KR200384278Y1 - 복합환경제어 자동화 시스템 - Google Patents

Abstract

본 고안은 온실, 재배실, 버섯재배사 또는 비닐하우스 내의 온도, 습도 및 CO₂농도를 자동으로 최적화함으로서 번거로운 수작업은 최소화하고 재배물의 발육상태에 따른 이상적인 환경을 조성할 수 있는 복합환경제어 자동화 시스템에 관한 것으로, 재배실 내의 CO₂농도를 측정하여 기저장된 기준CO₂농도와의 비교연산을 통해 CO₂농도조절기의 작동을 제어하는 일련의 과정이 더 수행될 수 있도록 구성된 것이다.

Description

복합환경제어 자동화 시스템{Automatic System for complex environment contorl}

본 고안은 온실, 재배실, 버섯재배사 또는 비닐하우스(이하 재배실) 내의 온도, 습도 및 CO₂농도를 자동으로 최적화함으로서 번거로운 수작업은 최소화하고 재배물의 발육상태에 따른 이상적인 환경을 조성할 수 있는 복합환경제어 자동화 시스템에 관한 것이다.

버섯재배사 또는 비닐하우스 등과 같이 특수작물들을 생육하는 온실 및 재배실 등은 작물(재배물)의 성장에 적합하도록 외부 환경과는 독립되는 특별한 환경이 조성된다. 이러한 환경이 조성되기 위해서는 시간에 관계없이 온도 및 습도의 항상성이 유지되어야 하며, 특히, 각각의 발육단계에 맞는 최적의 온습도로 융통성있게 조절되어야 하므로 재배실의 현재 온도 및 습도에 대한 측정이 계속해서 이루어지는 동시에 상황에 따라선 온도 및 습도에 대한 조절이 필수적으로 이루어져야 한다.

상기한 목적을 이루기 위해 종래에는 수은주 또는 알코올 등으로 된 아날로그 방식의 온도계와 건습구 습도계 등을 수단으로 현재의 온도 및 습도를 측정한 후, 재배자의 경험 및 주관적 판단을 근거로 가습기, 난로 및 에어컨 등을 소정시간동안 작동시킴으로서 재배에 적합한 환경을 조성하였다.

이러한 방식은 재배자가 재배실에 상근해야 할 뿐만아니라, 상황에 맞는 적절한 온도 및 습도의 유지와 이를 위한 가습기, 난로 및 에어컨 등의 가동시간에 대한 결정이 주관적으로 이루어져야하므로 비전문인에게는 상기한 작업 자체가 곤란하였으며, 가습기, 난로 및 에어컨 등의 작동여부가 수작업으로 이루어져야 하므로 이또한 번거로울 수밖에 없었다.

이러한 문제들을 해결하기 위해 종래의 도 1을 참조하여 설명하면, 온도 및 습도를 감지하는 온도센서 및 습도 센서와; 후술될 제어부의 신호에 따라 센서로부터 입력된 데이타 값을 디지털 표시하는 7-세그먼트 방식의 현재온도 표시수단, 현재습도 표시수단, 최고온도 표시수단 및 최저온도 표시수단을 포함하는 출력부와; 키를 매개로 기준온도와 기준습도가 입력되면 해당 조작신호를 생성시켜 제어부로 전송하도록 된 기준온도 입력수단 및 기준습도 입력수단을 포함하는 입력부와; 현 환경이 사용자에 의해 설정된 기준 온도 및 습도 범위에서 벗어난 경우 경보음을 발생시키는 경보음 발생부와; 온도를 조절하는 온도조절기와; 습도를 조절하는 습도조절기와; 온도조절기 및 습도조절기를 각각 감지하는 작동감지센서와; 상기 온도센서, 습도 센서, 입력부, 출력부, 경보음 발생부, 온도조절기, 습도조절기 및 작동감지센서로부터 수신되는 각 신호에 따라 해당되는 상기 구성요소들을 제어ㆍ관리하는 제어부로; 이루어진다. 또한, 재배자/건조자가 작업장(재배실, 건조실)에 상근할 필요없이 다수의 작업장을 중앙에서 일괄 관리할 수 있도록 원격입출력부가 더 포함된다.

이러한 시스템은 재배자의 노동부하를 최소화할 수 있으면서도 작업장의 온습도를 효과적으로 조절할 수 있었다.

하지만, 작물재배를 위해 온도 및 습도를 일정하게 유지하는데는 밀폐된 공간이 유리한 반면, 작물은 호흡 또는 광합성 등의 생명활동을 위해 공기 중의 산소 또는 이산화탄소를 소비함으로서 공기의 조성비에 변화를 주게 된다. 이는 산소 또는 이산화탄소의 감소로 인한 호흡 또는 광합성 활동의 불가능 농도를 초래하여 작물 발육에 좋지 않은 영향을 끼치게 되는데, 상기 온습도 제어시스템은 온습도를 조절하는 기능뿐이어서 상기한 문제를 효과적으로 해결할 수 없었다.

이에 본 고안은 상기와 같은 문제를 해소하기 위해 안출된 것으로, 온습도 조절은 물론 공기중의 CO₂농도를 재배작물의 종류 및 생장단계에 적합하도록 최적화 시킴으로서 밀폐된 공간에서도 작물의 생육을 효과적으로 관리할 수 있는 보다 향상된 복합환경제어 자동화 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 고안은,

온도센서와; 습도센서와; 제어부의 신호에 따라 각 센서에서 감지된 데이터를 표시하는 출력부와; 입력내용에 따른 해당 조작신호를 생성시켜 제어부로 전송하는 입력부와; 제어부의 신호에 따라 온도를 조절하는 온도조절기와; 제어부의 신호에 따라 습도를 조절하는 습도조절기와; 온도조절기와 습도조절기의 작동유무를 각각 감지하는 작동감지센서와; 상기 온도센서, 습도센서, 입력부, 출력부, 온도조절기, 습도조절기 및 작동감지센서로부터 수신되는 각 신호에 따라 해당 구성요소들을 제어ㆍ관리하는 제어부로; 이루어진 복합환경제어 자동화 시스템에 있어서,

공기 중의 CO2농도를 측정하여 상기 제어부로 데이터를 전송하는 CO2센서와;

상기 제어부의 신호에 의해 작동되면서, 그 작동유무에 대한 감지는 상기 작동감지센서를 통해 이루어지도록 된 CO2농도조절기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합환경제어 자동화 시스템을 제공한다.

상술한 바와 같은 본 고안에 따른 복합환경제어 자동화 시스템에 있어서, 상기 입력부에는 재배작물의 생장에 적합한 최적의 CO2농도가 입력되면 해당 조작신호를 생성시켜 상기 제어부로 전송하는 기준CO2농도 입력수단과 상기 CO2센서에서 측정된 현재 CO2농도를 표시하는 현재 CO2농도 표시수단이 더 포함될 수 있으며, 이와 더불어 상기 입력부는 재배실의 습도조절방식에 관한 자동모드 또는 수동모드로의 전환신호를 생성시켜 상기 제어부로 전송하는 습도조절 설정수단과 재배실의 CO2농도조절방식에 관한 자동모드 또는 수동모드로의 전환신호를 생성시켜 상기 제어부로 전송하는 환기설정수단이 더 구비될 수 있다.

이하 본 고안을 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.

여기서는 본 출원을 보다 명확하고 구체적으로 설명하기 위해 종래의 각 구성들 중 하나의 기능을 수행하는 요소들은 통합 개명하거나 생략하였고, 특정부분은 세분화 하였다.

일예로, 이미 언급된 원격입출력부란 종래에 알려져 있는 고안의 중앙표시창에 해당하며, 종래의 원칩 프로세서, 저장부(배터리 백업 RAM, EEPROM), 리얼타임클록(클록회로), A/D변환기, 증폭부, 릴레이 구동부 및 릴레이는 제어부(30, 30`)로 통합 개명하였고, 경보구동부와 경보기는 경보음 발생부로, 표시 구동부와 표시부는 출력부(20, 20`)로, 키 입력부는 입력부(10, 10`)로 통합하였으며, RS-232 통신모듈과 RS-485 통신모듈은 생략하였다. 또한, 상기 입력부(10, 10`)는 기준온도 입력수단과 기준습도 입력수단 등으로, 상기 출력부(20, 20`)는 현재온도 표시수단, 최고온도 표시수단, 최저온도 표시수단, 현재습도 표시수단 등으로 세분화 하였다.

도 2는 본 고안에 따른 복합환경제어 자동화 시스템의 구성도이고, 도3a 및 도3b는 각각 본 고안에 따른 입력부와 출력부의 구성도인바 이를 참조하여 본 고안을 상세히 설명하면, 재배실의 온도 및 습도를 측정하는 수단인 온도센서 및 습도센서가 하나이상 구비되며, 이와 더불어 재배실 내의 CO2농도를 측정하는 CO2센서가 하나 이상 더 포함된다.

상기 센서들은 측정된 각각의 데이터를 아날로그 신호를 통해 상기 제어부(30`)로 전송하고, 이를 수신한 제어부(30`)는 상기 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한 후 저장부에 기저장된 데이터와 비교연산하게 된다.

이때, 기저장된 데이터란, 재배자가 직접 또는, 시스템 구축시 시스템 운용을 위해 필요한 기본 데이터를 입력하는 최초 입력자에 의해 저장되어지는 기준온도와 기준습도 및 기준CO2농도와, 종래의 고안에서 이미 기술된 바와 같이 기준시간동안에 기록된 최고온도 및 최저온도, 최고습도 및 최저습도 등을 의미하는데, 상기 제어부(30`)는 기저장된 데이터들과 상기 센서들로부터 전송된 데이터들을 상호 비교 연산하여 현재 온도, 습도 및 CO2농도가 기준치 이상으로 올라가면 경보음 발생부로 작동신호를 보내 경보음을 울리게 하거나 램프를 점등시킴으로서 재배자에게 위험신호를 알리게 된다.

한편, 상기 최초 입력자에 의해 저장된 기준온도, 기준습도 및 기준CO2농도를 재배자가 직접 융통적으로 변경 입력할 수 없도록 설정됨으로서 별도의 데이터 입력 없이 최초로 입력된 기준온도, 기준습도 및 기준CO2농도에 따라 시스템이 운용될 수 있고, 상기 기준온도, 기준습도 및 기준CO2농도를 입력부(10`)를 통해 재배자가 임의로 변경 입력함으로서 그 데이터에 따라 시스템이 운용될 수도 있다.

후자의 방식을 따를 경우, 종래 고안인 온습도 제어시스템의 입력부(10`)에 구비된 기준온도 입력수단 및 기준습도 입력수단과 더불어 기준CO2농도 입력수단이 더 포함되어야 한다.

일반적으로 재배작물은 그 종류 및 성장단계(발아기, 성장기, 추수기)에 따라 요구되는 이상적인 환경이 있으므로, 재배자는 그에 맞는 온도, 습도, CO2농도의 기준치를 손쉽게 변경할 수 있도록 후자의 방식을 따르는 것이 바람직하다.

또한, 본 고안에서는 기준온도, 기준습도 및 기준CO2농도를 시스템에 입력시킴으로서 재배실의 환경을 자동으로 관리하는 동시에 필요에 따라서는 수동관리도 가능하도록 시스템의 구성에 변화를 주었으며, 이를 위해 상기 입력부(10`)에는 자동/수동모드 전환이 가능하도록 습도조절설정수단과 환기설정수단이 더 포함된다.

한편, 실무적으로 온도의 수동관리는 거의 불필요하므로 수동온도조절 설정수단의 추가여부는 선택사항이다.

상기 습도조절설정수단 및 환기설정수단을 통해 재배자가 수동관리 모드를 선택하게 되면 재배실의 환경을 실질적으로 조절하는 수단인 부하(온도조절기, 습도조절기, CO2농도조절기)가 재배자의 수동조작에 의해 작동되어지거나, 재배자가 별도 입력장치를 통해 부하의 작동시간을 입력시킴으로서 직접적인 수동조작 없이도 상기 제어부(30`)에 의해 자동 제어될 수 있다.

전자의 경우, 수동모드로의 전환시 본 시스템의 제어부(30`)와 해당 부하와의 연계가 단락되어져 해당 환경(온도, 습도, CO2농도)에 대한 자동관리가 해제되고 재배자는 당해 부하를 수동으로 ON/OFF하여 환경을 조절할 수 있고, 후자의 경우, 수동모드로 전환되어도 본 시스템의 제어부(30`)와는 계속적으로 연계되면서 재배자가 입력한 작동시간에 따라 당해 부하의 ON/OFF가 이루어지게 된다.

후자를 따를 경우에는 습도조절시간 입력수단 및 환기시간 입력수단이 더 포함되어야 하며, 이곳을 통해 재배자가 상기 부하의 작동시간을 입력시켜줌으로서 수동으로 재배장의 환경을 관리할 수 있게 된다. 단순히 최고온도 및 최저온도와 최고습도 및 최저습도의 기준시간만을 제어하기 위한 종래 클록회로 이외에 상기 제어부에는 타이머가 더 포함되고, 상기 프로세서는 타이머에 입력된 시간만큼 수동으로 설정된 부하를 작동시키게 된다.

하지만 수동조작 시에도 상기 경보음 발생부에서는 현재 재배실의 환경이 기존에 입력된 기준온도, 기준습도, 기준CO2농도의 범위를 벗어나는 경우에는 경보음이나 램프의 점등을 통해 재배자에게 위험신호를 알리도록 하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 출력부(20`)에서는 입력부를 통해 입력된 내용들을 재배자가 직접 확인하거나, 현재 재배실의 온도, 습도 및 CO2농도를 볼 수 있도록 현재온도 표시수단, 최고온도 표시수단, 최저온도 표시수단 및 현재습도 표시수단으로 구성되는 동시에, 현재CO2농도 표시수단, 습도조절시간 표시수단 및 환기시간 표시수단이 더 포함된다.

본 고안에서도 7-세그먼트를 수단으로 하여 현재온도, 최고온도, 최저온도, 현재습도, 현재CO2농도, 습도조절시간 및 환기시간이 디지털로 표시될 수 있으며, 특히 상기 입력부(10`)를 통해 입력된 수동모드와 그 작동시간에 대한 표시수단인 습도조절시간 및 환기시간은 재배자가 수동모드로 설정하여 입력한 작동시간에 대한 잔여분을 알기 쉽도록 하기위해 입력시간을 시작으로하여 역으로 카운트 되게끔 표시되는 것이 바람직하다.

상기한 입력부를 통해 기준온도, 기준습도, 기준CO2농도가 입력되어져 저장부에 저장되고, 상기 온도센서, 습도센서, CO2센서를 통해 재배실의 현 환경상태가 측정되면, 제어부에 구비된 프로세서는 앞서 언급된 바와 같이 상기 저장부에 기저장된 기준치들과 비교연산하면서 그 범위를 벗어나면 경보음 발생부로 신호를 보내거나, 또는 부하를 작동시킴으로서 재배실의 환경을 일정하게 유지시킨다.

여기서는 온도, 습도 및 CO2농도를 조절하기 위해 온도조절기, 습도조절기, 및 CO2농도조절기 등이 활용되어지며, 보다 구체적으로는 다음과 같은 부하들이 활용될 수 있다.

먼저, 온도를 일정하게 유지시키기 위해 쿨러 및/또는 히터가 활용될 수 있다. 기본적으로 온도가 떨어지면 히터를 가동시켜 재배실의 온도를 높이고 온도가 높아지면 쿨러를 가동시켜 온도를 낮추게 되지만, 계속적으로 온도가 떨어지거나 계속적으로 온도가 상승하는 지역에서는 두 장치들 중 한가지 만 활용된다.

다음으로 습도를 일정하게 유지시키기 위해 가습기가 활용될 수 있다. 온도조절을 위한 상기 쿨러 및/또는 히터와 같이 습도가 떨어질 경우 가습기를 작동시켜 습도를 증가시킬 수 있다.

마지막으로 CO2농도를 일정하게 유지시키기 위해 환풍기 및/또는 CO2발생기가 활용될 수 있다. 일반적으로 식물은 광합성과 호흡이라는 상반된 기체교환을 일으키는 작용이 일어난다. 하지만 주지된 바와 같이 두 작용은 시간적으로 다른 시간 때에 활발히 일어나는 것처럼 보이므로 CO2농도가 증가할 경우 이를 감소시키기 위해 활용되는 환풍기와, CO2농도가 감소할 경우 이를 증가시키기 위해 CO2발생기 모두가 활용되는 것이 바람직한 반면, 광합성을 하지 않는 버섯과 같은 종류는 이산화탄소는 내뿜고 산소는 흡입하는 호흡작용만이 일어나므로 재배실의 공기조성을 조절하기 위해 증가된 이산화탄소의 감소를 위해 환풍기만이 활용된다.

또한, 상기 환풍기는 재배실 내의 습도 조절을 위한 장치로도 병행하여 활용될 수 있다.

이러한 상기 부하는 제어부(30`)의 신호에 따라 작동여부가 결정되는 것으로써, 제어부(30`)와 부하 간에 상호 통신하면서 데이타를 공유하는 것이 아니고, 제어부(30`)의 일방적인 신호의 하달로 부하가 작동되기 때문에 일단 제어부(30`)로부터 작동신호가 전송되면 부하는 바로 ON/OFF 될뿐이고 상기 제어부(30`)에서는 부하가 정상적으로 작동하고 있는지, 또는 정상적으로 작동을 멈추었는지는 알 수 없게 된다.

이에, 각 부하에는 제어부(30`)와 연결된 작동감지센서가 연계되어 부하의 작동여부를 감지하게 되고, 아울러 작동시간을 감지하여 상기 저장부에 그 데이터를 저장시킴으로서 연료비, 적정 가동시간 및 시간별 가동시간 등, 다양한 데이타를 수집할 수 있게 된다.

한편, 재배실을 둘 이상 관리해야 하는 경우 일일이 각 재배실에 재배자가 상근할 필요 없이 중앙에서 일괄적으로 관리할 수 있도록 원격입출력부가 더 포함되며, 이때는 상기 입력부(10`) 및 출력부(20`)가 구비한 각 입/출력수단들 이외에 복수개의 재배실들 중 하나를 선택할 수 있는 재배실 선택수단(도시하지 않음)과, 이를 출력하는 재배실 표시수단(도시하지 않음)을 포함하는 것이 바람직하다. 하지만 상기 재배실 선택수단 및 재배실 표시수단은 필수적으로 있어야 하는 것은 아니며 상기 입력부(10`) 및 출력부(20`)를 한 셋트로 하여 다수 개를 병렬연결 시킴으로서 이에 준하는 효과를 얻을 수 있다.

이상 상기와 같은 본 고안에 따르면, 재배작물에 따라 생장에 적합한 환경조성을 위해 온도 및 습도를 자동으로 최적화하고, 아울러 재배실 내의 CO₂농도 또한 자동조절이 가능하게 구성됨으로서 밀폐된 공간에서도 온도 및 습도는 물론, 식물의 생장에 중요한 공기조성을 자동으로 조절할 수 있게 되어 환경에 영향을 쉽게 받는 특수작물도 밀폐된 공간에서 효과적으로 생육할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 온습도 제어시스템의 구성도,

도 2는 본 고안에 따른 복합환경제어 자동화 시스템의 구성도,

도 3a는 본 고안에 따른 입력부의 구성도,

도 3b는 본 고안에 따른 출력부의 구성도이다.

- 첨부도면의 주요부분에 대한 용어 설명 -

10, 10` ; 입력부 20, 20` ; 출력부

30, 30` ; 제어부

Claims (3)

1. 온도센서와; 습도센서와; 제어부의 신호에 따라 각 센서에서 감지된 데이터를 표시하는 출력부와; 입력내용에 따른 해당 조작신호를 생성시켜 제어부로 전송하는 입력부와; 제어부의 신호에 따라 온도를 조절하는 온도조절기와; 제어부의 신호에 따라 습도를 조절하는 습도조절기와; 온도조절기와 습도조절기의 작동유무를 각각 감지하는 작동감지센서와; 상기 온도센서, 습도센서, 입력부, 출력부, 온도조절기, 습도조절기 및 작동감지센서로부터 수신되는 각 신호에 따라 해당 구성요소들을 제어ㆍ관리하는 제어부로; 이루어진 복합환경제어 자동화 시스템에 있어서,

   공기중의 CO₂농도를 측정하여 상기 제어부로 데이터를 전송하는 CO₂센서와;

   상기 제어부의 신호에 의해 작동되면서, 그 작동유무에 대한 감지는 상기 작동감지센서를 통해 이루어지도록 된 CO₂농도조절기를

   더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합환경제어 자동화 시스템.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 입력부에는

   재배작물의 생장에 적합한 최적의 CO₂농도가 입력되면 해당 조작신호를 생성시켜 상기 제어부로 전송하는 기준CO₂농도 입력수단과;

   상기 CO₂센서에서 측정된 현재 CO₂농도를 표시하는 현재 CO₂농도 표시수단이

   더 포함되는 것을 특징으로 하는 복합환경제어 자동화 시스템.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 입력부에는

   재배실의 습도조절방식에 관한 자동모드 또는 수동모드로의 전환신호를 생성시켜 상기 제어부로 전송하는 습도조절 설정수단과;

   재배실의 CO₂농도조절방식에 관한 자동모드 또는 수동모드로의 전환신호를 생성시켜 상기 제어부로 전송하는 환기설정수단이;

   더 포함되는 것을 특징으로 하는 복합환경제어 자동화 시스템.