KR102602733B1 - 작물의 양액재배에 사용되는 관수 관리 시스템 - Google Patents

작물의 양액재배에 사용되는 관수 관리 시스템 Download PDF

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곽종원
이영지
정성호
배미경
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Abstract

작물의 양액재배에 사용되는 관수 관리 시스템은, 배지, 무게 센서, 양액기 및 서버를 포함하고, 상기 무게 센서는 상기 배지의 무게값을 측정하여 상기 서버로 전송하고; 상기 서버는 상기 무게값에 기초하여 무게 함수율을 산출하고, 상기 무게 함수율에 기초하여 제어 신호를 생성하고, 상기 제어 신호를 상기 양액기로 전송하고; 상기 양액기는 상기 제어 신호에 기초하여 상기 배지에 대한 급액을 제어하고, 상기 무게값은 미리 정해진 기준에 따라 24시간을 분할한 복수의 구간 각각의 시작점 및 종료점에서 측정된 것이고, 상기 복수의 구간은 각각 하나의 무게 함수율을 갖고, 각각의 무게 함수율은 아래 [수학식 1]에 따라 산출된다.
[수학식 1]
Ww = (Wo-W)/W*100
(Ww: 무게 함수율, Wo: 각 구간 종료점의 무게, W: 각 구간 시작점의 무게)

Description

작물의 양액재배에 사용되는 관수 관리 시스템{IRRIGATION MANAGEMENT SYSTEM USED FOR NUTRIENT SOLUTION CULTIVATION OF CROPS}
본 발명은 작물의 양액재배에 사용되는 관수 관리 시스템에 관한 것으로, 특히 무게 함수율에 기초한 관수 관리 시스템에 관한 것이다.
수경재배는 날씨나 기후 등에 의한 영향을 최대한 적게 받으며 각종 작물을 생산할 수 있다. 이러한 장점으로 인해 수경재배는 미래형 농업 기술의 한 갈래로 각광받고 있다.
그중 배지에는 물과 각종 영양 성분을 혼합하여 제조된 양액이 포함되어 있다. 양액은 배지에 주기적으로 공급된다. 양액의 종류와 공급량은 작물의 종류에 따라 상이할 수 있다. 한편, 양액은 동일 작물이라도 발아기, 아생기, 이유기, 유묘기, 분열기 등 각 생장 단계에 따라 다르게 공급될 수 있다.
종래의 양액 공급 방법은 작물의 종류, 생장 단계 등을 고려하지 않고, 정해진 시간에 따라 양액을 공급하도록 구성되어 있다. 이러한 방법은 해당 작물의 종류 또는 생장 단계에 가장 적합한 공급량을 제공하지 못하고 양액 낭비를 초래한다.
작물의 종류나 생장 단계에 따라 양액을 효과적으로 조절하는 관수 관리 시스템을 제공한다.
작물의 양액재배에 사용되는 관수 관리 시스템은, 배지, 무게 센서, 양액기 및 서버를 포함하고, 상기 무게 센서는 상기 배지의 무게값을 측정하여 상기 서버로 전송하고; 상기 서버는 상기 무게값에 기초하여 무게 함수율을 산출하고, 상기 무게 함수율에 기초하여 제어 신호를 생성하고, 상기 제어 신호를 상기 양액기로 전송하고; 상기 양액기는 상기 제어 신호에 기초하여 상기 배지에 대한 급액을 제어하고, 상기 무게값은 미리 정해진 기준에 따라 24시간을 분할한 복수의 구간 각각의 시작점 및 종료점에서 측정된 것이고, 상기 복수의 구간은 각각 하나의 무게 함수율을 갖고, 각각의 무게 함수율은 아래 [수학식 1]에 따라 산출된다.
[수학식 1]
Ww = (Wo-W)/W*100
(Ww: 무게 함수율, Wo: 각 구간 종료점의 무게, W: 각 구간 시작점의 무게)
상기 복수의 구간은 제1 구간 내지 제4 구간을 포함하고, 상기 제1 구간의 시작점은 일출 시이고, 종료점은 최초 급액 시이고, 임계범위는 -2 ~ 1%이고, 상기 제2 구간의 시작점은 최초 급액 시이고, 종료점은 최후 급액 시이고, 임계범위는 6 ~ 8%이고, 상기 제3 구간의 시작점은 최후 급액 시이고, 종료점은 일몰 시이고, 임계범위는 -4 ~ 3%이고, 상기 제4 구간의 시작점은 일몰 시이고 종료점은 일출 시이고, 임계범위는 -3 ~ 2%이다.
각 구간의 무게 함수율이 각 구간의 임계범위 미만인 경우 상기 제어 신호는 급액 증가 신호를 포함하고, 각 구간의 무게 함수율이 각 구간의 임계범위 초과인 경우 상기 제어 신호는 급액 감소 신호를 포함하고, 상기 제어 신호에 급액 증가 신호가 포함된 경우 상기 양액기는 상기 배지에 대한 급액량을 증가시키거나 급액 주기를 단축시키고, 상기 제어 신호에 급액 감소 신호가 포함된 경우 상기 양액기는 상기 배지에 대한 급액량을 감소시키거나 급액 주기를 연장한다.
작물의 양액재배에 사용되는 관수 관리 시스템은, 배지, 무게 센서 및 양액기를 포함하고, 상기 무게 센서는 상기 배지의 무게값을 측정하여 상기 양액기로 전송하고, 상기 양액기는 상기 무게값에 기초하여 무게 함수율을 산출하고, 상기 무게 함수율에 기초하여 제어 신호를 생성하고, 상기 제어 신호에 기초하여 상기 배지에 대한 급액을 제어하고, 상기 무게값은 미리 정해진 기준에 따라 24시간을 분할한 복수의 구간 각각의 시작점 및 종료점에서 측정된 것이고, 상기 복수의 구간은 각각 하나의 무게 함수율을 갖고, 각각의 무게 함수율은 아래 [수학식 2]에 따라 산출된다.
[수학식 2]
Ww = (Wo-W)/W*100
(Ww: 무게 함수율, Wo: 각 구간 종료점의 무게, W: 각 구간 시작점의 무게)
상기 복수의 구간은 제1 구간 내지 제4 구간을 포함하고, 상기 제1 구간의 시작점은 일출 시이고, 종료점은 최초 급액 시이고, 임계범위는 -2 ~ 1%이고, 상기 제2 구간의 시작점은 최초 급액 시이고, 종료점은 최후 급액 시이고, 임계범위는 6 ~ 8%이고, 상기 제3 구간의 시작점은 최후 급액 시이고, 종료점은 일몰 시이고, 임계범위는 -4 ~ 3%이고, 상기 제4 구간의 시작점은 일몰 시이고 종료점은 일출 시이고, 임계범위는 -3 ~ 2%이다.
각 구간의 무게 함수율이 각 구간의 임계범위 미만인 경우 상기 제어 신호는 급액 증가 신호를 포함하고, 각 구간의 무게 함수율이 각 구간의 임계범위 초과인 경우 상기 제어 신호는 급액 감소 신호를 포함하고, 상기 제어 신호에 급액 증가 신호가 포함된 경우 상기 양액기는 상기 배지에 대한 급액량을 증가시키거나 급액 주기를 단축시키고, 상기 제어 신호에 급액 감소 신호가 포함된 경우 상기 양액기는 상기 배지에 대한 급액량을 감소시키거나 급액 주기를 연장한다.
작물의 종류나 생장 단계에 따라 양액을 효과적으로 조절할 수 있다.
도 1은 배지의 급액, 배액, 무게 변화를 나타낸다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
아래 설명하는 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있다. 아래 설명하는 실시예들은 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 실시예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
통상적으로, 농가에서 재배되는 작물은 지상부와 근권부로 구분된다. 지상부와 근권부는 한편으로는 독립적인 측면이 있지만, 다른 한편으로는 연관성도 가진다. 근권부는 식물의 성장에 필요한 영양원을 충분히 흡수하는 기능을 수행하므로 식물의 생장에 중요한 역할을 한다. 그런데, 작물은 그 종류에 따라 재배환경이 모두 다르기 때문에 특정 작물의 생리적인 건전성과 근권부 환경의 역학적인 관계를 입증할 수 있는 데이터를 확보하기는 매우 어렵다.
근권부의 상태는 배지에 포함된 중요한 정보 중 하나이다. 배지의 근권부 상태는 뿌리의 생장활동에 있어서 가장 큰 영향을 미친다. 작물을 병충해에 강하게 키우고, 수확물의 상품성과 수확량을 높이기 위해서는 배지 내 뿌리 주변의 함수율을 적정하게 유지하는 등 뿌리 관리가 중요하다.
여기에서, 함수율은 무게 센서에 의해 측정된 무게값에 기초하여 산출될 수 있다. 본원에서는 이렇게 산출된 함수율을 무게 함수율이라 한다.
무게 센서로서 로드셀 등이 사용될 수 있는데, 이는 공지의 구성요소이므로 구체적인 동작 원리에 대해서는 본원에서 자세히 서술하지 않는다.
배지의 어느 일측에 각종 센서를 설치하면, 근권부의 배지 무게, 급액값 및 배액값, 온도와 습도, EC(전기전도도), PH(산도), 배지온도, 배지 무게 등 다양한 정보를 획득할 수 있다. 상기 정보들은 실시간으로 측정될 수 있고, 측정값에 기초하여 양액의 온도 또는 양액에 포함된 영양 성분 등 다양한 파라미터를 조절할 수 있다. 또한 이와 함께 날씨, 온도, 습도 등의 외부적 생장환경을 오차/오류를 최소화하여 측정할 수 있다.
상기 각종 센서를 통해 근권부와 외부 생장환경의 다양한 데이터가 측정될 수 있다. 이렇게 측정된 데이터는 급액/배액의 양액측정 등 스마트팜 제어를 위한 자료로 사용된다. 관수 관리 시스템은 특히 파프리카와 토마토 등 배지기반 시설재배 작물에 사용될 때 그 효과가 좋다.
농장에서 측정된 모든 데이터는 유무선을 통해 연결된 로컬 스토리지에 저장되거나 별도 운영되는 클라우드 서버에 저장될 수 있다. 저장된 데이터는 주야간의 온도 편차 데이터와 농장의 생장 결과를 분석하여 최적의 온도 편차를 찾아내고, 온도 관리 프로그램 등에 활용될 수 있다. 또한, 농가에서는 일일/주간/월간 데이터 수치를 보기 쉬운 그래프로 제공받아 직접 농사에 활용할 수 있다.
한편, 양액 관리 알고리즘을 사용할 경우, 관수 관리 시스템은 무게 함수율에 기초한 제어 외에 급액시간 설정, 구역별 급액 설정, 광량 제어, 등의 제어를 더 수행할 수 있다. 또한, 관수 관리 시스템은 구역별 EC, pH 설정, EC 및 pH의 범위 설정 등을 더 수행할 수 있다.
양액기와 서버가 분리형으로 구현된 시스템의 경우, 상기 양액 관리 알고리즘은 서버에 의해 수행될 수 있다. 반면, 양액기와 서버가 일체형으로 구현된 시스템의 경우, 상기 양액 관리 알고리즘은 양액기에 의해 수행될 수 있다.
통신부를 통해 관수 관리 시스템을 외부 디바이스와 연결할 경우, 관수 관리 시스템은 무게 함수율에 기초하여 원격으로 외부 디바이스로 명령을 전달함으로써 급액 및/또는 배액을 자동을 수행할 수 있다. 즉, 외부 디바이스는 급액 및/또는 배액 조절 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 배지는 대체적으로 직육면체의 형상을 가지며 기다랗게 형성될 수 있다. 배지 하측에는 배지에 양액이 과다하게 공급되었을 때 잉여 양액을 배출하는 양액 배출구가 형성되어 있다. 양액 배출구를 통해 흘러나온 잉여 양액은 배액 집수통에 저장된다.
양액은 식물의 생장에 필수적인 요소이다. 대부분의 농가에서는 작물의 원활한 생장활동을 위해 온실 내부 조건변화와 무관하게 양액을 과잉 공급하는 경향이 있다. 이는 다량의 양액을 낭비하여 제조 비용을 증가시키고, 버려진 양액으로 인해 토양, 지하수, 하천 등을 오염시키는 결과를 가져온다. 그러므로, 적절한 양액 공급은 수경재배에서 매우 중요한 요소이다. 양액을 재활용할 경우, 양액 제조에 필요한 지하수를 절감할 수 있고, 비용을 감소시키는 효과를 더 기대할 수 있다.
일 실시예에 따른 관수 관리 시스템은 배지, 무게 센서, 양액기 및 서버를 포함한다.
무게 센서는 배지의 무게값을 측정하여 서버로 전송한다.
서버는 무게값에 기초하여 무게 함수율을 산출하고, 무게 함수율에 기초하여 제어 신호를 생성하고, 제어 신호를 양액기로 전송한다.
상기 무게 함수율은 아래 [수학식 1]에 따라 산출될 수 있다.
[수학식 1]
Ww = (Wo-W)/W*100 (Wo: 각 구간 종료점에서의 무게, W: 각 구간 시작점에서의 무게)
양액기는 제어 신호에 기초하여 배지에 대한 급액을 제어한다.
상기 무게값은 미리 정해진 기준에 따라 24시간을 분할한 복수의 구간 각각의 시작점 및 종료점에서 측정된 것이다.
상기 복수의 구간은 제1 구간 내지 제4 구간을 포함하고, 상기 제1 구간의 시작점은 일출 시이고, 종료점은 최초 급액 시이고, 임계범위는 -2 ~ 1%일 수 있다.
일례에 있어서, 최초 급액은 미리 정해진 시간에 수행될 수 있다.
다른 일례에 있어서, 최초 급액 시는 무게 함수율이 일출 시 대비 미리 정해진 수치(예를 들어, 1%, 2%, 3% 등)만큼 감소했을 때를 의미할 수 있다.
상기 제2 구간의 시작점은 최초 급액 시이고, 종료점은 최후 급액 시이고, 임계범위는 6 ~ 8%일 수 있다.
일례에 있어서, 최후 급액인지 여부는 양액기 또는 서버에 미리 설정된 값에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 양액기 및/또는 서버는 매회 급액 시마다 횟수를 누산하되, 누산값이 미리 설정된 급액 횟수와 동일한 경우 상기 누산값을 생성한 급액을 최후 급액으로 인식할 수 있다.
상기 제3 구간의 시작점은 최후 급액 시이고, 종료점은 일몰 시이고, 임계범위는 -4 ~ 3%일 수 있다.
상기 제4 구간의 시작점은 일몰 시이고 종료점은 일출 시이고, 임계범위는 -3 ~ 2%일 수 있다.
양액기는 상기 무게 함수율이 임계범위를 초과하거나 미만인 경우, 각종 방법을 통해 무게 함수율이 임계범위 내로 유지되도록 조절할 수 있다.
양액기는 제어 신호에 따라 동작하는데 제어 신호는 아래와 같이 설정될 수 있다.
각 구간의 무게 함수율이 각 구간의 임계범위 미만인 경우 제어 신호는 급액 증가 신호를 포함할 수 있다.
각 구간의 무게 함수율이 각 구간의 임계범위 초과인 경우 제어 신호는 급액 감소 신호를 포함할 수 있다.
상기 제어 신호에 급액 증가 신호가 포함된 경우 양액기는 상기 배지에 대한 급액량을 증가시키거나 급액 주기를 단축시킬 수 있다.
상기 제어 신호에 급액 감소 신호가 포함된 경우 양액기는 상기 배지에 대한 급액량을 감소시키거나 급액 주기를 연장할 수 있다.
상기 조절 과정에서 무게 함수율은 임계범위 중 임의의 특정값이 되도록 조절될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 무게 함수율은 임계범위의 중앙값이 되도록 조절될 수 있다. 예를 들어, 제1 구간의 임계범위위가 -2 ~ 1%인 경우, 무게 함수율은 임계범위를 벗어난 후 임계범위의 중앙값인 -0.5%가 되도록 조절될 수 있다. 중앙값으로부터 임계범위의 양 끝단과의 거리는 균등하다. 그러므로, 무게 함수율이 임계범위 초과 또는 미만 방향으로의 변화량이 상대적으로 크지 않은 경우 무게 함수율이 임계범위를 다시 벗어날 가능성을 감소시킬 수 있다.
다른 일 실시예에 있어서, 무게 함수율은 임계범위 중 가장 가까운 값이 되도록 조절될 수 있다. 예를 들어, 제1 구간의 임계범위가 -2 ~ 1%이고 현재 무게 함수율이 2%인 경우, 무게 함수율은 임계범위 중 2%와 가장 가까운 값인 1%가 되도록 조절될 수 있다. 이렇게 함으로써, 가장 적은 무게 함수율의 변화만으로도 무게 함수율이 임계범위를 벗어나지 않도록 유지할 수 있으므로 다른 방법에 비해 무게 함수율 조절 시간이 적게 소요된다.
또 다른 일 실시예에 있어서, 무게 함수율은 임계범위 중 가장 가까운 값을 기준으로 임계범위 방향으로 미리 정해진 값만큼 더 조절되도록 설정될 수 있다. 이때 상기 미리 정해진 값은 임계범위의 길이보다 작다.
예를 들어, 제1 구간은 임계범위는 -2 ~ 1%이므로 미리 정해진 값은 3%보다 작다.
제1 구간의 임계범위가 -2 ~ 1%이고, 현재 무게 함수율이 2%이고, 미리 정해진 값이 0.5%인 경우, 무게 함수율은 제1 구간의 임계범위 중 가장 가까운 값인 1%를 기준으로 0.5%만큼 임계구간 방향으로 더 조절됨으로써 0.5%가 되도록 설정될 수 있다. 이 방법은 자주 발생하는 무게 함수율의 변동 폭을 미리 설정된 값으로 결정함으로써, 무게 함수율이 임계범위를 벗어난 정도에 대한 연산 없이도 무게 함수율을 조절할 수 있으므로 시스템의 연산 부하를 감소시킬 수 있다.
또 다른 일 실시예에 있어서, 무게 함수율은 임계범위 중 상기 무게 함수율로부터 가장 먼 값이 되도록 조절될 수 있다. 예를 들어, 제1 구간의 임계범위가 -2 ~ 1%이고 현재 무게 함수율이 2%인 경우, 무게 함수율은 임계범위 중 무게 함수율 2%와 가장 먼 값인 -2%가 되도록 조절될 수 있다.
이 방법은 서버가 분석한 무게 함수율의 변화 패턴에 기초하여 선택될 수 있다.
변화 패턴은 아래와 같은 다양한 알고리즘에 의해 분석될 수 있다.
예를 들어, 미리 정해진 모니터링 시간 동안(예를 들어 1시간) 무게 함수율이 미리 정해진 횟수(예를 들어 7회) 이상 증가하는 경우 서버는 무게 함수율의 변화 패턴이 "증가"라고 분석할 수 있다. 서버는 상기 분석 결과가 도출된 시점으로부터 미리 정해진 패턴 적용 가능 시간(예를 들어 30분) 이내에 무게 함수율이 임계범위를 초과하는 경우 무게 함수율을 임계범위 중 상기 무게 함수율로부터 가장 먼 값이 되도록 조절할 수 있다.
상술한 예와 반대의 경우 무게 함수율의 변화 패턴은 "감소"라고 분석될 수도 있다.
양액기와 서버가 일체형으로 구현되는 경우 상기 변화 패턴 분석은 양액기에 의해 수행될 수 있다.
이 방법은 무게 함수율이 변화하려는 방향을 무게 함수율의 조절에 반영함으로써 다른 방법에 비해 무게 함수율 조절 후 상대적으로 오랜 시간 동안 무게 함수율이 재차 임계범위를 벗어나는 것을 방지할 수 있다.
상기 실시예는 반대의 경우, 예를 들어, 제1 구간의 임계범위가 -2 ~ 1%이고 현재 무게 함수율이 -3%인 경우, 무게 함수율은 임계범위 중 무게 함수율 -3%와 가장 먼 값인 1%가 되도록 조절된다.
또 다른 일 실시예에 있어서, 무게 함수율은 임계범위 중 가장 먼 값을 기준으로 임계범위 방향으로 미리 정해진 값만큼 더 조절되도록 설정될 수 있다. 예를 들어, 제1 구간의 임계범위가 -2 ~ 1%이고, 현재 무게 함수율이 2%이고, 미리 정해진 값이 1%인 경우, 무게 함수율은 임게범위 중 가장 먼 값인 -2%를 기준으로 1%만큼 임계구간 방향으로 더 조절되어 -1%가 되도록 설정될 수 있다. 이를 통해 무게 함수율을 임계범위 내로 진입시킴으로써 무게 함수율이 재차 임계범위를 이탈하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
또 다른 일 실시예에 있어서, 무게 함수율은 기준 범위 내의 임의의 값이 되도록 조절될 수 있다. 예를 들어, 제1 구간의 기준 범위가 -2 ~ 1%이고 현재 무게 함수율이 2%인 경우, 무게 함수율은 기준 범위 중 임의의 값인 0, -1.8, 0.7 등의 값으로 조절될 수 있다.
관수 관리 시스템은 양액기와 서버가 일체형으로 구현될 수도 있다. 이 경우 일체형 장치는 무게 센서로부터 수신한 무게값에 기초하여 무게 함수율을 산출하고, 제어 신호를 생성하며, 배지에 대한 급액을 제어한다. 무게 함수율 산출, 제어 신호, 급액 제어 원리는 양액기와 서버가 분리된 관수 관리 시스템과 동일하므로 중복하여 설명하지 않는다.
도 1은 배지의 급액, 배액, 무게 변화를 나타낸다.
도 1로부터 각각의 무게 함수율을 계산할 수 있다.
도 1을 참조하면, 24시간은 총 4개의 구간으로 나누어질 수 있다. 이중에서 제1 구간(P1)은 06:00 ~ 09:00이고, 제2 구간(P2)은 09:00 ~ 15:00이고, 제3 구간(P3)은 15:00 ~ 17:00이고, 제4 구간(P4)은 17:00 ~ 06:00(다음날)일 수 있다.
여기에서, 무게 함수율의 임계범위는 제1 구간에서 -2 ~ 1%이고, 제2 구간에서 6 ~ 8%이고, 제3 구간에서 -4 ~ 3%이고, 제4 구간에서 -3 ~ -2%일 수 있다.
각 구간별 임계범위는 작물 종류나 작물의 재배 상황(예를 들면, 성장기, 발화기, 수확기 등)등에 따라 다르게 설정될 수 있다.
무게 센서로 각 구간의 시작점 및 종료점에서의 무게를 측정함으로써 정확한 구간별 무게 함수율을 구할 수 있다.
도 1에서 파란색 선은 배지의 무게값(kg)를 의미하고, 빨간색 선은 급액값(cc)를 의미하고, 초록색 선은 배액값(cc)을 의미한다. 시기적으로 급액이 먼저 시작되고, 다소 간의 시간 차를 둔 후 배액이 시작된다. 매 시기에 있어 급액값은 배액값보다 많다. 무게값은 제2 구간 시작점에서 급격히 증가한 후, 반복적으로 증감을 거듭하고, 제3 구간 시작점에서 급격히 증가한 후 제4 구간을 거쳐 제1 구간 종료점이 될 때까지 지속적으로 하강한다. 무게값은 급액 개시 이후 증가하다가 어느 순간부터 일정한 패턴으로 증감을 반복한다. 급액이 중단되면 무게값은 점차 감소한다. 급액 개시 시 급액량과 배액량은 계단식으로 점차 증가하는 패턴을 보인다.
아래 <생산량 1 내지 2>는 본원의 관수 관리 시스템을 사용하기 전후의 딸기 수확량의 변화를 나타낸다.
<생산량 1>
관수 관리 시스템을 사용하기 전의 수확량을 나타냄
생산년도: 2020년
출하기간: 2020년 1월 ~ 4월
총 생산량: 1,055kg
<생산량 2>
관수 관리 시스템을 사용한 후의 수확량을 나타냄
생산년도: 2021년
출하기간: 2021년 1월 ~ 4월
총 생산량: 1,235kg
아래 <생산량 3 내지 4>는 본원의 관수 관리 시스템을 사용하기 전후의 파프리카 수확량의 변화를 나타낸다.
<생산량 3>
관수 관리 시스템을 사용하기 전의 수확량을 나타냄
생산년도: 2020년
출하기간: 2020년 1월 ~ 6월
총 생산량: 1,455kg
<생산량 4>
관수 관리 시스템을 사용한 후의 수확량을 나타냄
생산년도: 2021년
출하기간: 2021년 1월 ~ 6월
총 생산량: 1,680kg
도시되지 않았으나, 본원의 관수 관리 시스템은 양액의 과다공급을 방지할 수도 있다. 관수 관리 시스템은 이를 위해 농도 센서 및/또는 산도 센서를 더 포함할 수 있다. 양액은 교반기에 의해 잘 섞인 후 양액기에 저장된다. 농도 센서 및/또는 산도 센서는 양액기로부터 배출되는 양액을 측정하여, 작물의 수확량에 영향을 미치지 않는 농도의 대략 10 ~ 15% 정도가 측정되면 급액을 중단하고 농도와 산소를 제어한다. 그 다음 원수를 사용하여 배관에 잔류하는 양액을 세척한다. 이를 통해 과도한 농도나 산도의 양액이 작물에 공급되는 것을 방지할 수 있다.
도시되지 않았으나, 본원의 관수 관리 시스템은 양액의 농도 변화를 통해 관수를 조절할 수도 있다. 예를 들어 관수 관리 시스템은 무게 센서가 측정한 무게 함수율이 임계범위를 벗어나는 경우, 양액의 농도를 변화시켜 조성을 변경함으로써 무게 함수율이 임계범위에 속하도록 조절할 수 있다. 또한, 관수 관리 시스템은 양액의 주입시기, 주입속도 등을 더 조절할 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (6)

  1. 작물의 양액재배에 사용되는 관수 관리 시스템에 있어서,
    배지, 무게 센서, 양액기 및 서버를 포함하고,
    상기 무게 센서는 상기 배지의 무게값을 측정하여 상기 서버로 전송하고;
    상기 서버는 상기 무게값에 기초하여 무게 함수율을 산출하고, 상기 무게 함수율에 기초하여 제어 신호를 생성하고, 상기 제어 신호를 상기 양액기로 전송하고;
    상기 양액기는 상기 제어 신호에 기초하여 상기 배지에 대한 급액을 제어하고,
    상기 무게값은 미리 정해진 기준에 따라 24시간을 분할한 복수의 구간 각각의 시작점 및 종료점에서 측정된 것이고,
    상기 복수의 구간은 각각 하나의 무게 함수율을 갖고,
    각각의 무게 함수율은 아래 [수학식 1]에 따라 산출되고,
    각 구간의 무게 함수율이 각 구간의 임계범위 미만인 경우 상기 제어 신호는 급액 증가 신호를 포함하고,
    각 구간의 무게 함수율이 각 구간의 임계범위 초과인 경우 상기 제어 신호는 급액 감소 신호를 포함하고,
    상기 제어 신호에 급액 증가 신호가 포함된 경우 상기 양액기는 상기 배지에 대한 급액량을 증가시키거나 급액 주기를 단축시키고,
    상기 제어 신호에 급액 감소 신호가 포함된 경우 상기 양액기는 상기 배지에 대한 급액량을 감소시키거나 급액 주기를 연장하고,
    무게 함수율은 무게 함수율의 변화 패턴에 기초하여 조절되고,
    미리 정해진 모니터링 시간 동안 무게 함수율이 미리 정해진 횟수 이상 증가하는 경우 무게 함수율의 변화 패턴은 증가라고 분석되고, 상기 분석 결과가 도출된 시점으로부터 미리 정해진 패턴 적용 가능 시간 이내에 무게 함수율이 임계범위를 초과하는 경우 무게 함수율은 임계범위 중 상기 무게 함수율로부터 가장 먼 값이 되도록 조절되고,
    미리 정해진 모니터링 시간 동안 무게 함수율이 미리 정해진 횟수 이상 감소하는 경우 무게 함수율의 변화 패턴은 감소라고 분석되고, 상기 분석 결과가 도출된 시점으로부터 미리 정해진 패턴 적용 가능 시간 이내에 무게 함수율이 임계범위 미만이 되는 경우 무게 함수율은 임계범위 중 상기 무게 함수율로부터 가장 먼 값이 되도록 조절되는,
    작물의 양액재배에 사용되는 관수 관리 시스템.
    [수학식 1]
    Ww = (Wo-W)/W*100
    (Ww: 무게 함수율, Wo: 각 구간 종료점의 무게, W: 각 구간 시작점의 무게)
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 구간은 제1 구간 내지 제4 구간을 포함하고,
    상기 제1 구간의 시작점은 일출 시이고, 종료점은 최초 급액 시이고, 임계범위는 -2 ~ 1%이고,
    상기 제2 구간의 시작점은 최초 급액 시이고, 종료점은 최후 급액 시이고, 임계범위는 6 ~ 8%이고,
    상기 제3 구간의 시작점은 최후 급액 시이고, 종료점은 일몰 시이고, 임계범위는 -4 ~ 3%이고,
    상기 제4 구간의 시작점은 일몰 시이고 종료점은 일출 시이고, 임계범위는 -3 ~ 2%인,
    작물의 양액재배에 사용되는 관수 관리 시스템.
  3. 삭제
  4. 작물의 양액재배에 사용되는 관수 관리 시스템에 있어서,
    배지, 무게 센서 및 양액기를 포함하고,
    상기 무게 센서는 상기 배지의 무게값을 측정하여 상기 양액기로 전송하고,
    상기 양액기는 상기 무게값에 기초하여 무게 함수율을 산출하고, 상기 무게 함수율에 기초하여 제어 신호를 생성하고, 상기 제어 신호에 기초하여 상기 배지에 대한 급액을 제어하고,
    상기 무게값은 미리 정해진 기준에 따라 24시간을 분할한 복수의 구간 각각의 시작점 및 종료점에서 측정된 것이고,
    상기 복수의 구간은 각각 하나의 무게 함수율을 갖고,
    각각의 무게 함수율은 아래 [수학식 2]에 따라 산출되고,
    각 구간의 무게 함수율이 각 구간의 임계범위 미만인 경우 상기 제어 신호는 급액 증가 신호를 포함하고,
    각 구간의 무게 함수율이 각 구간의 임계범위 초과인 경우 상기 제어 신호는 급액 감소 신호를 포함하고,
    상기 제어 신호에 급액 증가 신호가 포함된 경우 상기 양액기는 상기 배지에 대한 급액량을 증가시키거나 급액 주기를 단축시키고,
    상기 제어 신호에 급액 감소 신호가 포함된 경우 상기 양액기는 상기 배지에 대한 급액량을 감소시키거나 급액 주기를 연장하고,
    무게 함수율은 무게 함수율의 변화 패턴에 기초하여 조절되고,
    미리 정해진 모니터링 시간 동안 무게 함수율이 미리 정해진 횟수 이상 증가하는 경우 무게 함수율의 변화 패턴은 증가라고 분석되고, 상기 분석 결과가 도출된 시점으로부터 미리 정해진 패턴 적용 가능 시간 이내에 무게 함수율이 임계범위를 초과하는 경우 무게 함수율은 임계범위 중 상기 무게 함수율로부터 가장 먼 값이 되도록 조절되고,
    미리 정해진 모니터링 시간 동안 무게 함수율이 미리 정해진 횟수 이상 감소하는 경우 무게 함수율의 변화 패턴은 감소라고 분석되고, 상기 분석 결과가 도출된 시점으로부터 미리 정해진 패턴 적용 가능 시간 이내에 무게 함수율이 임계범위 미만이 되는 경우 무게 함수율은 임계범위 중 상기 무게 함수율로부터 가장 먼 값이 되도록 조절되는,
    작물의 양액재배에 사용되는 관수 관리 시스템.
    [수학식 2]
    Ww = (Wo-W)/W*100
    (Ww: 무게 함수율, Wo: 각 구간 종료점의 무게, W: 각 구간 시작점의 무게)
  5. 제4항에 있어서,
    상기 복수의 구간은 제1 구간 내지 제4 구간을 포함하고,
    상기 제1 구간의 시작점은 일출 시이고, 종료점은 최초 급액 시이고, 임계범위는 -2 ~ 1%이고,
    상기 제2 구간의 시작점은 최초 급액 시이고, 종료점은 최후 급액 시이고, 임계범위는 6 ~ 8%이고,
    상기 제3 구간의 시작점은 최후 급액 시이고, 종료점은 일몰 시이고, 임계범위는 -4 ~ 3%이고,
    상기 제4 구간의 시작점은 일몰 시이고 종료점은 일출 시이고, 임계범위는 -3 ~ 2%인,
    작물의 양액재배에 사용되는 관수 관리 시스템.
  6. 삭제
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