KR102600340B1 - 온실의 생육환경과 에너지 최적 제어 방법 및 시스템 - Google Patents

온실의 생육환경과 에너지 최적 제어 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 온실의 생육환경과 에너지의 최적 제어 방법 및 시스템에 관한 것으로, 본 발명에 따른 최적 제어 시스템은 온실의 생육환경인 온도, 습도, 조도 및 CO2 레벨을 측정하는 온도 센서, 습도 센서, 조도 센서 및 CO2 센서; 상기 온실 내의 온도, 습도, 조도 및 CO2 레벨을 조절하는 구동체(예 : 난방기, 조명등, CO2 분무기 등); 물을 수용하여 온실에 상기 물을 공급하는 물 탱크 및 상기 물 탱크에 설치되어 상기 온실에 물을 공급하는 물펌프; 상기 물 탱크 내의 수위를 측정하는 수위 센서; 상기 측정된 온도, 습도, 조도, CO2 및 수위의 레벨을 매개 변수로 하여 사용자 설정과 제약 조건에 따라 최적 범위를 계산한 최적화 데이터를 생성하는 최적화 모듈; 및 상기 최적화 데이터와 상기 매개 변수에 따라 상기 구동체 또는 물펌프의 동작을 제어하여 상기 온실의 환경을 제어하는 제어 모듈;을 포함하여 구성된다.

Description

온실의 생육환경과 에너지 최적 제어 방법 및 시스템{GREEN HOUSE GROWTH ENVIRONMENT AND ENERGY OPTIMAL CONTROL METHOD AND SYSTEM}
본 발명은 온실(GREEN HOUSE)에서 생육환경과 에너지를 동시에 최적화하고 제어하는 방법 및 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 온실 내에서 에너지를 효율적으로 소비하는 자율화된 온실의 생육환경과 에너지 최적화 및 제어 방법에 관한 것이다.
미래에는 인구 증가, 소득 분배, 기후 변화, 제한된 농업용 천연 자원, 자연 재해, 식이 선택과 같이 식량 생산 및 물 보충에 영향을 미치는 여러 요인으로 인해 물과 식량의 존재는 불확실성으로 가득 차 있으며 지속 가능성에 대한 심각한 우려를 낳고 있다. 물은 동물, 식물, 인간을 포함한 모든 유기체가 지구에서 살아남는 데 필수적인 자원으로서, 사람이 사용할 수 있는 물은 0.3%에 불과하고 나머지 99.7%는 식수에 사용하거나 식물 관수용으로 사용할 수 밖에 없다. 이러한 이유로 기관, 연구자, 국제기구, 사회 및 개인은 식량 및 물 문제를 극복하기 위해 대체 경로 및 시나리오를 만들기 위한 농업 시스템의 실질적인 해결책을 위해 협력하여야 한다.
이러한 솔루션 중 하나는 온실 기술이다. 온실은 인류 역사상 위대한 발명품 중 하나이며 물 절약과 식량 생산 문제를 모두 해결할 수 있다. 최근 몇 년 동안 온실 산업은 상당한 성장을 경험한 가장 생산적인 농업 중 하나이다.
그러나, 건강한 온실 환경을 만들기 위해서는 효과적인 물 보충 시스템 설치가 필요하며 위에서 언급했듯이 일부 지역에서는 지하수 부족으로 인해 관개 용수를 찾는 것이 중요한 문제로 뽑히고 있다. 따라서, 온실에 설치되는 물 탱크는 온실에 물을 지속적으로 공급하는 방법으로서 일반적으로 사용되고 있다.
이와 관련된 기술로는 대한민국 공개실용신안 20-2018-0001850호(2018. 6. 20 공개, 발명의 명칭: 온실용 자동살수장치)는 온실용 자동살수장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 온실의 내부에 설치되어 길이 방향을 따라 일정하며 안정된 속도로 이동하며 재배 작물에 물을 공급할 수 있도록 구비된 것으로, 사용자의 간단한 조작 및 예약 작동을 통해 자동으로 재배작물의 상태에 적합한 물을 공급할 수 있는 구성을 개시하고 있다.
그러나, 종래 기술에 따르면 온실에 설치되는 물 저장 탱크를 활용하여 효율적인 에너지 소비를 통해 저수조 수위를 자동으로 최적 수준으로 유지하여 농업 생산성을 높일 수 있는 효과적인 방법을 제공하지는 못하였다.
본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명은 온실에 설치되는 물 저장 탱크를 활용하도록 하여 물 지속 가능성을 제공하고 농업 생산성을 높일 수 있는 효과적인 재배 방법을 제공하고자 한다.
아울러, 온실 내의 환경을 조절하는 구동체(예: 워터(물)펌프, 히터(난방기), 냉각기, 제습기, 환풍기, CO2 분무기(발생기), LED 조명등 등)을 이용하여 온실에서 측정된 온도, 습도, CO2, 광(조도) 및 수위의 레벨을 매개 변수로 하여 최적 범위를 계산한 최적화 데이터를 생성함으로써 구동체의 동작을 제어하여 온실의 에너지를 효율적으로 소비하도록 자율화된 에너지 최적화 시스템을 구현하고자 한다.
본 발명은 효율적인 에너지 소비로서 온실의 환경 매개 변수를 자동으로 최적의 수준으로 유지하고자 한다.
전술한 문제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 온실의 생육환경과 에너지 최적화 및 제어 시스템은 물을 수용하여 온실에 상기 물을 공급하는 물 탱크; 상기 물 탱크에 설치되어 상기 온실에 물을 공급하는 물펌프; 상기 물 탱크 내의 수위를 측정하는 수위 센서; 상기 측정된 수위, 사용자 설정과 제약 조건에 따라 최적 수위를 계산한 최적화 데이터를 생성하는 최적화 모듈; 및 상기 최적화 데이터와 상기 측정된 수위에 따라 상기 물펌프의 동작을 제어하여 상기 온실에 물을 공급하는 제어 모듈;을 포함한다.
본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 상기 제어 모듈은 상기 물펌프의 작동 수준(working level)과 작동 기간(operational duration)을 제어할 수 있다.
본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 상기 최적화 모듈은 사용자 설정 값과 에너지 소비 값을 이용해 구성한 함수에 의해 상기 최적화 데이터를 생성할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 온실의 생육환경과 에너지 최적화 및 제어 방법은 수위 센서가 물 탱크 내의 수위를 측정하는 수위 측정 단계; 최적화 모듈이 상기 측정된 수위, 사용자 설정과 제약 조건에 따라 최적 수위를 계산한 최적화 데이터를 생성하는 최적화 단계; 및 제어 모듈이 상기 최적화 데이터와 상기 측정된 수위에 따라 상기 물 탱크에 설치된 물펌프의 동작을 제어하여 상기 온실에 물을 공급하도록 하는 제어 단계;를 포함한다.
본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 상기 제어 단계는 상기 물펌프의 작동 수준(working level)과 작동 기간(operational duration)을 제어할 수 있다.
본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 상기 최적화 단계는 사용자 설정 값과 에너지 소비 값을 이용해 구성한 함수에 의해 상기 최적화 데이터를 생성할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일실시예에 따르면, 온실의 온도, 습도, CO2 및 광 레벨을 측정하는 온도 센서, 습도 센서, CO2 센서 및 광 센서; 상기 온실 내의 온도, 습도, 광 및 CO2 레벨을 조절하는 구동체; 물을 수용하여 온실에 상기 물을 공급하는 물 탱크 및 상기 물 탱크에 설치되어 상기 온실에 물을 공급하는 물펌프; 상기 물 탱크 내의 수위를 측정하는 수위 센서; 상기 측정된 온도, 습도, 광 CO2 및 수위의 레벨을 매개 변수로 하여 사용자 설정과 제약 조건에 따라 최적 범위를 계산한 최적화 데이터를 생성하는 최적화 모듈; 및 상기 최적화 데이터와 상기 매개 변수에 따라 상기 구동체 또는 물펌프의 동작을 제어하여 상기 온실의 환경을 제어하는 제어 모듈;을 포함한다.
본 발명의 또 다른 일실시예에 따르면, 온실의 온도, 습도, 조도 및 CO2 레벨을 측정하는 온도 센서, 습도 센서, 조도 센서 및 CO2 센서가 상기 온실의 온도, 습도, 조도 및 CO2의 레벨을 측정하고, 수위 센서가 물 탱크 내의 수위를 측정하는 온실 내 매개 변수 측정 단계; 최적화 모듈이 상기 측정된 온도, 습도, 조도 CO2 및 수위의 레벨을 사용자 설정과 제약 조건에 따라 최적 범위로 계산한 최적화 데이터를 생성하는 최적화 단계; 및 제어 모듈이 상기 최적화 데이터와 상기 매개 변수에 따라 상기 물 탱크에 설치된 물펌프의 동작을 제어하여 상기 온실에 물을 공급하거나 상기 온도, 습도, 조도 및 CO2를 조절하는 구동체(히터, 냉각기, 제습기, 환풍기, LED 조명, CO2 발생기 등)를 제어하여 상기 온실의 환경을 제어하도록 하는 제어 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면 온실에 설치되는 물 저장 탱크를 활용하도록 하여 물 지속 가능성을 제공하고 농업 생산성을 높일 수 있는 효과적인 재배 방법을 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면 에너지를 효율적으로 소비하는 자율화된 온실의 생육환경과 에너지 최적화 및 제어 방법을 통해 효과적인 에너지 소비로서 온실의 환경 변수들을 자동으로 적정 수준으로 유지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 온실의 생육환경과 에너지 최적화 및 제어 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 온실의 생육환경과 에너지 최적화 및 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 물 보충을 위한 규칙 기반 제어 시스템 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 규칙 기반 물 보충 컨트롤러의 동작시의 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 온실 자동화 물 저장 시스템의 운영 순서도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 본 발명의 일실시예에 대해서 상세히 설명한다. 다만, 실시형태를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 온실의 생육환경과 에너지 최적화 및 제어 시스템을 설명하기 위한 도면이다. 이후부터는 도 1을 참조하여 온실의 생육환경과 에너지 최적화 및 제어 시스템을 설명하기로 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 온실의 생육환경과 에너지 최적화 및 제어 시스템은 최적화 알고리즘과 사물 인터넷을 기반으로 온실(온실)의 최적 물 저장 시스템으로 구성된다.
본 발명의 일실시예에 따른 온실의 생육환경과 에너지 최적화 및 제어 시스템은 온실(온실: 100)에 구비되는 물 탱크(110), 수위 센서(120), 물펌프(130), 최적화 모듈 및 제어 모듈을 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 온실의 생육환경과 에너지 최적화 및 제어 시스템은 다음의 주요 단계로 동작할 수 있다.
첫 번째 데이터를 수집하는 수위 측정 단계에서는, 온실(100)의 물 탱크(110)의 현재 수위를 수위 센서(120)로 모니터링하고, 수집된 데이터는 데이터 수집 모듈에서 수집될 수 있다.
두 번째 최적화 단계에서는, 최적화 모듈이 사용자 또는 관리자가 원하는 설정 및 시스템 제약에 따라 최적의 수위를 계산한다.
세 번째 제어 단계에서는, 규칙 기반의 제어 모듈이 현재 수위 데이터와 최적화된 데이터를 분석하고 비교한다. 또한, 제어 모듈은 최적의 수위와 효과적인 에너지 소비를 달성하기 위해 물펌프(130)에 대한 작업 수준 및 작동 기간 제한을 설정한다.
마지막 단계는 물 공급 단계로서, 부착된 물 탱크(110)에서 온실(100)까지 물을 보충하는 단계이다. 물 탱크(110)는 지속적으로 관개를 제공하기 위한 저장소로 사용할 수 있다. 온실(100) 내의 식물에는 호스, 스프링클러 등을 사용하여 드립 튜브 등을 통해 물을 뿌릴 수 있다. 온실(100)에는 다양한 유형의 관개 시스템이 구성될 수 있다. 이와 같은 관개 시스템은 물과 노동력을 절약하고 지하수 오염을 줄이는 데 도움이 된다. 사용자는 각 식물 별 요구 사항에 따라 이러한 방법 중 하나를 사용할 수 있다.
이와 같이 구성되는 본 발명의 목적은 물펌프(130)의 작동 수준과 작동 기간 간의 균형을 설정하여 효율적인 에너지 소비로 온실(100)에 연결된 물 탱크(110)에 최적의 수위를 제공하는 것이다.
그러나 우리는 물 탱크(110)를 통한 점적 관개(drip irrigation) 시스템을 제공하며, 점적 관개는 완벽한 재배 환경과 온실(100)의 물 사용을 위한 필수적인 관개 방법 중 하나이다. 보다 구체적으로, 급수관은 물 탱크(110)에서 온실(100)로 연결되며, 모든 공급 라인에 급수관이 설치되고, 모든 파이프 라인에는 물방울이 떨어지도록 하기 위한 구멍이 형성된다.
본 발명에 따르면 수위 센서(120)와 물 펌프(130)가 구비된 물 탱크(110)의 단일 수위 매개 변수에 주목한다. 이때, 시스템 설계 및 최적화 공식은 보다 복잡한 솔루션에 쉽게 적용 가능하도록 구성될 수 있으며 온도, 습도, 조도, CO2 수준 및 기타 유형의 구동체(예: 히터, 냉각기, 제습기, 가습기, 환풍기(자연/인공), CO2 발생기, LED 조명)와 같은 다른 기기를 함께 사용할 수 있다.
따라서, 온도 센서, 습도 센서, 조도 센서 및 CO2 센서에서 온실의 온도, 습도, 조도 및 CO2 레벨을 측정하여 온실 내의 온도, 습도, 조도 및 CO2 레벨을 조절하는 구동체(예: 히터, 냉각기, 제습기, 환풍기, CO2 발생기, LED 조명 등)을 이용하여 측정된 온도, 습도, 조도, CO2 및 수위의 레벨을 매개 변수로 하여 사용자 설정과 제약 조건에 따라 최적 범위를 계산한 최적화 데이터를 생성함으로써 구동체(액추에이터)의 동작을 제어하여 온실의 환경을 제어하는 에너지 최적화 시스템을 구현할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 온실의 생육환경과 에너지 최적화 및 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 이후부터는 도 2를 참조하여 온실의 생육환경과 에너지 최적화 및 제어 방법을 설명하기로 한다.
물 탱크(110)의 수위 센서(120)는 물 탱크(110) 내의 수위 상태를 모니터링하고 감지 데이터를 최적화 모듈로 전송한다.
본 발명의 일실시예에 따르면 두 가지 유형의 최적화를 고려한다. 하나는 사용자가 원하는 설정(기준 체계)을 기반으로 하는 것이며, 다른 하나는 최적의 수위를 위해 개발 한 목적 함수를 기반으로 하는 것이다. 최적화 모듈은 제약 조건과 사용자(농가)가 원하는 설정에 따라 온실에 대한 최적의 매개 변수를 계산한다.
이후, 현재 수위 데이터와 최적화된 감지 데이터는 규칙 기반의 제어 모듈에서 분석되어 효율적인 에너지 사용으로 시스템에 최적의 작동 수준과 작동 기간을 설정하면, 상기 설정에 의해 물 펌프가 물 탱크에 물을 공급하여 온실에 물이 공급되도록 한다.
이후부터는 온실 저수조 환경에서 수위의 최적화를 위한 모델을 설명하기로 한다.
본 발명의 일실시예에 따르면 수위를 최적으로 유지하기 위한 최적화 공식을 제공할 수 있으며, 수위와 함께 온도, 습도, CO2 레벨도 동일한 최적화 기법을 이용하여 온도, 습도, CO2 매개 변수에 대해서 최적 제어를 할 수 있다. 아울러, 온실 내 광(光)의 정도를 나타내는 조도, 광도, 휘도, 광속(이하 '조도'라고 함) 등에 대해서 같은 방식으로 최적화 기법을 이용하여 조도의 매개 변수에 대해서 최적 제어를 할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 온실 탱크의 물 공급 수준에 대한 온실 물 저장 탱크 매개 변수 전류 판독 값(GHPC)은 Wc로 표시된다. 온실 사용자(농가)는 원하는 설정을 Wd로 사용하여 이 매개 변수에 허용되는 값의 범위를 선택할 수 있다. 원하는 설정은 각 매개 변수에 대해 허용되는 최소 및 최대 범위로서 다음과 같다.
[수학식1]
최소 및 최대 원하는 범위는 수위를 유지하기 위해 가장 원하는 범위의 가정을 기반으로 한다. 최대 값은 수위에 대한 매우 바람직한 지점을 나타내며 최소값은 가장 바람직하지 않은 지점이다. 에너지 상수에 문제가 있다면 사용자는 분명히 수위의 최대 지점을 설정하고 싶을 것이다. 최소 및 최대 매개 변수의 범위 길이를 다음과 같이 간단하게 표현할 수 있다.
[수학식 2]
원하는 환경 설정과 전력 소비 간의 균형을 이룰 수 있는 최적의 설정이 다음의 수학식 3에 의해 제공된다고 가정해 보자.
[수학식 3]
각 매개 변수의 최적 값은 해당 매개 변수에 대해 사용자가 원하는 범위는 다음과 같이 표현된다.
[수학식 4]
물 공급을 위한 최적의 설정을 유지하는 데 필요한 총 에너지는 다음과 같이 표현될 수 있다.
[수학식 5]
하기의 표 1은 각 수학식에서 사용되는 각 약어를 설명하고 있다.
표기 설명
GHPd 희망 온실 물 저장 탱크 매개 변수
GHPc 현재 온실 물 저장 탱크 매개 변수
GHPo 최적 온실 물 저장 탱크 매개 변수
Wmin 희망 수위의 최저 한도
Wmax 희망 수위의 최대 한도
Eopt 최적의 매개 변수 설정에서 총 에너지 소비
Emin 최소 매개 변수 설정에서 총 에너지 소비
Emax 최대 매개 변수 설정에서 총 에너지 소비
αp 실내 매개 변수 설정에 대한 사용자 기본 설정
αe 에너지 절약에 대한 사용자 선호도
wx 매개 변수 X에 대한 사용자 기본 설정
Gp 최적의 매개 변수 설정 시의 이득
Ge 에너지 절약 이득
Pa 실내 매개 변수 단위 변경 당 전력 소비량
Dx 물 매개 변수 X에 대한 최적의 설정 달성 부족
Ewo은 최적의 온실 수위 설정을 위해 필요한 에너지이며 하기의 수학식 6을 통해 계산할 수 있다.
[수학식 6]
여기서, Pwp은 수위의 단위 변화 당 물펌프의 전력 소비를 말한다. 상기 수학식 6은 물 공급을 위한 최적의 에너지 설정을 유지하는 데 필요한 총 전력을 나타낸다. 가능한 최소 및 최대 전력 소비는 아래와 같이 가정할 수 있다.
[수학식 7]
이때, 하기의 수학식 8의 조건을 만족한다.
[수학식 8]
에너지 소비를 최소화하는 온실을 최대한 생산적인 환경으로 만들고자 하는 경우에는, Gp 및 Ge를 각각 최적의 환경 설정을 달성하고 에너지 절약을 얻는데 도움이 되도록 해야 한다. 이제 αp 및 αe로 최적의 환경 설정 및 에너지 절약에 대한 사용자 정의 기본 설정을 표현하면 목적 함수가 된다.
[수학식 9]
Dw가 Ww에 대한 최적 설정을 달성하는 데 부족한 점은 Ww=1 과 같이 식물 생산성에 대한 중요성에 따라 각 매개 변수에 할당된 가중치일 때 이다. 원하는 최적 설정 Gp을 달성할 때 이득을 최대화하려면 공식에 따라 주어진 각 매개 변수에 대한 결핍 성분을 최소화 해야 한다.
[수학식 10]
실내 매개 변수 최적 설정을 최대화하기 위해서는 결핍 요소 Dx를 최소화 해야 한다. Wc < Wmin일때 우리가 원하는 최적의 설정은 Wo
Figure 112020140936245-pat00011
Wmax를 설정하는 것이다. Wo -> Wmax 다음 Dw -> 0 는 원하는 Gp를 최대화하는데 도움이 된다. 에너지 절약 이득 Ge은 다음과 같이 계산할 수 있다.
[수학식 11]
에너지 절약을 극대화하기 위해서는 최적의 설정, 즉 Eopt을 달성하는 데 소비되는 에너지를 최소화해야 한다. Eopt -> Emin 다음 Ge -> 1 은 에너지 절약 구성 요소 Ge를 최대화하는 데 도움이 된다. 따라서 최종 목적 함수는 다음과 같다.
[수학식 12]
이때, 제약조건으로서 다음과 같이 설정될 수 있다.
[수학식 13]
물 공급 시에는,
물 공급의 중단 시에는,
이와 같이 본 발명에 따르면, 현재 수위 데이터 및 최적화된 데이터와 비교하여 최적의 수위를 계산하기 위한 규칙 기반 제어 모델을 적용하며, 물 펌프의 최적 수위 작업 수준과 작동 시간을 설정한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 물 보충을 위한 규칙 기반 제어 시스템 개념도로서, 입력 매개 변수, 규칙 기반 컨트롤러 및 물펌프 구동체를 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 두 가지 유형의 입력 매개 변수, 즉 현재 수위 데이터와 최적화된 데이터, 그리고 규칙 기반 컨트롤러 설정 물펌프 작동 수준 및 작동 기간이 사용될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 규칙 기반 물 보충 컨트롤러의 동작시의 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 물 보충 컨트롤러는 입력 값에 따라 두 가지 입력을 받으며, 그에 다라 물 펌프가 활성화 또는 비활성화된다.
이때, 두 가지 가능한 경우가 있음을 알 수 있다. 첫 번째 경우에는 현재 수위(Wc)가 최적의 수위(Wo)와 같으면 물펌프 구동체를 활성화할 필요가 없다. 다른 경우는 첫 번째 경우가 실패하고 현재 수위가 최적 수위보다 낮을 때 물 펌프 시스템을 활성화하고 현재 수위와 최적 수위의 차이에 따라 설정된 작동 시간(dur) 및 작동 수준(lev)을 활성화 해야 한다. 작업 수준과 운영 기간을 찾기 위해 관련 공식을 구성하였으며, 물펌프 작동 시간과 물펌프 작동 레벨을 곱한 값을 5로 나누면 결과는 보다 높아야 한다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 온실 자동화 물 저장 시스템의 운영 순서도이다.
도 5를 참조하면 사용자는 사용자 인터페이스에서 최적화 및 제어 모듈을 실행할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 온실 자동화 물 저장 시스템은 수위 센서에서 입력 데이터를 가져와 최적화 모듈을 적용한다.
최적화 모듈은 온실 저수조의 최적 수위를 계산하고 이와 같이 최적화된 데이터는 규칙 기반 제어 모듈로 전송된다.
규칙 기반 제어 모듈은 최적화된 데이터와 현재 수위 데이터 간의 비교에 따라 물펌프에 최적의 작동 수준과 작동 기간을 설정한다.
전술한 바와 같은 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였다. 그러나 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능하다. 본 발명의 기술적 사상은 본 발명의 전술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (10)

  1. 온실의 생육환경 요소인 온도, 습도, 조도 및 CO2 레벨을 측정하는 온도 센서, 습도 센서, 조도 센서 및 CO2 센서;
    상기 온실 내의 온도, 습도, 조도 및 CO2 레벨을 조절하는 구동체;
    물을 수용하여 온실에 상기 물을 공급하는 물 탱크 및 상기 물 탱크에 설치되어 상기 온실에 물을 공급하는 물펌프;
    상기 물 탱크 내의 수위를 측정하는 수위 센서;
    상기 측정된 온도, 습도, 조도, CO2 및 수위의 레벨을 매개 변수로 하여 사용자 설정과 제약 조건에 따라 최적 범위를 계산한 최적화 데이터를 생성하는 최적화 모듈; 및
    상기 최적화 데이터와 상기 매개 변수에 따라 상기 구동체 또는 물펌프의 동작을 제어하여 상기 온실의 환경을 제어하는 제어 모듈;을 포함하며
    상기 최적화 모듈은, 사용자 설정 값과 에너지 소비 값을 이용해 구성한 함수에 의해 아래 수학식과 같이 상기 최적화 데이터를 생성하는 온실의 생육환경과 에너지의 최적 제어 시스템.
    [수학식]

    (이때, αp는 실내 매개 변수 설정에 대한 사용자 기본 설정 값, Wx는 매개 변수 X에 대한 사용자 기본 설정 값, αe는 사용자의 에너지 절약을 위한 사용자 기본 설정 값, Eopt는 최적의 매개 변수 설정시 총 에너지 소비 값, Emin는 최소 매개 변수 설정시 총 에너지 소비 값, Emax는 최대 매개 변수 설정시 총 에너지 소비 값임)
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어 모듈은,
    상기 구동체 및 물펌프의 작동 수준(working level)과 작동 기간(operational duration)을 제어하는 온실의 생육환경과 에너지의 최적 제어 시스템.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 온실의 온도, 습도, 조도 및 CO2 레벨을 측정하는 온도 센서, 습도 센서, 조도 센서 및 CO2 센서가 상기 온실의 온도, 습도, 조도 및 CO2의 레벨을 측정하고, 수위 센서가 물 탱크 내의 수위를 측정하는 온실 내 매개 변수 측정 단계;
    최적화 모듈이 상기 측정된 온도, 습도, 조도 CO2 및 수위의 레벨을 사용자 설정과 제약 조건에 따라 최적 범위로 계산한 최적화 데이터를 생성하는 최적화 단계; 및
    제어 모듈이 상기 최적화 데이터와 상기 매개 변수에 따라 상기 물 탱크에 설치된 물펌프의 동작을 제어하여 상기 온실에 물을 공급하거나 상기 온도, 습도, 조도 및 CO2를 조절하는 구동체를 제어하여 상기 온실의 환경을 제어하도록 하는 제어 단계;를 포함하며
    상기 최적화 단계는, 사용자 설정 값과 에너지 소비 값을 이용해 구성한 함수에 의해 아래 수학식과 같이 상기 최적화 데이터를 생성하는 온실의 생육환경과 에너지의 최적 제어 방법.
    [수학식]

    (이때, αp는 실내 매개 변수 설정에 대한 사용자 기본 설정 값, Wx는 매개 변수 X에 대한 사용자 기본 설정 값, αe는 사용자의 에너지 절약을 위한 사용자 기본 설정 값, Eopt는 최적의 매개 변수 설정시 총 에너지 소비 값, Emin는 최소 매개 변수 설정시 총 에너지 소비 값, Emax는 최대 매개 변수 설정시 총 에너지 소비 값임)
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제어 단계는,
    상기 구동체 및 물펌프의 작동 수준(working level)과 작동 기간(operational duration)을 제어하는 온실의 생육환경과 에너지의 최적 제어 방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
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