KR102277855B1 - 스마트 팜 시스템에서 장비를 제어하기 위한 장치 - Google Patents

스마트 팜 시스템에서 장비를 제어하기 위한 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스마트 팜 시스템에서 장비를 제어하기 위한 것으로, 장비를 제어하기 위한 장치는, 외부 장치와 통신을 수행하고, 다른 구성 요소들을 제어하는 제어 모듈, 상기 제어 모듈의 제어에 따라, 적어도 하나의 소스 신호를 이용하여 제어 대상 장비를 제어하기 위한 적어도 하나의 출력 신호를 선택적으로 출력하는 적어도 하나의 릴레이 모듈, 및 적어도 하나의 다른 릴레이 모듈을 포함하는 다른 장치와 연결하기 위한 적어도 하나의 확장 포트를 포함한다.

Description

스마트 팜 시스템에서 장비를 제어하기 위한 장치{APPARATUS AND METHOD FOR CONTORLLING EQUIPMENTS IN SMART FARM SYSTEM}
본 발명은 스마트 팜 시스템에 대한 것으로, 보다 구체적으로 스마트 팜 시스템에서 장비를 제어하기 위한 장치에 관한 것이다.
최근 4차 산업 혁명과 관련된 기술을 농업에 접목함으로써, 농업 생산력을 향상시키려는 연구 및 개발 활동이 활발하게 진행되고 있다. 이러한 기술은 '스마트 팜(smart farm)'이라 불리운다. 스마트 팜은 드론, 로봇, 인공지능 등 다양한 첨단 기술들을 이용하여 지능화된 농장을 의미하며, IoT(internet of things), 빅데이터 등을 활용하여 자동 제어 기능을 제공한다. 이를 통해, 스마트 팜은 노동력 부족, 생산성 저하 등의 문제를 해소하고자 하는 기술이다.
스마트 팜을 구축하는데 있어서, 스마트 팜에 포함되는 다양한 장비들을 조건에 따라 제어하는 기능이 필요하다. 이를 위해, 수동으로 제어되는 장비들을 자동으로 제어할 수 있도록 하는 조치가 필요한데, 이때, 장비의 제어를 위한 기존의 제어반(control panel)에 대한 전면적인 수정이 요구되는 것이 일반적이다.
본 발명은 스마트 팜 시스템에서 효과적으로 시설을 제어하기 위한 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 스마트 팜 시스템에서 확장이 용이한 구조를 가지는 회로를 이용하여 시설을 제어하기 위한 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 스마트 팜 시스템에서 기존 제어 장치에 대한 수정 없이 시설을 원격으로 제어하기 위한 장치를 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 스마트 팜 시스템에서 장비를 제어하기 위한 장치는, 외부 장치와 통신을 수행하고, 다른 구성 요소들을 제어하는 제어 모듈, 상기 제어 모듈의 제어에 따라, 적어도 하나의 소스 신호를 이용하여 제어 대상 장비를 제어하기 위한 적어도 하나의 출력 신호를 선택적으로 출력하는 적어도 하나의 릴레이 모듈, 및 적어도 하나의 다른 릴레이 모듈을 포함하는 다른 장치와 연결하기 위한 적어도 하나의 확장 포트를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 적어도 하나의 릴레이 모듈은, 상기 제어 대상 장비를 제어하는 기능을 가진 로컬(local) 제어 장치와 연결하기 위한 릴레이 포트를 포함하며, 상기 로컬 제어 장치에 의해 상기 제어 대상 장비가 제어되는 경우, 상기 로컬 제어 장치로부터의 신호가 상기 적어도 하나의 릴레이 모듈을 통과한 후 상기 제어 대상 장비로 전달된다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 적어도 하나의 확장 포트는, 케이블을 통해 다른 장치와 연결되도록 구성되거나 또는 다른 장치에 구비된 다른 확장 포트와 직접 연결되도록 구성된다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 제어 모듈은, 로컬 제어 모드의 경우, 외부의 상기 로컬 제어 장치로부터의 신호가 상기 적어도 하나의 릴레이 모듈을 통과한 후, 상기 제어 대상 장비로 인가되도록 상기 적어도 하나의 릴레이 모듈 내의 릴레이 소자들의 상태를 제어하고, 원격 제어 모드의 경우, 소스 포트로부터의 상기 적어도 하나의 소스 신호가 상기 적어도 하나의 릴레이 모듈을 통과한 후, 상기 제어 대상 장비로 인가되도록 상기 적어도 하나의 릴레이 모듈 내의 릴레이 소자들의 상태를 제어한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 제어 모듈은, 상기 제어 대상 장비의 제어를 위한 어플리케이션이 설치된 장치로부터 메시지를 수신하고, 상기 메시지에 기반하여 상기 적어도 하나의 릴레이 모듈을 제어하기 위한 제어 신호를 생성 및 출력한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 장치는 센서를 연결하기 위한 센서 포트를 더 포함한다. 상기 제어 모듈은, 상기 센서에 의해 획득된 환경 정보에 기반하여 상기 적어도 하나의 릴레이 모듈을 제어하기 위한 제어 신호를 생성 및 출력한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 제어 모듈은, 다른 온실에서 획득된 환경 정보 및 일기 예보 정보 중 적어도 하나에 기반하여 생성된 메시지를 외부 서버로부터 수신하고, 상기 메시지에 기반하여 상기 적어도 하나의 릴레이 모듈을 제어하기 위한 제어 신호를 생성 및 출력한다.
본 발명의 실시 예에 따른 스마트 팜 시스템에서 장비를 제어하기 위한 장치은, 기존 제어 장치의 변형 없이 보다 효과적으로 설비들을 제어할 수 있게 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 스마트 팜 시스템을 도시한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 스마트 팜 시스템에서 제어 장치를 도시한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 스마트 팜 시스템에서 제어 장치의 보다 상세한 구성을 도시한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 스마트 팜 시스템에서 제어 장치의 확장 방식의 일 예를 도시한다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 스마트 팜 시스템에서 제어 장치의 확장 방식의 다른 예를 도시한다.
도 6a 내지 도 6e는 본 발명의 실시 예에 따른 스마트 팜 시스템에서 제어 장치의 제어 상태 별 연결 상태들을 도시한다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 실시 예에 따른 스마트 팜 시스템에서 제어 장치의 구현 예들을 도시한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면의 참조와 함께 상세히 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우, 그 상세한 설명은 생략한다.
이하 본 발명은 스마트 팜 시스템에서 장비를 제어하기 위한 기술에 대해 설명한다. 구체적으로, 본 발명은 스마트 팜 시스템에서 기존의 제어 장치(예: 제어반(control panel))의 변경 없이 부가 가능하며, 확장이 용이한 장치(device)를 이용하여 온실(예: 비닐하우스) 내의 장비들을 제어하기 위한 실시 예들에 대해 설명한다. 즉, 본 발명은 스마트 팜 설비의 구현에 관한 것으로, 스마트팜 구현에 필수적인 전원, 제어, 통신 등의 각 파트를 기능에 따라 모듈로 제작함으로써, 각 모듈의 조립을 통해 스마트 팜 제어 설비를 구현하는데 사용 가능한 기술을 제안한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 스마트 팜 시스템을 도시한다.
도 1을 참고하면, 스마트 팜 시스템은 서버(110) 및 클라이언트 장치들(120-1 내지 120-N), 제어 장치(130), 온실 장비들(140-1 내지 140-N)을 포함한다.
서버(110)는 스마트 팜 시스템을 제어하기 위해 필요한 정보를 수집 및 저장하고, 수집 및 저장된 정보에 기반하여 클라이언트 장치들(120-1 내지 120-N) 각각을 위한 설정 값을 결정한다. 그리고, 서버(110)는 클라이언트 장치들(120-1 내지 120-N) 각각으로 설정 값에 따른 제어 명령을 송신한다. 필요한 정보를 수집하기 위해, 서버(110)는 통신망을 통해 다른 장치(예: 기상청 서버, 클라우드(cloud) 서버, 클라이언트 장치)와 통신을 수행할 수 있다.
클라이언트 장치들(120-1 내지 120-N)은 온실의 환경을 제어하기 위한 장치로서, 온실들에 설치되는 장비들이다. 하나의 온실은 적어도 하나의 클라이언트 장치를 포함하도록 설계된다. 클라이언트 장치들(120-1 내지 120-N)은 센서를 이용하여 현재 온실의 상태를 나타내는 다양한 측정 데이터를 생성하고, 측정 데이터를 서버(110)로 제공한다. 이때, 측정 데이터는 서버(110)로 직접 송신되거나, 또는 서버(110)가 접근 가능한 클라우드 서버로 업로드될 수 있다.
제어 장치(130)는 해당 온실에 설치된 온실 장비들(140-1 내지 140-N) 중 적어도 하나의 동작, 상태 등을 제어한다. 일 실시 예에 따라, 제어 장치(130)는 클라이언트 장치(120-1)로부터의 명령에 따라 온실 장비들(140-1 내지 140-N) 중 적어도 하나를 제어할 수 있다. 클라이언트 장치(120-1) 및 제어 장치(130) 간 연결은 유선 또는 무선일 수 있다. 예를 들어, 클라이언트 장치(120-1) 및 제어 장치(130)는 근거리 통신(예: 무선랜, 블루투스, 지그비 등)을 이용하여 무선 연결될 수 있다. 다른 실시 예에 따라, 제어 장치(130)는 클라이언트 장치(120-1)가 아닌 다른 장치로부터의 명령에 따라 온실 장비들(140-1 내지 140-N) 중 적어도 하나를 제어할 수 있다. 예를 들어, 다른 장치는 리모콘, 기존의 제어 장치 또는 온실 장비들(140-1 내지 140-N)의 제어를 위한 어플리케이션이 설치된 장치(예: 스마트 폰)일 수 있다.
온실 장비들(140-1 내지 140-N)은 온실을 구성하는 구성 요소들이다. 예를 들어, 온실 장비들(140-1 내지 140-N)은 분무 시설, 온도 조절 시설, 광량 조절 시설, 환기 시설 등을 포함할 수 있다. 온실 장비들(140-1 내지 140-N) 중 적어도 하나는 물리적 또는 기계적으로 제어 가능한 구조를 가질 수 있으며, 이를 위해 적어도 하나의 모터(motor)를 포함할 수 있다. 이 경우, 제어 장치(130)는 모터의 동작(예: 회전 방향, 회전 속도, 회전 여부, 온/오프 등)을 제어할 수 있다.
도 1의 예에서, 클라이언트 장치(120-1) 및 제어 장치(130)는 별도의 장치들로 설명되었다. 그러나, 다른 실시 예에 따라, 클라이언트 장치(120-1) 및 제어 장치(130)는 하나의 장치로 구현될 수 있다. 이 경우, 클라이언트 장치(120-1)가 제어 장치(130)의 일부인 것으로 이해될 수 있고, 또는 제어 장치(130)가 클라이언트 장치(120-1)의 일부인 것으로 이해될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 스마트 팜 시스템에서 제어 장치(130) 구성을 도시한다. 도 2를 참고하면, 제어 장치(130)는 통신 및 제어 모듈(210), 전력 모듈(220), 릴레이 모듈들(230-1, 230-2)을 포함한다. 통신 및 제어 모듈(210)은 제어 장치(130)가 다른 외부 장치(예: 클라이언트 장치(120), 서버(110) 또는 다른 장치)와 통신을 위한 기능, 제어 장치(130)의 다른 구성 요소를 제어하기 위한 기능을 수행한다. 전력 모듈(220)은 제어 장치(130) 내의 각 구성 요소들의 동작을 위한 전력을 공급한다. 릴레이 모듈들(230-1, 230-2)은 통신 및 제어 모듈(210)의 제어에 따라 온실 내의 설비(예: 온실 설비들(130-1 내지 130-N) 중 적어도 하나)를 제어하기 위한 신호를 출력한다. 제어 장치(130) 내의 구성 요소들은 직렬 통신 버스를 통해 신호 및 전력을 교환할 수 있다. 도 2의 예에서, 2개의 릴레이 모듈들(230-1, 230-2)이 포함되는 것으로 설명되었으나, 다른 실시 예에 따라 1개의 릴레이 모듈 또는 3개 이상의 릴레이 모듈들이 포함될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 스마트 팜 시스템에서 제어 장치(130)의 보다 상세한 구성을 도시한다.
도 3을 참고하면, 제어 장치(130)는 통신 회로(312) 및 제어 회로(314)를 포함하는 제어 모듈(310), 릴레이 소자 집합들(332-1, 332-2), 릴레이 포트들(334-1, 334-2), 소스 포트(336), 제1 타입 확장 포트(342), 제2 타입 확장 포트(344), 센서 포트(352), 전환 스위치(360)를 포함한다. 추가적으로, 제어 장치(130)는 전원 모듈(320)을 더 포함하거나 또는 포함하지 아니할 수 있다.
통신 회로(312)는 외부 통신망에 접속하고, 데이터/신호/정보를 송신 및 수신하기 위한 기능을 수행한다. 이를 위해, 통신 회로(312)는 데이터 핀, 클럭(clock) 핀, 스위치 연결 핀, 센서 연결 핀, 전원 핀, 그라운드 핀 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 통신 회로(312)는 인터넷 망, 무선 통신망, 셀룰러 통신망 등에 접속하는 기능을 수행할 수 있다. 이를 위해, 통신 회로(312)는 무선 인터페이스를 지원한다. 다른 예로, 통신 회로(312)는 근거리 통신(예: 무선랜, 블루투스, 지그비 등)에 접속하는 기능을 수행할 수 있다. 이를 위해, 통신 회로(312)는 모뎀을 포함할 수 있고, 신호의 변복조, 증폭, 필터링 등의 기능을 수행할 수 있다.
제어 회로(314)는 다른 구성 요소들을 제어한다. 예를 들어, 제어 회로(314)는 통신 회로(312)가 신호를 송신 및 수신하도록 제어하고, 통신 회로(312)를 통해 수신되는 메시지 또는 신호에 기반하여 릴레이 소자 집합들(332-1, 332-2)을 제어할 수 있다. 릴레이 소자 집합들(332-1, 332-2)을 제어함으로써, 제어 회로(314)는 제어 장치(130)에 연결된 온실 내 장비들의 동작을 제어할 수 있다. 여기서, 메시지 또는 신호는 제어에 대한 명령, 제어의 내용을 판단하기 위한 데이터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이를 위해, 제어 회로(314)는 데이터 핀, 클럭(clock) 핀, 제어 신호 출력 핀, 스위치 연결 핀, 센서 연결 핀, 전원 핀, 그라운드 핀 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
예를 들어, 제어 회로(314)는 프로세서(예: MCU(micro control unit)) 및 메모리를 포함한다. 프로세서는 메모리에 저장된 명령어들을 실행하고, 다른 구성 요소들의 동작을 제어한다. 제어 회로(314) 내의 메모리에 저장된 명령어는 제어 모듈(310)에 포함된 커넥터(미도시)를 통해 연결된 외부 장치(예: 컴퓨터)에 의해 수정될 수 있다. 즉, 사용자는 제어 모듈(310)에 포함된 커넥터(미도시)(예: ICSP(In Circuit Serial Programming))를 통해 외부 장치를 연결하고, 외부 장치를 이용하여 메모리에 저장된 명령어(예: 제어 프로그램, 제어 코드)를 수정할 수 있다.
전원 모듈(320)은 다른 구성 요소들의 동작에 필요한 전원을 공급한다. 전원 모듈(320)은 외부 전원(예: 직류 또는 교류)을 제어 장치(130) 내의 다른 구성 요소들의 동작에 필요한 전압의 전원으로 변환하고, 공급할 수 있다. 이를 위해, 전원 모듈(320)은 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 정류 회로, 직류 전압을 조정하는 컨버터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 전원 모듈(320)은 제어 장치(130)의 일부로서 설치되거나 또는 외부에 존재할 수도 있다.
릴레이 소자 집합들(332-1, 332-2) 및 릴레이 포트들(334-1, 334-2)는 릴레이 모듈들을 구성한다. 릴레이 소자 집합들(332-1, 332-2)은 서로 유사한 구조 및 기능을 가지며, 릴레이 포트들(334-1, 334-2)은 서로 유사한 구조 및 기능을 가진다. 릴레이 소자 집합(332-1) 및 릴레이 포트(344-1)가 하나의 릴레이 모듈을, 릴레이 소자 집합(332-2) 및 릴레이 포트(344-2)가 다른 하나의 릴레이 모듈을 구성한다. 즉, 도 3의 예는 2개의 릴레이 모듈들이 포함되는 경우를 설명하고 있지만, 다른 실시 예에 따라 1개의 릴레이 모듈(예: 하나의 릴레이 소자 집합 및 하나의 릴레이 포트), 또는 3개 이상의 릴레이 모듈들이 포함될 수도 있다.
릴레이 소자 집합(332-1)은 적어도 하나의 릴레이 소자를 포함한다. 릴레이 소자는 전기적 스위치로서, 입력 포트 및 출력 포트를 가진다. 릴레이 소자는 제어 회로(314)로부터 공급되는 제어 신호에 의해 입력 포트로 입력되는 소스 신호를 출력 포트를 통해 출력하거나 차단할 수 있다. 즉, 릴레이 소자 집합(332-1)은 복수의 스위치들을 이용하여 제어 대상 장비(예: 모터)로 소스 신호들 중 하나를 선택적으로 공급하거나, 또는 소스 신호의 흐름을 제어(예: 공급 또는 차단)한다. 다시 말해, 릴레이 소자 집합(332-1)에 포함된 릴레이 소자들 각각은 제어 회로(314)의 제어에 따라 서로 다른 상태들 중 하나의 상태로 동작한다. 이를 위해, 릴레이 소자들 각각은 복수의 핀들을 포함할 수 있으며, 복수의 핀들 중 적어도 일부는 소스 신호, 제어 대상 장비, 수동 제어 장치, 다른 릴레이 소자 중 적어도 하나와의 연결을 위해 사용될 수 있다. 여기서, 수동 제어 장치는 본 발명의 실시 예에 따른 제어 장치가 사용되지 아니하는 경우 제어 대상 장비를 제어하기 위해 사용되는 장치로서, 예를 들어, 로컬에 설치된 수동 스위치일 수 있다. 여기서, 로컬에 설치됨은 제어 대상 장비가 설치된 공간에 함께 설치된다는 의미이다. 상태에 따른 릴레이 소자들 간 연결 관계는 이하 도 6을 참고하여 보다 상세히 설명될 것이다.
릴레이 포트(334-1)는 릴레이 소자 집합(332-1)에 포함된 적어도 하나의 릴레이 소자의 출력 포트와 연결되며, 또한, 제어 대상 장비와 연결된다. 즉, 릴레이 소자 집합(332-1)의 출력 신호는 릴레이 포트(334-1)를 통해 제어 대상 장비로 전달된다. 이를 위해, 릴레이 포트(334-1)는 제어 대상 장비와 연결하기 위한 제1 연결 핀, 릴레이 소자 집합(332-1)과 연결하기 위한 제2 연결 핀을 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따라, 릴레이 포트(334-1)는 수동 제어 장치(미도시)와 더 연결될 수 있다. 수동 제어 장치(미도시)가 더 연결된 경우, 전환 스위치(360)의 상태에 따라 제어 모듈(310)을 통한 자동/원격 제어가 활성화되거나, 수동 제어 장치(미도시)를 통한 수동/로컬 제어가 활성화될 수 있다. 이를 위해, 릴레이 포트(334-1)는 수동 제어 장치(미도시)와 연결하기 위한 제3 연결 핀을 포함할 수 있다.
소스 포트(336)는 릴레이 소자 집합들(332-1, 332-2)로 공급되는 적어도 하나의 소스 신호를 제어 장치(130)로 제공하기 위한 커넥터이다. 즉, 적어도 하나의 소스 신호는 외부에서 생성되며, 소스 포트(336)를 통해 릴레이 소자 집합들(332-1, 332-2)로 공급될 수 있다. 예를 들어, 소스 포트(336)는 전기적 선로(예: 전선)를 연결하기 위한 구조를 가질 수 있다. 이를 위해, 소스 포트(336)는 적어도 하나의 소스 신호와 연결하기 위한 적어도 하나의 연결 핀을 포함할 수 있다. 도 3은 소스 포트(336)가 하나인 경우를 예시하지만, 다른 실시 예에 따라, 복수의 소스 포트들이 포함될 수 있다.
제1 타입 확장 포트(342) 또는 제2 타입 확장 포트(344)는 제어 장치(130)를 다른 제어 장치와 연결하기 위한 커넥터이다. 여기서, 다른 제어 장치는 제어 모듈을 포함하지 아니할 수 있다. 제1 타입 확장 포트(342)는 케이블을 통해 연결하기 위한 커넥터로서, 케이블과 연결 가능하다. 제2 타입 확장 포트(344)는 다른 제어 장치의 제2 타입 확장 포트와 체결 가능한 구조를 가진다. 이때, 서로 체결되는 제2 타입 확장 포트들은 암수 한 쌍을 이룬다. 이를 위해, 제1 타입 확장 포트(342) 또는 제2 타입 확장 포트(344)는 다른 확장 포트와 연결하기 위한 적어도 하나의 연결 핀, 그라운드 핀, 전원 핀을 포함할 수 있다.
센서 포트(352)는 제어 대상 장비를 제어하기 위해 필요한 환경 정보를 수집하기 위해 필요한 센서를 연결하기 위한 커넥터이다. 센서 포트(352)에 적어도 하나의 센서가 연결된 경우, 센서에 의해 획득된 센싱 데이터는 제어 회로(314)로 전달된다. 이를 위해, 센서 포트(352)는 적어도 하나의 연결 핀을 포함할 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 연결 핀은 전원 핀(예: 3.3V), 입력 핀, 출력 핀, 그라운드 핀 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 도 3은 센서 포트(352)가 하나인 경우를 예시하지만, 다른 실시 예에 따라, 복수의 센서 포트들이 포함될 수 있다. 또 다른 실시 예에 따라, 센서 포트(352)는 생략될 수 있다.
전환 스위치(360)는 제어 대상 장비에 대한 제어에 대한 제어 모드를 전환하기 위해 사용된다. 여기서, 제어 모드는 제어 회로(314)에 의한 자동/원격 제어 모드 및 수동 제어 장치(미도시)에 의한 수동/로컬 제어 모드를 포함한다. 즉, 전환 스위치(360)가 제1 상태인 경우, 제어 회로(314)에서 생성되는 제어 신호에 의해 릴레이 소자 집합(332-1)의 출력 신호가 제어된다. 반면, 전환 스위치(360)가 제2 상태인 경우, 수동 제어 장치(예: 물리 스위치, 버튼)에 의해 릴레이 소자 집합(332-1)의 출력 신호가 제어된다. 수동 제어 모드가 지원되기 위해서, 수동 제어 장치가 릴레이 포트(334-1)에 연결되는 것이 요구된다. 여기서, 자동/원격 제어 모드는 통신 회로(312)를 통해 수신되는 신호에 의해 출력 신호가 제어되는 모드를 의미하고, 수동 제어 모드는 제어 대상 장비가 위치한 장소에 설치된 로컬(local) 제어 수단(예: 수동 스위치)에 의해 출력 신호가 제어되는 모드를 의미한다. 수동 제어 모드는 로컬 제어 모드로 지칭될 수 있다.
도 3에 도시되지 아니하였으나, 회로의 보호 또는 사용자의 편의를 위한 추가적인 모듈들이 더 포함될 수 있다. 예를 들어, 제어 장치(130)는 릴레이 소자에서 유입되는 역전류로부터 제어 회로(314)를 보호하기 위한 포토 커플러(photo coupler) 또는 달링톤 트랜지스터 어레이(darlington transistor arrays)를 더 포함할 수 있고, 자동/수동(또는 원격/로컬) 상태를 시각적으로 표시하기 위한 상태(state) LED(light emission diode)를 더 포함할 수 있고, 또는 회로 보호를 위한 퓨즈(fuse)를 더 포함할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 스마트 팜 시스템에서 제어 장치의 확장 방식의 일 예를 도시한다. 도 4는 제1 타입 확장 포트(342)를 이용한 제1 제어 장치(130a) 및 제2 제어 장치(130b)의 연결을 예시한다.
도 4를 참고하면, 제1 제어 장치(130a)에 구비된 제1 타입 확장 포트(342a) 및 제2 제어 장치(130b)에 구비된 제1 타입 확장 포트(342b)는 케이블(470)의 제1 단자 및 제2 단자 각각과 연결될 수 있다. 이에 따라, 제1 제어 장치(130a) 및 제2 제어 장치(130b)는 전기적으로 상호 연결될 수 있다. 케이블(470)을 이용하여 연결함으로써, 제1 제어 장치(130a) 및 제2 제어 장치(130b)의 자유로운 배치가 가능해진다.
제1 제어 장치(130a) 및 제2 제어 장치(130b) 중 어느 하나는 제어 모듈(예: 제어 모듈(210) 또는 제어 모듈(310))을 포함하며, 다른 하나는 제어 모듈을 포함하지 아니할 수 있다. 이 경우, 하나의 제어 모듈에 의해 2개의 제어 장치들(130a 및 130b)에 포함된 릴레이 모듈들이 모두 제어된다.
도 4의 경우, 제1 제어 장치(130a) 및 제2 제어 장치(130b) 각각이 하나의 제1 타입 확장 포트(342a 또는 342b)를 포함한다. 다른 실시 예에 따라, 제2 제어 장치(130b)는 복수의 제1 타입 확장 포트들을 포함할 수 있고, 이 경우, 나머지 하나의 제1 타입 확장 포트를 통해 제3 제어 장치(미도시)가 연쇄적으로 더 연결될 수 있다. 즉, 본 발명의 실시자는 필요에 따라 충분한 개수의 릴레이 모듈들을 포함하도록 제어 장치를 구성할 수 있고, 연결된 릴레이 모듈들은 하나의 제어 모듈(예: 제어 모듈(210) 또는 제어 모듈(310))에 의해 제어될 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 스마트 팜 시스템에서 제어 장치의 확장 방식의 다른 예를 도시한다. 도 5는 제2 타입 확장 포트(344)를 이용한 제1 제어 장치(130a) 및 제2 제어 장치(130b)의 연결을 예시한다.
도 5를 참고하면, 제1 제어 장치(130a)의 상부에 구비된 제2 타입 확장 포트(344a) 및 제2 제어 장치(130b)의 하부에 구비된 제2 타입 확장 포트(344b)는 직접 접촉함으로써 서로 연결될 수 있다. 이에 따라, 제1 제어 장치(130a) 및 제2 제어 장치(130b)는 전기적으로 상호 연결될 수 있다. 제1 제어 장치(130a) 및 제2 제어 장치(130b)가 적층되는 형태로 연결됨으로써, 작은 공간만을 점유하면서 복수의 제어 장치들(130a 및 130b)이 연결될 수 있다.
제1 제어 장치(130a) 및 제2 제어 장치(130b) 중 어느 하나는 제어 모듈(예: 제어 모듈(210) 또는 제어 모듈(310))을 포함하며, 다른 하나는 제어 모듈을 포함하지 아니할 수 있다. 이 경우, 하나의 제어 모듈에 의해 2개의 제어 장치들(130a 및 130b)에 포함된 릴레이 모듈들이 모두 제어된다.
도 5의 경우, 제1 제어 장치(130a) 및 제2 제어 장치(130b) 각각이 하나의 제2 타입 확장 포트(344a 또는 344b)를 포함한다. 다른 실시 예에 따라, 제2 제어 장치(130b)는 상부에 제2 타입 확장 포트(344a)와 동일한 제2 타입 확장 포트를 더 포함할 수 있고, 이 경우, 상부에 배치된 제2 타입 확장 포트를 통해 제3 제어 장치(미도시)가 연쇄적으로 더 연결될 수 있다. 즉, 본 발명의 실시자는 필요에 따라 충분한 개수의 릴레이 모듈들을 포함하도록 제어 장치를 구성할 수 있고, 연결된 릴레이 모듈들은 하나의 제어 모듈(예: 제어 모듈(210) 또는 제어 모듈(310))에 의해 제어될 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 제어 장치(예: 제어 장치(130))에서, 각 릴레이 모듈은 전원 및 통신에 있어 동일한 규격의 입출력 포트를 가지며, 전원 및 데이터 전송 용량은 전원 모듈과 제어 모듈의 수량에 비례하여 늘어날 수 있다. 이에 따라, 전원 및 데이터 전송 용량이 허용하는 범위 내에서, 릴레이 모듈들이 무한히 연결될 수 있으며, 제어 모듈의 수량에 따라 제어 가능한 모터나 전원 장치의 개수 또는 비례할 수 있다. 이로 인해, 농가마다 제어 모터 및 전원 장치 숫자가 다르더라도 유동적으로 스마트팜 설비의 제작이 가능해지며, 비용 절감 효과가 발생되고, 유지 보수에 있어서도 문제가 발생한 모듈 만 교체 가능하므로 편의성이 증진될 수 있다.
도 6a 내지 도 6e는 본 발명의 실시 예에 따른 스마트 팜 시스템에서 제어 장치의 제어 상태 별 연결 상태들을 도시한다. 도 6a 내지 도 6e는 3개의 릴레이 소자들이 사용되는 경우의 예로서, 도 6a는 1개의 제어 대상 장치(예: 모터)(690)의 제어를 위해 필요한 일부 구성 요소들의 역할 및 상호 관계를 기능적으로 예시하며, 도 6b 내지 도 6e는 제어 상태 별 스위치들(예: 릴레이 소자들 및 수동 스위치)의 상태(status)들을 예시한다.
도 6a를 참조하면, 제어 장치(130)는 통신 회로(312), 제어 회로(314), 전환 스위치(360), 릴레이 포트(344-1), 릴레이#0(332-10), 릴레이#1(332-11), 릴레이#2(332-12), 소스 포트(336)를 포함한다.
제어 장치(130)는 릴레이 포트(334-1)를 통해 수동 스위치(660) 및 제어 대상 장치(690)와 연결된다. 수동 스위치(660)는 제어 대상 장치(690)를 제어하기 위해 로컬에 설치된 제어 장치이다. 즉, 릴레이 포트(334-1)에서, 좌측 핀은 제어 대상 장치(690)와 연결되고, 우측 핀은 수동 스위치(660)와 연결된다. 수동 스위치(660)는 수동/로컬 제어 모드에서 제어 대상 장치(690)를 제어하기 위해 사용된다. 수동 스위치(660)는 사용자 또는 운영자의 수동 조작에 의해 상태가 변화한다. 제어 대상 장치(690)는 다양한 장치일 수 있으나, 일 예로, 입력되는 신호의 전압(예: V1 또는 V2)에 따라 회전 방향이 정방향 또는 역방향으로 변화하는 모터일 수 있다. 구체적인 예로, 제어 대상 장치는 하우스의 문을 개폐하기 위한 모터일 수 있다. 이 경우, 회전 방향이 정방향이면 문이 열리고, 회전 방향이 역방향이면 문이 닫힐 수 있다.
릴레이#0(332-10), 릴레이#1(332-11), 릴레이#2(332-12) 각각은 2개의 입력 핀들 및 1개의 출력 핀들을 가지는 스위치이다. 릴레이#0(332-10), 릴레이#1(332-11), 릴레이#2(332-12) 각각의 상태는 제어 회로(314)에서 공급되는 제어 신호에 의해 변화한다. 릴레이#0(332-10)의 상태는 수동/로컬 제어 모드 및 자동/원격 제어 모드에 따라 달라진다. 다시 말해, 수동/로컬 제어 모드 또는 자동/원격 제어 모드에 의해, 릴레이#0(332-10)의 좌측 핀이 우측의 제1핀 또는 제2핀 중 어느 것에 연결되는지가 결정된다.
릴레이#1(332-11) 및 릴레이#2(332-12)는 자동/원격 제어 모드에서 사용된다. 릴레이#1(332-11)의 우측의 제2 핀은 소스 포트(336)를 통해 전압 V1의 신호와 연결되고, 릴레이#2(332-12)의 우측의 제2 핀은 소스 포트(336)를 통해 전압 V2의 신호와 연결된다. 릴레이#1(332-11) 및 릴레이#2(332-12)의 상태는 통신 회로(312)를 통해 수신되는 신호에 따라 달라진다. 다시 말해, 통신 회로(312)를 통해 수신되는 신호에 의해, 릴레이#1(332-11) 및 릴레이#2(332-12) 각각의 좌측 핀이 우측의 제1핀 또는 제2핀 중 어느 것에 연결되는지가 결정된다.
도 6b는 수동/로컬 제어 모드에서 전압 V1의 신호가 제어 대상 장치로 공급되는 경우의 연결 상태를 예시한다. 전환 스위치(360)는 수동/로컬 제어 모드에 대응하는 상태에 놓이면, 제어 회로(314)가 이를 감지하고, 릴레이#0(332-10)의 상태를 제어함으로써 수동/로컬 제어 모드로 동작케 한다. 수동/로컬 제어 모드의 경우, 릴레이#0(332-10)의 좌측 핀은 우측 제1핀에 연결되고, 이에 따라, 릴레이#1(332-11) 및 릴레이#2(332-12)를 통과한 신호들은 제어 대상 장치(690)로 전달될 수 없고, 수동 스위치(660)를 통과한 전압 V1의 신호가 릴레이 포트(334-1) 및 릴레이#0(332-10)을 통해 제어 대상 장치(690)로 인가될 수 있다.
도 6c는 수동/로컬 제어 모드에서 전압 V2의 신호가 제어 대상 장치로 공급되는 경우의 연결 상태를 예시한다. 전환 스위치(360)는 수동/로컬 제어 모드에 대응하는 상태에 놓이면, 제어 회로(314)가 이를 감지하고, 릴레이#0(332-10)의 상태를 제어함으로써 수동/로컬 제어 모드로 동작케 한다. 수동/로컬 제어 모드의 경우, 릴레이#0(332-10)의 좌측 핀은 우측 제1핀에 연결되고, 이에 따라, 릴레이#1(332-11) 및 릴레이#2(332-12)를 통과한 신호들은 제어 대상 장치(690)로 전달될 수 없고, 수동 스위치(660)를 통과한 전압 V2의 신호가 릴레이 포트(334-1) 및 릴레이#0(332-10)을 통해 제어 대상 장치(690)로 인가될 수 있다.
도 6d는 자동/원격 제어 모드에서 전압 V1의 신호가 제어 대상 장치로 공급되는 경우의 연결 상태를 예시한다. 전환 스위치(360)는 자동/원격 제어 모드에 대응하는 상태에 놓이면, 제어 회로(314)가 이를 감지하고, 릴레이#0(332-10)의 상태를 제어함으로써 자동/원격 제어 모드로 동작케 한다. 자동/원격 제어 모드의 경우, 릴레이#0(332-10)의 좌측 핀은 우측 제2핀에 연결되고, 이에 따라, 수동 스위치(660)를 통과한 신호가 제어 대상 장치(690)로 전달될 수 없고, 릴레이#1(332-11) 또는 릴레이#2(332-12)를 통과한 신호가 제어 대상 장치(690)로 인가될 수 있다. 도 6d의 경우, 릴레이#1(332-11)의 좌측 핀이 우측 제2 핀과 연결되고, 릴레이#2(332-12)의 좌측 핀이 우측 제1 핀과 연결됨으로 인해, 소스 포트(336)를 통해 입력된 전압 V1의 신호가 릴레이#1(332-11), 릴레이#0(332-10), 릴레이 포트(334-1)를 통해 제어 대상 장치(690)로 인가된다.
도 6e는 자동/원격 제어 모드에서 전압 V2의 신호가 제어 대상 장치로 공급되는 경우의 연결 상태를 예시한다. 전환 스위치(360)는 자동/원격 제어 모드에 대응하는 상태에 놓이면, 제어 회로(314)가 이를 감지하고, 릴레이#0(332-10)의 상태를 제어함으로써 자동/원격 제어 모드로 동작케 한다. 자동/원격 제어 모드의 경우, 릴레이#0(332-10)의 좌측 핀은 우측 제2핀에 연결되고, 이에 따라, 수동 스위치(660)를 통과한 신호가 제어 대상 장치(690)로 전달될 수 없고, 릴레이#1(332-11) 또는 릴레이#2(332-12)를 통과한 신호가 제어 대상 장치(690)로 인가될 수 있다. 도 6e의 경우, 릴레이#1(332-11)의 좌측 핀이 우측 제1 핀과 연결되고, 릴레이#2(332-12)의 좌측 핀이 우측 제2 핀과 연결됨으로 인해, 소스 포트(336)를 통해 입력된 전압 V2의 신호가 릴레이#2(332-12), 릴레이#0(332-10), 릴레이 포트(334-1)를 통해 제어 대상 장치(690)로 인가된다.
위 도 6a 내지 도 6e를 참고하여 설명한 실시 예는 2개의 서로 다른 전압을 가진 신호들을 이용하여 제어 대상 장치(690)를 제어하는 경우의 예이다. 이와 달리, 제어 대상 장치(690)를 제어하기 위해 사용되는 신호가 1개 또는 3개 이상일 수 있으며, 이 경우, 필요한 릴레이들의 개수, 소자들 간 연결 구조, 각 소자의 제어 상태 등은 달라질 수 있다.
위 도 6a 내지 도 6e를 참고하여 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 제어 장치는 기존의 로컬 제어 수단(예: 수동 스위치)에 부가되는 방식으로 자동/원격 제어를 가능케 한다. 다시 말해, 본 발명의 실시 예에 따른 제어 장치는 기존의 로컬 제어 수단(예: 수동 스위치)의 구조를 변경함 없이 자동/원격 제어를 가능케 하는 이점을 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따른 제어 장치는 하나의 온실(예: 비닐 하우스) 내에 복수 개 설치될 수 있다. 예를 들어, 제어 장치가 온실 내의 창문 개폐를 위해 사용되는 경우, 창문 당 적어도 하나의 제어 장치가 설치 및 사용될 수 있다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 실시 예에 따른 스마트 팜 시스템에서 제어 장치의 구현 예들을 도시한다.
도 7a는 제어 모듈을 포함한 제어 장치의 예이다. 도 7a를 참고하면, 제1 타입 확장 포트, 센서 포트들, 릴레이 포트들, 제2 타입 확장 포트, 소스 포트, 전환 스위치, 포토 커플러, 달링턴 트렌지스터 어레이, 퓨즈들, 릴레이 소자 집합들이 하나의 보드에 설치되고, 별도의 보드에 제어 모듈이 설치되어 연결된다. 도 7a에 도시되지 아니하였으나, 보드의 뒷면에 전원 모듈이 설치될 수 있다.
도 7b는 제어 모듈을 포함하지 아니하는 제어 장치의 예이다. 즉, 도 7b의 제어 장치는 제어 모듈을 포함하는 제어 장치(예: 도 7a의 제어 장치)의 확장을 위한 제어 장치이다. 도 7b를 참고하면, 릴레이 포트들, 릴레이 소자 집합들, 퓨즈들, 포토 커플러가 보드에 설치된다. 도 7b에 도시되지 아니하였으나, 보드의 뒷면에 제2 타입 확장 포트가 존재하여, 다른 보드와의 연결을 가능케할 수 있다.
전술한 바와 같이 구성되는 제어 장치는 센서 포트에 연결된 센서를 통해 획득된 센싱 결과에 기반하여 환경을 제어하는 동작을 수행할 수 있다. 이를 위해, 다른 장치와의 상호 연동이 필요할 수 있다. 구체적으로, 제어 장치는 센싱 정보로부터 환경 정보를 생성한다. 예를 들어, 제어 장치는 온실 내부 또는 외부에 대한 센싱 데이터를 수집하고, 센싱 데이터를 가공함으로써 환경 정보를 생성한다. 예를 들어, 환경 정보는 실내 온습도, 실외 온습도, 풍향, 풍속, 강우량, 실외 광량, 실내 광량, 토양 수분량 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이어, 제어 장치는 제어 동작 정보를 확인한다. 제어 동작 정보는 환경 정보에 대응하도록 정의되며, 맵핑 테이블의 형태로 제어 장치 내부에 또는 다른 장치에 저장될 수 있다. 제어 동작 정보는 다양한 형태로 정의될 수 있는데, 예를 들어, 환경에 대한 값(예: 온도, 습도 등)으로 정의되거나, 특정 설비에 대한 설정 값으로 정의되거나, 또는, 조작 기구의 상태 값으로 정의될 수 있다. 이후, 제어 장치는 확인된 제어 동작 정보에 의해 특정되는 제어 동작을 수행할 수 있다. 제어 장치는 제어 동작 정보에 의해 지정된 환경이 되도록, 또는 설비가 설정 값을 적용하도록, 또는 조작 기구의 상태 값에 부합하도록, 조작 기구 또는 해당 설비를 제어할 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이 구성되는 제어 장치는 측정된 센싱 데이터에 기반한 환경 정보 및 대응되는 제어 동작 정보를 서버(110) 또는 클라우드 서버로 업로드할 수 있다. 업로드된 정보는 다른 장소의 제어 장치의 동작을 제어하기 위해 사용되거나, 또는, 제어 동작을 결정하기 위한 알고리즘을 개선하기 위해, 즉, 알고리즘의 학습을 위해 사용될 수 있다. 보다 효과적인 학습을 위해, 환경 정보 및 제어 동작 정보에 더하여, 제어 장치의 사용자의 피드백 정보(예: 만족도 평가 등) 또는 제어 동작 이후의 변환된 환경 정보가 더 업로드될 수 있다. 이와 같이, 어느 하나의 제어 장치로부터 제공되는 정보에 기반하여 다른 장소에 설치된 제어 장치가 동작할 수 있다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (6)

  1. 스마트 팜 시스템에서 장비를 제어하기 위한 장치에 있어서,
    외부 장치와 통신을 수행하고, 다른 구성 요소들을 제어하는 제어 모듈;
    상기 제어 모듈의 제어에 따라, 적어도 하나의 소스 신호를 이용하여 제어 대상 장비를 제어하기 위한 적어도 하나의 출력 신호를 선택적으로 출력하는 적어도 하나의 릴레이 모듈; 및
    적어도 하나의 다른 릴레이 모듈을 포함하는 다른 장치와 연결하기 위한 적어도 하나의 확장 포트를 포함하며,
    상기 적어도 하나의 릴레이 모듈은, 상기 제어 대상 장비를 제어하는 기능을 가진 로컬(local) 제어 장치와 연결하기 위한 릴레이 포트를 포함하며,
    상기 로컬 제어 장치에 의해 상기 제어 대상 장비가 제어되는 경우, 상기 로컬 제어 장치로부터의 신호가 상기 적어도 하나의 릴레이 모듈을 통과한 후 상기 제어 대상 장비로 전달되는 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 적어도 하나의 확장 포트는, 케이블을 통해 다른 장치와 연결되도록 구성되거나 또는 다른 장치에 구비된 다른 확장 포트와 직접 연결되도록 구성된 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어 모듈은,
    로컬 제어 모드의 경우, 외부의 상기 로컬 제어 장치로부터의 신호가 상기 적어도 하나의 릴레이 모듈을 통과한 후, 상기 제어 대상 장비로 인가되도록 상기 적어도 하나의 릴레이 모듈 내의 릴레이 소자들의 상태를 제어하고,
    원격 제어 모드의 경우, 소스 포트로부터의 상기 적어도 하나의 소스 신호가 상기 적어도 하나의 릴레이 모듈을 통과한 후, 상기 제어 대상 장비로 인가되도록 상기 적어도 하나의 릴레이 모듈 내의 릴레이 소자들의 상태를 제어하는 장치.

  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어 모듈은, 상기 제어 대상 장비의 제어를 위한 어플리케이션이 설치된 장치로부터 메시지를 수신하고, 상기 메시지에 기반하여 상기 적어도 하나의 릴레이 모듈을 제어하기 위한 제어 신호를 생성 및 출력하는 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    센서를 연결하기 위한 센서 포트를 더 포함하며,
    상기 제어 모듈은, 상기 센서에 의해 획득된 환경 정보에 기반하여 상기 적어도 하나의 릴레이 모듈을 제어하기 위한 제어 신호를 생성 및 출력하는 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어 모듈은, 다른 온실에서 획득된 환경 정보 및 일기 예보 정보 중 적어도 하나에 기반하여 생성된 메시지를 외부 서버로부터 수신하고, 상기 메시지에 기반하여 상기 적어도 하나의 릴레이 모듈을 제어하기 위한 제어 신호를 생성 및 출력하는 장치.
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