KR102640364B1 - 아쿠아포닉스 재배 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일실시예에 따른 아쿠아포닉스 재배 시스템은, 내부에 양액이 저장되기 위한 공간이 형성되는 양액 탱크, 야외에 배치되고 작물의 종류 별로 구획된 복수의 재배영역을 포함하고, 상기 양액 탱크로부터 상기 양액을 공급 받는 재배 유닛, 상기 양액 탱크에 상기 양액을 공급하는 양식 유닛, 상기 양액 탱크에서 상기 복수의 재배영역 각각으로 상기 양액을 공급하는 급수부 및 기상 데이터를 기반으로 상기 재배 유닛으로의 상기 양액 공급량을 조절하는 제어장치를 포함한다.
본 발명의 아쿠아포닉스 재배 시스템은 재배 유닛을 정원이나 밭에 배치시켜 다양한 외부 환경과 함께 작물을 재배할 수 있음과 동시에 아쿠아포닉스 재배 시스템의 양액을 활용할 수 있다는 장점이 있다.

Description

아쿠아포닉스 재배 시스템{AQUAPONICS CULTIVATION SYSTEM}
본 발명은 아쿠아포닉스 재배 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 재배 유닛을 야외에 배치시켜 기상 환경에 따라 재배 유닛으로의 양액 공급량을 조절하는 아쿠아포닉스 재배 시스템에 관한 것이다.
아쿠아포닉스(aquaponics)는 양어를 의미하는 acuaculture 와 식물의 수경재배를 의미하는 hydroponics를 합친 말로서, 어류의 배설물을 식물의 영양분으로 사용하고, 식물의 생물학적 작용에 의해 자연정화된 물을 어류의 양식에 사용하는 인공 식물재배의 한 방식이다.
아쿠아포닉스는 친환경적인 방식으로 어류의 양식과 식물의 수경재배를 동시에 하면서 유기농 식물을 재배할 수 있다는 점에서 최근 각광받는 식물재배 방식이다. 기존의 아쿠아포닉스 시스템은 일반적으로 수조, 바이오필터, 수경재배 시스템이 지속적으로 순환하는 Closed Loop의 형태를 가지고 있었다. 이는 전체 물이 외부로 빠져나가지 않기에 전체 수질 환경 컨트롤 등에 있어서 장점이 있었다. 하지만, 아쿠아포닉스 시스템이 온전히 갖추어진 상태에서 시스템의 스펙 안에서만 재배가 이루어지기 때문에 높은 비용과 적용성이 제한적인 단점이 있다.
KR 10-2022-0033754 A
본 발명은 위와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 재배 유닛을 야외에 배치시켜 기상 환경에 따른 강수를 활용할 수 있도록 하여 기존의 Closed Loop 형태의 아쿠아포닉스 재배 시스템을 Open Loop 형태로 변경한 아쿠아포닉스 재배 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, Open Loop 형태로 변경된 아쿠아포닉스 재배 시스템에 장비 배치 자유도를 구현하기 위하여 본 발명만의 새로운 형태의 양식 유닛을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 아쿠아포닉스 재배 시스템은, 내부에 양액이 저장되기 위한 공간이 형성되는 양액 탱크, 야외에 배치되고 작물의 종류 별로 구획된 복수의 재배영역을 포함하고, 상기 양액 탱크로부터 상기 양액을 공급 받는 재배 유닛, 상기 양액 탱크에 상기 양액을 공급하는 양식 유닛, 상기 양액 탱크에서 상기 복수의 재배영역 각각으로 상기 양액을 공급하는 급수부 및 기상 데이터를 기반으로 상기 재배 유닛으로의 상기 양액 공급량을 조절하는 제어장치를 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따른 아쿠아포닉스 재배 시스템에서, 양식 유닛은, 물고기 양식을 하는 수조 탱크, 상기 수조 탱크 내부에 배치되어 물고기의 양식 환경을 조성하고 상기 양식 유닛에서 상기 양액 탱크로 공급되는 상기 양액을 상기 작물의 재배 환경 맞게 필터링하는 필터부, 상기 수조 탱크로부터 상기 필터부를 거쳐 상기 양액이 이송되는 배수 영역 및 상기 배수 영역에서 상기 양액 탱크로 상기 양액을 이송시키는 펌프부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 아쿠아포닉스 재배 시스템에서, 상기 양식 유닛은, 상기 배수 영역에서 상기 재배 유닛으로 직접 상기 양액을 공급하는 우회 유로 및 상기 우회 유로와 상기 배수 영역 사이의 경로를 개폐하는 우회유로 밸브를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 아쿠아포닉스 재배 시스템은, 상기 재배 유닛에서 상기 양식 유닛으로 상기 양액을 이송시키는 순환부를 더 포함하고, 상기 양식 유닛은, 상기 수조 탱크의 수위를 측정하는 수위센서를 포함하는 수조 센서부 및 상기 수조 탱크의 수위를 측정하는 수위센서 및 상기 수조 탱크의 적정 수위를 유지하기 위해 상기 순환부에서 공급된 상기 양액을 상기 수조 탱크로 공급하는 리필 밸브를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 아쿠아포닉스 재배 시스템에서, 상기 양식 유닛은, 상기 수조 탱크에 산소를 공급하는 제1 에어펌프 및 상기 필터부 내부로 산소를 공급하는 제2 에어펌프를 포함하고, 상기 필터부는, 상기 수조 탱크 내의 물고기의 배설물의 암모니아를 아질산염 또는 질산염으로 필터링하는 바이오필터 미디어를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 아쿠아포닉스 재배 시스템에서, 상기 재배 유닛은, 상기 복수의 재배영역 각각에 배치된 복수의 토양 수분센서 및 복수의 토양 영양분 센서를 포함하는 재배 센서부를 포함하고, 상기 제어장치는, 상기 토양 수분센서 및 상기 토양 영양분 센서를 통해서 얻어진 토양 데이터 및 강수량을 예상한 상기 기상 데이터를 활용하여 상기 복수의 재배영역 각각 개별적으로 작물의 종류에 알맞은 상기 양액의 공급량을 조절할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 아쿠아포닉스 재배 시스템에서, 상기 수조 센서부는, 상기 수조 탱크 내부의 양액의 산소포화도를 측정하는 산소센서, 상기 수조 탱크 내부의 양액의 수소 이온 농도(pH)를 측정하는 수소이온농도센서 및 상기 수조 탱크 내부의 양액의 온도를 측정하는 온도센서를 더 포함하고, 상기 제어장치는, 상기 수조 센서부에서 측정한 수조 탱크 센싱 데이터를 통해 상기 리필 밸브의 개폐를 결정할 수 있다.
본 발명의 아쿠아포닉스 재배 시스템은 재배 유닛을 정원이나 밭에 배치시켜 다양한 외부 환경과 함께 작물을 재배할 수 있음과 동시에 아쿠아포닉스 재배 시스템의 양액을 활용할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 외부 환경과 결합된 Open loop 시스템을 본 발명의 아쿠아포닉스 재배 시스템에 적용하였기 때문에, 기존의 Closed loop 시스템과 비교하였을 때 장비 배치의 자유도가 높아져 다양한 작물이나 재배 방식을 채택할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 아쿠아포닉스 재배 시스템에 적용되는 양식 유닛의 형태를 통합형으로 제작하여 Open Loop 방식의 시스템에 다양한 구조가 적용되는 것을 용이하게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 아쿠아포닉스 재배 시스템의 개념도;
도 2 및 도3은 본 발명의 일실시예에 따른 아쿠아포닉스 재배 시스템을 설명하기 위한 도면;
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 양식 유닛의 사사도;
도 5는 본 발명의 일시시예에 따른 양식 유닛의 분리 사시도;
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 제어 장치의 동작원리를 설명하기 위한 블록도; 및
도 7 및 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 아쿠아포닉스 재배 시스템의 작동 순서도;이다.
이하, 본 발명의 다양한 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 본 발명은 특정 실시예에 대해 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예들의 다양한 변경(Modification), 균등물(Equivalent) 및/또는 대체물(Alternative)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.
본 문서에서, "가진다", "가질 수 있다", "포함한다", 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 해당 특징(예: 수치, 기능, 동작, 또는 부품 등의 구성요소)의 존재를 가리키며, 추가적인 특징의 존재를 배제하지 않는다.
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따라서, 본 명세서에 기재된 실시예의 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일부 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에서 설명하는 본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, "일면", "타면", "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 이하, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 상세히 설명하기로 하며, 동일한 참조부호는 동일한 부재를 가리킨다.
이하, 도면을 참고하여, 본 발명에 따른 아쿠아포닉스 재배 시스템(1)을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 아쿠아포닉스 재배 시스템(1)의 개념도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 아쿠아포닉스 재배 시스템(1)의 설명도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 아쿠아포닉스 재배 시스템(1)은, 내부에 양액이 저장되기 위한 공간이 형성되는 양액 탱크(100), 야외에 배치되고 작물의 종류 별로 구획된 복수의 재배영역(210)을 포함하고, 상기 양액 탱크(100)로부터 상기 양액을 공급 받는 재배 유닛(200), 상기 양액 탱크(100)에 상기 양액을 공급하는 양식 유닛(300), 상기 양액 탱크(100)에서 상기 복수의 재배영역(210) 각각으로 상기 양액을 공급하는 급수부(400) 및 기상 데이터를 기반으로 상기 재배 유닛(200)으로의 상기 양액 공급량을 조절하는 제어장치(500)를 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따른 아쿠아포닉스 재배 시스템(1)은 양액 탱크(100), 재배 유닛(200), 양식 유닛(300), 급수부(400) 및 제어장치(500)를 포함한다. 도 1을 보면, 본 발명의 일실시예에 따른 아쿠아포닉스 재배 시스템(1)을 직관적으로 보여주는데, 바로 작물이 자라는 재배 유닛(200)이 야외에 배치되어 밭이나 정원 형태로 구성될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 아쿠아포닉스 재배 시스템(1)을 설명하는 도면이다. 도 2를 보면, 양액의 이동 경로가 양식 유닛(300), 양액 탱크(100), 재배 유닛(200) 순서대로 이루어진다. 양액 탱크(100)에는 양액이 저장되는 공간이 마련된다. 재배 유닛(200)은 작물이 길러지는 유닛을 말하며, 본 발명의 일실시예에서는 야외에 배치된 것을 특징으로 한다. 또한, 재배 유닛(200)은 복수의 재배영역(210)을 포함하고 양액 탱크(100)로부터 양액을 공급받는다. 복수의 재배영역(210)에는 각 재배영역(210) 별로 다른 종류의 작물이 배치될 수 있어, 각 재배영역(210) 별로 양액의 공급량을 달리할 수 있다. 양식 유닛(300)는 물고기들이 자라는 유닛으로 필터링을 거쳐 양액 탱크(100)로 양액을 공급하는 유닛이다. 양식 유닛(300)과 양액 탱크(100) 사이의 파이프에는 펌프가 배치되어 양액을 이송할 수 있다. 급수부(400)는 양액 탱크(100)에서 재배영역(210)으로 양액을 공급한다. 급수부는 양액탱크(100)에서 각각의 재배영역(210)으로 향하는 급수 파이프를 포함하며, 각각의 급수 파이프에는 펌프가 배치될 수 있다. 도 2에서 도시된 바와 같이 급수부(400)의 급수 파이프는 하나의 파이프가 양액 탱크(100)에서 연장된 다음 복수의 재배영역(210)을 향해 복수 갈래로 갈리는 형태를 띌 수 있다. 이 경우에는 급수 파이프 중 파이프가 갈리는 부분에 밸브가 형성되어 각 재배 영역(210)으로 향하는 급수의 양을 각 재배 영역(210) 별로 조절할 수 있으나, 각 재배 영역(210) 별로 급수양을 조절할 수 있으면 족하고 급수부(400)의 형태가 도 2와 같이 제한되는 것은 아니다. 제어장치(500)는 기상 데이터를 기반으로 재배 유닛(200)에 제공되는 양액의 양의 조절한다. 기상 데이터는 야외에 배치된 재배 유닛(200)으로 내려질 것으로 예상되는 강수량 데이터를 의미할 수 있으며, 야외 환경의 온도, 습도 등도 포함될 수 있다. 기상 데이터는 기상청의 데이터를 활용할 수 있으며, 기상 데이터는 제어장치(500)로 지속적으로 업데이트된다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 양식 유닛(300)을 도시한다.
본 발명의 일실시예에 따른 아쿠아포닉스 재배 시스템(1)에서, 양식 유닛(300)은, 물고기 양식을 하는 수조 탱크(310), 상기 수조 탱크(310) 내부에 배치되어 물고기의 양식 환경을 조성하고 상기 양식 유닛(300)에서 상기 양액 탱크(100)로 공급되는 상기 양액을 상기 작물의 재배 환경 맞게 필터링하는 필터부(320), 상기 수조 탱크(310)로부터 상기 필터부(320)를 거쳐 상기 양액이 이송되는 배수 영역(330) 및 상기 배수 영역(330)에서 상기 양액 탱크(100)로 상기 양액을 이송시키는 펌프부(340)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 양식 유닛(300)은 수조 탱크(310), 필터부(320), 배수 영역(330) 및 펌프부(340)를 모두 포함하여 하나의 탱크 구조체로서 구비될 수 있다. 따라서 기존에는 모두 각각 배치되어 있던 구성을 하나의 양식 유닛(300)으로서 통합하여 본 발명의 아쿠아포닉스 재배 시스템의 배치 자유도를 높일 수 있다.
수조 탱크(310)는 물고기가 자라는 양식 탱크이다. 도 4를 보면, 수조 탱크(310)는 양식 유닛(300)의 외곽 프레임을 형성하는 역할도 한다. 필터부(320)는 수조 탱크(310) 내부 환경을 정화하는 역할과 양액 탱크(100)로 이송되는 양액을 정화하는 역할을 수행한다. 수조 탱크(310) 내의 양액은 물고기들의 배설물 등으로 인해 오염이 되고, 물고기의 양식을 위해 수조 탱크(310) 내의 양액을 필터링할 필요가 있다. 또한, 수조 탱크(310) 내의 양액을 양액 탱크(100)로 이송할 때, 양액 탱크(100) 내에 배치된 양액을 오염시키지 않기 위해 필터부(320)에서 필터링된 양액을 양액탱크(100)로 이송하게 된다. 배수 영역(330)는 수조 탱크(310)로부터 필터부(320)를 거쳐 양액이 이송되기 전에 양액이 거치는 영역임과 동시에, 물고기들의 생존 환경을 마련하기 위해 양액이 다시 필터부(320)를 거쳐 수조 탱크(310)로 이동하기 전에 머무는 영역이다. 도 5를 볼 때, 배수 영역(330)는 필터부(320)의 내측으로 형성될 수 있다. 펌프부(340)는 배수 영역(330)에서 양액 탱크(100)로 양액을 이송시키는 동력을 제공하고, 도 4를 보면 수조 탱크(310)의 외면에 배치되어 양식 유닛(300)에 다양한 구성이 하나로 통합되어 구성되어 있음을 볼 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 아쿠아포닉스 재배 시스템(1)에서, 상기 양식 유닛(300)은, 상기 배수 영역(330)에서 상기 재배 유닛(200)으로 직접 상기 양액을 공급하는 우회 유로(350) 및 상기 우회 유로(350)와 상기 배수 영역(330) 사이의 경로를 개폐하는 우회유로 밸브(360)를 포함할 수 있다.
도 2를 보면, 본 발명의 일실시예에 따른 양식 유닛(300)은 양액 탱크(100)로만 양액을 제공하는 것이 아니라, 우회 유로(350)를 통해 재배 유닛(200)으로도 양액을 제공할 수 있는 것이 도시되어 있다. 본 발명의 일실시예에 따른 아쿠아포닉스 재배 시스템(1)은 Open Loop 구조로서 재배 유닛(200)을 야외에 배치시킨 자유도를 얻었기 때문에, 재배 유닛(200)의 재배영역(210) 중에서 양액 공급이 크게 필요치 않은 작물을 심은 재배영역(210)도 있을 수 있고, 그에 따라 우회 유로(350)를 통해 수경재배가 되지 않는 재배영역(210)에 심어진 작물에 양액을 제공할 수 있게 형성될 수 있다. 우회 유로(350)에는 우회유로 밸브(360)에 형성될 수 있으며, 우회유로 밸브(360)는 유회 유로(350)와 배수 영역(330) 사이의 경로를 개폐한다. 따라서 제어장치(500)는 우회유로 밸브(360)의 개폐를 제어하여 양식 유닛(300)에서 재배 유닛(200)으로의 양액 공급을 결정할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 아쿠아포닉스 재배 시스템(1)의 설명도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 아쿠아포닉스 재배 시스템(1)은, 상기 재배 유닛(200)에서 상기 양식 유닛(300)으로 상기 양액을 이송시키는 순환부(600)를 더 포함하고, 상기 양식 유닛(300)은, 상기 수조 탱크(310)의 수위를 측정하는 수위센서(371)를 포함하는 수조 센서부(370) 및 상기 수조 탱크(310)의 적정 수위를 유지하기 위해 상기 순환부(600)에서 공급된 상기 양액을 상기 수조 탱크(310)로 공급하는 리필 밸브를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 재배 시스템(1)은 순환부(600)를 더 포함할 수 있다. 순환부(600)는 재배 유닛(200)에서 양식 유닛(300)으로 양액을 이송시키는 역할을 하며, 도 3을 보면 알 수 있듯이, 순환부(600)는 양액이 양액 탱크(100), 재배 유닛(200), 양식 유닛(300) 순으로 순환할 수 있는 경로를 마련해 줄 수 있다. 순환부(600)는 재배영역(210) 각각에서 연장된 파이프가 양식 유닛(300)으로 향하는 구조를 가질 수 있다. 순환부(600)는 재배 영역(210)에서 기상 환경에 따라 지나치게 많은 물이 고여 있는 경우 재배 영역(210)에서 긴급하게 배출되는 양액을 보관하는 리필 탱크(610)를 포함할 수 있다. 리필 탱크(610)에서는 양액을 보관하고 있다가, 이하에서 설명할 리필 밸브(380)의 개폐에 따라 수조 탱크(310)로 양액을 공급할 수 있게 설계된다.
양식 유닛(300)은 수조 센서부(370) 및 리필 밸브(380)를 더 포함할 수 있다. 수조 센서부(370)는 수조 탱크(310) 내의 물고기가 살 수 있는 환경을 모니터링하기 위한 센서 등을 포함한다. 물고기들의 살 수 있는 적정 수위를 측정하기 위해, 수조 센서부(370)는 수위센서(371)를 포함한다. 리필 밸브(380)는 리필 탱크(610)로부터 수조 탱크(310)로의 양액 공급을 개폐하는 역할을 한다. 또한, 수조 탱크(310)의 수위가 낮다고 제어장치(500)가 판단하는 경우, 순환부(600)의 리필 탱크(610)에 구비된 양액을 수조 탱크(310)로 공급하도록 리필 밸브(380)가 개방될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 아쿠아포닉스 재배 시스템(1)에서, 상기 양식 유닛(300)은, 상기 수조 탱크(310)에 산소를 공급하는 제1 에어펌프 및 상기 필터부(320) 내부로 산소를 공급하는 제2 에어펌프를 포함하고, 상기 필터부(320)는, 상기 수조 탱크(310) 내의 물고기의 배설물의 암모니아를 아질산염 또는 질산염으로 필터링하는 바이오필터 미디어를 포함할 수 있다.
양식 유닛(300)의 수조 탱크(310)에는 물고기가 생장하여야 하기 때문에 물고기가 숨 쉴 산소가 부족해 질 일이 없도록 제1 에어펌프가 수조탱크(310)에 산소를 공급하도록 구비된다. 또한, 필터부(320)는 물고기의 배설물의 독소인 암모니아를 아질산염 또는 질산염으로 필터링시키는 바이오필터 미디어를 구비하는데, 바이오필터 미디어에는 암모니아를 분해하는 박테리아가 구비된다. 이때 박테리아의 성장 환경을 마련하기 위해 필터부(320) 내로 산소 공급이 필수적이다. 따라서 필터부(320) 내부로 산소를 공급하는 제2 에어펌프가 구비된다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 아쿠아포닉스 재배 시스템(1)의 구성요소 및 외부서버(650), 사용자 단말(670)간 논리 관계를 나타낸 개념도이다.
아쿠아포닉스 재배 시스템(1)은 재배센서부(220), 수조센서부(370), 제어장치(500), 급수부(400) 및 순환부(600)를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 제어장치(500)는 버스, 디스플레이, 통신회로, 데이터베이스, 메모리, I/O 인터페이스 및 프로세서를 포함할 수 있다. 다른 실시 예에서는, 제어장치(500)는 상기 구성요소들 중 적어도 하나를 생략하거나 다른 구성요소를 추가적으로 구비할 수 있다.
참고로, 제어장치(500)의 구성요소들은 본 발명의 일 실시 예에 따른 아쿠아포닉스 재배 시스템의 동작 방법을 설명하기 위한 예시적인 구성요소들에 불과하다. 즉, 본 발명의 일 실시 예에 따른 제어장치(500)가 도시된 구성요소들 이외의 다른 구성요소를 추가로 포함할 수 있음은 명백하다.
버스는 제어장치(500)의 구성요소들을 서로 전기적으로 연결할 수 있다. 버스는 제어장치(500)의 구성요소들 간의 통신(예를 들면, 제어 메시지 및/또는 데이터)을 위한 회로를 포함할 수 있다.
디스플레이는 각종 콘텐츠를 구성하는 텍스트, 이미지, 비디오, 아이콘 혹은 심볼 등을 표시할 수 있다. 디스플레이는 터치스크린을 포함할 수 있으며, 전자펜 혹은 사용자 신체의 일부를 이용한 터치, 제스처, 근접 혹은 호버링(hovering) 입력을 수신할 수 있다.
예를 들면, 디스플레이는 액정디스플레이(LCD), 발광다이오드(LED) 디스플레이, 유기 발광 다이오드(organic LED) 디스플레이 또는 마이크로 전자기기 시스템(microelectromechanical systems, MEMS) 디스플레이, 또는 전자 종이(electronic paper) 디스플레이를 포함할 수 있다. 디스플레이는 서버(150)에 포함되어 구현되거나, 제어장치(500)와 별도로 구현되되 제어장치(500)에 기능적(operatively)으로 연결될 수 있다.
통신회로는 제어장치(500)와 외부장치들과의 통신 채널을 수립할 수 있다. 통신회로는 무선 통신 혹은 유선 통신을 통하여 네트워크에 액세스하여 외부장치들과 통신할 수 있다. 예컨대, 통신회로는 외부서버(650) 및 사용자 단말(670)과 필요한 데이터를 송수신할 수 있다.
데이터베이스는 메모리 상에 구현되거나 별도의 저장매체에 구현될 수 있다. 데이터베이스는 아쿠아포닉스 재배 시스템(1) 자체에서 발생된 데이터, 외부서버(650) 및 사용자 단말(670)과 송수신한 데이터의 내용, 내역 등을 모두 저장할 수 있다. 데이터베이스에 저장된 데이터는 미리 지정된 주기에 따라 일정하게 업데이트될 수 있고, 외부서버(650) 또는 사용자 단말(670)를 통한 새로운 데이터 입력이 있는 경우에 수시로 업데이트 될 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 데이터베이스에 저장되는 데이터는 민감한 정보이므로, 상기 정보들의 이용에 관한 보안성 향상을 위하여 블록체인 네트워크에 분산 저장될 수도 있다. 데이터베이스가 블록체인 네트워크에 분산 저장되면, 데이터베이스에 포함된 정보의 전송, 수정(modification), 삭제, 추가 등의 이력은 당해 블록체인 네트워크에서 더욱 안전하게 관리될 수 있다.
메모리는 휘발성 및/또는 비휘발성 메모리를 포함할 수 있다. 메모리는 제어장치(500)에 적어도 하나의 다른 구성요소에 관계된 명령 혹은 데이터를 저장할 수 있다. 예를 들면, 메모리는 실행 시에, 프로세서가 본 명세서에서 설명되는 다양한 동작을 수행하도록 하는 명령어(instructions)를 저장할 수 있다. 일 예로, 상기 명령어는 어플리케이션 프로그램의 패키지 파일에 포함될 수 있다.
I/O 인터페이스는 사용자 혹은 다른 외부기기로부터 입력된 명령 혹은 데이터를 제어장치(500)의 다른 구성요소에 전달할 수 있는 역할을 수행할 수 있다. I/O 인터페이스는 하드웨어 혹은 소프트웨어로 구현될 수 있으며, 사용자 인터페이스(UI) 및 외부 다른 장치와의 통신을 위한 단자를 포괄하는 개념으로 사용될 수 있다.
프로세서는 중앙처리장치(CPU), 어플리케이션 프로세서(AP) 혹은 커뮤니케이션 프로세서(CP) 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 프로세서는 버스를 통하여 메모리, 디스플레이 및 통신회로과 전기적으로 연결되며, 동작 중에, 메모리에 저장된 명령어, 프로그램 혹은 소프트웨어에 따라 다른 구성요소들의 제어 및/또는 통신에 관한 연산이나 데이터 처리를 실행할 수 있다. 따라서, 상기 명령어, 어플리케이션 프로그램 혹은 소프트웨어의 실행은 프로세서의 동작으로 이해될 수 있다.
네트워크는 통신 네트워크(telecommunications network), 컴퓨터 네트워크(computer network), 인터넷, 혹은 전화망(telephone network) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 네트워크(280)에 액세스하기 무선 통신 프로토콜은, 예를 들면, LTE(Long-Term Evolution), LTE-A(LTE Advanced), CDMA(Code Division Multiple Access), WCDMA(Wideband CDMA), UMTS(Universal Mobile Telecommunications System), WiBro(Wireless Broadband), GSM(Global System for Mobile communications), 또는 5G 표준통신 프로토콜 중 적어도 하나를 사용할 수 있다. 다만, 이는 예시적인 것으로서, 본 발명이 적용되는 실시 예에 따라 당해 기술분야에서 적용 가능한 다양한 유, 무선 통신 기술이 이용될 수 있다.
재배센서부(220)는 복수의 재배영역(210) 각각에 배치된 복수의 토양수분센서 및 복수의 토양영양분센서를 포함할 수 있다. 토양 수분센서와 토양 영양분 센서를 통해서 재배 센서부(220)는 토양 데이터를 얻고 이를 제어장치(500)로 제공할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 제어장치(500)는, 상기 토양수분센서 및 상기 토양영양분센서를 통해서 얻어진 토양 데이터 및 외부서버(650, 예컨대, 기상청 서버)로부터 획든한 기상 데이터를 활용하여 상기 복수의 재배영역(210) 각각 개별적으로 작물의 종류에 알맞은 상기 양액의 공급량을 조절할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 아쿠아포닉스 재배 시스템(1)에서, 상기 수조 센서부(370)는, 상기 수조 탱크(310) 내부의 양액의 산소포화도를 측정하는 산소센서, 상기 수조 탱크(310) 내부의 양액의 수소 이온 농도(pH)를 측정하는 수소이온농도센서 및 상기 수조 탱크(310) 내부의 양액의 온도를 측정하는 온도센서를 더 포함할 수 있다. 산소센서, 수소이온센서 및 온도센서를 통해서 수조 센서부(370)는 수조 탱크 센싱 데이터를 얻고 이를 제어장치(500)로 제공할 수 있다.
제어장치(500)는, 수조 센서부(370)에서 측정한 수조 탱크 센싱 데이터에 기초하여 상기 리필 밸브(380)의 개폐를 결정할 수 있다.
제어장치(500)는 재배센서부(220) 및 수조센서부(370)로부터 제공된 센싱 데이터를 기반으로 급수부(400) 및 순화부(600)를 제어할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 제어장치(500)는 기상데이터와 작물의 종류에 따른 양액 공급량 결정 모델을 구축할 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 제어장치(500)는 학습 데이터 및 라벨링(labeling) 데이터 혹은 라벨링 되지 않은 데이터를 기초로 양액 공급량 결정 모델을 구축시켜, 양액 공급량 결정 모델이 입력데이터(기상데이터, 작물종류, 센싱데이터 등)에 대하여 출력 데이터(양액 공급량 등)를 결정할 수 있다.
구체적으로, 제어장치(500)는 학습 데이터를 기초로 양액 공급량 결정 모델을 구축할 수 있다. 제어장치(500)는 지도학습, 비지도학습, 강화학습, 모방학습 등의 방법으로 양액 공급량 결정 모델을 구축할 수 있다.
제어장치(500)는 구축된 양액 공급량 결정 모델을 활용하여 기상데이터, 작물에 대한 정보, 센싱데이터를 입력하면 특정 시점에 필요한 양액 공급량을 결정할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 아쿠아포닉스 재배 시스템(1)의 작동 순서도이다.
단계 S701에서, 제어장치(500)는 외부서버(650)로부터 제공된 기상데이터를 확인할 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 제어장치(500)는 기상데이터를 통하여 시간별 강수량, 온도, 습도, 자외선량, 적외선량, 구름변화에 대한 정보 등을 확인할 수 있다. 본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 기상데이터의 수집이나 제어장치(500)의 수동 제어의 경우 사용자 단말(670)에 의해 이루어질 수 있다.
단계 S703에서, 제어장치(500)는 재배 유닛(200)의 복수의 재배 영역(210) 각각의 적정 양액 공급량 산출할 수 있다. 적정 양액 공급량은 양액 탱크(100)에서 재배 영역(210) 각각으로의 공급되어야 하는 적정한 양액 공급량을 의미한다. 제어장치(500)는 기상데이터, 작물 종류 등을 고려하여 적정 양액 공급량을 산출한다.
단계 S705에서, 제어장치(500)는 실제로 양액 탱크(100)에서 재배 영역(210)으로 공급될 실질 양액 공급량을 결정할 수 있다. 실질 양액 공급량은 재배센서부(220)에서 측정된 토양 데이터를 통해 적정 양액 공급량을 보정하여 산출된다. 예를 들어, 제어장치(500)는 토양의 평균적인 수분량보다 재배 영역(210)의 수분량이 적은 경우, 적정 양액 공급량을 보정하여 실질 양액 공급량을 더 늘릴 수 있다.
단계 S707에서, 제어장치(500)는 양액 탱크(100)에서 각각의 재배 영역(210)으로 양액을 공급할 수 있다.
단계 S709에서, 제어장치(500)는 실질 양액 공급량을 지속적으로 모니터링할 수 있다.
실질 양액 공급량이 실제로 양액이 재배 영역(210)에 공급된 실제 공급량보다 크거나 같은 경우(단계 S709에서, 'Yes'), 단계 S711에서, 제어장치(500)는 재배센서부(220)로부터 업데이트된 토양 데이터를 반영하여 실질 양액 공급량을 조정할 수 있다. 제어장치(500)는 조정된 실질 양액 공급량에 기초하여 각 재배영역 별로 다시 양액을 공급할 수 있다. 또한, 제어장치(500)는 조정된 실질 양액 공급량과 변경된 실제 공급량을 다시 비교할 수 있다.
반면에, 실질 양액 공급량이 실제로 양액이 재배 영역(210)에 공급된 실제 공급량보다 작은 경우(단계 S709에서, 'No'), 단계 S713에서, 제어장치(500)는 순환부(600)를 작동시킬 수 있다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 아쿠아포닉스 재배 시스템(1)의 작동 순서도이다. 도 8은 도 7의 단계 S713 이후 단계를 나타낸다.
순환부(600)가 작동하게 되면 순환부(600)에 배치된 리필 탱크(610)에 양액이 쌓이게 된다. 단계 S801에서, 제어장치(500)는 수조센서부(370)로부터 얻은 수조탱크 센싱데이터를 활용하여 수조 탱크(310)의 적정 수위를 결정할 수 있다.
단계 S803에서, 제어장치(500)는 실제 수조 탱크(310)의 수위를 모니터링 할 수 있으며, 단계 S803에서 결정된 적정수위와 모니터링된 실제수위를 비교할 수 있다.
수조 탱크(310)의 적정 수위가 실제 수조 탱크(310)의 수위보다 크거나 같은 경우(단계 S803에서, 'Yes'), 제어장치(500)는 순환부(600)가 계속 작동되도록 리필 밸브(380)를 작동시켜 리필 탱크(610)에서 수조 탱크(310)로 양액을 이동시킬 수 있다.
한편, 제어장치(500)는 재차 수조센서부(370)으로부터 업데이트된 센싱데이터에 기초하여 적정수위를 업데이트할 수 있다. 제어장치(500)는 업데이트된 적정수위와 해당 시점에 모니터링된 실제수위를 다시 비교할 수 있다.
반면에, 수조 탱크(310)의 적정 수위가 실제 수조 탱크(310)의 수위보다 작은 경우(단계 S803에서, 'No'), 단계 S805에서, 제어장치(500)는 배수 영역(330)의 펌프 작동을 통해 양식 유닛(300)에서의 양액을 양액 탱크(100)로 이동시킬 수 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
1 : 아쿠아포닉스 재배 시스템
100 : 양액 탱크
200 : 재배 유닛
210 : 재배영역
220 : 재배 센서부
300 : 양식 유닛
310 : 수조 탱크
320 : 필터부
330 : 배수 영역
340 : 펌프부
350 : 우회 유로
360 : 우회유로 밸브
370 : 수조 센서부
371 : 수위센서
380 : 리필 밸브
400 : 급수부
500 : 제어장치
600 : 순환부
610 : 리필 탱크

Claims (8)

  1. 내부에 양액이 저장되기 위한 공간이 형성되는 양액 탱크;
    야외에 배치되고 작물의 종류 별로 구획된 복수의 재배영역을 포함하고, 상기 양액 탱크로부터 상기 양액을 공급 받는 재배 유닛;
    상기 양액 탱크에 상기 양액을 공급하는 양식 유닛;
    상기 양액 탱크에서 상기 복수의 재배영역 각각으로 상기 양액을 공급하는 급수부; 및
    기상 데이터를 기반으로 상기 재배 유닛으로의 상기 양액 공급량을 조절하는 제어장치;를 포함하고,
    상기 양식 유닛은,
    상기 양식 유닛의 외곽 프레임을 형성하여 물고기 양식을 하는 수조 탱크;
    상기 수조 탱크의 상기 외곽 프레임 내부에 배치되어 물고기의 양식 환경을 조성하고 상기 양식 유닛에서 상기 양액 탱크로 공급되는 상기 양액을 상기 작물의 재배 환경 맞게 필터링하는 필터부;
    상기 수조 탱크로부터 상기 필터부를 거쳐 상기 양액이 이송되는 영역임과 동시에 상기 양액이 다시 상기 필터부를 거쳐 상기 수조 탱크로 이동하기 전에 머무는 영역인 배수 영역;
    상기 배수 영역에서 상기 양액 탱크로 상기 양액을 이송시키는 펌프부; 및
    상기 배수 영역에서 상기 재배 유닛으로 직접 상기 양액을 공급하는 우회 유로;를 포함하는, 아쿠아포닉스 재배 시스템.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 양식 유닛은,
    상기 우회 유로와 상기 배수 영역 사이의 경로를 개폐하는 우회유로 밸브;를 포함하는, 아쿠아포닉스 재배 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 재배 유닛에서 상기 양식 유닛으로 상기 양액을 이송시키는 순환부;를 더 포함하고,
    상기 양식 유닛은,
    상기 수조 탱크의 수위를 측정하는 수위센서를 포함하는 수조 센서부; 및
    상기 수조 탱크의 적정 수위를 유지하기 위해 상기 순환부에서 공급된 상기 양액을 상기 수조 탱크로 공급하는 리필 밸브;를 포함하는, 아쿠아포닉스 재배 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 양식 유닛은,
    상기 수조 탱크에 산소를 공급하는 제1 에어펌프; 및
    상기 필터부 내부로 산소를 공급하는 제2 에어펌프;를 포함하고,
    상기 필터부는,
    상기 수조 탱크 내의 물고기의 배설물의 암모니아를 아질산염 또는 질산염으로 필터링하는 바이오필터 미디어를 포함하는, 아쿠아포닉스 재배 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 재배 유닛은,
    상기 복수의 재배영역 각각에 배치된 복수의 토양 수분센서 및 복수의 토양 영양분 센서를 포함하는 재배 센서부를 포함하고,
    상기 제어장치는,
    상기 토양 수분센서 및 상기 토양 영양분 센서를 통해서 얻어진 토양 데이터 및 강수량을 예상한 상기 기상 데이터를 활용하여 상기 복수의 재배영역 각각 개별적으로 작물의 종류에 알맞은 상기 양액의 공급량을 조절하는, 아쿠아포닉스 재배시스템.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 수조 센서부는,
    상기 수조 탱크 내부의 양액의 산소포화도를 측정하는 산소센서, 상기 수조 탱크 내부의 양액의 수소 이온 농도(pH)를 측정하는 수소이온농도센서 및 상기 수조 탱크 내부의 양액의 온도를 측정하는 온도센서를 더 포함하고,
    상기 제어장치는,
    상기 수조 센서부에서 측정한 수조 탱크 센싱 데이터를 통해 상기 리필 밸브의 개폐를 결정하는, 아쿠아포닉스 재배시스템.
  8. 아쿠아포닉스 재배 시스템의 동작방법에 있어서,
    제어장치가 외부서버로부터 제공된 기상데이터에 기초하여 기상 정보를 확인하는 단계;
    상기 제어장치가 재배유닛의 복수의 재배 영역 각각의 제1 양액공급량을 상기 기상데이터 및 작물종류에 기초하여 산출하는 단계;
    상기 제어장치가 양액 탱크에서 상기 복수의 재배 영역 각각에 공급될 제2 양액공급량을 재배센서부에서 측정된 토양데이터 및 상기 제1 양액공급량에 기초하여 결정하는 단계;
    상기 제어장치가 상기 양액 탱크에서 상기 복수의 재배 영역 각각에 양액을 공급하고, 실제로 공급되는 양액- 제3 양액공급량 -을 모니터링하는 단계;
    상기 제3 양액공급량이 상기 제2 양액공급량보다 작거나 같은 경우, 상기 제어장치가 상기 재배센서부로부터 업데이트된 토양데이터를 반영하여 상기 제2 양액공급량을 조정하는 단계;
    상기 제3 양액공급량이 상기 제2 양액공급량보다 큰 경우, 상기 제어장치가 순환부를 작동하는 단계;
    상기 제어장치가 수조센서부로부터 제공받은 수조탱크 센싱데이터를 활용하여 상기 수조탱크의 적정수위를 결정하는 단계;
    상기 제어장치가 상기 수조탱크의 수위를 모니터링하고, 상기 적정수위와 모니터링된 실제수위를 비교하는 단계; 및
    상기 적정수위가 상기 실제수위보다 작은 경우, 상기 제어장치가 양액유닛에서 상기 양액탱크로 양액이 이동하도록 배수영역의 펌프를 작동시키는 단계
    를 포함하는 아쿠아포닉스 재배시스템의 동작방법.
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