KR20130061533A - 이동 가능한 온실 환경 제어 장치 및 그 이동 방법 - Google Patents

Abstract

온실내 환경을 제어하는 장치에서, 온실의 천장부가 이동부에 의하여 상하 이동가능함으로써, 천장부에 의하여 정의되는 온실내 환경 제어 공간이 감소되거나 증가된다. 특히 천장부에 환경을 제어하는 제어 장치를 포함하는 제어 노드가 설치될 수 있으며, 또는 온실내 환경을 측정하는 센서 노드가 측정될 수도 있다.

Description

이동 가능한 온실 환경 제어 장치 및 그 이동 방법{Movable apparatus for controlling environment of greenhouse and method for moving thereof}

본 발명은 온실 환경 제어 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게 말하자면, 상하로 이동 가능한 온실 환경 제어 장치 및 그 이동 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 유비쿼터스 센서 네트워크(Ubiquitous Sensor Network: USN) 는 사물에 대한 인식 정보 또는 주변의 환경 정보를 감지하는 복수의 센서 노드로 구성된 네트워크로서, 외부와 통신하여 각 센서들에 의해 감지된 정보를 실시간으로 처리하거나 관리하는 등의 기능을 제공한다.

최근에는 농작물을 대상으로 하여 비닐하우스를 포함하는 온실과 같은 생장 환경에 USN을 적용하는 연구가 활발하게 진행되고 있다. 온실의 환경 제어는 작물의 생육 단계나 생육 상태, 병해충 발생 정도 등에 따라 시시각각 다르게 제어되어야 하므로, 온실 내 작물의 생육 정보는 제어 수준을 결정하는 데 있어 가장 큰 영향을 미치는 요소이다. 온실의 생장 환경을 최적으로 제어하기 위하여 USN을 온실에 적용한 온실 생장 환경 시스템이 연구되고 있다. 온실 생장 환경 시스템은 식물이나 농작물을 포함하는 작물의 직간접적인 생장 환경 정보를 다양한 센서를 장착한 센서 노드를 이용하여 추출하고, 이렇게 얻어진 데이터를 기초로 하여 최적의 제어 알고리즘을 이용하여 제어 대상과 제어 값을 결정한다. 그리고 제어 디바이스를 포함하는 제어 노드를 이용하여 온도, 습도, 광원, 관수, 산소 및 영양분 등을 자동 또는 수동으로 제어한다.

온실 내부의 온도를 제어하는 경우, 예를 들면, 온도계를 이용하여 온실내의 온도를 측정하여 대상 작물이 최적으로 자라기 위한 온도 범위보다 낮아지면 온풍기나 보일러를 가동하여 온실 내의 온도를 높여준다. 이때, 온풍기나 보일러 같은 제어장치들은 야간과 같은 사람이 일하지 않는 시간에도 고정된 온실내의 온도를 높이기 위해 불필요한 에너지를 낭비하게 된다. 또한 온실의 면적이 넓을수록 온실내의 온도를 높이기 위한 불필요한 에너지가 많이 소요된다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 온실내의 작물의 상태나 사람이 일하지 않는 시간 등을 고려하여 온실 내 환경 제어를 위한 공간을 최소한으로 확보할 수 있는 온실 환경 제어 장치 및 그 이동 방법을 제공하는 것이다.

위의 과제를 위한 본 발명의 특징에 따른 장치는 온실의 환경을 제어하는 제어 장치이며, 상기 온실의 환경을 제어하는 제어 장치를 포함하며, 천장부에 설치되어 있는 제어 노드; 상기 천장부와 상기 온실의 천장 프레임 사이에 설치되어 상하 이동하는 도르레를 포함하는 이동부; 및 미리 설정되어 있는 조건에 따라 상기 이동부를 구동시켜, 상기 천장부가 상측 또는 하측 방향으로 이동되어 상기 제어 노드에 의하여 제어되는 온실내의 환경 제어 공간이 조절되도록 하는 이동 제어부를 포함한다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 온실 환경 제어 장치가 상하로 이동하면서 온실내 환경 제어를 수행함으로써, 환경 제어를 위한 최소한의 공간을 확보하고 잉여 공간을 감소시킬 수 있다. 특히 온실 환경 제어에 필요하지 않은 잉여 공간을 없애줌으로써 온실내 온도 제어를 위한 보일러 등의 가동 시간과 소비 에너지 양을 감소시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 온실 환경 제어 장치의 구조를 나타낸 도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 이동부의 구조 및 온실 환경 제어 장치가 적용된 온실 환경을 나타낸 예시도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 온실 환경 제어 장치의 이동 방법을 나타낸 흐름도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 온실 환경 제어 장치의 구조를 나타낸 도이다. 첨부한 도 1에서와 같이, 본 발명의 실시 예에 온실 환경 제어 장치(1)는 복수의 센서 노드(10), 적어도 하나의 제어 노드(20), 제어 노드 관리 장치(30)를 포함한다. 이러한 센서 네트워크 시스템(1)은 네트워크(2)를 통하여 관리 서버(3)와 연결되며, 이외에도 네트워크를 통하여 사용자 단말과 연결될 수 있다.

센서 노드(10)는 다양한 이종의 센서들과 연결되며, 예를 들어, 온도, 습도, 조도, CO₂, 일사량, EC, pH등과 같은 환경정보를 획득하여 유/무선 채널을 통해 싱크 노드로 전송하거나 게이트웨이로 전송하여 이더넷 등의 네트워크를 통하여 공유되도록 한다.

제어 노드(20)는 다양한 이기종의 제어 디바이스들과 연결되며, 제어 노드 관리 장치(30)를 통하여 제어 데이터 값을 전송받아 제어 디바이스를 제어하여, 주변의 환경 상태를 제어한다. 예를 들어 제어 디바이스를 통하여 온도, 습도 및 광원을 제어하거나, 관수. 산소 및 영양분 등의 공급을 제어한다. 따라서 제어 디바이스는 온도, 습도, 광원 등을 조절하는 장치이거나, 관수, 산소, 영양분 등을 공급하는 장치 등, 환경 조건을 변경시키는 장치일 수 있다.

제어 노드 관리 장치(30)는 제어 노드를 관리하며, 이외에도 센서 노드로부터의 데이터를 분석하는 기능도 수행한다. 이외에도 네트워크(예를 들어 이더넷)와 연결되기 위한 게이트웨이로서의 기능도 수행하는데, 네트워크 구성 방법에 따라 게이트웨이는 제어 노드 관리 장치(30)와 분리되어 구성될 수도 있으며, 존재하지 않을 수도 있다. 게이트웨이는 센서 네트워크와 이더넷과 같은 이종의 네트워크와 연결하기 위해 필요하며, 연결된 이더넷을 통해 정보를 전달하여 사용자가 사용자 단말 등을 통하여 센싱 데이터를 모니터링 하거나 제어 디바이스를 직접 제어할 수 있도록 할 수 있다.

이러한 구조로 이루어지는 온실 환경 제어 장치(1)는 온실 내의 환경을 측정하고 제어하는데, 센서 노드(1) 또는 제어 노드(20)를 이동 가능하게 하기 위하여, 도 1에서와 같이, 이동부(40) 및 이동부를 제어하는 이동 제어부(50)를 더 포함한다.

이동부(40)는 센서 노드(10) 또는 제어 노드(20)를 이동 제어부(50)의 제어에 따라 상측 방향으로 이동시키거나 하측 방향으로 이동시켜, 센서 노드(10)에 의하여 측정되는 온실내 공간 또는 제어 노드(20)에 의하여 제어되는 온실내의 공간을 감소시키거나 증가시킨다. 여기서는 설명의 편의를 위한 센서 노드에 의하여 측정되는 온실내 공간 또는 제어 노드에 의하여 제어되는 온실내 공간을 "온실 환경 제어 공간"이라고 명명한다.

한편 이동 제어부(50)는 설정 조건에 따라 이동부(40)를 구동시켜 센서 노드(10) 또는 제어 노드(20)에 의하여 제어되는 온실 환경 제어 공간이 감소되거나 증가되도록 한다. 특히 본 발명의 실시 예에서, 야간과 같은 사람이 일하지 않는 시간에도 온실 내의 온도가 작물의 재배를 위한 온도 이외에도 사람이 일하는 것을 고려한 온도를 고려한 제어가 이루어지도록 하여 불필요한 에너지가 발생될 수 있다. 예를 들어, 겨울의 경우 온실내 온도를 작물의 재배를 위한 온도 이외에도 사람이 일하는 것을 고려하여 온실내 온도를 높게 유지할 수 있다. 그러나 사람이 일하지 않는 밤에는 굳이 온실내 온도를 유지할 필요가 없으며 또한 온실내 공간이 넓게 확보될 필요도 없다. 이에 따라 예를 들어 밤 시간에는 온실내의 환경 제어 공간을 감소시켜 온도를 유지하는데 소요되는 에너지를 감소시키기 위하여, 온실내 환경 제어 공간을 감소시킬 수 있다. 본 발명의 실시 예에서는 예를 들어, 설정 시간에는 온실 환경 제어 공간이 기준 공간 크기보다 감소되도록 하고, 설정 시간을 벗어나는 시간에서는 온실 환경 제어 공간이 기준 공간을 유지하거나 증가되도록 이동부(40)를 제어한다.

이와 같이 본 발명의 실시 예에서 이동 제어부(50)는 설정 조건에 따라 이동부(40)를 제어하여 환경 제어 공간이 감소되거나 증가되도록 할 수 있으며, 이외에도 이동부(40)는 이동 제어부(50)의 제어와는 상관없이 외부의 수동 조작에 따라 동작하여 온실내 환경 제어 공간을 감소시키거나 증가시킬 수 있다.

이러한 온실내 환경 제어 공간을 조절하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 이동부(40)에 대하여 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 이동부의 구조 및 온실 환경 제어 장치가 적용된 온실 환경을 나타낸 예시도이다.

첨부한 도 2에서와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 이동부(40)는 센서 노드(10) 또는 제어 노드(20)가 설치되어 있는 온실내 천장부(6)에 연결된 도르레(41), 도르레를 구동시키는 모터(42) 또는 이동 조절 스위치(43)를 포함한다.

본 발명의 실시 예에 따른 센서 노드(10)는 온실내 환경 측정을 위하여 온실의 천장에 설치될 수 있으며, 제어 노드(20)는 온실내 환경을 조절하기 위한 온실의 천장에 설치될 수 있다. 여기서는 제어 노드(20)만이 온실의 천장에 설치되는 것을 예로 들어서 설명한다.

온실의 천장 프레임(5)에 도르레(41)가 연결되며, 도르레(41)는 제어 노드(20)(또는 센서 노드)가 설치되어 있는 천장부(6)에 연결된다. 이러한 도르레(41)는 온실 외부에 설치된 이동 조절 스위치(43)와 줄을 통하여 연결되면, 이동 조절 스위치(43)의 조작에 따라 도르레(41)가 동작하면서 도르레(41)에 연결되어 있는 천장부(6)가 상측 방향 또는 하측 방향으로 이동된다. 그 결과 제어 노드(2)가 또한 상하로 이동하게 된다.

이러한 도르레(41)는 이동 조절 스위치(43) 대신 또는 부가적으로 모터(42)에 연결될 수 있으며, 이동 제어부(50)의 제어에 따라 모터(42)가 회전하면서 모터(42)와 연결된 도르레(41)의 상하 이동에 따라 제어 노드(20)가 설치된 천장부(6)가 상하로 이동할 수 있다.

제어 노드(20)가 설치된 천장부(6)가 상하로 이동됨에 따라, 예를 들어, 초기 위치(A)에서 이동 위치(B)로 이동하게 되면, 이동 위치(B)에서 제어 노드(20)에 의하여 제어되는 온실 환경 제어 공간이 초기 위치(A)에서의 공간보다 감소하게 된다. 또한 이동 위치(B)에서 초기 위치(A)로 천장부(6)가 이동하게 되면 초기 위치(A)에서 제어 노드(20)에 의하여 제어되는 온실 환경 제어 공간이 이동 위치(B)에서의 공간보다 증가하게 된다.

도 3 및 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 온실 환경 제어 장치의 이동 방법의 흐름도이다. 여기서는 천장부(6)를 이동시키는 방법으로 이동 조절 스위치(43) 대신에 모터(42)가 사용된 것을 예로 들어서 설명한다.

첨부한 도 3에 도시되어 있듯이, 이동 제어부(50)는 현재 시간을 측정한다(S100). 그리고 측정된 현재 시간이 미리 설정된 설정 시간에 해당하는지를 판단한다(S110). 예를 들어 온실 내에서 사람의 작업이 이루어지지 않는 저녁 6시부터 새벽 6시까지가 설정 시간으로 정해질 수 있다.

이동 제어부(50)는 현재 시간이 설정 시간에 해당하는 경우 이동부(40)를 구동시키며, 특히 천장부(6)가 하측 방향으로 이동하도록 이동부(40)를 구동시킨다. 이 때, 온실 관리자가 외부에서 이동 조절 스위치(43)를 조작하여 천장부(6)를 하측 방향으로 이동시켰을 수도 있으므로, 이동 제어부(50)는 먼저 천장부(6)의 현재 위치를 확인할 수 있다(S120). 천장부(6)의 현재 위치가 도 2에서와 같이, 초기 위치(A)에 있는 경우, 이동 제어부(50)는 이동부(40)를 구동시켜 제어 노드(20)가 설치된 천장부(6)를 하측 방향으로 이동시킨다(S130, S140). 이에 따라 도 2에 예시된 바와 같이, 제어 노드(20)에 의하여 제어되는 온실내 환경 제어 공간이 감소된다. 이러한 공간 감소에 따라 온실 환경 제어를 위하여 소요되는 에너지가 감소될 수 있다.

한편 단계(S130)에서 천장부(6)의 현재 위치가 초기 위치(A)가 아닌 경우에는 이동 위치(B)인 것으로 판단하고, 별도의 천장부(6) 이동 동작을 수행하지 않는다(S150).

한편 단계(S110)에서, 현재 시간이 설정 시간에 해당하지 않는 경우, 도 4에 도시되어 있듯이, 이동 제어부(50)는 이동부(40)를 구동시키며, 특히 천장부(6)가 상측 방향으로 이동하도록 이동부(40)를 구동시킨다. 이 때, 온실 관리자가 외부에서 이동 조절 스위치(43)를 조작하여 천장부(6)를 상측 방향으로 이동시켰을 수도 있으므로, 이경우에도 이동 제어부(50)는 먼저 천장부(6)의 현재 위치를 확인할 수 있다(S160). 천장부(6)의 현재 위치가 도 2에서와 같이, 이동 위치(B)에 있는 경우, 이동 제어부(50)는 이동부(40)를 구동시켜 제어 노드(20)가 설치된 천장부(6)를 상측 방향으로 이동시킨다(S170, S180). 이에 따라 도 2에 예시된 바와 같이, 제어 노드(20)에 의하여 제어되는 온실내 환경 제어 공간이 현재보다 증가된다. 즉, 원래의 상태로 복귀된다.

이러한 실시 예와는 달리, 이동 제어부(50)와 모터(42)에 의한 도르레(41)의 조작 없이, 도르레(41)에 연결된 이동 조절 스위치(43)에 의해서 도드레(41)에 연결된 천장부(6)가 상하로 이동할 수도 있다.

또한 여기서는 설정 시간을 토대로 천장부(6)의 상하 이동을 조절하여 제어 노드(20)에 의하여 제어되는 온실내 환경 제어 공간이 조절되도록 하였으나, 설정 시간 이외의 설정 조건 예를 들어, 온실내 온도나 습도 등의 조건에 따라 천장부의 상하 이동이 발생하여 온실내 환경 제어 공간이 조절될 수 있다.

이러한 온실내 환경 제어 공간의 조절에 따라 예를 들어, 보일러에 의하여 온도가 조절되는 온실내 환경 제어 공간이 감소되는 경우에는 해당 환경 제어 공간의 온도를 높이기 위한 보일러의 에너지 소비가 감소될 수 있다. 또는 냉방 장치에 의하여 환경 제어 공간의 온도를 낮추기 위한 냉방 장치의 에너지 소비가 감소될 수 있다.

한편 여기서는 도르레에 의하여 천장 프레임에 연결되는 천장부에 제어 노드가 설치된 것을 예로 들었으나, 천장부에 센서 노드가 제어 노드가 설치되지 않을 수도 있다.

또한 도르레 이외에도 천장부를 상하 이동 가능하게 할 수 있는 다른 수단이 사용될 수도 있다.

본 발명의 실시 예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.

이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (1)

1. 온실의 환경을 제어하는 제어 장치에서
   상기 온실의 환경을 제어하는 제어 장치를 포함하며, 천장부에 설치되어 있는 제어 노드;
   상기 천장부와 상기 온실의 천장 프레임 사이에 설치되어 상하 이동하는 도르레를 포함하는 이동부; 및
   미리 설정되어 있는 조건에 따라 상기 이동부를 구동시켜, 상기 천장부가 상측 또는 하측 방향으로 이동되어 상기 제어 노드에 의하여 제어되는 온실내의 환경 제어 공간이 조절되도록 하는 이동 제어부
   를 포함하는, 온실 환경 제어 장치.
   

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