KR20140114089A - 원예시설 감시 제어시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

원예시설의 제어시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스마트 기기와 인터넷이 연결된 컴퓨터로 원예시설 내의 환경과 기계장치를 모니터링하고 이를 제어할 수 있도록 하는 원예시설 감시 제어시스템 및 제어방법이 개시된다.
본 발명은 원예시설을 작물의 생육단계별 최적의 생장환경을 갖도록 DB화된 자료를 기준으로 최적 제어값에 따라 온도, 습도, CO₂, 광 조건을 정밀 조절하여 에너지 절감을 도모하고 외부에서도 원격으로 시설 환경의 모니터링 및 기기와 창, 커튼 등의 다단계 제어가 가능하도로 함으로써 원예시설에서 생산되는 작물의 품질을 높일 수 있도록 하는 것으로, 원예시설 내부의 영상을 촬영하는 카메라부; 원예시설 내부 및 외부의 환경상태를 측정하는 센서부; 원예시설 내부의 환경을 제어하는 제어수단; 상기 센서부로부터 측정된 측정값을 입력받아 온실 내부가 작물 생장의 최적의 환경에 도달할 수 있도록 상기 제어수단을 제어하는 로컬 제어부; 상기 로컬 제어부와 연결되어 상기 카메라부로부터 촬영된 영상정보와, 상기 센서부로부터 측정된 측정값 및 제어수단의 상태를 사용자 단말기로 전송하고, 상기 사용자 단말기로부터 제어신호를 전송받아 상기 제어부로 제어신호를 전송하는 중앙서버를 포함하여 작물을 키우는 원예시설에서 발생되는 상황을 종합적으로 관리하도록 스마트기기를 이용하여 원예시설 내에 발생될 수 있는 재해 및 피해상황을 사용자에게 바로 알려주고, 사용자는 스마트기기를 이용하여 원예시설 내부의 상태와 화면을 보면서 기계를 직접 제어하여 원예시설 내의 상황을 대처하도록 함으로써 사용자가 원예시설의 시설관리 및 보수를 용이하게 할 수 있는 원예시설 감시 제어시스템 및 제어방법을 제공한다.

Description

원예시설 감시 제어시스템 및 방법{Horticultural facility monitoring and control system and method}

본 발명은 원예시설의 제어시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스마트 기기와 인터넷이 연결된 컴퓨터로 원예시설 내의 환경과 기계장치를 모니터링하고 이를 제어할 수 있도록 하는 원예시설 감시 제어시스템 및 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로, 비닐하우스 및 유리온실에는 토마토, 오이, 고추 및 딸기와 같은 농작물을 계절에 관계없이 수확하기 위해 키우기 위해 이용하는 곳으로, 이는 상기 농작물이 온도, 습도, CO₂, 광에 직접적인 영향을 받기 때문에 언제나 적정한 환경조건을 유지하는 것이 절대적으로 필요할 뿐만 아니라 시설원예의 환경 이상(異常)을 신속하게 대처하고 미연에 방지하는 것이 중요한 실정이다.

그러나, 종래의 환경제어는 사용자가 입력한 온도, 습도, CO₂, 광 등 환경 설정값을 농장주의 경험적 지식이나 기술을 바탕으로 임의로 수시 설정하고 있다. 또한, 비닐하우스에 설치된 환경 이상을 알려주는 경보장치는 경광등과 경보부저가 사용되고 있으나, 이는 사용자가 항시 경광등을 감시하고 있어야 이상 유무를 식별할 수 있고, 이상이 발생하더라도 신속하게 대처하기가 어려울 뿐아니라 사용자가 이상이 있는 곳을 일일이 점검해야 되는 번거로움이 있다.

또는, 비닐하우스와 경보부저를 연결하여 사용하는 경우도 있으나, 이는 사용자의 집이 단거리일 경우 설치가 가능하나 원거리인 경우에 있어서는 전용선로의 가설 및 고장으로 인한 유지보수가 어려워 경보부저를 사용하는 곳이 극히 제한되고, 한정된 것에만 이상 유무를 확인할 수 밖에 없어 여러가지 운영상의 문제점들이 항상 내포되어 있다.

따라서, 상기 원예시설 내에 환경조성이 농장주의 경험적 지식이나 기술을 바탕으로 이루어지기 때문에 농가마다 환경관리 수준의 차이가 발생하고 이는 작물의 생육과 수량으로 연결되며, 에너지를 고려하지 않은 환경조절로 에너지 낭비를 초래하고 있다. 또한, 발생되는 이상시 상황을 신속히 대처하지 못함으로 인해 농작물의 발육이 저하되는 동시에 품질이 우수하지 못하는 상품이 제공될 뿐만 아니라 유리온실, 비닐하우스와 같은 시설원예의 농가에는 생산성 및 품질이 저하되고, 사용상의 신뢰도가 극소화되는 문제점들이 있다.

본 발명의 해결하고자 하는 과제는 원예시설을 센서 환경정보 데이터베이스(DB)와, 전문가에 의해 구축되어 네트워크를 통해 전송되는 작물별ㅇ계절별ㅇ생장주기별 권장 생장환경 메타 DB에 기반하여 에너지 절감형 제어 로직을 추론하고 이를 기반으로 온실을 정밀하게 제어하며, 원예시설을 외부에서도 원격으로 시설 환경의 모니터링 및 기기의 제어가 가능하도로 함으로써 원예시설에서 생산되는 작물의 품질을 높일 수 있도록 하는 원예시설 감시 제어시스템 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 의한 원예시설 감시 제어시스템은 원예시설 내부의 영상을 촬영하는 카메라부; 원예시설 내부 및 외부의 환경상태를 측정하는 센서부; 원예시설 내부의 환경을 제어하는 제어수단; 상기 센서부로부터 측정된 측정값을 입력받아 온실 내부가 작물 생장의 최적의 환경에 도달할 수 있도록 상기 제어수단을 제어하는 로컬 제어부; 상기 로컬 제어부와 연결되어 상기 카메라부로부터 촬영된 영상정보와, 상기 센서부로부터 측정된 측정값 및 제어수단의 상태를 사용자 단말기로 전송하고, 상기 사용자 단말기로부터 제어신호를 전송받아 상기 제어부로 제어신호를 전송하는 중앙서버를 포함할 수 있다. 상기 중앙서버는 외부에 위치할 수 있으며, 원예시설 내부에 위치할 수 있다. 한편, 상기 원예시설 감시 제어시스템은 정전시 자동절환되어 최소한의 기기 동작을 수행할 수 있도록 하는 비상전원 공급장치를 더 포함할 수 있다.

상기 센서부는 온도, 습도, CO2, EC, 배지온도, 배지수분, 일사, 풍속, 풍향 중 적어도 하나를 측정할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

상기 제어수단은 천창모터, 측창모터, 커튼모터, 스크린 모터, 유동팬, 환기팬, CO2공급기, 대류팬 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 로컬 제어부는 상기 카메라부, 센서부, 제어수단 중 적어도 하나에 문제가 발생했을 경우 경고 메시지를 사용자 단말기로 전송하도록 하는 경고 알람부를 더 포함할 수 있다.

한편, 본 발명에 의한 원예시설 감시 제어 방법은 중앙서버가 로컬 제어부로부터 카메라부의 촬영값과 센서부의 환경값 및 작물재배정보를 전송받는 단계; 상기 중앙서버가 사용자 단말기로부터 요청신호를 받아 상기 원예시설 정보를 상기 사용자 단말기로 전송하는 단계; 환경상태 또는 재배상태의 문제가 발생할 경우 상기 로컬 제어부가 경고 메시지를 중앙서버로 전송하는 단계; 상기 중앙서버가 퍼스널 컴퓨터 또는 사용자 단말기로 경고 메시지를 전송하는 단계; 상기 중앙서버가 상기 퍼스널 컴퓨터 또는 상기 사용자 단말기로부터의 제어신호를 전송받아 제어 메시지를 상기 로컬 제어부로 전송하는 단계; 상기 로컬 제어부가 상기 제어 메시지를 전송받아 원예시설 내부의 환경을 제어할 수 있도록 제어수단을 제어하여 원예시설 내부의 환경값을 조절하는 단계를 포함할 수 있다. 이때, 상기 로컬 제어부는 상기 센서부로부터 현재 원예시설 내부의 환경값을 전송받아 미리 설정되어 있는 환경값과 비교하는 단계; 및 상기 센서부로부터 측정된 측정값과 미리 설정되어 있는 환경값이 차이가 있는 경우 상기 로컬 제어부는 미리 설정되어 있는 환경값을 가질 수 있도록 상기 제어수단을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.

이와 같은 본 발명은 원예시설의 환경제어에 있어 센서를 통한 환경정보수집, 수집정보를 체계적으로 관리하는 DB, 최적의 제어 판단을 위한 생장환경 메타 DB, 이를 통해 최적의 에너지 절감형 제어 로직을 추론하는 기능을 구현함으로써 일반 온실 관리자들도 작물 재배환경을 정밀하게 관리하고 온실 관리에 필요한 소모 에너지도 효율적으로 감소시킬 수 있으며, 작물을 키우는 원예시설에서 발생되는 상황을 종합적으로 관리하도록 스마트기기를 이용하여 원예시설 내에 발생될 수 있는 재해 및 피해상황을 사용자에게 바로 알려주고, 사용자는 스마트기기를 이용하여 원예시설 내부의 상태와 화면을 보면서 기계를 직접 제어하여 원예시설 내의 상황을 대처하도록 함으로써 사용자가 원예시설의 시설관리 및 보수를 용이하게 할 수 있는 이점이 있다.

따라서, 원예시설을 센서 환경정보 데이터베이스(DB)와, 전문가에 의해 구축되어 네트워크를 통해 전송되는 작물별ㅇ계절별ㅇ생장주기별 권장 생장환경 메타 DB에 기반으로 하여 에너지를 절감할 수 있는 제어방법을 찾아 제어함으로써 작물 재배환경을 정밀하게 관리하고 온실 관리에 필요한 소모 에너지도 효율적으로 감소시킬 수 있다.

또한, 사용자의 원거리 외출시에도 원활하게 원격제어가 가능하여 원예시설의 환경상황으로 인한 작물의 손실과 같은 재해 및 피해를 미연에 방지하여 사용자로 하여금 안심하게 생활할 수 있는 효과가 있을 뿐만 아니라, 농가의 생산성 및 경제성을 향상시키고, 사용상 신뢰도를 극대화하도록 하는 등의 여러 효과를 동시에 거둘 수 있는 매우 유용한 발명인 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 원예시설 감시 제어시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 원예시설 감시 제어시스템의 제어방법을 나타낸 플로우챠트이다.
도 3은 본 발명인 원예시설 감시 제어시스템에서 천창개폐장치를 제어하는 자동화 로직의 일 실시예를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명인 원예시설 감시 제어시스템에서 천창개폐장치를 제어하는 자동화 로직의 다른 실시예를 나타낸 것이다.
도 5는 메타 DB기반으로 환경제어장치를 제어하는 제어로직의 실행순서를 나타낸 것이다.
도 6은 클라이언트형 통신 기반의 자동 인식 블록도를 나타낸 것이다.
도 7은 원격 지원 서버와 로컬 제어부를 연동하는 모식도를 나타낸 것이다.
도 8은 서버에 의한 복수온실 관리도를 나타낸 것이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성 요소는 제 2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성 요소도 제 1 구성 요소로 명명될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 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 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 원예시설 감시 제어시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 것이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 의한 원예시설 감시 제어시스템은 카메라부(100), 센서부(200), 제어수단(300), 로컬 제어부(400), 중앙서버(500)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 중앙서버(500)와 연결되어 관리자가 해당 제어상황을 모니터링하고 또 제어명령을 입력할 수 있는 퍼스널 컴퓨터(610)와, 상기 중앙서버(500)로부터 상기 원예시설 내부의 환경상황 및 상기 제어수단의 동작상황을 전송받고, 상기 제어수단을 제어하기 위한 제어명령 신호를 전송할 수 있는 사용자 단말기(620)가 포함될 수 있다.

상기 카메라부(100)는 원예시설 내부의 영상을 촬영한다. 상기 카메라부(100)를 통하여 촬영된 영상은 상기 중앙서버(500)로 전송되며, 상기 센서부에서 측정된 측정정보와 함께 퍼스널 컴퓨터(610) 또는 사용자 단말기(620)로 전송된다.

상기 센서부(200)는 원예시설 내부 및 외부의 환경상태를 측정한다. 예를 들면, 상기 센서부(200)는 온도, 습도, CO2, EC, 배지온도, 배지수분, 일사, 풍속, 풍향 중 적어도 하나를 측정할 수 있는 센서를 포함할 수 있다. 또한, 상기 센서부(200)는 원예시설 내에 있는 작물재배 시스템(210)의 정보를 측정할 수 있다. 예를 들면, 상기 센서부(200)는 작물재배 시스템에 부착되어 있는 양액공급장치, 광원, 지열히트펌프, 탱크수위 등의 작물재배 정보를 측정할 수 있다.

또한, 상기 센서부(200)는 아날로그 신호 및 디지털 신호를 감지하며, 제어부가 센서를 자동 감지할 수 있도록'설치(전원공급)'와 동시에 기기 아이디, 센서타입 등을 제어부로 전송한다. 센서부(200)가 인터넷 기반의 원거리 전송을 위한 통신 기반의 환경정보 전송시 복잡한 통신 설정 없이도 통신을 할 수 있도록 하는'클라이언트형 통신 기반의 자동 인식 기능(Plug & Play)을 수행한다. 따라서 인터넷 접속 주소(IP)가 유동적인 대부분의 인터넷 사용환경에서 온실 관리자가 별다른 전문지식 없이 센서를 설치하고 데이터베이스와 연동할 수 있다.

상기 제어수단(300)은 원예시설 내부의 환경을 제어하고, 식물재배 시스템을 제어할 수 있다. 예를 들면, 상기 제어수단(300)은 원예시설 내부의 환경을 제어하기 위한 천창개폐장치, 측창개폐장치, 커튼개폐장치, 보일러, 스크린 모터, 유동팬, 환기팬, CO2공급기, 대류팬 등을 포함할 수 있으며, 이를 제어한다. 또한, 상기 제어수단(300)은 식물재배 시스템을 제어하기 위한 양액공급장치, 광원, 지열히트펌프, 탱크수위 등을 포함할 수 있으며, 이를 제어한다.

상기 로컬 제어부(400)는 상기 센서부(200)로부터 측정된 원예시설 내부의 환경값 및 식물재배 시스템의 재배정보값을 입력받아 온실 내부가 작물 생장의 최적의 환경에 도달할 수 있도록 상기 제어수단(300)을 제어한다. 예를 들면, 천창개폐장치는 천창에 설치되어 개폐가 가능한 천창도어가 설치되어 있고, 상기 천창도어를 개폐하기 위하여 천창모터를 제어하여 내부의 공기와 외부의 공기가 순환할 수 있도록 제어할 수 있다. 또한, 보일러를 가동하여 원예시설 내부의 온도를 높일 수 있으며, CO2 공급기를 통하여 부족한 CO2를 보충할 수 있다.

한편, 상기 로컬 제어부(400)는 상기 카메라부(100), 센서부(200), 제어수단(300) 중 적어도 하나에 문제가 발생했을 경우 경고 메시지를 발생시키는 경고 알람부(410)를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 경고 알람부(410)는 상기 중앙서버(500)를 통하여 퍼스널 컴퓨터(610) 및 사용자 단말기(620)로 상기 경고 메시지를 전송할 수 있다. 예를 들면, 상기 경고 메시지는 문제가 발생한 내용 및 현재 원예시설 내의 환경상황을 포함할 수 있다.

한편, 상기 로컬 제어부(400)는 원예시설 내부의 현장에서 자동모드와 수동모드를 절환할 수 있고, 상기 제어수단(300)의 구동을 수동으로 제어할 수 있도록 하는 중앙제어패널(420)을 더 포함할 수 있다. 상기 중앙제어패널(420)은 인터넷 또는 이동통신망의 불량으로 인하여 원격제어가 불가능할 경우 현장에서 수동모드로 전환하여 상기 제어수단(300)을 제어할 수 있도록 하는 것으로, 수동모드 전환 후 상기 중앙제어패널(420)을 통하여 상기 제어수단(300)을 수동으로 제어할 수 있다.

상기 중앙서버(500)는 상기 로컬 제어(400)부와 연결되어 상기 카메라부(100)로부터 촬영된 영상정보와, 상기 센서부(200)로부터 측정된 측정값 및 재배 시스템의 재배정보를 저장하고, 이를 퍼스널 컴퓨터(610) 및 사용자 단말기(620)로 전송할 수 있다. 또한, 상기 중앙서버(500)는 퍼스널 컴퓨터(610)와 인터넷을 통하여 연결되어 상기 퍼스널 컴퓨터(610)를 통하여 입력된 제어신호를 상기 로컬 제어부(400)로 전송할 수 있다. 이때, 상기 로컬 제어부(400)는 제어신호에 따라 상기 제어수단(300)을 제어한다. 또한, 상기 중앙서버(500)는 상기 사용자 단말기(620)로부터 제어신호를 전송받아 상기 로컬 제어부(400)로 제어신호를 전송하여 상기 제어수단(300)을 제어하도록 할 수 있다.

또한, 중앙서버(500)는 전문가에 의해 구축되어진 작물별, 계절별, 생장주기별 권장 생장 데이터베이스를 네트워크를 통해 제어부에 전송하고, 제어부는 권장 생장환경 메타 DB를 기반으로 하여 에너지를 절감할 수 있는 제어방법을 찾아 제어함으로써 작물 재배환경을 정밀하게 관리할 뿐만 아니라 온실 관리에 필요한 에너지도 효율적으로 감소시킬 수 있다.

한편, 원예시설 감시 제어시스템은 정전시 자동절환되어 최소한의 기기 동작을 수행할 수 있도록 하는 비상전원 공급장치(630)를 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 정전시 자동으로 24V의 비상전원을 가동하여 원예시설의 최소 핵심 제어수단에 대한 제어의 계속성을 보장할 수 있다.

이와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 원예시설 제어 감시시스템의 동작 및 그에 따른 작용효과를 살펴보면 다음과 같다.

작물의 재배를 위해서 원예시설에는 일사량 조절이나, 온도 및 습도의 조절, 그리고 양액 공급제어를 위한 설비들이 구비된다. 이러한 작물재배 환경의 감시를 위해서 일사량 센서, 온도센서, 습도센서 등과 같은 센서부(200)가 구비되고 이 센서부로부터 감지된 신호는 로컬 제어부(400)로 입력된다.

상기 로컬 제어부(400)는 각 센서부(200)들로부터 감지된 신호들을 기 설정된 작물재배 환경의 설정값과 비교 검색하여 적절한 생장조건을 만족하도록 천정개폐장치, 보일러, 양액공급장치 등의 제어수단(300)들을 제어하게 되며, 이러한 작물재배 환경상태나 제어상태등은 상기 로컬 제어부(400)와 연결된 중앙서버를 통하여 퍼스널 컴퓨터(510) 또는 휴대할 수 있는 사용자 단말기(620)를 통해서 관리자가 모니터링할 수 있고 또, 관리자가 상기 퍼스널 컴퓨터(610) 또는 사용자 단말기(612)를 통하여 제어명령을 상기 중앙서버(500)로 전송하고, 상기 중앙서버(500)는 상기 로컬 제어부(400)로 상기 제어명령을 전송하여 로컬 제어부(400)를 제어하도록 함으로써, 원격지에서도 제어명령을 전송하여 원거리의 원예시설의 내부 환경을 제어할 수 있다. 즉, 상기 로컬 제어부(400)는 로컬 센서부(200)를 통하여 수집된 원천 데이터를 이더넷 통신 등을 이용하여 중앙서버(500)가 수집한 후 이를 의미가 부여된 2차 데이터인 가상데이터로 추상화한 후 기본 관제/제어는 로컬에서 수행하고 원격지의 웹과 스마트폰에서 원격 추상복합관제/제어를 수행하는 것이다. 예를 들면, 환기팬의 온/오프 또는 창문의 온/오프와 같이 단일 장치에 대한 제어가 가능하다. 또한, 제어수단을 장치별로 묶어서 제어할 수 있다. 예를 들면, 창문이 다 열리면 팬을 가동시키도록 하는 것처럼 어떠한 조건이 만족되면 다른 조건이 발동되도록 제어할 수 있다. 또한, 사용자가 마음대로 지정할 수 있는 조건식에 의해 자동제어를 활성화시킬 수 있다. 예를 들면, 풍속이 강한 경우의 데이터를 지정하고 이 조건이 넘어설 경우에는 창문을 닫도록 하는 제어를 할 수 있다. 상기와 같은 단순 제어가 아니더라도, 자동제어를 위한 알고리즘을 통하여 다양한 방식의 제어가 가능하다.

또한, 상기 로컬 제어부(400)는 정전감지를 기반으로 비상전원을 자동 가동하여 최소 핵심기기에 대한 제어의 계속성을 보장할 수 있다. 모터류 등 기동부하가 큰 장치에 대한 고장신호를 수집하고, 고장신호 발생 시 작동을 차단시키는 조치를 한 후 관리자에게 고장 발생 상황을 전송한다. 또한, 센서 신호에 따른 자동 비상조치를 행할 수 있다. 예를 들면, 우적신호 발생 시 천창을 자동으로 폐쇄하는 기능, 일정 수준 이상의 풍속시 창류를 자동으로 폐쇄하는 기능 등이 있을 수 있다. 예를 들면, 정전을 감지하는 경우, 중앙서버에서 자동으로 정전 감지 신호를 수집하여 24V 장치에 대한 비상전원을 공급하도록 하는 절환신호를 전송한다. 또한, 정전시 24V 장치에 대한 비상 전원 절환은 내부구성회로에 의해 자동으로 절환될 수 있다. 복전시에는 비상전원을 해제하고 상전체제로 자동 복귀할 수 있다. 이러한 비상조치가 이루어짐과 동시에 관리자에게 문자 및 메일을 전송하여 상황을 통보한다. 또 다른 예를 들면, 고장을 감지하는 경우, 모터류의 트립 발생 신호를 자동 수집하여 트립 발생시 자동으로 전원을 차단한다. 이러한 비상조치가 이루어짐과 동시에 관리자에게 문자 및 메일을 전송하여 상황을 통보한다. 또 다른 예를 들면, 센서 기반 자동 비상조치는, 우적 발생 시 자동으로 우적상황을 감지하여 천창을 닫으며, 돌발 강풍 발생 시 자동으로 창류를 폐쇄할 수 있도록 하는 것이다. 이러한 비상조치가 이루어짐과 동시에 관리자에게 문자 및 메일을 전송하여 상황을 통보한다.

중앙서버(500)는 상기 센서부(200)의 센싱정보와 상기 제어수단(300)의 작물재배 정보를 입력받아 퍼스널 컴퓨터(610) 또는 사용자 단말기(620)로 전송한다. 그리고, 상기 사용자 단말기(620)로 전송한 내용에 대응하는 원격 제어명령을 상기 사용자 단말기(620)로부터 입력받아 제어명령을 로컬 제어부(400)에 송출함으로써 원격지에서 원예시설의 작물재배 환경을 정상수준으로 복구시킬 수 있게 한다. 이때, 상기 퍼스널 컴퓨터는 인터넷망을 통하여 상기 중앙서버(500)와 연결되어 통신하고, 상기 사용자 단말기(620)는 무선통신이 가능한 스마트폰, 테블릿 PC 등일 수 있다.

한편, 중앙서버(500)를 통하여 원격지에서 사용자 단말기를 통하여 원격제어시 불확실 제어에 따른 작물의 피해를 방지하기 위하여 제어상태 또는 제어결과를 카메라 영상을 통해 확인할 수 있다. 로컬 제어부(400)가 사용자 단말기로부터의 신호를 받아 제어수단을 원격제어하는 동안 로컬 제어부(400)가 카메라부(100)를 제어하여, 제어 대상을 카메라로 촬영함으로써 실제 영상을 보면서 제어할 수 있도록 한다. 상기 카메라부(100)는 영상감시를 위하여 IP CCTV, DVR, 웹캠 등의 다양한 영상장치를 사용할 수 있다.

이하, 본 발명의 일실시예에 따른 원예시설 감시 제어시스템의 제어방법을 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 원예시설 감시 제어시스템의 제어방법을 나타낸 플로우챠트이다.

도 2를 참조하면, 중앙서버(500)가 로컬 제어부(400)로부터 카메라부(100)의 촬영값과 센서부(200)의 환경값 및 작물재배정보를 전송받는 단계(S110)와, 상기 중앙서버(500)가 사용자 단말기(620)로부터 요청신호를 받아 상기 원예시설 정보를 상기 사용자 단말기(620)로 전송하는 단계(S120)와, 환경상태 또는 재배상태의 문제가 발생할 경우 상기 로컬 제어부(400)가 경고 메시지를 중앙서버(500)로 전송하는 단계(S130)와, 상기 중앙서버(500)가 퍼스널 컴퓨터(610) 또는 사용자 단말기(620)로 경고 메시지를 전송하는 단계(S140)와, 상기 중앙서버(500)가 상기 퍼스널 컴퓨터(610) 또는 상기 사용자 단말기(620)로부터의 제어신호를 전송받아 제어 메시지를 상기 로컬 제어부(400)로 전송하는 단계(S150)와, 상기 로컬 제어부(400)가 상기 제어 메시지를 전송받아 원예시설 내부의 환경을 제어할 수 있도록 제어수단(300)을 제어하여 원예시설 내부의 환경값을 조절하는 단계(S160)를 포함할 수 있다.

이때, 상기 로컬 제어부(400)는 미리 설정되어 있는 환경값을 유지할 수 있도록 한다. 따라서, 상기 로컬 제어부(400)는 상기 센서부(200)로부터 현제 원예시설 내부의 환경값을 전송받고, 미리 설정되어 있는 환경값과 비교하게 된다. 이때, 상기 센서부(200)의 측정값은 온도, 습도, CO2, EC, 배지온도, 배지수분, 일사, 풍속, 풍향 중 적어도 하나를 측정한 값이다. 상기와 같이 센서부(200)로부터 측정된 측정값과 미리 설정되어 있는 환경값을 비교했을 때 차이가 생긴다면, 상기 로컬 제어부(400)는 미리 설정되어 있는 환경값을 가질 수 있도록 하는 제어조건에 따라 상기 제어수단(300)을 제어한다.

이하, 상기 로컬 제어부(400)가 제어수단(300)을 제어하는 일 실시예를 살펴본다.

도 3은 본 발명인 원예시설 감시 제어시스템에서 천창개폐장치를 제어하는 자동화 로직의 일 실시예를 나타낸 그래프이다.

도 3을 참조하면, 원예시설 감시 제어시스템에서 천창개폐장치의 자동화 조건은, 시간 설정 조건에 따라 제어되는 것으로, 시간조건 외에서 환경조건이 발생하면 무시하고, 시간조건 내에서 환경조건이 발생하면 논리 합 연산형태로 처리하는 것을 나타낸다.

좀더 상세하게 설명하면, 도면에서 보는 바와 같이 센서부에 의한 측정값에 따라 천창도어의 열림 조건과 닫힘조건이 발생하는 구간을 설정하고, 상기 열림조건과 닫힘조건이 적용되는 시간구간을 설정한다. 도면을 참조하면, A지점은 환경정보에 따라 열림조건이 발생하였지만 작동시간 외에 발생한 조건이기 때문에 열림조건에 해당하지 않게 되는 것이다. 한편, B지점은 열림구간에서 유지구간으로 내려온 상태를 나타낸 것으로, 천창도어가 열린상태로 유지되게 된다. 그리고, C지점은 닫힘구간에서 유지구간으로 올라온 상태를 나타낸 것으로, 천창도어가 닫힘상태로 유지되게 된다.

도 4는 본 발명인 원예시설 감시 제어시스템에서 천창개폐장치를 제어하는 자동화 로직의 다른 실시예를 나타낸 것이다.

도 4를 참조하면, 원예시설 감시 제어시스템에서 천창개폐장치의 자동화 조건은 열림조건과 닫힘조건이 발생하는 구간을 선정하여 각 구간에 도달할 경우 천창도어가 열리거나 닫히도록 제어하는 방식은 동일하다. 하지만, 천창도어의 열림 정도를 구간별로 나누어 환경조건의 변화에 대응하여 천창도어가 단계별로 개폐되도록 함으로서 갑작스런 환경변화를 방지할 수 있도록 하는 것이다. 도면에서 보는 바와 같이 열림조건이 발생하였지만 환경정보와 비교하여 설정 구동시간 만큼 열림동작을 수행하고, 구동 후 딜레이 시간으로 구간열림 동작을 수행하고 열림조건에서도 과도 열림이 발생하였을 경우에는 구동시간 만큼 닫힘동작을 수행하고, 구동 후 딜레이 시간으로 일부 닫힘 동작을 수행하며, 이후 단계적인 열림 동작수행으로 완전 열림상태에 도달하게 하는 것이다.

도 5는 메타 DB기반으로 환경제어장치를 제어하는 제어로직의 실행순서를 나타낸 것이다.

센서로부터 전송된 온도, CO₂ 등 환경 정보(DB 기록 후 시간화 처리)가 사용자가 설정한 임계치 이상이 되는 이상상황이 발생했을 때 알람을 발생한다. 이때, 알람 상황 해소를 위한 환경조성치 제어 우선 순위를 도출하고, 자연에너지 활용 판단은 계절별, 하루 시간별, 작물별로 미리 정의된 생장환경 메타 DB를 활용할 수 있다. 이후, 최소 에너지 사용 순으로 액추에이터가 가동된다. 예를 들면, 한여름 온도 하강이 필요한 경우 창을 오픈, 차광막 등의 순으로 작동할 수 있다. 이후 추가 온도 하강이 필요한 경우 냉방기를 가동하여 온도를 낮출 수 있다. 다음으로 엑추에이터 실행결과를 판단하기 위한 실시간 센서정보를 수집하여 알람 발생 조건이 해소되었는지를 판단한다.

도 6은 클라이언트형 통신 기반의 자동 인식 블록도를 나타낸 것이다.

상기 도면을 참조하면, 센서부(200)와 중앙서버(500)가 시리얼 넘버와 지정된 IP를 통하여 자동 접속될 수 있도록 하는 것을 나타내고 있다. 즉, 센서부(200)는 지정된 IP 포트를 통하여 접속을 요청하면, 중앙서버(500)는 접속요청한 센서부(200)의 시리얼넘버를 검색하여 접속을 수락한다.

도 7은 원격 지원 서버와 로컬 제어부를 연동하는 모식도를 나타낸 것이고, 도 8은 서버에 의한 복수온실 관리도를 나타낸 것이다.

본 발명은 상기 도면에서 나타난 바와 같이 중앙서버를 원격지원서버로 활용할 수 있으며, 이를 통하여 복수개의 온실을 관리할 수 있는 것이다.

도 9는 사용자 단말기를 이용하여 양액 공급제어를 위한 설비를 제어하도록 하는 화면을 나타낸 것이다. 도 9를 참조하면, 사용자 단말기에 양액 공급제어를 위한 설비가 간략하게 나타나 있으며, 농축양액이 저장되어 있는 양액탱크, 상기 양액들을 혼합할 수 있는 관수혼합탱크, 상기 관수혼합탱크에서 혼합된 양액 공급하기 위한 관수펌프, 상기 양액을 공급할 구역을 선정할 수 있는 관수밸브가 표시되어 있다. 양액공급장치의 각 부분의 작동상태를 모니터링 할 수 있고, 관수구역을 설정 선택된 양액의 밸브를 터치하여 오픈신호를 로컬 제어부로 전달한다. 양액 공급제어 설비는 제어신호를 받아 선택된 양액의 밸브를 열어 해당구역으로 양액을 공급할 수 있도록 제어하는 것이다.

이와 같이 본 발명은 작물을 키우는 원예시설에서 발생되는 상황을 인터넷 연결을 통하여 퍼스널 컴퓨터 또는 스마트폰으로 확인하고 제어할 수 있도록 함으로써 사용자가 원예시설 내부의 상황을 한눈에 알 수 있도록 하고, 원예시설 내부의 상황에 따라 원예시설의 제어수단을 용이하게 제어할 수 있도록 하는 효과가 있다. 따라서, 사용자가 인터넷과 연결된 퍼스널 컴퓨터를 사용하여 원거리에서도 원격 제어가 가능하고, 사용자가 외출할 경우 스마트폰을 사용하여 원예시설의 상황 확인 및 제어수단의 제어를 할 수 있기 때문에 원예시설의 환경상황으로 인한 작물의 손실과 같은 재해 및 피해를 미연에 방지하여 사용자로 하여금 안심하게 생활할 수 있는 효과를 가진다. 그러므로, 농가의 생산성 및 경제성이 향상되고, 사용상의 신뢰도륵 극대화할 수 있는 효과를 얻을 수 있는 것이다.

앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100: 카메라부 200: 센서부
300: 제어수단 400: 로컬 제어부
500: 중앙서버 610: 퍼스널 컴퓨터
620: 사용자 단말기

Claims (11)

1. 원예시설 내부의 영상을 촬영하는 카메라부;
   원예시설 내부 및 외부의 환경상태를 측정하는 센서부;
   원예시설 내부의 환경을 제어하는 제어수단;
   상기 센서부로부터 측정된 측정값을 입력받아 온실 내부가 작물 생장의 최적의 환경에 도달할 수 있도록 상기 제어수단을 제어하는 로컬 제어부; 및
   상기 로컬 제어부와 연결되어 상기 카메라부로부터 촬영된 영상정보와, 상기 센서부로부터 측정된 측정값 및 제어수단의 상태를 사용자 단말기로 전송하고, 상기 사용자 단말기로부터 제어신호를 전송받아 상기 로컬 제어부로 제어신호를 전송하는 중앙서버를 포함하는 원예시설 감시 제어시스템.
2. 제1항에 있어서,
   정전시 자동절환되어 최소한의 기기 동작을 수행할 수 있도록 하는 비상전원 공급장치를 더 포함하는 원예시설 감시 제어시스템.
3. 제1항에 있어서, 상기 센서부는,
   온도, 습도, CO2, EC, 배지온도, 배지수분, 일사, 풍속, 풍향 중 적어도 하나를 측정할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 원예시설 감시 제어시스템.
4. 제1항에 있어서, 상기 제어수단은
   천창모터, 측창모터, 커튼모터, 스크린 모터, 유동팬, 환기팬, CO2공급기, 대류팬 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 원예시설 감시 제어시스템.
5. 제1항에 있어서, 상기 로컬 제어부는,
   상기 카메라부, 센서부, 제어수단 중 적어도 하나에 문제가 발생했을 경우 경고 메시지를 사용자 단말기로 전송하도록 하는 경고 알람부를 더 포함하는 원예시설 감시 제어시스템.
6. 제1항에 있어서, 상기 로컬 제어부는
   상기 센서부로부터 현재 원예시설 내부의 환경값을 전송받고, 원예시설을 작물의 생육단계별 최적의 생장환경을 갖도록 미리 설정되어 있는 DB화된 자료와 비교하여 차이가 있는 경우 측정된 환경값이 미리 설정되어 있는 DB화된 자료와 일치할 수 있도록 상기 제어수단을 제어하는 단계를 더 포함하는 원예시설 감시 제어 시스템.
7. 제1항에 있어서, 로컬 제어부는
   원격지에서 사용자 단말기를 통하여 원격제어 시, 제어수단을 원격제어하는 동안 카메라부를 제어하여 제어수단을 카메라로 촬영함으로써 영상을 사용자 단말기로 전송하도록 하는 것을 특징으로 하는 원예시설 감시 제어 시스템.
8. 제1항에 있어서, 로컬 제어부는
   사용자 단말기로부터 제어신호를 받아 선택된 양액탱크의 밸브를 온/오프하여 선택된 양액이 관수혼합탱크로 흘러가도록 하고,
   사용자 단말기로부터 제어신호를 받아 선택된 관수구역의 양액 밸브를 온/오프하여 해당구역으로 양액을 공급할 수 있도록 하는 원예시설 감시 제어 시스템.
9. 중앙서버가 로컬 제어부로부터 카메라부의 촬영값과 센서부의 환경값 및 작물재배정보를 전송받는 단계;
   상기 중앙서버가 사용자 단말기로부터 요청신호를 받아 상기 원예시설 정보를 상기 사용자 단말기로 전송하는 단계;
   상기 중앙서버가 상기 사용자 단말기로부터의 제어신호를 전송받아 상기 로컬 제어부로 전송하는 단계;
   상기 로컬 제어부가 상기 제어신호를 받아 원예시설 내부의 환경을 제어할 수 있도록 제어수단을 제어하여 원예시설 내부의 환경값을 조절하는 단계를 포함하는 원예시설 감시 제어 방법.
10. 제9항에 있어서,
    상기 로컬 제어부가 상기 센서부로부터 현재 원예시설 내부의 환경값을 전송받고, 원예시설을 작물의 생육단계별 최적의 생장환경을 갖도록 미리 설정되어 있는 DB화된 자료와 비교하는 단계; 및
    상기 환경값과 상기 DB화된 자료를 비교하여 차이가 있는 경우 상기 로컬 제어부는 측정된 환경값이 미리 설정되어 있는 DB화된 자료와 일치할 수 있도록 상기 제어수단을 제어하는 단계를 더 포함하는 원예시설 감시 제어 방법.
11. 제9항에 있어서,
    환경상태 또는 재배상태의 문제가 발생할 경우 상기 로컬 제어부가 경고 메시지를 중앙서버로 전송하는 단계;
    상기 중앙서버가 사용자 단말기로 경고 메시지를 전송하는 단계를 더 포함하는 원예시설 감시 제어 방법.

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