KR20140072588A - 근거리 무선통신 기반의 자동 관수제어를 통한 관비재배 시스템 - Google Patents

근거리 무선통신 기반의 자동 관수제어를 통한 관비재배 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 관비재배 시스템에 관한 것으로, 원수탱크에 저장된 원수 및 상기 원수에 혼합되는 액체상태의 시비를 토양에 공급하도록 하는 관비재배 시스템에 있어서, 센서와 센서송신부로 구성되는 센서부;와 상기 센서부의 센싱데이터가 통신망을 통해 수신되고, 수신된 상기 센싱데이터의 저장 및 토양의 수분 및 양분 상태를 실시간 모니터링 하며, 펌프를 제어하는 제어신호가 통신망을 통해 송출되고, 상기 원수탱크로부터 토양까지 연결되는 배관의 벨브의 개폐를 제어하도록 구성되는 메인제어부; 및 상기 메인제어부에서 송출된 제어신호를 수신하여 펌프의 ON/OFF를 제어하는 펌프부;를 포함함으로써, 각 구역의 토양마다 토양에 포함된 수분 및 양분에 대한 정밀분석을 통한 정밀한 수분 및 양분의 자동 공급이 이루어져, 관수 및 시비 노동력이 절감되고 관수 및 시비의 과다공급을 예방함과 동시에 비용이 절감되고, 토양의 함수율 변화를 최소화함으로써 작물의 병해충 발생이 감소되고 작물의 과습 및 과건에 의한 피해를 예방하여 작물 재배량이 증가 되는 근거리 무선통신 기반의 자동 관수제어를 통한 관비재배 시스템에 관한 것이다.

Description

근거리 무선통신 기반의 자동 관수제어를 통한 관비재배 시스템{Fertigated cultivation system using auto control supplying water based on local area wirelesscommunications}
본 발명은 관비재배 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 근거리 무선통신을 기반으로 하여 센서의 토양에 포함된 수분 및 양분의 센싱 정보를 실시간으로 제공받아 펌프 및 벨브의 제어를 통해 관수공급이 자동으로 제어되는 근거리 무선통신 기반의 자동관수 제어를 통한 관비재배 시스템에 관한 것이다.
관비재배란 작물의 생장에 필요한 영양분을 물과 알맞은 농도로 혼합한 후 관수시설을 이용하여 액체 상태의 비료를 작물에 공급하는 방식이다.
작물은 생육시기별 적정 생육에 필요한 양분(비료)과 수분의 요구량이 다르기 때문에 관수와 시비량이 작물특성에 맞게 조절되어야만 양호한 생육을 기대할 수 있게 된다. 관비재배는 경작지에 관수와 시비를 동시에 제공함으로써 작물이 필요한 시기에 양수분을 적절하게 공급하는 재배법으로 최소한의 경비로 최대한의 효과를 올리는 농법이다.
그러나 종래에는 모든 토양마다 토양에 포함되는 수분 및 양분이 같지 않음에도 불구하고, 관비재배시 작물의 해당 종에 따라 수분과 양분을 균일하게 공급될 수밖에 없었으며, 그러기에 같은 종의 작물에 같은 양의 수분과 양분을 제공하여도 관수의 과다공급으로 인한 작물의 근권부가 약화되거나 또는 관수 공급이 부족하여 말라죽는 경우가 빈번히 발생하였다.
이에, 본 발명은 전술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 각 구역의 토양마다 토양에 포함된 수분 및 양분에 대한 정밀분석을 통하여 자동으로 정밀한 수분 및 양분이 공급되도록 구성되는 근거리 무선통신 기반의 자동 관수제어를 통한 관비재배 시스템을 제공하고자 함이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 근거리 무선통신 기반의 자동 관수제어를 통한 관비재배 시스템은 원수탱크에 저장된 원수 및 상기 원수에 혼합되는 액체상태의 시비를 토양에 공급하도록 하는 관비재배 시스템에 있어서,센서와 센서송신부로 구성되는 센서부;와 상기 센서부의 센싱데이터가 통신망을 통해 수신되고, 수신된 상기 센싱데이터의 저장 및 토양의 수분 및 양분 상태를 실시간 모니터링 하며, 펌프를 제어하는 제어신호가 통신망을 통해 송출되고, 상기 원수탱크로부터 토양까지 연결되는 배관의 벨브의 개폐를 제어하도록 구성되는 메인제어부; 및 상기 메인제어부에서 송출된 제어신호를 수신하여 펌프의 ON/OFF를 제어하는 펌프부;를 포함하여 구성되는 것이 특징이다.
이때, 상기 센서는 토양수분센서, 토양온도측정센서, PH센서, 염농도계측기(EC미터), 강우량계 및 조도센서 중 하나 이상 구성되는 것이 특징이다.
한편, 상기 센서송신부는 자가발전수단이 더 포함되되, 상기 자가발전수단은 태양열, 태양광, 풍력 중 하나 또는 이들의 조합을 포함한 자연 에너지로부터 전력을 생산하기 위한 에너지취득부와 상기 에너지취득부에서 생산되는 전력을 축전하기 위한 축전모듈 및 상기 축전모듈을 통해 전력이 축전되며, 입력전원에 따라 대응하는 전원을 공급하는 축전수단을 포함하는 것이 특징이다.
또한 상기 통신망은 IEEE 802.15.4의 지그비(Zigbee) 방식의 저전력 무선망인 것이 특징이다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 근거리 무선통신 기반의 자동 관수제어를 통한 관비재배 시스템은 각 구역의 토양마다 토양에 포함된 수분 및 양분에 대한 정밀분석을 통하여 자동으로 정밀한 수분 및 양분이 공급이 되도록 구성함으로써, 관수 및 시비 노동력이 절감되고 관수 및 시비의 과다공급을 예방함과 동시에 재배비용이 절감되는 효과가 있다.
또한, 토양의 함수율 변화를 최소화함으로써 작물의 병해충 발생이 감소되고 작물의 과습 및 과건에 의한 피해를 예방하여 작물 재배량이 증가 되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 근거리 무선통신 기반의 자동관수 제어를 통한 관비재배 시스템의 구성을 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 일 구성인 메인제어부를 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 일 구성인 센서송신부를 나타내는 도면.
이하, 본 발명의 구성 및 작용을 첨부된 도면에 의거하여 좀 더 구체적으로 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명에 따른 근거리 무선통신 기반의 자동 관수제어를 통한 관비재배 시스템은 근거리 무선통신을 기반으로 하여 센서(220)의 토양에 포함된 수분 및 양분의 센싱 정보를 실시간으로 제공받아 펌프 및 벨브의 제어를 통해 관수공급이 자동으로 제어되도록 하는 것이다.
본 발명을 설명하기에 앞서, 관비재배란 작물의 생장에 필요한 영양분을 물과 알맞은 농도로 혼합한 후 관수시설을 이용하여 액체 상태의 비료를 작물에 공급하는 방식으로써, 토양에 제공되는 수분 및 양분이 과잉 또는 결핍되는 것을 방지할 수 있는 즉, 토양의 수분 및 양분이 적정량 유지될 수 있도록 하는 재배 방법이다.
또한, 본 발명에서는 작물에 공급되는 원수가 물탱크 또는 저수지 등에 마련 될 수 있으며, 양분(비료)은 미리 원수에 적정량을 혼합하여 사용하거나 또는 원수가 관수시설을 통해 작물에 공급되는 과정에서 적정량이 혼합되도록 구성할 수 있음은 자명한 바이다.
먼저, 도 1을 참조하여 보면, 도 1은 본 발명에 따른 근거리 무선통신 기반의 자동관수 제어를 통한 관비재배 시스템의 구성을 나타내는 도면으로써, 무선통신 기반의 자동관수 제어를 통한 관비재배 시스템은 크게 센서부(200)와 메인제어부(100) 및 펌프부(300)로 구성된다.
구체적으로, 센서부(200)는 토양에 포함된 수분 및 양분의 센싱 데이터를 메인제어부(100)로 송출하고 메인제어부(100)는 기 세팅된 적정량의 수분 및 양분 값에 못 미치는 토양에 대하여 관수가 제공되도록 펌프부(300)에 제어신호를 송출함과 동시에 해당 토양으로 공급되는 관수배관의 벨브를 제어하게 된다.
본 실시 예에 따른 센서부(200)는 작물이 재배되는 복수의 토지에 각각 배치되는 센서(220)와 각 상기 센서(220)의 센싱된 정보를 메인제어부(100)로 전송하는 센서송신부(210)로 구성된다.
구체적으로, 센서(220)는 작물이 재배되는 복수의 토지구역에 각각 배치하여 각 토양의 영양 및 수분정보를 센싱하는 것으로, 센싱된 정보데이터는 센서송신부(210)를 통해 메인제어부(100)로 송출된다.
센서(220)의 배치는 작물의 뿌리가 가장 많이 분포되어 있는 지표면으로부터 하측 20~30cm의 위치에 설치되도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 센서(220)는 토양의 수분, 온도 및 영양 상태를 센싱하기 위한 것으로, 지중에 토양수분센서(220), 토양온도측정센서(220), PH센서(220) 및 염도계(EC미터) 등으로 구성할 수 있다.
한편, 상기 센서(220)와 연계되도록 지상의 강우량계 및 조도센서(220) 등을 더 구성할 수 있는데, 이는 우천시 관수공급을 미리 차단하거나, 주간에 햇볕이 강하여 작물의 광합성이 활발히 진행될 때 관수공급을 증가시킴으로써, 지중의 수분 및 영양 상태와는 별개로 더욱 능동적이며 효과적인 관수 제어가 가능하도록 할 수 있다.
그러므로 토양의 정밀분석을 통한 정밀한 관수공급이 가능하여 토양함수율 변화를 최소화할 수 있으며 과습 및 과건에 의한 피해를 예방할 수 있게 된다.
센서송신부(210)는 상기 센서(220)를 통해 센싱된 정보데이터 신호를 메인제어부(100)로 송출하는 수단이며, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예로서 센서송신부(210)는 도 2를 참조하여 구체적으로 설명한다.
본 실시 예에 따른 센서송신부(210)는 센서(220)로부터 토양 및 기타 환경에 대한 센싱신호를 지그비(Zigbee)통신을 이용하여 이하에서 구체적으로 설명하게 될 메인제어부(100)로 전송하는 것으로, 송신부(212), MCU(211), 및 자가발전수단(213)이 더 구성된다.
구체적으로, 송신부(212)는 상기 센서(220)로부터 취득한 센싱신호를 메인제어부(100)로 송출하기 위한 수단이며 송신부(212)를 통해 송출되는 상기 센싱신호의 주파수 대역을 설정해주는 MCU(211)가 구성된다.
또한, 자가발전수단(213)은 자체적으로 전력을 생산하여 생산된 전원으로 상기 센서송신부(210)가 운영될 수 있도록 상기 센서송신부(210)의 각 구성부인 송신부(212)와 MCU(211)에 전원이 공급되도록 하며, 상기 센서(220)에도 전원이 공급되도록 구성할 수 있으며, 참고로 도 2에서 점선은 전원의 공급라인을 나타낸다.
이와 같이 전력 생산 및 공급을 위해 상기 자가발전수단(213)은 자연 에너지로부터 전력을 생산하기 위한 에너지취득부(214)와 상기 에너지취득부(214)에서 생산되는 전력을 축전시키기 위한 축전모듈(215) 및 상기 축전모듈(215)을 통해 전력이 축전되며 상기 센서송신부(210)의 각 구성부로 전원을 공급하는 축전수단(216)으로 구성되어 있다.
이때, 상기 자연 에너지는 태양열, 태양광 또는 풍력 등이 포함될 수 있으며 이에 대응하여 상기 에너지취득부(214)는 태양열 발전기, 태양광 발전기 또는 풍력 발전기 등이 적용될 수 있음은 당연하다.
상기 축전모듈(215)은 상기 에너지취득부(214)에서 생산되는 전력에 따라 교류(AC) 전압을 직류(DC) 전압으로 변환시키는 수단으로써 정류기가 구비될 수 있다. 예를 들어, 네 개의 다이오드(D1 내지 D4)로 구성되는 브리지(bridge)형 정류기로 구성될 수 있다. 또한, 안정성을 도모하기 위하여 저항, 인덕터 및 다이오드 등의 전자 소자로 구성되는 안정회로를 포함할 수 있으며, 이때의 각 소자는 축전 수단에 충전되는 전하량의 손실이 최소화되도록 최대한 높은 효율을 갖는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 축전수단(216)은 상기 축전모듈(215)에 의해 충전 가능한 충전지(rechargeable battery) 또는 캐패시터(capacitor)로 구성된다. 캐패시터의 경우 용량은 상기 에너지취득부(214)에 의해 생성되는 전하량에 의해 결정될 수 있다. 또한, 상기 축전수단(216)은 센서(220), MCU(211) 및 송신부(212)가 요하는 입력 전원에 따라 그에 대응하는 전원을 공급할 수 있도록 필요에 따라 직류-직류 컨버터 내지 직류-교류 인버터를 포함할 수 있음은 당연하다.
본 발명에 따른 메인제어부(100)는 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이 센서수신부(120), 제어유닛부(110), 펌프송신부(212)(130) 및 벨브제어부(140)로 구성된다.
센서수신부(120)는 각 구역 토양의 센서송신부(210)로부터 지그비(Zigbee)통신을 통해 제공받은 토양 및 기타 환경 데이터를 수신하여 제어유닛부(110)에 전달한다.
제어유닛부(110)는 전원부(112)와 전원부(112)로부터 전원을 공급받는 PC(114), DB(116) 및 제어박스(118)로 구성되며, 상기 센서수신부(120)를 통해 제공받은 토양 및 기타 환경 데이터는 PC(114)를 거쳐 DB(116)에 저장되며, PC(114)를 통해 각 구역 토양의 수분 및 양분 상태에 대한 실시간 모니터링을 지원하게 된다.
또한, 수신된 토양상태 및 기타 환경 데이터정보를 바탕으로 수분 또는 양분이 결핍된 일 구역의 토양에 관수공급이 되도록 메인제어부(100)의 일구성인 펌프송신부(212)(130)를 통해 이하에서 구체적으로 설명하게 될 펌프부(300)로의 지그비(Zigbee)통신을 이용한 펌프의 On/Off 신호를 송출하도록 구성된다.
한편, 벨브제어부(140)는 상기 제어유닛부(110)의 일 구성인 제어박스(118)의 제어 명령에 의해 각 구역 토양까지 관수가 도달되도록 하는 배관 또는 호스의 벨브의 개폐를 제어하도록 구성된 것으로, 상기 PC(114)를 통해 각 구역 토양의 수분 및 양분 상태에 대한 실시간 모니터링으로 수분 또는 양분이 결핍된 해당구역의 배관이 개방되도록 제어함으로써 해당구역에 관수가 공급되도록 제어할 수 있게 된다.
다시 도 1을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 펌프부(300)는 펌프를 제어하도록 하는 수단으로 펌프수신부(310)와 펌프제어부(320)로 구성되는바, 상기 메인제어부(100)의 일 구성인 펌프송신부(212)(130)의 지그비(Zigbee)통신을 이용한 펌프수신부(310)로의 펌프제어신호는 펌프제어부(320)로 전달되고 제어신호에 따라 펌프의 On/Off를 제어할 수 있게 된다. 이때 펌프의 용량은 원수탱크 또는 저수지 등에 배치되어 원수가 배관을 통해 각 구역의 토양까지 수송할 수 있는 용량을 마련한다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100 : 메인제어부 110 : 제어유닛부
120 : 센서수신부 130 : 펌프송신부
140 : 벨브제어부 200 : 센서부
210 : 센서송신부 220 : 센서
300 : 펌프부 310 : 펌프수신부
320 : 펌프제어부

Claims (4)

  1. 원수탱크에 저장된 원수 및 상기 원수에 혼합되는 액체상태의 시비를 토양에 공급하도록 하는 관비재배 시스템에 있어서,
    센서와 센서송신부로 구성되는 센서부;와
    상기 센서부의 센싱데이터가 통신망을 통해 수신되고, 수신된 상기 센싱데이터의 저장 및 토양의 수분 및 양분 상태를 실시간 모니터링 하며, 펌프를 제어하는 제어신호가 통신망을 통해 송출되고, 상기 원수탱크로부터 토양까지 연결되는 배관의 벨브의 개폐를 제어하도록 구성되는 메인제어부; 및
    상기 메인제어부에서 송출된 제어신호를 수신하여 펌프의 ON/OFF를 제어하는 펌프부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 근거리 무선통신 기반의 자동 관수제어를 통한 관비재배 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 센서는 토양수분센서, 토양온도측정센서, PH센서, 염도계(EC미터), 강우량계 및 조도센서 중 하나 이상 또는 이들의 조합을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 근거리 무선통신 기반의 자동 관수제어를 통한 관비재배 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 센서송신부는 자가발전수단이 더 포함되되,
    상기 자가발전수단은 태양열, 태양광, 풍력 중 하나 또는 이들의 조합을 포함한 자연 에너지로부터 전력을 생산하기 위한 에너지취득부와 상기 에너지취득부에서 생산되는 전력을 축전하기 위한 축전모듈 및 상기 축전모듈을 통해 전력이 축전되며, 입력전원에 따라 대응하는 전원을 공급하는 축전수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기오염도 측정장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 통신망은 IEEE 802.15.4의 지그비(Zigbee) 방식의 저전력 무선망인 것을 특징으로 하는 근거리 무선통신 기반의 자동 관수제어를 통한 관비재배 시스템.


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KR1020120140264A KR20140072588A (ko) 2012-12-05 2012-12-05 근거리 무선통신 기반의 자동 관수제어를 통한 관비재배 시스템

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN108094156A (zh) * 2017-12-23 2018-06-01 重庆金鑫智慧科技有限公司 一种土壤检测仪
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CN108491015A (zh) * 2018-06-29 2018-09-04 山东省果树研究所 一种基于土壤pH值动态变化的自动蓝莓栽培系统
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CN110431951A (zh) * 2019-08-14 2019-11-12 煤炭科学研究总院 一种露天矿节约水资源的土地复垦方法
KR20220001514U (ko) 2020-12-18 2022-06-27 대한민국(농촌진흥청장) 아날로그식 자동 관수 관비 시스템

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