KR102438735B1 - 작물의 온도 변화 스트레스를 최소화하는 스마트팜 온도 제어 시스템 - Google Patents

작물의 온도 변화 스트레스를 최소화하는 스마트팜 온도 제어 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 작물이 생장하는 온실, 비닐하우스와 같은 스마트팜 시설물 내부온도의 급격한 변화로 인한 작물의 온도 변화 스트레스를 최소화하고, 목표 온도로 관리되어야 하는 스마트팜 시설물의 내부온도가 온도 관성에 의해 목표 온도를 벗어나 관리되지 않도록, 스마트팜 시설물 내/외부의 환경 정보를 이용해 스마트팜 시설물 내부온도를 제어하는 발명으로, 스마트팜 시설물(100), 가열 공기 공급부(200), 환경 정보 수집부(300), 전력 공급부(400), 제어부(500)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

작물의 온도 변화 스트레스를 최소화하는 스마트팜 온도 제어 시스템{A smart farm temperature control system that minimizes temperature change stress of crops}
본 발명은 작물의 온도 변화 스트레스를 최소화하는 스마트팜 온도 제어 시스템에 관한 것으로, 상세하게는 작물이 생장하는 온실, 비닐하우스와 같은 스마트팜 시설물 내부 온도의 급격한 변화로 인한 작물의 온도 변화 스트레스를 최소화하고, 목표 온도로 관리되어야 하는 스마트팜 시설물의 내부 온도가 온도 관성에 의해 목표 온도를 벗어나 관리되지 않도록, 스마트팜 시설물 내/외부의 환경 정보를 이용해 스마트팜 시설물 내부 온도를 제어하는 기술에 관한 것이다.
현대 사회는 과학기술이 발전하면서 농업 분야를 포함한 많은 산업 분야의 변화가 시작되고 있으며, 최근 농업 분야의 변화 트렌드는 소품종 대량생산 방식에서 건강하고 풍족한 웰빙(well-being)을 위한 다품종 소량생산 방식으로 변화되고 있다.
일반적으로 농가에서는 곡물류, 과일류, 채소류 등 다양한 농산물을 경작 생산하고 있으며, 최근에는 고부가가치의 농산물을 경작하기 위해 수경재배, 스마트팜과 같은 첨단 농업기술이 적용된 경작법이 도입되고 있다.
한편, 스마트팜 시스템을 통한 작물 재배에서 각각의 작물별로 생장 조건에 따라 적절하게 온도와 습도를 조절하고 공기를 순환시켜야 하는 것이 중요하다.
특히, 스마트팜 시설물 내부에서 생장 중인 작물은 스마트팜 시설물 내부 온도가 급격히 변하는 경우, 스트레스를 받고, 이로 인해 생장에 지장을 받는 문제가 발생하기 때문에, 스마트팜 시설물 내부에 급격한 온도 변화가 발생하지 않도록 하는 온도 조절이 필요하다.
스마트팜 시설물 내부 온도가 30분당 1℃ 이상 변화하지 않도록 해야 작물의 생육에 지장이 없다는 연구 결과가 있다.
또한, 스마트팜 시설물 내부는 시간대별로 작물의 생육에 적정한 목표 온도로 관리되어야 하는데, 스마트팜 시설물 내부를 목표 온도로 관리 시, 온도 관리를 위해 스마트팜 시설물 내부로 공급되는 열원에 의한 온도 관성에 의해 스마트팜 시설물 내부가 목표 온도로 정확하게 관리되지 못하는 문제가 종래에 있었다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하도록, 작물이 생장하는 온실, 비닐하우스와 같은 스마트팜 시설물 내부 온도의 급격한 변화로 인한 작물의 온도 변화 스트레스를 최소화하고, 목표 온도로 관리되어야 하는 스마트팜 시설물의 내부 온도가 온도 관성에 의해 목표 온도를 벗어나 관리되지 않도록, 스마트팜 시설물 내/외부의 환경 정보를 이용해 스마트팜 시설물 내부 온도를 제어하는 기술을 제안하고자 한다. 다음은 이와 관련한 종래의 선행기술 들이다.
1. 대한민국 등록실용신안공보 제20-0285371호 비닐하우스 난방용 발열장치 2. 대한민국 등록특허공보 제10-1723910호 비닐하우스의 발열 제어시스템 3. 대한민국 등록특허공보 제10-2335871호 시설재배 난방용 전기열선
본 발명은 스마트팜 시설물 내/외부의 환경 정보를 이용해 작물이 생장하는 온실, 비닐하우스와 같은 스마트팜 시설물 내부 온도가 급격히 변화되지 않도록 조절하여 급격한 온도 변화로 인한 작물의 온도 변화 스트레스를 최소화하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 스마트팜 시설물의 내부 온도가 온도 관성에 의해 목표 온도를 벗어나 관리되지 않도록 하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명인 작물의 온도 변화 스트레스를 최소화하는 스마트팜 온도 제어 시스템은,
작물이 재배되는 내부 공간이 형성된 스마트팜 시설물(100)과;
공급된 전력을 이용해 발열하여, 스마트팜 시설물(100)의 내부 공간으로 가열된 공기가 공급되도록, 스마트팜 시설물(100)의 내부 공간에 설치되는 가열 공기 공급부(200)와;
스마트팜 시설물(100) 내/외부의 환경 정보를 수집하여 제어부(500)로 제공하는 환경 정보 수집부(300)와;
제어부(500)가 제공하는 전력 공급 제어 신호에 따라 필요 전력량이 가열 공기 공급부(200)로 공급되도록 하는 전력 공급부(400)와;
사용자가 설정 입력한 시간 구간별 목표 온도 정보와 환경 정보 수집부(300)가 제공하는 스마트팜 시설물(100) 내/외부의 환경 정보를 이용해, 스마트팜 시설물(100) 내부 온도가 시간 구간별 목표 온도로 관리되도록, 전력 공급부(400)로 전력 공급 제어 신호를 제공하는 제어부(500)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 스마트팜 시설물 내/외부의 환경 정보를 이용해 작물이 생장하는 온실, 비닐하우스와 같은 스마트팜 시설물 내부 온도가 급격히 변화되지 않도록 조절하여 급격한 온도 변화로 인한 작물의 온도 변화 스트레스를 최소화하기 때문에, 고품질의 작물 재배 효과를 제공한다.
또한, 본 발명은 스마트팜 시설물의 내부 온도가 온도 관성에 의해 목표 온도를 벗어나 관리되지 않도록 하기 때문에, 정확한 목표 온도 제어가 가능한 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명의 전체 구성도
도 2는 본 발명의 목표 온도 정보와 외부 온도 정보 예시도
도 3은 본 발명의 온도 변화 스트레스 최소화를 위한 온도 조절 예시도
도 4는 본 발명의 온도 조절 시작 시점 예시도
본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명인 작물의 온도 변화 스트레스를 최소화하는 스마트팜 온도 제어 시스템(10, 이하 ‘본 발명’)은 작물이 생장하는 온실, 비닐하우스와 같은 스마트팜 시설물 내부 온도의 급격한 변화로 인한 작물의 온도 변화 스트레스를 최소화하고, 목표 온도로 관리되어야 하는 스마트팜 시설물의 내부 온도가 온도 관성에 의해 목표 온도를 벗어나 관리되지 않도록, 스마트팜 시설물 내/외부의 환경 정보를 이용해 스마트팜 시설물 내부 온도를 제어하는 발명으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 스마트팜 시설물(100), 가열 공기 공급부(200), 환경 정보 수집부(300), 전력 공급부(400), 제어부(500)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 작물의 온도 변화 스트레스를 최소화하는 스마트팜 온도 제어 시스템은, 도 1에 도시된 바와 같이,
작물이 재배되는 내부 공간이 형성된 스마트팜 시설물(100)과;
공급된 전력을 이용해 발열하여, 스마트팜 시설물(100)의 내부 공간으로 가열된 공기가 공급되도록, 스마트팜 시설물(100)의 내부 공간에 설치되는 가열 공기 공급부(200)와;
스마트팜 시설물(100) 내/외부의 환경 정보를 수집하여 제어부(500)로 제공하는 환경 정보 수집부(300)와;
제어부(500)가 제공하는 전력 공급 제어 신호에 따라 필요 전력량이 가열 공기 공급부(200)로 공급되도록 하는 전력 공급부(400)와;
사용자가 설정 입력한 시간 구간별 목표 온도 정보와 환경 정보 수집부(300)가 제공하는 스마트팜 시설물(100) 내/외부의 환경 정보를 이용해, 스마트팜 시설물(100) 내부 온도가 시간 구간별 목표 온도로 관리되도록, 전력 공급부(400)로 전력 공급 제어 신호를 제공하는 제어부(500)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 스마트팜 시설물(100)은 작물이 재배되는 내부 공간이 형성된 구성으로, 작물이 생장할 수 있도록 하는 재배 환경이 조성되는 내부 공간이 형성된 온실, 비닐하우스 등일 수 있다.
이때, 스마트 팜 시설물(100)의 내부 공간에는 가열 공기 공급부(200), 환경 정보 수집부(300), 전력 공급부(400), 제어부(500)가 설치되어 작물이 생장할 수 있도록 하는 재배 환경을 조성한다.
상기 가열 공기 공급부(200)는 공급된 전력을 이용해 발열하여, 스마트팜 시설물(100)의 내부 공간으로 가열된 공기가 공급되도록, 스마트팜 시설물(100)의 내부 공간에 설치되는 구성으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 가열 공기 공급부(200)는 공급된 전력을 이용해 발열하는 탄소 발열선(210)이 내부에 배치되고, 표면에는 다수의 공기 배출공(220)이 형성된 배관인 것을 특징으로 한다.
즉, 배관 구조인 상기 가열 공기 공급부(200)는 스마트팜 시설물(100)의 내부 공간으로 가열된 공기를 공급하도록 설치된다.
구체적으로, 제어부(500)의 제어에 따라 전력 공급부(400)가 전력을 공급하면, 내부에 배치된 탄소 발열선(210)이 발열하고, 탄소 발열선(210)의 발열로 가열된 공기가 다수의 공기 배출공(220)을 통해 스마트팜 시설물(100) 내부 공간으로 배출되어 스마트팜 시설물(100) 내부 공간의 온도가 작물에 필요한 목표 온도로 조절된다.
상기 환경 정보 수집부(300)는 스마트팜 시설물(100) 내/외부의 환경 정보를 수집하여 제어부(500)로 제공하는 구성으로, 상기 환경 정보 수집부(300)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 스마트팜 시설물(100) 내부의 온도를 감지하고, 감지한 온도 정보를 제어부(500)로 제공하는 제1 온도 센서(310)와 스마트팜 시설물(100) 외부의 온도를 감지하고, 감지한 온도 정보를 제어부(500)로 제공하는 제2 온도 센서(320)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
제1 온도 센서(310)와 제2 온도 센서(320)를 포함하여 구성되는 환경 정보 수집부(300)가 제어부(500)로 제공하는 스마트팜 시설물(100) 내/외부 온도 정보는 제어부(500)의 손실 열량 계산 시, 기초 정보로 활용된다.
즉, 스마트팜 시설물(100) 내부에서 외부로 손실되는 열량(손실 열량)은 스마트팜 시설물(100) 내부온도와 외부 온도에 따라 각기 다르다. 따라서 제어부(500)는 손실 열량 계산 시, 환경 정보 수집부(300)가 제공하는 스마트팜 시설물(100) 내/외부 온도 정보를 참조하여 손실 열량을 계산한다.
상기 전력 공급부(400)는 제어부(500)가 제공하는 전력 공급 제어 신호에 따라 필요 전력량이 가열 공기 공급부(200)로 공급되도록 하는 구성이다.
본 발명에서 필요 전력량만을 가열 공기 공급부(200)로 공급되도록 하는 이유는 불필요한 전력 낭비를 줄이기 위함이다.
스마트팜 온도 제어를 위한 종래의 전력 공급 방식은 설계된 정격 용량의 전력을 공급하거나 차단하는 방식이어서 불필요한 전력 낭비가 발생하였다.
그러나 본 발명은 스마트팜 시설물(100) 내부를 목표 온도로 하는데 필요한 필요 전력량만을 가열 공기 공급부(200)로 공급하기 때문에 불필요한 전력 낭비가 발생하지 않게 된다.
상기 제어부(500)는 사용자가 설정 입력한 시간 구간별 목표 온도 정보와 환경 정보 수집부(300)가 제공하는 스마트팜 시설물(100) 내/외부의 환경 정보를 이용해, 스마트팜 시설물(100) 내부 온도가 시간 구간별 목표 온도로 관리되도록, 전력 공급부(400)로 전력 공급 제어 신호를 제공하는 구성이다.
구체적으로, 제어부(500)는 사용자가 설정 입력한 시간 구간별 목표 온도 정보와 환경 정보 수집부(300)가 제공하는 스마트팜 시설물(100) 내외부의 환경 정보인 스마트팜 시설물(100) 내/외부 온도 정보를 이용해, 스마트팜 시설물(100) 내부가 시간 구간별 목표 온도가 되도록 하는 시간 구간별 필요 열량을 계산하고, 가열 공기 공급부(200)가 시간 구간별 필요 열량을 발열하도록 하는데 필요한 시간 구간별 필요 전력량을 계산하고, 계산된 필요 전력량이 시간 구간별로 가열 공기 공급부(200)에 공급되도록 하는 전력 공급 제어 신호를 전력 공급부(400)로 제공하는 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 제어부(500)는 시간 구간별 필요 열량 계산 시, 스마트팜 시설물(100)의 내부온도 정보와 외부 온도 정보를 이용해 외부로의 손실 열량을 계산하고, 손실 열량을 반영하여 시간 구간별 필요 열량을 계산하는 것을 특징으로 한다.
스마트팜 시설물(100) 내부는 사용자가 설정 입력한 시간 구간별 목표 온도로 관리되어야 한다.
스마트팜 시설물(100) 내부를 시간 구간별 목표 온도로 관리하기 위해서, 먼저, 스마트팜 시설물(100) 내부온도를 목표 온도로 하기 위한 시간 구간별 필요 열량을 계산한다.
특히, 필요 열량 계산 시, 스마트팜 시설물(100) 내부에서 외부로 손실되는 손실 열량을 반영한다.
필요 열량이 계산되면 필요 열량을 발생시키기 위해 가열 공기 공급부(200)로 공급할 필요 전력량을 계산한다.
필요 전력량이 계산되면, 필요 전력량만큼의 전력을 전력 공급부(400)가 가열 공기 공급부(200)로 공급하도록 하는 전력 공급 제어 신호를 전력 공급부(400)로 제공한다.
사용자가, 도 2와 같은, 시간 구간별 목표 온도 정보를 설정 입력하고, 스마트팜 시설물(100) 현재 외부 온도가 2℃이고, 스마트팜 시설물(100) 내부온도를 목표 온도 20℃에서 22℃로 변경 조절하고자 하는 경우를 예를 들어 설명한다.
먼저, 제어부(500)는 열 손실이 없다는 전제하에 스마트팜 시설물(100) 내부온도를 목표 온도 20℃에서 22℃로 상향시키는데 필요한 열량을 계산한다. 이때, 스마트팜 시설물(100) 내부 공간의 체적 정보가 고려된다. 스마트팜 시설물(100) 내부 공간의 체적이 클수록 계산되는 열량은 커진다.
예를 들어, V ㎥의 체적을 갖는 스마트팜 시설물(100) 내부온도를 목표 온도 20℃에서 22℃로 상향시키는데 필요한 열량 A kcal를 계산할 수 있다.
또한, 제어부(500)는 스마트팜 시설물(100) 내부에서 외부로 손실되는 손실 열량을 계산한다. 예를 들어, 현재 스마트팜 시설물(100) 내부온도 20℃, 외부 온도 2℃인 경우, 스마트팜 시설물(100) 내부에서 외부로 손실되는 손실 열량 B kcal를 계산할 수 있다.
손실 열량은 현재 스마트팜 시설물(100) 내부온도와 외부 온도에 따라 각기 달리 계산된다. 예를 들어, 현재 스마트팜 시설물(100) 내부온도 20℃, 외부 온도 2℃인 경우 계산되는 손실 열량은 현재 스마트팜 시설물(100) 내부온도 20℃, 외부 온도 10℃인 경우 계산되는 손실 열량보다 크다. 즉, 손실 열량은 외부 온도가 낮을수록, 스마트팜 시설물(100) 내/외부 온도 차가 클수록 크다.
열 손실이 없다는 전제하에 스마트팜 시설물(100) 내부온도를 목표 온도 20℃에서 22℃로 상향시키는데 필요한 열량이 A kcal로 계산되고, 현재 스마트팜 시설물(100) 내부온도 20℃, 외부 온도 2℃인 상태에서 계산된 손실 열량이 B kcal로 계산되는 경우, 외부 온도가 2℃인 상태에서 스마트팜 시설물(100) 내부온도를 목표 온도 20℃에서 22℃로 상향시키는데 필요한 필요 열량은 (A+B) kcal로 계산된다. 상기와 같은 방식으로, 손실 열량을 반영해 스마트팜 시설물(100) 내부온도를 목표 온도로 하기 위한 시간 구간별 필요 열량이 계산된다.
필요 열량이 계산되면, 제어부(500)는 가열 공기 공급부(200)가 시간 구간별 필요 열량을 발열하도록 하는데 필요한 시간 구간별 필요 전력량을 계산하고, 계산된 필요 전력량이 시간 구간별로 가열 공기 공급부(200)에 공급되도록 하는 전력 공급 제어 신호를 전력 공급부(400)로 제공한다.
예를 들어, 필요 열량이 (A+B) kcal로 계산된 경우, 가열 공기 공급부(200)가 필요 열량 (A+B) kcal를 발열하도록 하는데 필요한 필요 전력량 C kWh를 계산하고, 계산된 필요 전력량 C kWh가 가열 공기 공급부(200)에 공급되도록 하는 전력 공급 제어 신호를 전력 공급부(400)로 제공한다.
전력 공급 제어 신호에 따라 전력 공급부(400)는 필요 전력량 C kWh가 가열 공기 공급부(200)에 공급되도록 하고, 가열 공기 공급부(200)는 필요 열량 (A+B) kcal가 스마트팜 시설물(100) 내부로 공급되도록 발열한다.
필요 열량이 스마트팜 시설물(100) 내부로 공급되면, 일정 시간 후, 스마트팜 시설물(100) 내부온도는 현재 목표 온도(예: 20℃)에서 다음 목표 온도(예: 22℃)로 상향 조절된다.
스마트팜 시설물(100) 내부온도가 다음 목표 온도(예: 22℃)에 도달한 후, 필요 열량이 지속적으로 공급되면, 온도 관성에 의해 스마트팜 시설물(100) 내부온도는 목표 온도(예: 22℃)를 초과하게 되어, 스마트팜 시설물(100) 내부온도가 목표 온도(예: 22℃)로 일정하게 유지 관리되지 않게 된다.
이를 방지하기 위해, 제어부(500)는 가열 공기 공급부(200)가 공급하는 가열 공기에 의한 온도 관성에 의해 스마트팜 시설물(100)의 내부온도가 해당 시간 구간 대의 목표 온도를 기준으로 설정 범위를 벗어나지 않도록, 시간 구간별 필요 전력량 공급 후, 스마트팜 시설물(100)의 내부온도가 목표 온도가 되면, 해당 시간 구간 대의 필요 전력량이 가열 공기 공급부(200)로 일정 시간 공급된 후, 일정 시간 차단되는 과정이 반복되도록 하는 전력 공급 제어 신호를 전력 공급부(400)로 제공한다.
예를 들어, 스마트팜 시설물(100)의 내부온도를 20℃에서 목표 온도 22℃로 조절하기 위해 필요한 필요 전력량이 C kWh인 경우, 필요 전력량이 C kWh가 일정 시간 공급되면 스마트팜 시설물(100) 내부온도는 목표 온도 22℃가 되고, 목표 온도 22℃에 도달한 후, 필요 전력량 C kWh가 지속적으로 공급되면, 온도 관성에 의해 스마트팜 시설물(100) 내부온도는 목표 온도 22℃를 초과하게 된다. 따라서 스마트팜 시설물(100) 내부온도가 목표 온도 22℃가 되면, 필요 전력량 C kWh가 가열 공기 공급부(200)로 일정 시간 공급된 후, 일정 시간 차단되는 과정이 반복되도록 하여, 스마트팜 시설물(100) 내부온도가 목표 온도 22℃를 기준으로 하는 설정 범위 (예: (22±0.5)℃)를 벗어나지 않도록 일정하게 유지 관리한다.
또한, 작물은 주변 온도가 급격히 변화는 경우 스트레스를 받는데, 작물이 온도 변화 스트레스를 받지 않도록 스마트팜 시설물(100) 내부온도가 30분당 1℃ 이상 변화되지 않도록 관리해야 한다.
작물은 주변 온도가 30분당 1℃ 이상 변화되는 경우, 온도 변화 스트레스를 받아 생육에 지장을 초래한다는 연구 보고가 있다. 따라서 스마트팜 시설물(100) 내부온도가 30분당 1℃ 이상 변화되지 않도록 하는 온도 관리가 필요하다.
이를 위해, 상기 제어부(500)는 목표 온도를 현재 목표 온도에서 다음 목표 온도로 조절 시, 급격한 온도 변화로 작물이 온도 변화 스트레스를 받지 않도록, 스마트팜 시설물(100) 내부온도가 30분당 1℃ 이상 변하지 않도록 스마트팜 시설물(100) 내부온도를 조절하여 목표 온도가 현재 목표 온도에서 다음 목표 온도로 변하도록 한다.
구체적으로, 상기 제어부(500)는 스마트팜 시설물(100) 내부온도를 현재 목표 온도에서 다음 목표 온도로 조절 시, 현재 목표 온도와 다음 목표 온도의 온도 차 △T를 계산하고, 하기의 수학식 1을 통해 목표 온도 조절 시간을 산출하고, 산출된 목표 온도 조절 시간을 N개의 조절 시간 구간으로 나누고, N개의 조절 시간 구간별 필요 열량을 계산하고, 가열 공기 공급부(200)가 N개의 조절 시간 구간별 필요 열량을 발열하도록 하는데 필요한 N개의 조절 시간 구간별 필요 전력량을 계산하고, 계산된 N개의 조절 시간 구간별 필요 전력량이 N개의 조절 시간 구간별로 가열 공기 공급부(200)에 공급되도록 하는 전력 공급 제어 신호를 전력 공급부(400)로 제공한다.
수학식 1 : 목표 온도 조절 시간 = △T×30분
수학식 2 : 1 구간 조절 온도 = (현재 목표 온도 + (△T/N)),
n 구간 조절 온도 = (n-1) 구간 조절 온도 + (△T/N))
상기 N은 (△T의 정수) + 1 이상이고, 상기 n은 2~N인 것을 특징으로 한다.
도 3을 참조하여, 현재 목표 온도 20℃를 다음 목표 온도 22℃로 조절하는 예를 들어, 작물의 온도 변화 스트레스를 최소화하기 위한 제어부(500)의 제어 특징을 설명한다.
제어부(500)는 현재 목표 온도(20℃)와 다음 목표 온도(22℃)의 온도 차 △T를 계산한다. 도 3의 경우, △T는 2℃로 계산된다.
△T가 계산되면, 제어부(500)는 상기 수학식 1을 통해 목표 온도 조절 시간을 산출한다. 도 3의 경우, 목표 온도 조절 시간은 60분으로 계산된다.
목표 온도 조절 시간이 산출되면, 제어부(500)는 산출된 목표 온도 조절 시간을 N개의 조절 시간 구간으로 나눈다. 이때, N은 (△T의 정수) + 1 이상의 수로, 도 3의 경우, N은 3이 된다.
제어부(500)는 상기 수학식 2를 통해 N개의 조절 시간 구간별 구간 조절온도를 산출한다.
도 3의 경우, N은 3이어서, 상기 수학식 2를 통해 3개의 조절 시간 구간별 구간 조절온도가 산출되는데, 1구간 조절온도는 (20+(2/3))℃, 2구간 조절온도는 (20+(4/3))℃, 3구간 조절온도는 (20+(6/3))℃로 산출된다.
N개의 조절 시간 구간별 구간 조절온도가 산출되면, 제어부(500)는 N개의 조절 시간 구간별 필요 열량을 계산한다.
도 3의 경우, 스마트팜 시설물(100) 내부가 1구간 조절온도 (20+(2/3))℃가 되도록 하는데 필요한 1구간 필요 열량과 스마트팜 시설물(100) 내부가 2구간 조절온도 (20+(4/3))℃가 되도록 하는데 필요한 2구간 필요 열량과 스마트팜 시설물(100) 내부가 3구간 조절온도가 (20+(6/3))℃가 되도록 하는데 필요한 3구간 필요 열량을 계산한다.
각 구간 필요 열량 계산 시, 스마트팜 시설물(100)의 내부온도 정보와 외부 온도 정보를 이용해 계산된 외부로의 손실 열량이 반영된 각 구간 필요 열량을 계산한다. 손실 열량을 반영해 필요 열량을 계산하는 특징에 대해서는 상술한바, 구체적 설명은 생략한다.
N개의 조절 시간 구간별 필요 열량이 계산되면, 제어부(500)는 가열 공기 공급부(200)가 N개의 조절 시간 구간별 필요 열량을 발열하도록 하는데 필요한 N개의 조절 시간 구간별 필요 전력량을 계산하고, 계산된 N개의 조절 시간 구간별 필요 전력량이 N개의 조절 시간 구간별로 가열 공기 공급부(200)에 공급되도록 하는 전력 공급 제어 신호를 전력 공급부(400)로 제공한다.
N개의 조절 시간 구간별로 가열 공기 공급부(200)에 공급되도록 하는 전력 공급 제어 신호에 따라 전력 공급부(400)는 순차적으로 N개의 조절 시간 구간별 필요 전력량을 가열 공기 공급부(200)에 공급하게 된다.
이로 인해, 현재 목표 온도 20℃를 다음 목표 온도 22℃로 조절하는 도 3의 경우, 스마트팜 시설물(100)의 내부온도는 30분당 1℃ 이상 변화되지 않아, 작물의 온도 변화 스트레스가 최소화된다.
이하에서는 스마트팜 시설물(100) 내부온도를 현재 목표 온도에서 다음 목표 온도로 상향 조절하는 시점에 대해 설명한다.
상기 제어부(500)는 현재 목표 온도 구간과 다음 목표 온도 구간의 경계 시간에서 (목표 온도 조절 시간/2)을 뺀 시간부터 스마트팜 시설물(100) 내부온도를 현재 목표 온도에서 다음 목표 온도로 조절하는 제어를 시작하는 것을 특징으로 한다.
도 4를 참조하면, 시간 구간별 목표 온도 정보에 의해, 18시부터 20시까지 목표 온도 20℃, 20시부터 22시까지 목표 온도 22℃라면, 제어부(500)는 현재 목표 온도 구간(18시부터 20시)과 다음 목표 온도 구간(20시부터 22시)의 경계 시간인 20시에서 (목표 온도 조절 시간 60분/2)을 뺀 시간인 19시 30분부터 스마트팜 시설물(100) 내부온도를 현재 목표 온도(20℃)에서 다음 목표 온도(22℃)로 조절하는 제어를 시작하는 것이다.
19시 30분부터 시작되는 제어부(500)의 제어는 상술한 온도 제어 특징인 스마트팜 시설물(100) 내부온도를 목표 온도로 하기 위한, 시간 구간별 필요 열량 계산, 시간 구간별 필요 전력량 계산, 시간 구간별로 해당 구간의 필요 전력량이 가열 공기 공급부(200)로 공급되도록 하는 전력 공급 제어 신호의 제공인 것을 특징으로 한다.
이상에서 본 발명의 기술 사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니며, 본 발명의 권리 범위는 실시예에 국한되지 않고, 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술 사상 범주 내에서 변형한 것까지 포함함은 자명하다 할 것이다.
10 : 작물의 온도 변화 스트레스를 최소화하는 스마트팜 온도 제어 시스템
100 : 스마트팜 시설물
200 : 가열 공기 공급부
300 : 환경 정보 수집부
400 : 전력 공급부
500 : 제어부

Claims (10)

  1. 작물의 온도 변화 스트레스를 최소화하는 스마트팜 온도 제어 시스템에 있어서,
    작물이 재배되는 내부 공간이 형성된 스마트팜 시설물(100)과;
    공급된 전력을 이용해 발열하여, 스마트팜 시설물(100)의 내부 공간으로 가열된 공기가 공급되도록, 스마트팜 시설물(100)의 내부 공간에 설치되는 가열 공기 공급부(200)와;
    스마트팜 시설물(100) 내/외부의 환경 정보를 수집하여 제어부(500)로 제공하는 환경 정보 수집부(300)와;
    제어부(500)가 제공하는 전력 공급 제어 신호에 따라 필요 전력량이 가열 공기 공급부(200)로 공급되도록 하는 전력 공급부(400)와;
    사용자가 설정 입력한 시간 구간별 목표 온도 정보와 환경 정보 수집부(300)가 제공하는 스마트팜 시설물(100) 내/외부의 환경 정보를 이용해, 스마트팜 시설물(100) 내부온도가 시간 구간별 목표 온도로 관리되도록, 전력 공급부(400)로 전력 공급 제어 신호를 제공하는 제어부(500)를 포함하되,

    상기 제어부(500)는,
    목표 온도를 현재 목표 온도에서 다음 목표 온도로 조절 시, 급격한 온도 변화로 작물이 온도 변화 스트레스를 받지 않도록, 스마트팜 시설물(100) 내부온도가 30분당 1℃ 이상 변하지 않도록 스마트팜 시설물(100) 내부온도를 조절하여 목표 온도가 현재 목표 온도에서 다음 목표 온도로 변하도록 제어하되,
    스마트팜 시설물(100) 내부온도를 현재 목표 온도에서 다음 목표 온도로 조절 시, 현재 목표 온도와 다음 목표 온도의 온도 차 △T를 계산하고, 하기의 수학식 1을 통해 목표 온도 조절 시간을 산출하고, 산출된 목표 온도 조절 시간을 N개의 조절 시간 구간으로 나누고, N개의 조절 시간 구간별 필요 열량을 계산하고, 가열 공기 공급부(200)가 N개의 조절 시간 구간별 필요 열량을 발열하도록 하는데 필요한 N개의 조절 시간 구간별 필요 전력량을 계산하고, 계산된 N개의 조절 시간 구간별 필요 전력량이 N개의 조절 시간 구간별로 가열 공기 공급부(200)에 공급되도록 하는 전력 공급 제어 신호를 전력 공급부(400)로 제공하는 것을 특징으로 하고,

    수학식 1 : 목표 온도 조절 시간 = △T×30분
    수학식 2 : 1 구간 조절 온도 = (현재 목표 온도 + (△T/N)),
    n 구간 조절 온도 = (n-1) 구간 조절 온도 + (△T/N))
    상기 N은 (△T의 정수) + 1 이상이고, 상기 n은 2~N인 것을 특징으로 하는 작물의 온도 변화 스트레스를 최소화하는 스마트팜 온도 제어 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 가열 공기 공급부(200)는,
    공급된 전력을 이용해 발열하는 탄소 발열선(210)이 내부에 배치되고, 표면에는 다수의 공기 배출공(220)이 형성된 배관인 것을 특징으로 하는 작물의 온도 변화 스트레스를 최소화하는 스마트팜 온도 제어 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 환경 정보 수집부(300)는,
    스마트팜 시설물(100) 내부의 온도를 감지하고, 감지한 온도 정보를 제어부(500)로 제공하는 제1 온도 센서(310)와,
    스마트팜 시설물(100) 외부의 온도를 감지하고, 감지한 온도 정보를 제어부(500)로 제공하는 제2 온도 센서(320)를 포함하는 것을 특징으로 하는 작물의 온도 변화 스트레스를 최소화하는 스마트팜 온도 제어 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부(500)는,
    사용자가 설정 입력한 시간 구간별 목표 온도 정보와 환경 정보 수집부(300)가 제공하는 스마트팜 시설물(100) 내외부의 환경 정보인 스마트팜 시설물(100) 내/외부 온도 정보를 이용해, 스마트팜 시설물(100) 내부가 시간 구간별 목표 온도가 되도록 하는 시간 구간별 필요 열량을 계산하고, 가열 공기 공급부(200)가 시간 구간별 필요 열량을 발열하도록 하는데 필요한 시간 구간별 필요 전력량을 계산하고, 계산된 시간 구간별 필요 전력량이 시간 구간별로 가열 공기 공급부(200)에 공급되도록 하는 전력 공급 제어 신호를 전력 공급부(400)로 제공하는 것을 특징으로 하는 작물의 온도 변화 스트레스를 최소화하는 스마트팜 온도 제어 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제어부(500)는 시간 구간별 필요 열량 계산 시,
    스마트팜 시설물(100)의 내부온도 정보와 외부 온도 정보를 이용해 외부로의 손실 열량을 계산하고, 손실 열량을 반영하여 시간 구간별 필요 열량을 계산하는 것을 특징으로 하는 작물의 온도 변화 스트레스를 최소화하는 스마트팜 온도 제어 시스템.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 제어부(500)는,
    가열 공기 공급부(200)가 공급하는 가열 공기에 의한 온도 관성에 의해 스마트팜 시설물(100)의 내부온도가 해당 시간 구간 대의 목표 온도를 기준으로 설정 범위를 벗어나지 않도록, 시간 구간별 필요 전력량 공급 후, 스마트팜 시설물(100)의 내부온도가 목표 온도가 되면, 해당 시간 구간 대의 필요 전력량이 가열 공기 공급부(200)로 일정 시간 공급된 후, 일정 시간 차단되는 과정이 반복되도록 하는 전력 공급 제어 신호를 전력 공급부(400)로 제공하는 것을 특징으로 하는 작물의 온도 변화 스트레스를 최소화하는 스마트팜 온도 제어 시스템.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부(500)는 N개의 조절 시간 구간별 필요 열량 계산 시,
    스마트팜 시설물(100)의 내부온도 정보와 외부 온도 정보를 이용해 계산된 외부로의 손실 열량을 계산하고, 손실 열량을 반영하여 N개의 조절 시간 구간별 필요 열량을 계산하는 것을 특징으로 하는 작물의 온도 변화 스트레스를 최소화하는 스마트팜 온도 제어 시스템.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부(500)는,
    현재 목표 온도 구간과 다음 목표 온도 구간의 경계 시간에서 (목표 온도 조절 시간/2)을 뺀 시간부터 스마트팜 시설물(100) 내부온도를 현재 목표 온도에서 다음 목표 온도로 조절하는 제어를 시작하는 것을 특징으로 하는 작물의 온도 변화 스트레스를 최소화하는 스마트팜 온도 제어 시스템.
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