR sensor ( %).

도 5를 참조하면, 첫 관수 시점은 07:50:00에서 08:00:00 사이에 수행된 것일 수 있다. Referring to FIG. 5, the first irrigation time may be performed between 07:50:00 and 08:00:00.

SWa는 첫 관수 후 로드셀 값(kg)을 나타내고, SWb는 첫 관수 전 로드셀 값 (kg)을 나타내고, FDRa는 첫 관수 후 FDR 센서에 의하여 측정된 배지 함수율(%)을 나타내고, FDRb는 첫 관수 전 FDR 센서에 의하여 측정된 배지 함수율(%)을 나타낸다. SWa represents the load cell value (kg) after the first irrigation, SWb represents the load cell value (kg) before the first irrigation, FDRa represents the medium moisture content (%) measured by the FDR sensor after the first irrigation, and FDRb represents the first irrigation. It shows the moisture content of the medium (%) measured by the FDR sensor.

본 발명의 일 실시예에 따른 식물 생체중 추정 장치(100)는 배지 내 수분의 무게를 배제하기 위하여, 매일 첫 관수 전후에 따른 배지 함수율 및 시스템 무게의 변화량을 이용하여, 아래 수학식 1과 같이 함수율-로드셀 값의 관계를 기초로 FDR 센서의 보정 계수를 계산할 수 있다. In order to exclude the weight of water in the medium, the apparatus 100 for estimating the fresh weight of a plant according to an embodiment of the present invention uses the change in the water content of the medium and the system weight according to the first irrigation every day, as shown in Equation 1 below. -The correction factor of the FDR sensor can be calculated based on the relationship between the load cell values.

Figure 112019086555586-pat00001
Figure 112019086555586-pat00001

Cf: 로드셀-배지 함수율 보정계수 (kg %-1) Cf: Load cell-medium moisture content correction factor (kg% -1 )

SWa : 첫 관수 후 로드셀 값 (kg) SWa: Load cell value after first irrigation (kg)

SWb : 첫 관수 전 로드셀 값 (kg) SWb: Load cell value before first irrigation (kg)

MCa : 첫 관수 후 FDR에 의하여 측정된 배지 함수율 (%) MCa: Medium moisture content measured by FDR after first irrigation (%)

MCb : 첫 관수 전 FDR에 의하여 측정된 배지 함수율 (%) MCb: Medium moisture content measured by FDR before the first irrigation (%)

구체적으로, 보정계수 Cf가 크면 클수록 센서(40)가 측정한 함수율에 의한 수분량보다 실제 시스템에 포함된 수분량이 더 크다는 것을 의미한다. 예를 들어, SWb가 10.2kg, MCb가 53%, MCa가 73%일 때, SWa가 10.7kg인 경우 보정계수 Cf는 0.025 kg %-1 이고, SWa 가 11kg인 경우 보정계수 Cf는 0.04 kg %-1이다. Specifically, the larger the correction factor Cf is, the greater the amount of moisture contained in the actual system is than the amount of moisture measured by the sensor 40. For example, when SWb is 10.2kg, MCb is 53%, and MCa is 73%, when SWa is 10.7kg, the correction factor Cf is 0.025 kg% -1 , and when SWa is 11kg, the correction factor Cf is 0.04 kg% -1 .

식물 생체중 추정 장치(100)는 센서(40)로 측정한 함수량을 기초로 계산한 수분량보다 실제 시스템에 포함된 수분이 더 많을수록, 더 커진 보정계수 Cf를 통해 함수율에 대한 보정을 수행할 수 있다. The apparatus 100 for estimating a living body weight of a plant may perform correction for the moisture content through a larger correction factor Cf as the amount of moisture contained in the actual system is greater than the moisture content calculated based on the moisture content measured by the sensor 40.

식물 생제충 추정 장치(100)는 함수율에 대한 수분 무게 관계에 보정계수를 적용하여 수분 오차를 획득할 수 있다. 구체적으로 식물 생체중 추정 장치(100)는 기존의 함수율에 보정 계수를 곱함으로써 수분량 오차율을 획득할 수 있고, 수분량 오차율을 로드셀 값에서 추가적으로 제외함으로써 작물의 생체중을 추정할 수 있다. The apparatus 100 for estimating live plant insects may obtain a moisture error by applying a correction factor to a moisture weight relationship with respect to moisture content. Specifically, the plant live weight estimation apparatus 100 may obtain a moisture content error rate by multiplying the existing moisture content by a correction factor, and may estimate the fresh weight of a crop by additionally excluding the moisture content error rate from the load cell value.

도 6은 본 발명의 일중 시간에 따른 일사량(radiation), 기온(temperature), 상대습도(relative humid) 및 함수율(moisture content)의 변화량을 도시한다. 6 shows changes in radiation, temperature, relative humidity, and moisture content according to the time of day in the present invention.

통상적으로 작물의 생체중을 구성하는 요인 중 작물 내 수분 함량은 큰 비중 (90% 이상)을 차지하며, 이러한 작물 내 수분 함량은 기온, 습도, 일사량, 근권부 함수율 등 작물 재배 환경 요인에 의해 결정된다.In general, among the factors constituting the fresh weight of a crop, the moisture content in the crop accounts for a large proportion (more than 90%), and the moisture content in the crop is determined by environmental factors such as temperature, humidity, insolation, and moisture content in the root zone. .

도 6을 참조하면, 7:00시부터 일사량(radiation)이 급격히 증가함에 따라 기온(temperature)이 같이 증가함을 확인할 수 있다. 일사량이 존재하는 7:00시부터 19:00시까지는 기온의 변화량이 마찬가지로 불안정하며, 함수율의 변화량 또한 불안정하게 변동된다. Referring to FIG. 6, it can be seen that the temperature increases as the radiation increases rapidly from 7:00. From 7:00 to 19:00, when there is solar radiation, the amount of change in temperature is similarly unstable, and the amount of change in moisture content is also unstable.

반대로, 24:00시부터 다시 일사량이 증가하기 시작하는 7:00까지의 새벽시간에는 작물 내 함수율의 변화가 크지 않으며 안정적임을 확인할 수 있다. 본 발명의 식물 생제충 추정 장치(100)는 계산한 보정계수 Cf를 함수율의 변화량이 크지 않은 새벽시간에 함수율에 보정 계수를 적용함으로써 할 수 있다. 이에 따라, 식물 생제충 추정 장치(100)는 수분량 오차율을 획득할 수 있고 안정적인 생체중을 계산할 수 있다. On the contrary, it can be confirmed that the change in moisture content in the crop is not large and is stable in the early morning hours from 24:00 to 7:00 when the solar radiation begins to increase again. The apparatus 100 for estimating live plant insects of the present invention can apply the calculated correction factor Cf to the moisture content at the dawn time when the amount of change in the moisture content is not large. Accordingly, the apparatus 100 for estimating live plant insects may obtain an error rate of water content and calculate a stable live weight.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 식물 생제충 추정 장치(100)는 시간에 따른 함수율 변화 정보를 입력받으면, 이를 기초로 가장 함수율 변화율이 적은 시간을 판단하고, 판단된 시간에 측정되는 함수율에 기 계산된 보정계수를 적용할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, when receiving information on a change in moisture content over time, the apparatus 100 for estimating live plant insects determines a time at which the rate of change in moisture content is the least, based on this The calculated correction factor can be applied.

본 발명의 또 따른 실시예에 따르면, 식물 생제충 추정 장치(100)는 시간 정보, 시간에 따른 일중 일사량 변화 정보, 시간에 따른 일중 기온 변화 정보를 입력받으면, 입력된 정보를 기초로 계산된 보정 계수를 적용할 수 있다. 구체적으로, 식물 생제충 추정 장치(100)는 일중 일사량 변화 및 일중 기온 변화가 가장 적은 시간을 판단하고, 판단된 시간에 측정되는 함수율에 기 계산된 보정계수를 적용할 수 있다. According to another embodiment of the present invention, when receiving time information, daily insolation change information over time, and daily temperature change information over time, the apparatus 100 for estimating live plant insects is calculated based on the input information. Factors can be applied. Specifically, the apparatus 100 for estimating live plant insects may determine a time when daily insolation changes and daily temperature changes are the least, and may apply a pre-calculated correction factor to the moisture content measured at the determined time.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 재배 시스템 무게, 배지 함수율, 보정 알고리즘을 적용하여 도출된 작물 생체중에 대한 그래프를 도시한다. 7 shows a graph of the weight of the cultivation system, the moisture content of the medium, and the fresh weight of a crop derived by applying a correction algorithm according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, x축은 시간의 경과에 따른 (월/일/년)을 나타내고, y축의 좌측은 각각 예측된 작물 생체중(kg), 식물 생체중 추정 장치(100)의 시스템 무게(kg)를 나타내고, y축의 우측은 FDR 센서를 통해 측정한 함수율(%)을 나타낸다. Referring to FIG. 7, the x-axis represents (month/day/year) over time, and the left side of the y-axis represents the predicted crop fresh weight (kg) and the system weight (kg) of the plant live weight estimation apparatus 100, respectively. And the right side of the y-axis shows the moisture content (%) measured through the FDR sensor.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 배지 내 수분의 무게를 배제한 작물의 생체중을 추정하기 위해, 계산된 배지 함수율에 대한 수분 무게에 따른 보정 계수를 야간에 배지 내 수분량이 일정하게 감소하는 구간에 적용시켜 배지 내 수분 무게를 배제하였다. According to an embodiment of the present invention, in order to estimate the live weight of a crop excluding the weight of water in the medium, a correction factor according to the water weight for the calculated medium moisture content is applied to a section where the amount of water in the medium is constantly decreased at night. So that the weight of moisture in the medium was excluded.

일반적으로 재배 시스템 전체 무게가 이러한 배지 내 함수율의 패턴을 따라가는 데에 비해, 최종적으로 일중 생체중을 대표할 수 있는 값을 이용하여 일간 생체중의 변화를 도출한 결과, 도출된 생체중은 이러한 배지 내 수분의 무게가 배제되어 일정한 증가 패턴을 나타내었다.  In general, the total weight of the cultivation system follows this pattern of moisture content in the medium, but as a result of deriving the change in daily live weight using a value that can finally represent the daily live weight, the derived live weight is the amount of moisture in the medium. Weight was excluded, showing a constant increase pattern.

FDR 센서를 통해 획득한 함수율(그래프상 FDR)을 기초로 계산된 수분량을 식물 생체중 추정 장치(100)의 시스템 무게(그래프상 System weight)에서 제외할 수 있고, 추가적으로 보정 알고리즘에 따른 수분 오차량을 제외하여 작물의 생체중(그래프상 Fresh weight)을 추정할 수 있다. The amount of moisture calculated based on the moisture content (FDR on the graph) obtained through the FDR sensor can be excluded from the system weight (System weight on the graph) of the plant live weight estimation device 100, and additionally, the moisture error amount according to the correction algorithm Excluding this, the fresh weight of the crop (fresh weight on the graph) can be estimated.

상술한 실시예에 따라 작물의 생체중을 비파괴적으로 측정함으로써, 다양한 환경 요인 및 재배 기술에 대한 연속적으로 측정할 수 있고, 작물 생육 정보에 대한 빅데이터를 수집하는 것이 가능할 수 있다.By non-destructively measuring the live weight of a crop according to the above-described embodiment, it may be possible to continuously measure various environmental factors and cultivation techniques, and to collect big data on crop growth information.

이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.As described above, the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, but these are only exemplary, and those of ordinary skill in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. . Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.

10: 외부 프레임
21: 상측 내부 프레임
22: 하측 내부 프레임
23: 와이어
24: 재배단
25: 유인줄
30: 인장형 로드셀
40: 센서
50: 통신부
60: 메모리
70: 프로세서
100: 식물 생체중 추정 장치
200: 외부 장치
300: 외부 서버
400: 네트워크 망
10: outer frame
21: upper inner frame
22: lower inner frame
23: wire
24: cultivation group
25: lure line
30: tension type load cell
40: sensor
50: communication department
60: memory
70: processor
100: plant live weight estimation device
200: external device
300: external server
400: network network

Claims (7)

작물의 생체중 추정 장치에 있어서,
외부 프레임;
양액이 공급되어 작물이 생장하는 배지가 탑재되는 재배단;
상기 재배단에 탑재되고, 배지 함수율 정보를 센싱하는 센서;
상기 재배단이 설치되는 하측 내부 프레임;
상기 하측 내부 프레임과 와이어로 연결되고, 상기 하측 내부 프레임의 상부에 이격되어 배치되는 상측 내부 프레임;
상기 하측 내부 프레임이 지면과 이격되도록 상기 상측 내부 프레임과 상기 외부 프레임을 연결하는 적어도 하나의 인장형 로드셀; 및
상기 센서를 통해 획득된 상기 배지 함수율 정보 및 상기 인장형 로드셀을 통해 획득된 로드셀 값을 기초로 함수율 보정계수를 획득하고, 상기 함수율 보정계수를 기초로 상기 작물의 생체중을 예측하는 프로세서; 를 포함하고,
상기 프로세서는 첫 관수 전후의 상기 배지 함수율 정보인 제1 정보 및 첫 관수 전후의 상기 로드셀 값인 제2 정보를 기초로 함수율 보정계수를 획득하되, 상기 함수율 보정계수는 상기 제1 정보에 대한 상기 제2 정보의 비율로 산출되는 생체중 추정 장치.
In the live weight estimation device of the crop,
Outer frame;
A cultivation group in which a medium on which a crop is grown is mounted by supplying nutrient solution;
A sensor mounted on the cultivation stage and sensing information on moisture content of the medium;
A lower inner frame on which the cultivation stage is installed;
An upper inner frame connected to the lower inner frame by wire and spaced apart from the upper inner frame;
At least one tensile load cell connecting the upper inner frame and the outer frame so that the lower inner frame is spaced apart from the ground; And
A processor for obtaining a moisture content correction coefficient based on the medium moisture content information obtained through the sensor and a load cell value obtained through the tensile load cell, and predicting the live weight of the crop based on the moisture content correction coefficient; Including,
The processor acquires a moisture content correction coefficient based on first information, which is the medium moisture content information before and after the first irrigation, and second information, which is the load cell value before and after the first irrigation, wherein the moisture content correction coefficient is the second information for the first information. A live weight estimation device that is calculated as a ratio of information.
제1항에 있어서,
상기 센서는 상기 배지의 수분 함량을 측정하기 위한 TDR(Time Domain Reflectometry) 센서, TDT(Time Domain Transmissometry) 센서, FDR(Frequency Domain Reflectometry) 센서, 텐시오미터(tensiometer) 중 적어도 하나를 포함하는 생체중 추정 장치.
The method of claim 1,
The sensor includes at least one of a Time Domain Reflectometry (TDR) sensor, a Time Domain Transmissometry (TDT) sensor, a Frequency Domain Reflectometry (FDR) sensor, and a tensiometer for measuring the moisture content of the medium. Device.
제1항에 있어서,
상기 센서는 상기 재배단에 접촉하도록 상기 배지를 관통하여 탑재되는 생체중 추정 장치.
The method of claim 1,
The sensor is mounted through the medium so as to contact the cultivation stage.
삭제delete 제2항에 있어서,
상기 프로세서는 상기 함수율 보정계수를 기초로 상기 배지에 포함된 실제 수분량과 상기 배지 함수율 정보를 기초로 계산된 수분량과의 오차를 계산하고, 상기 오차를 기초로 상기 작물의 생체중을 예측하는 생체중 추정 장치.
The method of claim 2,
The processor calculates an error between the actual moisture content contained in the medium and the moisture content calculated based on the media moisture content information based on the moisture content correction coefficient, and predicts the fresh weight of the crop based on the error. .
제1항에 있어서,
상기 상측 내부 프레임은 지면 방향으로 유인줄이 설치되고, 상기 인장형 로드셀은 상기 유인줄을 통해 상측 내부 프레임에 인가되는 장력을 측정하는 생체중 추정 장치.
The method of claim 1,
The upper inner frame is a living weight estimation device for measuring a tension applied to the upper inner frame through the guide line is installed in the ground direction, and the tensile load cell through the guide line.
제5항에 있어서,
상기 오차는 상기 제1 정보에 대하여 상기 함수율 보정계수를 곱하여 산출되고,
상기 생체중은 상기 제2 정보에서 상기 제1 정보 및 상기 오차를 제외하여 산출되는 생체중 추정 장치.
The method of claim 5,
The error is calculated by multiplying the moisture content correction factor with respect to the first information,
The living weight estimation apparatus is calculated by excluding the first information and the error from the second information.
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