KR102311118B1 - 스마트 팜 환경 모니터링을 이용한 스마트 팜 제어 방법 및 장치 - Google Patents

스마트 팜 환경 모니터링을 이용한 스마트 팜 제어 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

스마트 팜 환경 모니터링을 이용한 스마트 팜 제어 방법 및 장치를 개시한다.
본 실시예는 스마트 팜과 양액 공급 장치 사이에 연결된 환경 모니터링 장치의 소형 수력 발전기의 원리를 이용하여 스마트 팜 환경 모니터링하기 위한 별도의 전력선 없이 전력을 공급받도록 하며, 스마트 팜에서 재배되는 작물의 성장으로 인한 환경 모니터링 장치와 외부 서버의 통신에 간섭이 발생하지 않도록 하는 스마트 팜 환경 모니터링을 이용한 스마트 팜 제어 방법 및 장치를 제공한다.

Description

스마트 팜 환경 모니터링을 이용한 스마트 팜 제어 방법 및 장치{Methods And Apparatus for Controlling Smart Farm by using Smart Farm Environment Monitoring }
본 발명의 일 실시예는 스마트 팜 환경 모니터링을 이용한 스마트 팜 제어 방법 및 장치에 관한 것이다.
이하에 기술되는 내용은 단순히 본 실시예와 관련되는 배경 정보만을 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것이 아니다.
일반적으로 양액재배란 용액재배(Solution Culture)로서, 작물의 생육에 필요한 양분을 공급하는 것과 별개로 피트모스, 펄라이트, 버미큘라이트, 암면, 경석, 훈탄, 톱밥, 자갈, 모래 등으로 만든 고형배지를 이용하여 작물이 생육하는 환경을 인위적으로 조성하여 작물을 생육하는 재배법을 의미한다. 용액재배는 무토양재배를 원칙으로 하며, NFT(Nutrient Film Technique), 담액수경, 분무경, 모관수경 등과 같은 수경재배를 포함한다.
양액재배는 첨단 기술을 이용하는 방식으로 원예작물의 생산에 중요한 견인차 역할을 담당하면서 중요성이 높아지고 있다. 하지만, 많은 자본과 숙련된 기술이 필요하며, 토양재배보다 병해충 방제, 생리장해, 양분관리 등에서 세심한 관리가 필요하다.
재배방식은 NFT, 역경재배, 훈탄재배 등에서 암면재배, 펄라이트재배, 혼합배지경 재배로 바뀌어 가고 있다. 양액재배에서 양액을 공급하는 방식은 크게 두 가지로 나누어지는데, 첫째는 작물의 생장에 필요한 영양분이 포함된 양액을 양액베드로 공급한 후 양액베드에서 배출되는 잉여 양액을 폐기하는 비순환식 공급방식이 있다. 둘째는 양액을 양액베드로 공급한 후 양액 베드에서 배출되는 잉여 양액을 다시 양액베드로 공급하여 재사용하는 순환식 공급방식이 있다.
본 실시예는 스마트 팜과 양액 공급 장치 사이에 연결된 환경 모니터링 장치의 소형 수력 발전기의 원리를 이용하여 스마트 팜 환경 모니터링하기 위한 별도의 전력선 없이 전력을 공급받도록 하며, 스마트 팜에서 재배되는 작물의 성장으로 인한 환경 모니터링 장치와 외부 서버의 통신에 간섭이 발생하지 않도록 하는 스마트 팜 환경 모니터링을 이용한 스마트 팜 제어 방법 및 장치를 제공하는 데 목적이 있다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 컨테이너 형태로 소규모 시설로 식물을 재배하는 스마트 팜; 상기 스마트 팜으로 양액을 공급하는 양액 공급 장치; 및 상기 양액 공급 장치와 상기 스마트 팜 사이의 파이프 라인 상에 연결되어, 상기 파이프 라인을 통과하는 양액의 유량을 체크한 후 상기 유량을 기반으로 상기 스마트 팜으로 공급되는 상기 양액에 대한 유입량을 조절하도록 하는 환경 모니터링 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 팜 제어 시스템을 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 스마트 팜과 양액 공급 장치 사이에 연결된 환경 모니터링 장치의 소형 수력 발전기의 원리를 이용하여 스마트 팜 환경 모니터링하기 위한 별도의 전력선 없이 전력을 공급받도록 하며, 스마트 팜에서 재배되는 작물의 성장으로 인한 환경 모니터링 장치와 외부 서버의 통신에 간섭이 발생하지 않도록 하는 효과가 있다.
본 실시예에 의하면, 스마트 팜과 양액 공급 장치 사이에 연결된 환경 모니터링 장치의 소형 수력 발전기의 원리를 이용하여 발전한 전력을 온도, 습도 등의 환경 측정 센서로 전력을 공급할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 실시예에 따른 스마트 팜 제어 시스템을 개략적으로 나타낸 블럭 구성도이다.
도 2는 본 실시예에 따른 배관 내의 양액 유량 확인 방식을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 실시예에 따른 파이프 라인 내에 설치되는 터빈을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 실시예에 따른 파이프 라인 연결 구조와 양액 유입량 조절 구조를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 실시예에 따른 환경 모니터링 장치의 내부 모듈을 나타낸 도면이다.
도 6는 본 실시예에 따른 발전량을 높이기 위한 수압 증가 구조를 나타낸 도면이다.
도 7는 본 실시예에 따른 발전량이 약한 곳에 보조 배터리를 추가하는 구조를 나타낸 도면이다.
이하, 본 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 실시예에 따른 스마트 팜 제어 시스템을 개략적으로 나타낸 블럭 구성도이다.
본 실시예에 따른 스마트 팜 제어 시스템은 스마트 팜(110), 환경 모니터링 장치(120), 양액 공급 장치(130)를 포함한다. 스마트 팜 제어 시스템에 포함된 구성요소는 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
스마트 팜(110)은 컨테이너 형태로 소규모 시설로 식물을 재배하는 장치를 의미한다. 스마트 팜(110)은 양액 공급 장치(130)와 복수의 파이프 라인(210)으로 연결된다. 스마트 팜(110)은 양액 공급 장치(130)로부터 양액을 공급받아 재배하는 식물로 공급한다. 스마트 팜(110)은 인공광원을 구비하여 재배되는 식물로 기 설정된 대역에 대응하는 파장을 출력한다.
일반적으로 스마트 팜에서 양액의 공급 여부를 확인하기 위해서는 센서를 설치해야 한다. 스마트 팜에서 양액을 감지하기 위한 센서를 동작시키기 위해서 센서로 별도의 전력 공급해야 하므로 전력선을 추가로 연결해야 한다. 스마트 팜 내에 센서로 전력선을 연결하기 위해서는 구조를 변경해야 하고, 스마트 팜의 구조를 복잡하게 할 뿐만 아니라 계속적인 관리가 필요하다.
환경 모니터링 장치(120)는 각종 기기 또는 유무선 네트워크와 통신을 수행하기 위한 통신 모뎀 등의 통신 장치, 각종 프로그램과 데이터를 저장하기 위한 메모리, 프로그램을 실행하여 연산 및 제어하기 위한 마이크로프로세서 등을 구비하는 다양한 장치이다. 적어도 일 실시예에 따르면, 메모리는 램(Random Access Memory: RAM), 롬(Read Only Memory: ROM), 플래시 메모리, 광 디스크, 자기 디스크, 솔리드 스테이트 디스크(Solid State Disk: SSD) 등의 컴퓨터로 판독 가능한 기록/저장매체일 수 있다. 적어도 일 실시예에 따르면, 마이크로프로세서는 명세서상에 기재된 동작과 기능을 하나 이상 선택적으로 수행하도록 프로그램될 수 있다. 적어도 일 실시예에 따르면, 마이크로프로세서는 전체 또는 부분적으로 특정한 구성의 주문형반도체(Application Specific Integrated Circuit: ASIC) 등의 하드웨어로써 구현될 수 있다.
본 실시예에 따른 환경 모니터링 장치(120)는 스마트 팜(110)과 양액 공급 장치(130) 사이에 연결된 복수의 파이프 라인(210) 중간에 연결된다. 환경 모니터링 장치(120)는 파이프 라인(210) 중간에 삽입 및 분리되는 모듈식 구조를 갖는다.
환경 모니터링 장치(120)는 스마트 팜(110)에 유선으로 연결된 전력선을 제거한 상태에서 무선 기술을 적용하여 스마트 팜(110)으로 공급되는 양액의 양을 센싱하고 양액 유입 배관과 양액 유출 배관 사이의 유량 차이를 기준으로 양액 흡수량을 측정하고, 양액 흡수량을 기반으로 양액 유입량 조절한다.
환경 모니터링 장치(120)는 양액 공급 장치(130)에서 스마트 팜(110)으로 전달되는 양액이 통과하는 파이프 라인(210) 내에 터빈(220)의 회전으로 인한 자가 발전으로 배터리(250) 및 센서(240)로 전력을 공급한다. 환경 모니터링 장치(120)는 양액 공급 장치(130)에서 스마트 팜(110)으로 전달되는 양액이 통과하는 파이프 라인(210) 내에 터빈(220)의 회전으로 인한 자가 발전으로 생성한 전력을 배터리(250) 및 센서(240) 뿐만 아니라 온도, 습도 등의 환경 측정 센서로 전력을 공급할 수 있다.
환경 모니터링 장치(120)는 파이프 라인(210)을 통과하는 양액의 흐름으로 인해 터빈(220)이 회전력으로 인한 운동 에너지가 발생하고, 자가 발전부(230)에서 터빈(220)의 회전력으로 인한 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하여 센서(240) 및 배터리(250)로 공급한다. 환경 모니터링 장치(120)는 별도의 전원 또는 유선 전력선을 센서(240)에 연결할 필요 없이 센서(240)가 양액의 흐름에 대해 센싱할 수 있는 구조를 갖는다.
환경 모니터링 장치(120)는 양액이 흐르는 파이프 라인(210)의 내부에 양액의 흐름에 따라 터빈(220)의 회전력으로 인한 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하여 전기를 발생시키는 자가 발전부(230)를 포함한다.
환경 모니터링 장치(120)는 수력 발전 구조를 갖는 터빈(220)과 자가 발전부(230)를 포함하고, 터빈(220)과 자가 발전부(230)를 포함하는 구조를 이용하여 자가발전으로 전력 생산한 후 배터리(250)에 충전하여 센서(240)로 공급한다.
환경 모니터링 장치(120)는 전력의 발생 여부, 발생 정도를 센싱하여 양액의 흐름을 센싱한다. 환경 모니터링 장치(120)는 전력 발전으로 충전된 전력이 무선 IoT 센서를 이용하여 센싱값을 중앙 처리부로 송신할 수 있다.
환경 모니터링 장치(120)는 파이프 라인(210) 상에서 자가 발전부(230)를 교체 또는 분리할 수 있는 구조를 갖는다. 양액 공급 장치(130)와 스마트 팜(110) 사이에 연결된 파이프 라인과 동일한 직경을 갖는 파이프 라인(210) 상에 환경 모니터링 장치(120)가 포함될 수 있다. 환경 모니터링 장치(120)는 터빈(220), 자가 발전부(230), 충전 배터리(250), 센서(240)를 포함한다. 환경 모니터링 장치(120)는 파이프 라인(210)을 분리한 후 내부를 청소한 후 다시 체결하기 용이하다.
양액 공급 장치(130)는 스마트 팜(110)과 복수의 파이프 라인(210)으로 연결된다. 양액 공급 장치(130)는 스마트 팜(110)으로 기 설정된 주기로 양액을 공급하는 장치를 의미한다. 양액 공급 장치(130)는 스마트 팜(110)으로 양액을 공급한다.
도 2는 본 실시예에 따른 배관 내의 양액 유량 확인 방식을 나타낸 도면이다.
본 실시예에 따른 환경 모니터링 장치(120)는 파이프 라인(210), 자가 발전부(230), 충전배터리(250), 센서(240), 무선통신부(260)를 포함한다. 환경 모니터링 장치(120)에 포함된 구성요소는 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
파이프 라인(210) 내부에 터빈(220)이 위치하고, 파이프 라인(210) 외부에 터빈(220)과 연결된 자가 발전부(230), 배터리(250) 및 센서(240)가 위치하는 것이 바람직하다. 배터리(250), 자가 발전부(230), 센서(240), 무선통신부(260)는 모듈형태로 구현되어 파이프 라인(210)의 외부에 설치된다.
파이프 라인(210)은 스마트 팜(110)과 양액 공급 장치(130) 사이에 연결되어 양액을 공급하는 통로를 의미한다. 파이프 라인(210)은 스마트 팜(110)과 양액 공급 장치(130) 중간에 모듈식으로 구현된 환경 모니터링 장치(120)를 분리 및 결합 가능하다. 파이프 라인(210) 상에 유량을 센싱하기 위한 센서(240)를 부착한다. 여기서, 센서(240)는 자가 발전부(230)로 인해 전력을 공급받는다.
자가 발전부(230)는 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하여 전력을 발전시킨다. 자가 발전부(230)에서 생성한 전력량이 센서(240)에서 필요한 전략량만큼의 발전되지 않는 경우, 자가 발전부(230)는 생성된 전력량을 무선통신부를 이용하여 중앙 처리 장치로 전송한다.
자가 발전부(230)는 파이프 라인(210)을 통과하는 양액으로 인한 전기 발전으로 전력을 충전하는 동시에 파이프 라인(210)을 통과하는 양액의 유량을 체크하는 센서(240)로 공급한다.
자가 발전부(230)는 터빈(220)의 회전으로 인해 발전하는 전력량이 센서(240)에서 필요로하는 전략량을 초과하는 경우, 터빈(220)의 회전으로 인해 발전하는 전력을 센서(240)로 우선적으로 공급한 후 잉여 전력을 배터리(250)에 충전하도록 제어한다.
자가 발전부(230)는 터빈(220)의 회전으로 인해 발전하는 전력량이 센서(240)에서 필요로하는 전략량 이하인 경우, 터빈(220)의 회전으로 인해 발전하는 전력을 배터리(250)에 우선적으로 충전한 후 배터리(250)에 충전된 전력이 센서(240)로 공급되도록 제어한다.
자가 발전부(230)는 터빈(220)의 회전으로 인해 발전하는 전력을 배터리(250) 및 센서(240) 뿐만 아니라 온도, 습도 등의 환경 측정 센서로 전력을 공급할 수 있다.
센서(240)는 파이프 라인(210)의 외측 또는 내측에 설치 가능하다. 센서(240)는 파이프 라인(210)을 통과하는 양액에 대한 유량을 센싱한 센싱값을 생성한다. 센서(240)는 자가 발전부(230)로부터 입력되는 전력으로 동작하여 파이프 라인(210)을 통과하는 양액의 유량을 체크한다.
센서(240)는 파이프 라인(210)을 통과하는 양액의 유량을 체크한 후 무선통신부(260)를 이용하여 데이터 수집부(510)로 전송한다. 센서(240)는 파이프 라인(210)을 통과해서 스마트 팜(110)으로 인입되는 인입 유량을 센싱한다. 센서(240)는 파이프 라인(210)을 통과해서 스마트 팜(110)으로부터 인출되는 인출 유량을 센싱한다.
센서(240)는 파이프 라인(210)의 외측에 구현된 자가 발전부(230)로부터 전력을 공급받아 동작한다. 센서(240)는 자가 발전부(230)로부터 동작에 필요한 전력량만큼의 전력을 공급받지 못하는 경우, 배터리(250)로부터 충전된 전력을 공급받을 수 있다.
배터리(250)는 자가 발전부(230)로부터 입력되는 전력을 충전한다. 배터리(250)는 파이프 라인(210)의 외측에 구현되는 것이 바람직하다. 배터리(250)는 자가 발전부(230)와 연결되어, 자가 발전부(230)로부터 전력을 공급받아 충전한다. 배터리(250)는 충전한 전력을 센서(240)로 공급할 수 있다.
무선통신부(260)는 센서(240)로부터 수신된 센싱값을 중앙 처리부 내의 데이터 수집부(510)로 전송한다. 무선통신부(260)는 자가 발전부(230)로부터 입력되는 전력으로 동작하여 파이프 라인(210)을 통과하는 양액의 유량을 전송한다.
도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 환경 모니터링 장치(120)는 파이프 라인(210) 내에 하나의 터빈(220)만이 설치되고, 하나의 터빈(220)이 자가 발전부(230)에 연결되고, 자가 발전부(230)가 배터리(250), 센서(240)로 각각 연결되는 구조를 갖는다. 다시 말해, 파이프 라인(210) 내에 하나의 자가 발전부(230)만이 구현 가능하다.
환경 모니터링 장치(120)는 분리 가능한 파이프 라인(210) 각각에 복수의 터빈(220)이 설치되고, 복수의 터빈(220)이 하나의 자가 발전부(230)에 연결되고, 자가 발전부(230)가 배터리(250), 센서(240)로 각각 연결되는 구조를 갖는다. 다시 말해, 분리 가능한 파이프 라인(210)마다 터빈(220)이 설치되고, 복수의 터빈이 하나의 자가 발전부(230)에 연결되는 복수의 자가 발전부(230)로 구현 가능하다.
환경 모니터링 장치(120)는 파이프 라인(210)을 통과하는 양액으로 인한 전력 발전량이 센서(240)에서 필요로하는 전략량에 미달하는 구간에, 복수의 터빈(220)을 추가로 설치한다. 환경 모니터링 장치(120)는 복수의 터빈(220)이 하나의 자가 발전부(230)에 연결하여 파이프 라인(210)을 통과하는 양액으로 인한 전력 발전량이 증가하도록 한다. 복수의 터빈(220)은 파이프 라인(210) 상에 기 설정된 간격으로 이격되어 설치된다.
도 3은 본 실시예에 따른 파이프 라인 내에 설치되는 터빈을 나타낸 도면이다.
터빈(220)은 파이프 라인(210)을 통과하는 양액의 흐름으로 인해 블레이드(310)의 회전력으로 인한 운동 에너지가 발생시킨다. 본 실시예에 따른 터빈(220)은 블레이드(310), 상판(320), 하판(330), 중심축(340)을 포함한다. 터빈(220)에 포함된 구성요소는 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
복수의 블레이드(310)는 파이프 라인(210)을 통과하는 양액의 흐름에 따라 회전시킨다. 상판(320)은 블레이드(310)의 상측을 지지하는 타원 형태의 덮개부 형상을 갖는다. 하판(330)은 블레이드(310)의 하측을 지지하는 타원 형태의 덮개부 형상을 갖는다. 중심축(340)은 상판(320)과 하판(330)을 관통하는 형태로 직선바 형태를 갖는다. 중심축(340)의 일단은 자가 발전부(230)에 연결된다.
도 4는 본 실시예에 따른 파이프 라인 연결 구조와 양액 유입량 조절 구조를 나타낸 도면이다.
환경 모니터링 장치(120)는 복수의 파이프 라인(210)을 양액 인입 배관 그룹(410)과 양액 인출 배관 그룹(420)으로 그룹핑한다. 환경 모니터링 장치(120)는 그룹핑된 양액 인입 배관 그룹(410)과 양액 인출 배관 그룹(420)을 이용하여 양액 흡수량을 측정한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 환경 모니터링 장치(120) 내의 파이프 라인(210)을 스마트 팜(110)을 기준으로 양액을 인입하는 양액 인입 배관 그룹(410), 스마트 팜(110)으로부터 인출되는 양액 인출 배관 그룹(420)으로 그룹핑한다.
환경 모니터링 장치(120)는 양액 인입 배관 그룹(410)으로부터 수신된 양액에 대한 인입 유량 센싱값과 양액 인출 배관 그룹(420)으로부터 수신된 양액에 대한 인출 유량 센싱값을 비교한다.
환경 모니터링 장치(120)는 인입 유량 센싱값과 인출 유량 센싱값을 비교한 차이값을 산출한다. 환경 모니터링 장치(120)는 인입 유량 센싱값과 인출 유량 센싱값을 비교한 차이값을 기반으로 양액 흡수량을 측정한다.
환경 모니터링 장치(120)는 인입 유량 센싱값과 인출 유량 센싱값을 비교한 차이값이 기 설정된 임계 범위 이내인 경우, 양액이 스마트 팜(110) 내에서 재배하는 식물로 정상적으로 흡수되고 있는 것으로 판단하여 양액 흡수량을 높게 결정한다.
환경 모니터링 장치(120)는 인입 유량 센싱값과 인출 유량 센싱값을 비교한 차이값이 기 설정된 임계 범위를 벗어나는 경우, 양액이 스마트 팜(110) 내에서 재배하는 식물로 흡수되고 있지 못하는 것으로 판단하여 양액 흡수량을 낮게 결정한다.
환경 모니터링 장치(120)는 양액 흡수량을 기반으로 양액 유입량 조절한다. 환경 모니터링 장치(120)는 양액 흡수량을 기준치와 비교하여 양액 흡수량이 기준치보다 높은 경우, 스마트 팜(110)에서 양액을 잘 흡수하고 있는 것으로 판단하여 양액 유입량을 현재 유입상태로 유지하거나 유입량이 증가되도록 조절한다.
환경 모니터링 장치(120)는 양액 흡수량을 기준치와 비교하여 양액 흡수량이 기준치보다 낮은 경우, 스마트 팜(110)에서 양액을 잘 흡수하고 있지 못하는 것으로 판단하여 양액 유입량이 감소되도록 조절한다.
환경 모니터링 장치(120)는 양액 공급 장치(130)와 스마트 팜(110) 사이에 연결된 복수의 파이프 라인 중 스마트 팜(110)으로 인입되는 파이프 라인(402)을 양액 인입 배관 그룹(410)으로 그룹핑한다. 환경 모니터링 장치(120)는 양액 공급 장치(130)와 스마트 팜(110) 사이에 연결된 복수의 파이프 라인 중 스마트 팜(110)으로부터 인출되는 파이프 라인(404)을 양액 인출 배관 그룹(420)으로 그룹핑한다.
환경 모니터링 장치(120)는 양액 인입 배관 그룹(410)으로부터 수신된 인입 그룹 유량값과 양액 인출 배관 그룹(420)으로부터 수신된 인출 그룹 유량값을 비교한 차이값을 기반 양액 흡수량을 산출한다. 환경 모니터링 장치(120)는 양액 흡수량을 기반으로 스마트 팜(110)으로 공급되는 양액에 대한 양액 유입량을 적응적으로 조절하도록 한다.
도 5는 본 실시예에 따른 환경 모니터링 장치의 내부 모듈을 나타낸 도면이다.
본 실시예에 따른 환경 모니터링 장치(120)는 데이터 수집부(510), 양액 비교부(520), 양액 흡수량 산출부(530), 양액 유입량 조절부(540)를 포함한다. 환경 모니터링 장치(120)에 포함된 구성요소는 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
환경 모니터링 장치(120)에 포함된 각 구성요소는 장치 내부의 소프트웨어적인 모듈 또는 하드웨어적인 모듈을 연결하는 통신 경로에 연결되어 상호 간에 유기적으로 동작할 수 있다. 이러한 구성요소는 하나 이상의 통신 버스 또는 신호선을 이용하여 통신한다.
도 5에 도시된 환경 모니터링 장치(120)의 각 구성요소는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 소프트웨어적인 모듈, 하드웨어적인 모듈 또는 소프트웨어와 하드웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
데이터 수집부(510)는 복수의 파이프 라인(210)마다 설치된 무선통신부(260)로부터 양액의 유량을 체크한 값을 수신한다. 데이터 수집부(510)는 무선통신부(260)로부터 수신한다.
양액 비교부(520)는 인입 유량과 인출 유량을 비교한 차이값을 산출한다.
양액 흡수량 산출부(530)는 차이값을 기반 양액 흡수량을 산출한다. 양액 흡수량 산출부(530)는 파이프 라인(210)을 통과하는 양액으로 인한 전력 발전량이 센서(240)에서 필요로하는 전략량에 미달하는 경우, 파이프 라인(210)을 통과하는 양액으로 인한 전력 발전량만큼의 전력을 파이프 라인(210)을 통과하는 양액의 유량으로 환산한다.
양액 유입량 조절부(540)는 양액 흡수량을 기반으로 스마트 팜(110)으로 공급되는 양액에 대한 양액 유입량을 적응적으로 조절하도록 한다.
양액 유입량 조절부(540)는 인입 유량과 인출 유량을 비교한 차이값이 기 설정된 임계 범위 이내인 경우, 양액이 스마트 팜(110) 내에서 재배하는 식물로 정상 범주로 흡수되고 있는 것으로 판단하여 양액 흡수량을 높게 결정한다. 양액 유입량 조절부(540)는 인입 유량과 인출 유량을 비교한 차이값이 기 설정된 임계 범위를 벗어나는 경우, 양액이 스마트 팜(110) 내에서 재배하는 식물로 흡수되고 있지 못하는 것으로 판단하여 양액 흡수량을 낮게 결정한다.
양액 유입량 조절부(540)는 양액 흡수량을 기준치와 비교하여 양액 흡수량이 기준치보다 높은 경우, 스마트 팜(110)으로 공급되는 양액이 적정범위인 것으로 판단하여 양액 유입량을 현재 상태로 유지하거나 유입량이 증가되도록 조절한다. 양액 유입량 조절부(540)는 양액 흡수량을 기준치와 비교하여 양액 흡수량이 기준치보다 낮은 경우, 스마트 팜(110)으로 공급되는 양약이 과다범위인 것으로 판단하여 양액 유입량이 감소되도록 조절한다.
도 6은 본 실시예에 따른 발전량을 높이기 위한 수압 증가 구조를 나타낸 도면이다.
터빈(220)이 설치되는 파이프 라인(210)의 수압이 증가되는 구조로서, >< 구조(610), ⅴ구조(620), ┗┐구조(630) 중 어느 하나의 구조를 갖는다.
도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 발전량을 높이기 위한 수압 증가 구조로 파이프 라인(210)이 >< 구조(610)를 갖도록 한다. 파이프 라인(210)으로 양액이 인입되는 직경이 넓은 직경에서 점진적으로 좁아진 직경을 갖도록하고, 좁아진 직경에서 전진적으로 넓어진 직경을 갖도록 한다.
>< 구조(610) 상에서 파이프 라인(210)의 직경이 사다리꼴 형태로 양면이 모두 좁아지다가 다시 사다리꼴 형태로 양면이 모두 넓어지도록 한다. >< 구조(610) 상에서 넓은 직경이 점진적으로 좁아지다가 가장 좁아진 직경에 터빈(220)이 설치되도록 한다.
>< 구조(610)로서 파이프 라인(210)이 양액이 인입되는 직경이 넓은 직경에서 점진적으로 좁아진 직경을 갖는 >구조와 좁아진 직경에서 전진적으로 넓어진 직경을 갖는 <구조를 연결한다. >구조와 <구조가 연결된 상태에서 >구조에서 가장 좁은 직경과 <구조에서 가장 좁은 직경에 터빈(220)을 설치한다.
도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, 발전량을 높이기 위한 수압 증가 구조로 파이프 라인(210)이 ⅴ구조(620)를 갖도록 한다. 파이프 라인(210)으로 양액이 인입되는 직경이 넓은 직경에서 점진적으로 좁아진 직경을 갖도록하고, 좁아진 직경에서 전진적으로 넓어진 직경을 갖도록 한다.
ⅴ구조(620) 상에서 파이프 라인(210)의 직경이 직삼각형 형태로 한면(하면은 구배(slope)되고, 나머지 한면은 직선)만 좁아지다가 다시 직삼각형 형태로 한면만 다시 넓어지도록 한다. ⅴ구조(620) 상에서 넓은 직경이 점진적으로 좁아지다가 가장 좁아진 직경에 터빈(220)이 설치되도록 한다.
ⅴ구조(620)로서, 파이프 라인(210)의 상면이 구배(slope)되어 좁아지고 하면이 직선을 유지하는 직삼각형 구조와 좁아진 상면이 점차 넓어지고 하면이 직선 형태를 유지하는 대칭형 직삼각형 구조를 연결한다. 직삼각형 구조와 대칭형 직삼각형 구조가 연결된 상태에서 직삼각형 구조에서 가장 좁은 직경과 대칭형 직삼각형 구조에서 가장 좁은 직경에 터빈(220)을 설치한다.
도 6의 (c)에 도시된 바와 같이, 발전량을 높이기 위한 수압 증가 구조로 파이프 라인(210)이 ┗┐구조(630)를 갖도록 한다. 파이프 라인(210)으로 양액이 인입되는 직경이 넓은 직경에서 점진적으로 좁아진 직경을 갖도록하고, 좁아진 직경에서 전진적으로 넓어진 직경을 갖도록 한다.
┗┐구조(630) 상에서 파이프 라인(210)의 직경이 직삼각형 형태로 한면(하면은 구배(slope)되고, 나머지 한면은 직선)만 좁아지다가 다시 역직삼각형 형태로 한면만 다시 넓어지도록 한다. ┗┐구조(630) 상에서 넓은 직경이 점진적으로 좁아지다가 가장 좁아진 직경에 터빈(220)이 설치되도록 한다. 터빈(220)은 ┗┐구조(630)에 따라 기 설정된 각도의 기울기로 설치 가능하다.
┗┐구조(630)로서, 파이프 라인(210)의 상면이 구배(slope)되어 좁아지고 하면이 직선을 유지하는 직삼각형 구조와 좁아진 상면이 직선 형태를 유지하고 하면이 점차 넓어지는 역직삼각형 구조를 연결한다. 직삼각형 구조와 역직삼각형 구조가 연결된 상태에서 직삼각형 구조에서 가장 좁은 직경과 역직삼각형 구조에서 가장 좁은 직경에 터빈(220)을 설치한다.
도 7은 본 실시예에 따른 발전량이 약한 곳에 보조 배터리를 추가하는 구조를 나타낸 도면이다.
도 7의 (a)에 도시된 바와 같이, 발전량이 약한 곳에 배터리(250) 위에 보조 배터리(250)를 적층하는 구조를 갖는다. 배터리(250) 위에 적층된 보조 배터리(250)는 배터리(250)와 연결되는 구조를 갖는다.
파이프 라인(210)을 통과하는 양액으로 인한 전력 발전량이 센서(240)에서 필요로하는 전략량에 미달하는 구간에, 배터리(250) 위에 보조 배터리(250)를 적층하고 배터리(250)에 보조 배터리(250)를 연결하는 구조를 갖는다.
도 7의 (b)에 도시된 바와 같이, 발전량이 약한 곳에 배터리(250) 위에 보조 배터리(250)를 적층하는 구조와 함께 살균 필터(720)를 함께 추가하는 구조를 갖는다. 배터리(250) 위에 적층된 보조 배터리(250)는 배터리(250)와 연결되는 구조를 가지며, 파이프 라인(210) 상에 살균 필터(720)를 추가한다. 파이프 라인(210) 상에 터빈(220)을 통과하기 전후로 살균 필터(720)를 추가하여 파이프 라인(210)을 통과하는 양액을 살균 처리한다.
도 7의 (c)에 도시된 바와 같이, 발전량이 약한 곳에 배터리(250) 위에 보조 배터리(250)를 적층하는 구조와 함께 살균 램프(730)를 함께 추가하는 구조를 갖는다. 배터리(250) 위에 적층된 보조 배터리(250)는 배터리(250)와 연결되는 구조를 가지며, 파이프 라인(210) 상에 살균 램프(730)를 추가한다. 파이프 라인(210) 상에 터빈(220)을 통과하기 전후로 살균 램프(730)를 추가하여 파이프 라인(210)을 통과하는 양액을 살균 처리한다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110: 스마트 팜
120: 환경 모니터링 장치
130: 양액 공급 자이
210: 파이프 라인
220: 터빈
230: 자가 발전부
240: 센서
250: 배터리
260: 무선통신부
310: 블레이드
320: 상판
330: 하판
340: 중심축

Claims (6)

  1. 컨테이너 형태로 소규모 시설로 식물을 재배하는 스마트 팜;
    상기 스마트 팜으로 양액을 공급하는 양액 공급 장치; 및
    상기 양액 공급 장치와 상기 스마트 팜 사이의 파이프 라인 상에 연결되어, 상기 파이프 라인을 통과하는 양액의 유량을 체크한 후 상기 유량을 기반으로 상기 스마트 팜으로 공급되는 상기 양액에 대한 유입량을 조절하도록 하는 환경 모니터링 장치를 포함하되,
    상기 환경 모니터링 장치는 상기 파이프 라인을 통과하는 양액의 흐름으로 인해 블레이드의 회전력으로 인한 운동 에너지를 발생시키는 터빈; 상기 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하여 전력을 발전하는 자가 발전부; 상기 자가 발전부로부터 입력되는 전력을 충전하는 배터리; 상기 자가 발전부로부터 입력되는 전력으로 동작하여 상기 파이프 라인을 통과하는 양액의 유량을 체크하는 센서; 상기 자가 발전부로부터 입력되는 전력으로 동작하여 상기 파이프 라인을 통과하는 양액의 유량을 전송하는 무선통신부;를 포함하며,
    상기 터빈이 설치되는 상기 파이프 라인의 수압이 증가되는 구조로서, >< 구조, ⅴ구조, ┗┐구조 중 어느 하나의 구조를 가지며,
    상기 >< 구조는 상기 파이프 라인이 양액이 인입되는 직경이 넓은 직경에서 점진적으로 좁아진 직경을 갖는 >구조와 좁아진 직경에서 전진적으로 넓어진 직경을 갖는 <구조를 연결하고, 상기 >구조와 상기 <구조가 연결된 상태에서 상기 >구조에서 가장 좁은 직경과 상기 <구조에서 가장 좁은 직경에 상기 터빈을 설치하며,
    상기 ⅴ구조는 상기 파이프 라인의 상면이 구배(slope)되어 좁아지고 하면이 직선을 유지하는 직삼각형 구조와 좁아진 상면이 점차 넓어지고 하면이 직선 형태를 유지하는 대칭형 직삼각형 구조를 연결하고, 상기 직삼각형 구조와 상기 대칭형 직삼각형 구조가 연결된 상태에서 상기 직삼각형 구조에서 가장 좁은 직경과 상기 대칭형 직삼각형 구조에서 가장 좁은 직경에 상기 터빈을 설치하며,
    상기 ┗┐구조는 상기 파이프 라인의 상면이 구배(slope)되어 좁아지고 하면이 직선을 유지하는 직삼각형 구조와 좁아진 상면이 직선 형태를 유지하고 하면이 점차 넓어지는 역직삼각형 구조를 연결하고, 상기 직삼각형 구조와 상기 역직삼각형 구조가 연결된 상태에서 상기 직삼각형 구조에서 가장 좁은 직경과 상기 역직삼각형 구조에서 가장 좁은 직경에 상기 터빈을 설치하며,
    상기 터빈은, 상기 파이프 라인을 통과하는 양액의 흐름에 따라 회전하는 복수의 블레이드; 상기 블레이드의 상측을 지지하는 타원 형태의 상판; 상기 블레이드의 하측을 지지하는 타원 형태의 하판; 상기 상판과 상기 하판을 관통하는 형태로 직선바 형태의 중심축;을 포함하며, 상기 중심축이 상기 자가 발전부에 연결되며,
    상기 배터리, 상기 자가 발전부, 상기 센서, 상기 무선통신부는 모듈형태로 구현되어 상기 파이프 라인의 외부에 설치되며,
    상기 환경 모니터링 장치는 상기 파이프 라인을 통과하는 양액으로 인한 전력 발전량이 상기 센서에서 필요로하는 전략량에 미달하는 경우, 상기 파이프 라인을 통과하는 양액으로 인한 전력 발전량만큼의 전력을 상기 파이프 라인을 통과하는 양액의 유량으로 환산하며,
    상기 자가 발전부는 상기 터빈의 회전으로 인해 발전하는 전력량이 상기 센서에서 필요로하는 전략량을 초과하는 경우, 상기 터빈의 회전으로 인해 발전하는 전력을 상기 센서로 우선적으로 공급한 후 잉여 전력을 상기 배터리에 충전하도록 제어하거나 상기 터빈의 회전으로 인해 발전하는 전력량이 상기 센서에서 필요로하는 전략량 이하인 경우, 상기 터빈의 회전으로 인해 발전하는 전력을 상기 배터리에 우선적으로 충전한 후 상기 배터리에 충전된 전력이 상기 센서로 공급되도록 제어하며,
    상기 양액 공급 장치와 상기 스마트 팜 사이에 연결된 복수의 파이프 라인 중 상기 스마트 팜으로 인입되는 파이프 라인을 양액 인입 배관 그룹으로 그룹핑하고, 상기 양액 공급 장치와 상기 스마트 팜 사이에 연결된 복수의 파이프 라인 중 상기 스마트 팜으로부터 인출되는 파이프 라인을 양액 인출 배관 그룹으로 그룹핑하며,
    상기 환경 모니터링 장치는 상기 양액 인입 배관 그룹으로부터 수신된 인입 그룹 유량값과 상기 양액 인출 배관 그룹으로부터 수신된 인출 그룹 유량값을 비교한 차이값을 기반 양액 흡수량을 산출하고, 상기 양액 흡수량을 기반으로 상기 스마트 팜으로 공급되는 양액에 대한 양액 유입량을 적응적으로 조절하도록 하는 것을 특징으로 하는 스마트 팜 제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 환경 모니터링 장치는,
    상기 파이프 라인을 통과하는 양액으로 인한 전기 발전으로 전력을 충전하는 동시에 상기 파이프 라인을 통과하는 양액의 유량을 체크하는 센서로 공급하는 것을 특징으로 하는 스마트 팜 제어 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 환경 모니터링 장치는,
    상기 파이프 라인 중간에 삽입 및 분리되는 모듈식 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 스마트 팜 제어 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 환경 모니터링 장치는,
    상기 파이프 라인을 통과해서 상기 스마트 팜으로 인입되는 인입 유량을 센싱하고, 상기 파이프 라인을 통과해서 상기 스마트 팜으로부터 인출되는 인출 유량을 센싱한 후 상기 인입 유량과 상기 인출 유량의 차이값을 기반 양액 흡수량을 산출하고, 상기 양액 흡수량을 기반으로 상기 스마트 팜으로 공급되는 양액에 대한 양액 유입량을 적응적으로 조절하도록 하는 것을 특징으로 하는 스마트 팜 제어 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 환경 모니터링 장치는,
    상기 인입 유량과 상기 인출 유량을 비교한 차이값이 기 설정된 임계 범위 이내인 경우, 상기 양액이 스마트 팜 내에서 재배하는 식물로 정상 범주로 흡수되고 있는 것으로 판단하여 양액 흡수량을 기준치보다 높게 결정하고,
    상기 인입 유량과 상기 인출 유량을 비교한 차이값이 기 설정된 임계 범위를 벗어나는 경우, 상기 양액이 스마트 팜 내에서 재배하는 식물로 흡수되고 있지 못하는 것으로 판단하여 양액 흡수량을 기준치보다 낮게 결정하는 것을 특징으로 하는 스마트 팜 제어 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 환경 모니터링 장치는,
    상기 양액 흡수량을 기준치와 비교하여 양액 흡수량이 기준치보다 높은 경우, 상기 스마트 팜으로 공급되는 양액이 적정범위인 것으로 판단하여 양액 유입량을 현재 상태로 유지하거나 유입량이 증가되도록 조절하고,
    상기 양액 흡수량을 기준치와 비교하여 양액 흡수량이 기준치보다 낮은 경우, 상기 스마트 팜으로 공급되는 양약이 과다범위인 것으로 판단하여 양액 유입량이 감소되도록 조절하는 것을 특징으로 하는 스마트 팜 제어 시스템.
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KR102655894B1 (ko) * 2023-09-08 2024-04-11 전태우 컨테이너베이스 스마트팜의 제로 에너지화를 위한 하이브리드 에너지 제공 시스템

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