KR102511764B1 - 소형 수경재배 시스템의 급액 관리 장치 및 그 방법 - Google Patents

소형 수경재배 시스템의 급액 관리 장치 및 그 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102511764B1
KR102511764B1 KR1020200127298A KR20200127298A KR102511764B1 KR 102511764 B1 KR102511764 B1 KR 102511764B1 KR 1020200127298 A KR1020200127298 A KR 1020200127298A KR 20200127298 A KR20200127298 A KR 20200127298A KR 102511764 B1 KR102511764 B1 KR 102511764B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
nutrient
nutrient solution
concentration
individual
nutrients
Prior art date
Application number
KR1020200127298A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20220043648A (ko
Inventor
이주영
안태인
양중석
정제형
박수현
이택성
김형석
진창호
김상민
Original Assignee
한국과학기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국과학기술연구원 filed Critical 한국과학기술연구원
Priority to KR1020200127298A priority Critical patent/KR102511764B1/ko
Publication of KR20220043648A publication Critical patent/KR20220043648A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102511764B1 publication Critical patent/KR102511764B1/ko

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G31/00—Soilless cultivation, e.g. hydroponics
    • A01G31/02—Special apparatus therefor
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01C—PLANTING; SOWING; FERTILISING
    • A01C23/00—Distributing devices specially adapted for liquid manure or other fertilising liquid, including ammonia, e.g. transport tanks or sprinkling wagons
    • A01C23/007—Metering or regulating systems
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G27/00—Self-acting watering devices, e.g. for flower-pots
    • A01G27/003—Controls for self-acting watering devices
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G27/00—Self-acting watering devices, e.g. for flower-pots
    • A01G27/008—Component parts, e.g. dispensing fittings, level indicators
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
    • G06F17/10—Complex mathematical operations
    • G06F17/11—Complex mathematical operations for solving equations, e.g. nonlinear equations, general mathematical optimization problems
    • G06F17/13—Differential equations
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P60/00—Technologies relating to agriculture, livestock or agroalimentary industries
    • Y02P60/20—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions in agriculture, e.g. CO2
    • Y02P60/21—Dinitrogen oxide [N2O], e.g. using aquaponics, hydroponics or efficiency measures

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Environmental Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Databases & Information Systems (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • Operations Research (AREA)
  • Soil Sciences (AREA)
  • Hydroponics (AREA)

Abstract

본 발명은 소형 수경재배 시스템의 급액 관리 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 소형 수경재배 시스템의 급액 관리 장치는, 수경재배 시스템의 양액 탱크로의 개별양분 공급정도, 및 작물의 개별양분 흡수정도에 따른 개별 양분의 농도 변화의 관계를 나타낸 농도변화 모델을 저장하는 메모리부; 상기 농도변화 모델을 기초로 소정 시간동안의 상기 개별 양분의 농도 변화정도를 추정하는 농도변화 추정부; 추정된 상기 개별 양분의 농도 변화정도와 이전 분석 시점의 개별 양분의 농도를 기초로 해당 분석 시점의 양액 내 전체 양분에 대한 개별 양분의 당량비율을 산출하는 양분비율 산출부; 상기 양액 탱크 내 양액의 전기전도도를 센싱하는 EC센서; 및 센싱된 상기 양액의 전기전도도와 상기 개별 양분의 당량비율을 기초로 상기 해당 분석 시점의 양액 내 상기 개별 양분의 농도를 산출하는 농도 산출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이와 같이, 양액 내 개별 양분의 농도변화를 예측하여 양액 내 특정 성분이 과잉 또는 결핍되지 않도록 각 개별 양분 간 비율 균형을 관리함으로써 작물 생육에 최적화된 양액 공급이 이루어지도록 가이드해 줄 수 있다.

Description

소형 수경재배 시스템의 급액 관리 장치 및 그 방법{MANAGING APPARATUS FOR SUPPLYING NUTRIENT SOLUTION OF SMALL HYDROPONICS SYSTEM, AND METHOD THEREOF}
본 발명은 급액 관리 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 소형 수경재배 시스템에서 각 양액 성분 간의 균형을 고려하여 작물 생육에 최적화된 양액 공급이 이루어질 수 있도록 관리하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
건강에 대한 관심이 증대되고 웰빙-로하스 트렌드가 확산되면서 가정에서 채소와 화초를 직접 재배할 수 있는 가정용 수경재배 장치에 대한 수요가 늘어나고 있다.
수경재배는 작물을 토양 없이 양액에서 키우는 방식으로서 가정에서도 손쉽게 재배가 가능하다는 장점이 있다. 이러한 수경재배를 통한 작물 재배시에는 환경에 따라 작물의 양분 흡수농도가 동적으로 변화되는 것에 대응하여, 시간이 경과함에 따라 작물 근권부의 양분 농도에도 변동이 나타나게 된다. 수경재배는 토경재배에 비하여 완충용량이 작기 때문에 근권부에서 나타나는 양분 농도의 변동은 각 양분 간의 불균형을 야기할 수 있으며, 이는 곧 작물의 생육에 유의적인 영향을 미치게 된다. 따라서, 각 양분 간의 불균형이 발생하지 않도록 각 양분의 비율을 적극적으로 관리해줄 필요가 있다.
가정용 소형 수경재배 시스템은 상업농 고형 배지경 시스템과는 달리 장치의 소형화, 단순화를 위하여 근권부와 양액이 단일 탱크에 공존하거나 2개 탱크 간의 단순 순환구조로 구성된 경우가 대부분이다. 종래 소형 수경재배 시스템의 양액 관리는 양액 탱크의 수위, 또는 미리 정해진 사용기간이 도래한 경우 정해진 양에 따라 농축양액을 보충하는 방식으로 이루어지고 있다.
위와 같은 종래 방식은 작물 재배의 비전문가도 쉽게 관리할 수 있다는 장점은 있으나 근권부의 양분이나 식물 영양 관점에서 적절한 관리를 제공하지 못한다는 문제가 있다. 또한, 작물에 실질적으로 필요한 양을 고려하지 않고 수위나 사용기간과 같은 일률적인 기준에 의하기 때문에 정량보다 과도하거나 부족한 물 공급 및 양액 교체가 이루어질 수 있어 작물 생산량이나 생육이 크게 저하될 우려가 있다.
이에, 근권부의 양분 변동에 따른 각 양분의 균형을 적절하게 관리할 수 있으면서도 비전문가도 양분 관리를 용이하게 수행할 수 있는 방법이 필요한 실정이다.
한국등록특허 제10-0404389 (2003.10.23)
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 가정용 소규모 수경재배 시스템에서 각 양액 성분 간의 균형을 고려하여 작물 생육에 최적화된 양액 공급이 이루어질 수 있도록 가이드 정보를 제공하는 장치 및 방법을 제공하는 것에 목적이 있다.
상기한 목적은 본 발명의 일 양태에 따른 소형 수경재배 시스템의 급액 관리 장치에 있어서, 수경재배 시스템의 양액 탱크로의 개별양분 공급정도, 및 작물의 개별양분 흡수정도에 따른 개별 양분의 농도 변화의 관계를 나타낸 농도변화 모델을 저장하는 메모리부; 상기 농도변화 모델을 기초로 소정 시간동안의 상기 개별 양분의 농도 변화정도를 추정하는 농도변화 추정부; 추정된 상기 개별 양분의 농도 변화정도와 이전 분석 시점의 개별 양분의 농도를 기초로 해당 분석 시점의 양액 내 전체 양분에 대한 개별 양분의 당량비율을 산출하는 양분비율 산출부; 상기 양액 탱크 내 양액의 전기전도도를 센싱하는 EC센서; 및 센싱된 상기 양액의 전기전도도와 상기 개별 양분의 당량비율을 기초로 상기 해당 분석 시점의 양액 내 상기 개별 양분의 농도를 산출하는 농도 산출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 소형 수경재배 시스템의 급액 관리 장치에 의하여 달성될 수 있다.
이때, 상기 농도변화 모델은, 다음과 같은 미분 방정식 형태를 취할 수 있다.
Figure 112020104179424-pat00001
여기서, Vsub는 양액 탱크 내 양액 부피, CI sub는 양액 탱크 내 양분 I의 당량농도, Qin은 양액 탱크로 투입되는 보충 양액 공급 유량, CI stk는 양액 탱크로 투입되는 보충 양액 내 양분 I의 당량농도, ARSA는 작물의 뿌리 표면적, VI max는 양분 I의 최대 흡수 속도, KI m은 VI max의 1/2 지점에서의 근권부 양분 I의 당량농도, CI min은 양분 I의 흡수가 발생하지 않는 최저 한계 당량농도를 의미한다.
또한, 상기 농도변화 모델을 기초로 진행 곡선 분석(Progress curve analysis)을 수행하여 상기 농도변화 모델에서 상기 작물의 양분 흡수정도에 영향을 주는 파라미터 값을 추정하는 파라미터 추정부를 더 포함하며, 상기 농도변화 추정부는, 추정된 상기 파라미터 값을 상기 농도변화 모델에 반영하여 상기 개별 양분의 농도 변화정도를 추정할 수 있다.
이때, 상기 파라미터 추정부를 통하여 추정되는 상기 파라미터는 작물의 뿌리 표면적이며, 상기 파라미터 추정부는, 상기 농도 산출부를 통하여 산출된 상기 개별 양분의 농도를 기초로 양액의 추정 전기전도도를 산출하고, 상기 EC센서를 통하여 센싱된 양액의 전기전도도와 상기 추정 전기전도도의 편차를 최소화하는 상기 작물의 뿌리 표면적 값을 추정할 수 있다.
한편, 상기 농도 산출부는, 센싱된 상기 양액의 전기전도도를 기초로 양액 내 전체 양분의 당량 농도를 산출하고, 상기 전체 양분의 당량 농도에 상기 개별 양분의 당량 비율을 곱하여 상기 해당 분석 시점의 상기 개별 양분의 당량 농도를 산출할 수 있다.
그리고, 상기 해당 분석 시점의 상기 개별 양분의 농도를 기초로 상기 수경재배 시스템에 공급할 양액에 관한 가이드 정보를 제공하는 가이드 제공부를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 메모리부는, 개별 양분 간의 상대적 기준 당량비에 관한 정보를 더 저장하고, 상기 가이드 제공부는, 상기 개별 양분의 농도를 기초로 산출된 개별 양분 간의 상대적 당량비와 저장된 상기 개별 양분 간의 상대적 기준 당량비를 비교한 결과를 기초로 상기 가이드 정보를 제공할 수 있다.
뿐만 아니라, 상기한 목적은 본 발명의 또 다른 양태에 따른 소형 수경재배 시스템의 급액 관리 방법에 있어서, 수경재배 시스템의 양액 탱크에 대한 개별양분 공급정도, 및 작물의 개별양분 흡수정도에 따른 개별 양분의 농도 변화의 관계를 나타낸 농도변화 모델을 저장하는 단계; EC 센서를 통하여 상기 양액 탱크 내 양액의 전기전도도를 센싱하는 단계; 상기 농도변화 모델을 기초로 소정 시간동안의 상기 개별 양분의 농도 변화정도를 추정하는 단계; 추정된 상기 개별 양분의 농도 변화정도와 이전 분석 시점의 개별 양분의 농도를 기초로 해당 분석 시점의 전체 양분에 대한 개별 양분의 당량비율을 산출하는 단계; 센싱된 상기 양액의 전기전도도와 상기 개별 양분의 당량비율을 기초로 상기 해당 분석 시점의 양액 내 상기 개별 양분의 농도를 산출하는 단계; 및 상기 개별 양분의 농도를 기초로 상기 수경재배 시스템에 공급할 양액에 관한 가이드 정보를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 소형 수경재배 시스템의 급액 관리 방법에 의해서도 달성될 수 있다.
이상에서 설명된 바와 같이, 본 발명에 따르면, 전기전도도(EC), 양액 부피 데이터를 기초로 개별 양분의 농도변화를 예측하여 양액 내 특정 성분이 과잉 또는 결핍되지 않도록 각 개별 양분 간 비율 균형을 관리함으로써 작물 생육에 최적화된 양액 공급이 이루어지도록 가이드해 줄 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 소형 수경재배 시스템의 급액 관리 장치의 구성을 나타낸 블록도;
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 급액 관리 장치에 의한 분석 결과가 표시되는 화면의 일 예; 및
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 소형 수경재배 시스템의 급액 관리 방법을 나타낸 흐름도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예들에 대하여 설명하기로 한다. 다만 하기의 설명 및 첨부된 도면에서 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 공지 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도면 전체에 걸쳐 동일한 구성 요소들은 가능한 한 동일한 도면 부호로 나타내고 있음에 유의하여야 한다.
본 명세서에서 기재하는 소형 수경재배 시스템은 상업용 고형 배지경과는 달리 주로 가정용으로 활용되는 소형 시스템으로서 그 예시로서 작물의 근권부와 양액이 단일 탱크에 공존하는 구조, 또는 2개 탱크 간 단순 순환구조를 가지는 시스템을 들 수 있다.
본 발명에 따른 소형 수경재배 시스템의 급액 관리 장치는 양액 내 각 이온 성분에 해당되는 양분 간의 비율 균형을 고려하여 양액 공급에 관한 가이드 정보를 제공한다. 참고로 양액 내 양분의 예시로서, 양이온에 대항하는 K, Ca, Mg, NH4와 음이온에 해당하는 NO3, SO4, H2PO4를 들 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 소형 수경재배 시스템의 급액 관리 장치(이하, '급액 관리 장치')의 구성을 나타낸 블록도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 급액 관리 장치(100)는 센서모듈(10), 메모리부(20), 사용자 입력부(30), 디스플레이부(40), 및 프로세서(50)를 포함한다.
센서모듈(10)은 양분 간의 비율 균형을 고려한 양액 공급에 관한 가이드 정보를 생성하기 위하여 필요한 각종 데이터를 센싱하기 위한 복수의 센서를 포함한다. 센서모듈(10)은 양액 탱크 내 양액의 전기전도도(electrical conductivity, EC)를 센싱하는 EC센서(11), 양액 탱크 내 수위를 측정하는 수위센서(13), 보충 양액 공급 유량을 센싱하기 위한 유량센서(15)를 포함할 수 있다. 여기서, 보충 양액은 양액 탱크 내부에 있는 양액을 보충하기 위하여 양액 탱크로 새롭게 추가 투입되는 양액을 의미한다. 위 센서(11,13,15)들은 공지된 방식의 센서들을 적용할 수 있으며, 특정 방식에 한정되지 않는다.
수위센서(13)의 센싱값은 양액 탱크 내의 양액 부피를 산출하는데 활용되는 것인데, 양액 부피는 양액의 중량을 기초로 산출될 수도 있으므로 수위센서(13)는 중량센서로 대체될 수도 있다.
메모리부(20)는 RAM, ROM, EEPROM, 플래시 메모리 등의 메모리 소자로 구현되어, 급액 관리 장치(100)의 다양한 운영체제(OS), 미들웨어, 플랫폼, 및 각종 어플리케이션을 저장할 수 있으며, 프로그램 코드, 양액 공급에 관한 가이드 정보를 생성하기 위하여 분석에 필요한 각종 데이터를 저장할 수 있다.
예컨대, 메모리부(20)는 소정 시간동안 양액 탱크 내 개별 양분의 농도가 어느 정도 변화했는지 추정하기 위한 농도변화 모델, 위 농도변화 모델의 미리 결정된 파라미터 값, 센서모듈(10)을 통하여 센싱된 각종 센싱 값, 급액 관리 장치(100)를 통하여 과거에 분석된 개별 양분의 비율과 개별 양분의 농도 등 각종 분석 결과 값들을 포함하는 분석 히스토리 정보, 개별 양분 간의 상대적 기준 당량비에 관한 정보를 포함하여 사용자에게 권장되는 양액 공급 가이드를 생성하는 과정에서 필요한 판단 기준 정보 등을 저장할 수 있다.
여기서, 농도변화 모델은 소정 단위 시간 동안 수경재배 시스템의 양액 탱크로 개별 양분이 공급되는 정도, 및 소정의 단위 시간 동안 작물이 개별 양분을 흡수하는 정도에 따른 양액 탱크 내 개별 양분의 농도 변화의 관계를 나타낸 모델로서, 다음과 같이 미분 방정식 형태를 취할 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112020104179424-pat00002
여기서, Vsub(L)는 양액 탱크 내 양액 부피, CI sub(eq/L)는 양액 탱크 내 양분 I의 당량농도, Qin(L/min)은 단위 시간당 양액 탱크로 투입되는 보충 양액 공급 유량, CI stk(eq/L)는 양액 탱크로 투입되는 보충 양액 내 양분 I의 당량농도, ARSA(m2)는 작물의 뿌리 표면적, VI max(eq/m2/min)는 양분 I의 최대 흡수 속도, KI m은 VI max의 1/2 지점에서의 근권부 양분 I의 당량농도, CI min(eq/L)은 양분 I의 흡수가 발생하지 않는 최저 한계 당량농도를 의미한다. 참고로, 위에서는 Qin, VI max의 단위 시간이 분(min)인 것을 예로 들었으나, 분 외에도 시(hour), 초(sec) 등 다양한 단위가 적용될 수 있다.
사용자 입력부(30)는 데이터 분석 및 처리를 통하여 양액 공급에 관한 가이드 정보를 생성하는 과정에서 사용자로부터 각종 데이터를 입력받기 위한 장치로, 키보드, 마우스, 버튼 등의 다양한 입력장치로 구현될 수 있다.
사용자 입력부(30)는 작물의 종류, 사용자가 양액 탱크에 처음 공급한 양액에 포함되는 개별 양분의 초기 농도에 관한 정보, 양액 탱크로 투입되는 보충 양액의 각 개별 양분의 농도, 사용자가 양액 제조시 활용하는 비료염 정보 등을 입력받을 수 있다. 개별 양분의 농도에 관한 정보 입력시, 사용자는 각 개별 양분의 농도 정보를 직접 입력할 수도 있으나, 사용자가 공급한 비료염의 종류와 양, 물의 양을 입력하면 메모리부(20)에 저장된 비료염의 화학식을 기초로 각 개별 양분의 농도를 산출하도록 구현될 수도 있다.
디스플레이부(40)는 영상, 그래픽, 텍스트 등을 포함한 각종 정보를 화면에 표시하기 위한 것으로, 액정 디스플레이(LCD) 패널, 발광 다이오드(LED) 패널, 유기 발광 다이오드(OLED) 패널 등으로 구현될 수 있다. 또한, 터치 스크린 등과 같이 사용자 입력부(30)와 디스플레이부(40)가 통합되어 하나의 디바이스로 구현될 수도 있다. 디스플레이부(40)는 수경재배 시스템의 양액 공급에 관한 가이드 정보를 생성하는 과정에서 사용자로부터 각 분석에 필요한 데이터를 입력받기 위한 메뉴, 산출된 분석 결과 등을 표시한다.
프로세서(50)는 센서모듈(10)을 통하여 센싱된 센싱 값, 메모리부(20)에 저장된 데이터, 사용자 입력부(30)를 통하여 입력된 입력 데이터, 및 저장된 내부 프로그램에 의하여 급액 관리 장치(100)의 전반적인 동작을 제어한다. 프로세서(50)는 센서모듈(10)을 통하여 센싱된 전기전도도, 보충 양액 투입 유량, 양액 탱크 내 양액 부피 값, 및 메모리부(20)에 저장된 농도변화 모델을 기초로 소정 시간동안의 개별 양분의 농도 변화와 해당 분석 시점의 양액 내 복수 양분에 대한 개별 양분의 당량비율을 추정하여 각 개별 양분 간의 균형을 고려한 양액 공급 가이드 정보를 생성하여 제공한다.
도 1을 참조하면, 프로세서(50)는 농도변화 추정부(51), 양분비율 산출부(53), 농도 산출부(55), 파라미터 추정부(57) 및 가이드 제공부(59)를 포함한다
농도변화 추정부(51)는 농도변화 모델을 기초로 소정 시간동안의 각 개별 양분의 농도 변화정도를 추정한다. 농도변화 모델을 구성하는 파라미터 값들은 메모리부(20)에 미리 저장된 값 또는 사용자 입력부(30)를 통하여 입력된 값, 센서모듈(10)로부터 센싱된 값을 이용하여 산출된 값을 적용할 수 있다.
여기서, 양액 탱크 내 양액 부피인 Vsub은 센서모듈(10)의 수위센서(13)로 센싱된 양액 탱크 내 수위 값과 메모리부(20)에 저장된 양액 탱크의 밑면의 반지름 또는 가로/세로 길이 등의 사이즈 정보를 기초로 산출될 수 있다. 또한, 양액 탱크로 투입되는 보충 양액 공급 유량인 Qin은 유량센서(15)의 센싱 값을 기초로 구할 수 있다. 양액 탱크 내 양분 I의 당량농도인 CI sub는 초기 농도 값은 사용자 입력부(30)를 통하여 입력된 입력 값을 기초로 적용할 수 있으며, 그 이후부터는 메모리부(20)에 저장된 산출 히스토리 정보를 기초로 이전에 분석된 산출 값을 적용할 수 있다. 보충 양액 내 양분 I의 당량농도 CI stk 는 사용자 입력부(30)를 통하여 입력된 정보를 활용할 수 있다. 참고로, 사용자가 양액 내 각 개별 양분의 농도 정보를 직접 입력할 때에는 사용자는 eq/L 단위의 당량 농도를 바로 입력할 수도 있으나, 사용자가 몰(mol) 단위로 각 개별 양분의 농도 정보를 입력하면 입력된 농도를 당량 농도로 변환할 수도 있으며, 사용자가 농도 수치를 입력하지 않고 사용자가 양액의 제조시 공급한 비료염의 종류와 양, 물의 양을 입력하면 메모리부(20)에 저장된 비료염의 화학식을 기초로 각 개별 양분의 농도를 산출할 수도 있다.
또한, 양분 I의 최대 흡수 속도인 VI max, VI max의 1/2 지점에서의 근권부 양분 I의 당량농도에 해당하는 KI m, 양분 I의 흡수가 발생하지 않는 최저 한계 당량농도인 CI min 값은 실험적, 통계적으로 결정된 값으로 메모리부(20)에 미리 저장된 파라미터 값을 적용할 수 있다. 한편, 작물의 뿌리 표면적에 해당하는 파라미터인 ARSA의 값은 미리 추정되어 메모리부(20)에 저장된 값을 활용할 수 있다.
농도변화 추정부(51)는 농도변화 모델을 통하여 산출된 dCI sub/dt를 수치적분하여 소정의 시간 t 동안의 CI sub의 변화량을 산출한다. 농도변화 추정부(51)는 양액 내 포함된 개별 양분 I, 예컨대, 필수 다량이온에 해당하는 K, Ca, Mg, NH4, NO3, SO4, H2PO4의 농도 변화량을 각각 추정할 수 있다.
양분비율 산출부(53)는 농도변화 추정부(51)를 통하여 추정된 개별 양분의 당량농도 변화량과 이전 분석 시점의 개별 양분의 농도를 기초로 해당 분석 시점의 전체 양분에 대한 개별 양분의 당량비율을 산출한다. 여기서, 이전 분석 시점의 개별 양분의 농도는 메모리부(20)에 저장된 분석 히스토리 정보를 활용할 수 있으며, 처음 산출할 때에는 사용자 입력부(30)를 통하여 입력된 처음 공급한 양액에 포함되는 개별 양분의 초기 농도에 관한 정보를 활용할 수 있다.
양분비율 산출부(53)는 다음과 같은 수식을 통하여 해당 분석 시점에서의 각 양분별 당량비율을 산출할 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112020104179424-pat00003
여기서, PI sub(T2)는 해당 분석 시점인 T2에서의 양액 내 복수의 양분에 대한 개별 양분 I의 당량 비율이고, CI sub(T1)은 이전 분석 시점인 T1에서의 개별 양분 I의 당량 농도(eq/L), DI sub은 농도변화 추정부(51)를 통하여 추정된 T2-T1 시간 동안의 개별 양분 I의 당량 농도 변화량(eq/L)을 의미한다. k는 양액에 포함되는 양분의 종류로, K, Ca, Mg, NH4, NO3, SO4, H2PO4 등이 될 수 있다.
농도 산출부(55)는 센서모듈(10)의 EC센서(11)를 통하여 센싱된 양액 탱크 내 양액의 전기전도도 값을 기초로 양액 내 전체 양분의 당량 농도를 산출하고, 이 값과 양분비율 산출부(53)를 통하여 산출된 각 개별 양분의 당량 농도 비율을 기초로 해당 분석 시점의 각 개별 양분의 당량 농도를 산출한다.
농도 산출부(55)는 아래와 같은 수학식 3의 관계를 이용하여 센싱된 양액 탱크 내 양액의 전기전도도 값을 기초로 양액 내 전체 양분의 당량 농도를 산출할 수 있다.
[수학식 3]
Figure 112020104179424-pat00004
위 수식에서, CEC는 센싱된 양액 탱크 내 양액의 전기전도도 값이고, CI sub는 양액 탱크 내 개별 양분 I의 당량농도, Kconv는 당량 농도를 전기전도도로 변환시키기 위한 미리 결정된 변환계수로서 메모리부(20)에 저장된 값이다.
위 수식에 의할 때, 센싱된 전기전도도 값 CEC에 변환계수 Kconv를 곱하면 양액 내 포함된 양분인 각 K, Ca, Mg, NH4, NO3, SO4, H2PO4의 당량농도 값을 모두 더한 값에 해당하는 양액 내 전체 양분의 당량 농도, 즉,
Figure 112020104179424-pat00005
이 계산된다.
이와 같이, 전체 양분의 당량 농도가 계산된 후, 이 값에 양분비율 산출부(53)를 통하여 계산된 개별 양분의 당량비율을 곱하면 해당 분석 시점에서의 각 개별 양분의 당량 농도가 산출될 수 있다.
한편, 파라미터 추정부(57)는 작물의 뿌리 표면적 ARSA(m2)값을 추정하기 위한 것으로, 메모리부(20)에 저장된 농도변화 모델을 기초로 진행 곡선 분석(Progress curve analysis)을 수행하여 농도변화 모델에서 작물의 양분 흡수 정도에 영향을 주는 파라미터에 해당하는 ARSA 값을 추정한다.
여기서, 진행 곡선 분석 방법은 모델의 파라미터 값을 추정할 때 활용하는 공지된 방법으로서, 논문(Golicnik, M. (2011). Exact and approximate solutions for the decades-old Michaelis-Menten equation: progress-curve analysis through integrated rate equations. Biochemistry and Molecular Biology Education, 39(2), 117-125. doi:10.1002/bmb.20479) 등에 관련 내용이 개시되어 있다.
파라미터 추정부(57)는 수학식 1로 표현되는 농도변화 모델에서 작물의 뿌리 표면적인 ARSA의 값을 임의로 변화시켜가면서 농도 산출부(55)를 통하여 산출된 개별 양분의 농도를 기초로 양액의 추정 전기전도도 값을 산출하고, EC센서(11)를 통하여 센싱된 양액의 실제 전기전도도와 추정 전기전도도의 편차가 최소화되는 값으로 작물의 뿌리 표면적 값을 추정한다. 여기서, 양액의 추정 전기전도도 값이란, 농도변화 모델을 기반으로 계산된 전기전도도 값을 의미한다.
따라서, 양액의 추정 전기전도도 값은 농도변화 추정부(51), 양분비율 산출부(53), 농도 산출부(55)에 의한 순차적인 프로세싱을 통하여 산출된 각 개별 양분의 농도 값들과 수학식 3의 관계를 기초로 계산될 수 있다. 이와 같이 ARSA 값의 추정시, 농도변화 모델 중 CI sub 파라미터 값은 사용자 입력부(30)를 통하여 입력된 개별 양분의 초기 농도 값을 적용할 수 있다.
작물의 뿌리 표면적은 짧은 단위 시간동안 변화되기 어려우므로 파라미터 추정부(57)를 통하여 파라미터 값의 추정이 한번 이루어지면 추정 값을 메모리부(20)에 저장하고, 미리 결정된 기간동안 반복적으로 활용할 수 있다. 파라미터 추정은 미리 결정된 주기마다 이루어지도록 할 수 있으며, 이때, 추정 주기는 작물의 종류에 따라 달리 결정될 수 있다.
가이드 제공부(59)는 농도 산출부(55)를 통하여 산출된 해당 분석 시점의 양액 내 양분의 농도를 기초로 소형 수경재배 시스템에 공급할 양액에 관한 가이드 정보를 제공한다.
이를 위하여, 가이드 제공부(59)는 농도 산출부(55)를 통하여 산출된 해당 분석 시점의 양액 내 각 개별 양분의 당량 농도 값을 이용하여 개별 양분 간 상대적 당량비를 산출하고, 위 당량비와 메모리부(20)에 저장된 개별 양분 간의 상대적 기준 당량비를 서로 비교한다.
이때, 개별 양분 간 상대적 당량비는 음이온과 양이온 별로 각각 산출될 수 있다. 예컨대, 필수 다량이온 중 양이온에 해당하는 K+, Ca2+, Mg2+ 간의 상대적 당량비인 K+ : Ca2+ : Mg2+를 산출하고, 음이온에 해당하는 NO3 - , SO4 2-, H2PO4 - 간의 상대적 당량비인 NO3 - : SO4 2- : H2PO4 - 를 각각 산출하여 메모리부(20)에 저장된 기준 당량비와 비교할 수 있다. 예를 들면, 양이온 간 기준 당량비가 1 : 1.5 : 2 이고, 실제 산출된 값이 1 : 1 : 2 인 경우 가이드 제공부(59)는 양액 제조시 Ca2+ 이온 성분을 포함하는 비료를 상대적으로 더 첨가할 것을 가이드 해줄 수 있다. 위에서는 메모리부(20)가 기준 당량비 자체를 저장하는 것으로 예를 들었으나, 양액의 안정적인 이온 간 기준 당량비 범위를 저장하고, 해당 기준 범위를 벗어난 경우 알림을 주거나 이에 관한 가이드 정보를 제공하도록 구현될 수도 있음은 물론이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 급액 관리 장치(100)의 디스플레이부(40)에 분석 결과가 표시되는 화면의 일 예를 보여준다. 도 2를 참조하면, 실선으로 표시된 사다리꼴(A, B)는 각각 양이온과 음이온의 안정관리 범위를 나타내며, 이는 메모리부(20)에 저장된 개별 양분 간 상대적 기준 당량비에 관한 정보를 기초로 표현될 수 있다. 가이드 제공부(59)는 실제 산출된 양분 간 상대적 당량비의 위치를 표시하고, 해당 위치가 위 안정관리 범위를 벗어난 경우 이를 안정관리 범위 내로 이동시킬 수 있도록 특정 성분의 첨가, 특정 성분의 제외/감소, 양액 폐기, 양액 교체 등의 가이드 정보를 함께 제공할 수 있다.
가이드 제공부(59)는 이와 같이 분석 결과 정보를 급액 관리 장치(100)의 디스플레이부(40)에 표시하거나 또는 WI-FI, LTE, Bluetooth 등의 유무선 통신을 통하여 사용자가 소지한 사용자 단말기에 전송할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 소형 수경재배 시스템의 급액 관리 방법을 나타낸 흐름도이다. 이하, 도 3을 참조하여, 전술된 급액 관리 장치(100) 구성의 유기적인 동작을 살펴보기로 한다.
먼저, 메모리부(20)에 수경재배 시스템의 양액 탱크에 대한 개별양분 공급정도, 및 작물의 개별양분 흡수정도에 따른 개별 양분의 농도 변화의 관계를 나타낸 농도변화 모델, 및 위 모델의 고정 파라미터 값, 개별 양분 간의 상대적 기준 당량비에 관한 정보 등을 포함하여 사용자에게 권장되는 양액 공급 가이드를 생성하는 과정에서 필요한 각종 데이터를 저장하는 것이 전제된다(S10).
여기서, 농도변화 모델은 수학식 1과 같은 미분 방정식 형태를 가질 수 있음은 전술된 바와 같다. 한편, 고정 파라미터 값은 개별 양분 I의 최대 흡수 속도인 VI max, VI max의 1/2 지점에서의 근권부 양분 I의 당량농도에 해당하는 KI m, 양분 I의 흡수가 발생하지 않는 최저 한계 농도인 CI min 값일 수 있다. 메모리부(20)는 고정 파라미터 값을 각 작물의 종류, 작물 생장 시기에 따라 각각 저장하고, 사용자 입력부(30)로부터 입력된 정보를 기초로 적정 파라미터 값을 선택하여 적용하도록 구현될 수도 있다.
또한, 사용자 입력부(30)를 통하여 분석 대상 수경재배 시스템에 관한 사용자 입력을 받는다(S20). 사용자 입력으로 작물의 종류, 사용자가 양액 탱크에 처음 공급한 양액에 포함되는 개별 양분의 초기 농도에 관한 정보, 양액 탱크로 투입되는 보충 양액의 각 개별 양분의 농도, 사용자가 양액 제조시 활용하는 비료염 정보 등을 입력받을 수 있다.
이어서, 센서모듈(10)을 통하여 수경 재배 시스템의 양액 분석을 위하여 필요한 각종 값들을 센싱한다(S30). 센싱되는 값들은 양액 탱크 내 양액의 전기전도도, 양액 탱크 내 수위, 보충 양액 공급 유량 등이다. 센싱은 미리 결정된 단위 시간마다 이루어질 수 있다.
전술된 단계를 통하여 분석에 필요한 제반 데이터가 구비되면, 이어서, 농도변화 모델에서 작물의 양분 흡수정도에 영향을 주는 파라미터인 작물의 뿌리 표면적 값을 추정하는 프로세싱을 수행한다(S40). 이는 진행 곡선 분석(Progress curve analysis)을 적용하여 작물의 뿌리 표면적인 ARSA의 값을 임의로 변화시켜 가면서 농도변화 모델을 기반으로 계산된 전기전도도 값인 추정 전기전도도와 EC센서(11)를 통하여 센싱된 양액의 실제 전기전도도의 편차를 최소화되는 값으로 추정할 수 있음은 전술된 바와 같다. 파라미터의 추정은 초기에 한번 이루어진 후 미리 결정된 주기 동안 반복적으로 연산에 활용될 수 있다.
파라미터 추정이 완료되면, 이전 단계에서 구비된 각 데이터를 기초로 해당 분석 시점의 양액 내 개별 양분의 농도를 추정하기 위한 프로세싱이 후속된다.
먼저, 농도변화 모델을 기초로 소정 시간동안의 각 개별 양분의 농도 변화정도를 추정한다(S50). 즉, 농도변화 모델을 통하여 산출된 dCI sub/dt를 수치적분하여 소정의 시간 t 동안의 CI sub의 변화량을 산출함으로써 양액 내 포함된 개별 양분 I, 예컨대, 필수 다량이온에 해당하는 K, Ca, Mg, NH4, NO3, SO4, H2PO4의 농도 변화량을 각각 추정할 수 있다.
이어서, 추정된 개별 양분의 농도 변화정도와 이전 분석 시점의 개별 양분의 농도를 기초로 해당 분석 시점의 전체 양분에 대한 개별 양분의 당량비율을 산출한다(S60). 이때, 처음 분석을 시작하거나 양액을 새롭게 교체하여 이전 분석 결과 히스토리가 존재하지 않는 경우 사용자 입력부(30)를 통하여 입력된 개별 양분의 초기 농도에 관한 정보를 활용할 수 있다. 양액 내 각 개별 양분의 당량비율은 수학식 2를 기초로 산출할 수 있음은 전술된 바와 같다.
양액 내 각 개별 양분의 당량비율이 산출되면, EC센서(11)를 통하여 센싱된 양액의 전기전도도와 S60 단계에서 도출된 각 개별 양분의 당량비율을 기초로 해당 분석 시점의 양액 내 개별 양분의 농도를 산출한다(S70). 이때, 해당 분석 시점에서의 양액 내 개별 양분의 농도는, 전술된 바와 같이 수학식 3의 관계를 이용하여 계산된 양액 내 전체 양분의 당량 농도에 S60 단계에서 계산된 개별 양분의 당량비율을 곱함으로써 산출될 수 있다.
이와 같이, 각 개별 양분의 농도가 산출되면, 이를 기초로 수경재배 시스템에 공급할 양액에 관한 가이드 정보를 생성하여 제공한다(S80). 가이드 정보는 메모리부(20)에 저장된 기준 당량비와 S70 단계에서 도출된 각 개별 양분의 농도를 기초로 계산된 당량비를 서로 비교하여 생성될 수 있다.
이상에서 설명된 각 단계는 상황에 따라 적절히 변경되거나 생략될 수 있다. 예컨대, S40 단계에서 추정된 파라미터 값은 반복적으로 적용될 수 있으므로 그 이후부터는 S40 단계가 제외될 수 있다. 뿐만 아니라, 추정단계를 거치지 않고 처음부터 작물의 종류 및 시기마다 실험적으로 결정된 파라미터 값을 메모리부(20)에 저장하여 활용하도록 구현될 수도 있다. 이 경우, S40 단계는 생략될 수도 있을 것이다.
전술된 바와 같이, 본 발명에 따른 소형 수경재배 시스템의 급액 관리 장치(100) 및 방법에 의하면 전기전도도(EC), 양액 부피 데이터를 기초로 개별 양분의 농도변화를 예측하여 양액 내 특정 성분이 과잉 또는 결핍되지 않도록 각 개별 양분 간 비율 균형을 관리함으로써 작물 생육에 최적화된 양액 공급이 이루어지도록 가이드해 줄 수 있다.
이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성 요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성 요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수 개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 그 컴퓨터 프로그램을 구성하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 본 발명의 기술 분야의 당업자에 의해 용이하게 추론될 수 있을 것이다. 이러한 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 저장매체(Computer Readable Media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 본 발명의 실시예를 구현할 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 저장매체로서는 자기 기록매체, 광 기록매체 등이 포함될 수 있다.
또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 센서모듈 11: EC센서
13: 수위센서 15: 유량센서
20: 메모리부 30: 사용자 입력부
40: 디스플레이부 50: 프로세서
51: 농도변화 추정부 53: 양분비율 산출부
55: 농도 산출부 57: 파라미터 추정부
59: 가이드 제공부

Claims (8)

  1. 수경재배 시스템의 양액 탱크로의 개별양분 공급정도, 및 작물의 개별양분 흡수정도에 따른 개별 양분의 농도 변화의 관계를 나타낸 농도변화 모델을 저장하는 메모리부;
    상기 농도변화 모델을 기초로 소정 시간동안의 상기 개별 양분의 농도 변화정도를 추정하는 농도변화 추정부;
    추정된 상기 개별 양분의 농도 변화정도와 이전 분석 시점의 개별 양분의 농도를 기초로 해당 분석 시점의 양액 내 전체 양분에 대한 개별 양분의 당량비율을 산출하는 양분비율 산출부;
    상기 양액 탱크 내 양액의 전기전도도를 센싱하는 EC센서; 및
    센싱된 상기 양액의 전기전도도와 상기 개별 양분의 당량비율을 기초로 상기 해당 분석 시점의 양액 내 상기 개별 양분의 농도를 산출하는 농도 산출부를 포함하며,
    상기 농도변화 모델은, 다음의 미분 방정식인 것을 특징으로 하는 소형 수경재배 시스템의 급액 관리 장치.
    Figure 112022115275313-pat00010

    (여기서, Vsub는 양액 탱크 내 양액 부피, CI sub는 양액 탱크 내 양분 I의 당량농도, Qin은 양액 탱크로 투입되는 보충 양액 공급 유량, CI stk는 양액 탱크로 투입되는 보충 양액 내 양분 I의 당량농도, ARSA는 작물의 뿌리 표면적, VI max는 양분 I의 최대 흡수 속도, KI m은 VI max의 1/2 지점에서의 근권부 양분 I의 당량농도, CI min은 양분 I의 흡수가 발생하지 않는 최저 한계 당량농도를 의미함)
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 농도변화 모델을 기초로 진행 곡선 분석(Progress curve analysis)을 수행하여 상기 농도변화 모델에서 상기 작물의 양분 흡수정도에 영향을 주는 파라미터 값을 추정하는 파라미터 추정부를 더 포함하며,
    상기 농도변화 추정부는, 추정된 상기 파라미터 값을 상기 농도변화 모델에 반영하여 상기 개별 양분의 농도 변화정도를 추정하는 것을 특징으로 하는 소형 수경재배 시스템의 급액 관리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 파라미터 추정부를 통하여 추정되는 상기 파라미터는 작물의 뿌리 표면적이며,
    상기 파라미터 추정부는, 상기 농도 산출부를 통하여 산출된 상기 개별 양분의 농도를 기초로 양액의 추정 전기전도도를 산출하고, 상기 EC센서를 통하여 센싱된 양액의 전기전도도와 상기 추정 전기전도도의 편차를 최소화하는 상기 작물의 뿌리 표면적 값을 추정하는 것을 특징으로 하는 소형 수경재배 시스템의 급액 관리 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 농도 산출부는, 센싱된 상기 양액의 전기전도도를 기초로 양액 내 전체 양분의 당량 농도를 산출하고, 상기 전체 양분의 당량 농도에 상기 개별 양분의 당량 비율을 곱하여 상기 해당 분석 시점의 상기 개별 양분의 당량 농도를 산출하는 것을 특징으로 하는 소형 수경재배 시스템의 급액 관리 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 해당 분석 시점의 상기 개별 양분의 농도를 기초로 상기 수경재배 시스템에 공급할 양액에 관한 가이드 정보를 제공하는 가이드 제공부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소형 수경재배 시스템의 급액 관리 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 메모리부는, 개별 양분 간의 상대적 기준 당량비에 관한 정보를 더 저장하고,
    상기 가이드 제공부는, 상기 개별 양분의 농도를 기초로 산출된 개별 양분 간의 상대적 당량비와 저장된 상기 개별 양분 간의 상대적 기준 당량비를 비교한 결과를 기초로 상기 가이드 정보를 제공하는 것을 특징으로 하는 소형 수경재배 시스템의 급액 관리 장치.
  8. 각 단계가 소형 수경재배 시스템의 급액 관리 장치에 의하여 수행되는 소형 수경재배 시스템의 급액 관리 방법에 있어서,
    수경재배 시스템의 양액 탱크에 대한 개별양분 공급정도, 및 작물의 개별양분 흡수정도에 따른 개별 양분의 농도 변화의 관계를 나타낸 농도변화 모델을 저장하는 단계;
    EC 센서를 통하여 상기 양액 탱크 내 양액의 전기전도도를 센싱하는 단계;
    상기 농도변화 모델을 기초로 소정 시간동안의 상기 개별 양분의 농도 변화정도를 추정하는 단계;
    추정된 상기 개별 양분의 농도 변화정도와 이전 분석 시점의 개별 양분의 농도를 기초로 해당 분석 시점의 전체 양분에 대한 개별 양분의 당량비율을 산출하는 단계;
    센싱된 상기 양액의 전기전도도와 상기 개별 양분의 당량비율을 기초로 상기 해당 분석 시점의 양액 내 상기 개별 양분의 농도를 산출하는 단계; 및
    상기 개별 양분의 농도를 기초로 상기 수경재배 시스템에 공급할 양액에 관한 가이드 정보를 제공하는 단계를 포함하며,
    상기 농도변화 모델은, 다음의 미분 방정식인 것을 특징으로 하는 소형 수경재배 시스템의 급액 관리 방법.
    Figure 112022115275313-pat00011

    (여기서, Vsub는 양액 탱크 내 양액 부피, CI sub는 양액 탱크 내 양분 I의 당량농도, Qin은 양액 탱크로 투입되는 보충 양액 공급 유량, CI stk는 양액 탱크로 투입되는 보충 양액 내 양분 I의 당량농도, ARSA는 작물의 뿌리 표면적, VI max는 양분 I의 최대 흡수 속도, KI m은 VI max의 1/2 지점에서의 근권부 양분 I의 당량농도, CI min은 양분 I의 흡수가 발생하지 않는 최저 한계 당량농도를 의미함)
KR1020200127298A 2020-09-29 2020-09-29 소형 수경재배 시스템의 급액 관리 장치 및 그 방법 KR102511764B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200127298A KR102511764B1 (ko) 2020-09-29 2020-09-29 소형 수경재배 시스템의 급액 관리 장치 및 그 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200127298A KR102511764B1 (ko) 2020-09-29 2020-09-29 소형 수경재배 시스템의 급액 관리 장치 및 그 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220043648A KR20220043648A (ko) 2022-04-05
KR102511764B1 true KR102511764B1 (ko) 2023-03-21

Family

ID=81182534

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200127298A KR102511764B1 (ko) 2020-09-29 2020-09-29 소형 수경재배 시스템의 급액 관리 장치 및 그 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102511764B1 (ko)

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100404389B1 (ko) 2001-04-07 2003-11-12 박규식 가정용 수경재배기
KR101871481B1 (ko) * 2016-05-30 2018-06-27 농업회사법인 주식회사 그린코프 원예작물의 양액재배를 위한 비료처방 방법
KR102301629B1 (ko) * 2018-11-20 2021-09-10 서울대학교산학협력단 Lstm을 이용한 순환식 수경재배의 양액 다량이온 추정 장치 및 그 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20220043648A (ko) 2022-04-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3179319B1 (en) Method for irrigation planning and system for its implementation
CN113163725B (zh) 植物生长控制系统
US11039584B2 (en) Plant growth control system
EP3016492A1 (en) Plant growth system
KR102511764B1 (ko) 소형 수경재배 시스템의 급액 관리 장치 및 그 방법
EP3599820A1 (en) Plant growing system
KR20210085008A (ko) 인공지능 기반 스마트 작물 재배 관리장치, 및 그 방법
Sihombing et al. Automatic nutrition detection system (ANDES) for hydroponic monitoring by using micro controller and smartphone android
JP6481845B2 (ja) 情報処理装置、情報処理方法およびプログラム
KR101871481B1 (ko) 원예작물의 양액재배를 위한 비료처방 방법
KR20230039398A (ko) 소형 수경재배기의 급액 관리 장치 및 그 방법
WO2016178314A1 (ja) 植物育成データ作成装置、植物育成システム、および植物育成データ作成プログラム
KR102624724B1 (ko) 순환식 수경재배 시스템의 급액 제어 장치 및 그 방법
KR102397050B1 (ko) 순환식 수경재배용 급액 관리 장치 및 그 방법
JPWO2019017408A1 (ja) 情報処理装置、情報処理方法およびプログラム
KR102444025B1 (ko) 실내식물 화분의 토양수분 감지 및 관수 시스템 및 방법
JP2020053038A (ja) 生産管理プログラム、生産管理方法及び生産管理装置
KR20210056213A (ko) 농장 운영정보 제공 시스템
JP7416394B2 (ja) 作付スケジュール算出装置、作付スケジュール算出プログラム、及び、作付スケジュール算出方法
JPH02308731A (ja) 養液裁培装置
CN109526701A (zh) 滴灌控制方法及装置
Priya et al. Intelligent irrigation management: an IoT-driven approach with real-time data integration
KR101594280B1 (ko) 시설 원예 빗물 재이용 시스템 및 그 제어 방법
KR102595273B1 (ko) 부추 농장의 관리 시스템
KR102564683B1 (ko) 이온기반 양액 관리 시스템 및 방법

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant