KR20160014849A - 양액 공급 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 양액 공급 시스템에 관한 것으로, 양액을 희석하기 위한 원수를 공급하는 원수 공급부; 제어되는 양액 투입 지속 시간으로 기 설정된 투입 주기마다 양액을 공급하는 양액 공급부; 상기 원수 공급부로부터 공급되는 원수 및 상기 양액 공급부로부터 공급되는 양액이 혼합된 관수의 농도를 감지하는 농도 감지 센서; 재배 시설에 공급하고자 하는 상기 관수의 설정 농도와, 상기 설정 농도를 포함하는 교정범위를 설정하는 설정부 및; 상기 농도 감지 센서에 의해 감지되는 상기 관수의 농도가 상기 설정 농도로 유지되도록 양액 투입 지속 시간을 조절하여 상기 양액 공급부를 조절하되, 상기 농도 감지 센서에 의해 감지되는 상기 관수의 농도가 상기 교정범위 내의 값을 가질 때, 투입 주기마다 제1 보정값 단위로 양액 투입 지속 시간을 증가시키거나 감소시키도록 조절하고, 상기 농도 감지 센서에 의해 감지되는 상기 관수의 농도가 상기 교정범위를 벗어날 때, 상기 제1 보정값 보다 상대적으로 큰 제2 보정값 단위로 양액 투입 시간을 증가시키거나 감소시키도록 상기 양액 공급부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 따라, 관수의 농도를 교정 범위 내로 신속하게 유도할 수 있다.

Description

양액 공급 시스템 {SYSTEM FOR SUPPLYING NUTRIENT SOLUTION}

본 발명은 양액 공급 시스템에 관한 것으로, 보다 자세하게는 재배 시설에 공급하는 관수를 설정된 농도로 신속하게 조절하고, 농도 감지 센서가 오작동하더라도 생장 조건에 적합한 농도의 관수를 공급할 수 있는 양액 공급 시스템에 관한 것인다.

일반적으로 양액 재배는 수경재배라 하기도 하며, 식물의 성장에 필요한 양분이 함유된 양액을 공급시켜 각종작물을 재배하도록 하는 과학적인 영농기술이다. 이러한 양액 재배는 배지에 작물을 심고 물과 양액을 공급함으로써 토양에 구애받지 않고 식물을 재배할 수 있어 병충해 방지에 유리하고, 무농약 청정 재배로 무공해 식물을 생산할 수 있어 농가에 보급이 점차 확산되고 있다.

양액 재배에서 요구되는 주요 환경으로, 양액의 농도와 산도를 들 수 있는데,재배작물에 따라 요구되는 양액의 농도와 산도는 최적 조건을 벗어나면 재배 작물의 생장에 지장을 주어 생산량이 급감하게 되므로 최적 조건을 자동으로 조절하며 관수를 실시할 수 있는 자동화된 시스템이 이용되고 있다.

대한민국등록실용신안 제20-0179670호(등록일 2000년 02월 11일, 양액의 농도/산도 측정장치가 구비된 양액자동 공급장치)에서는 배지에 공급되는 양액의 농도와 산도를 자동으로 측정하여 양액의 농도와 산도를 조절하여 공급함이 개시되어 있다.

하지만 종래의 양액 공급기는 양액의 농도 또는 산도의 조절은 센서의 측정결과를 이용하여 설정된 농도와 산도로 보정하는 방식으로 실시되었으므로 양액의 농도와 산도를 측정하는 센서가 고장나거나 오작동하는 경우, 적절한 생장 조건을 형성하기 어려웠고, 수리기간이 수일 소요되는 경우도 빈번함에 따라, 공급 장치가 복구되는 동안 적절한 조건의 양액 공급은 어려워 생산량 저감으로 직결되는 문제가 있었다.

또한, 일반적으로 양액 재배되는 재배 시설의 단위 면적이 크고, 재배 시설에 요구되는 관수량이 많아, 일정 용량을 갖는 혼합조에 원수와 양액을 유입시켜 혼합하고 혼합된 관수를 재배시설로 배출하는 형태로 실시되었다.

그런데 혼합조에 양액이 공급되더라도 혼합되는데 소요되는 시간을 갖게 되므로, 실제 투입된 양액의 농도를 즉각적으로 감지하는 데에 한계가 있었고, 선행기술과 같이 배지에 공급되는 양액의 농도와 산도를 측정하여 농도를 조절하는 방식에서는 양액의 투입에 따라 감지되는 변화를 신속게 확인하는 것은 더욱 어려웠다.

여기에 더불어 실제 투입된 양액에 따른 농도 측정에 지연이 발생함에 따라 과다 투입되거나 과소 투입되어 설정된 농도로 관수의 상태를 조절하는데 상대적으로 많은 시간이 걸렸고, 조성상태에 민감하게 반응하는 재배 식물의 생산성은 감소하는 문제가 있었다.

이에, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 양액 재배에 이용되는 농도를 측정하여 설정 농도로 조절하는 방식에서 양액의 투입을 신속하게 제어하여 설정 농도로 유지되도록 할 수 있는 양액 공급 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 양액의 농도와 산도 조절에 이용되는 센서의 측정 결과값을 신뢰할 수 없을 때, 재배작물에 적합한 양액의 농도와 산도에 대한 근사치로 공급할 수 있는 양액 공급 시스템을 제공함에 있다.

또한, 재배 작물에 관수를 실시함에 있어, 기후 상태를 고려하여 불필요한 양액의 소모를 줄여 경제성을 도모할 수 있는 양액 공급 시스템을 제공하는 데에 또다른 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 제1 실시예에 따른 본 발명은, 양액을 희석하기 위한 원수를 공급하는 원수 공급부; 기 설정된 양액 투입 지속 시간으로 기 설정된 투입 주기마다 양액을 공급하는 양액 공급부; 상기 원수 공급부로부터 공급되는 원수 및 상기 양액 공급부로부터 공급되는 양액이 혼합된 관수의 농도를 감지하는 농도 감지 센서; 재배 시설에 공급하고자 하는 상기 관수의 설정 농도와, 상기 설정 농도를 포함하는 교정범위를 설정하는 설정부 및; 상기 농도 감지 센서에 의해 감지되는 상기 관수의 농도가 상기 설정 농도로 유지되도록 상기 양액 공급부를 조절하되, 상기 농도 감지 센서에 의해 감지되는 상기 관수의 농도가 상기 교정범위 내의 값을 가질 때, 상기 투입 주기마다 제1 보정값 단위로 양액 투입 지속 시간이 증가 또는 감소되도록 상기 양액 조절부를 제어하고, 상기 농도 감지 센서에 의해 감지되는 상기 관수의 농도가 상기 교정범위를 벗어날 때, 상기 제1 보정값 보다 상대적으로 큰 제2 보정값 단위로 상기 투입 주기마다 상기 양액 투입 지속 시간이 증가 또는 감소되도록 상기 양액 공급부를 제어하는 제어부를 포함하는 양액 공급 시스템에 의해 달성될 수 있다.

여기서, 상기 설정부는 상기 농도 감지 센서에 의해 감지되는 상기 관수의 농도가 상기 교정범위의 상한치를 초과할 때 다음 투입 주기에 적용할 상기 제2 보정값에 대한 양액 투입 지속 시간인 제1 상한 지속 시간과, 상기 농도 감지 센서에 의해 감지되는 상기 관수의 농도가 상기 교정범위의 하한치 미만일 때, 다음 투입 주기에 적용할 상기 제2 보정값에 대한 양액 투입 지속 시간인 제1 하한 지속 시간을 설정 가능하게 마련될 수 있다.

또한, 상기 제어부는 상기 농도 감지 센서에 의해 감지된 일정 시간 동안의 상기 관수의 농도 평균이 상기 교정범위를 벗어날 때, 상기 농도 감지 센서에 의해 감지된 상기 관수의 농도에 무관하게 상기 설정 농도에 대해 기 등록된 양액 투입 지속 시간 단위로 양액이 공급되도록 상기 양액 공급부를 제어하는 것도 가능하다.

또한, 상기 농도 감지 센서는 상기 관수의 전기전도도를 측정하는 EC 센서를 포함할 수 있다.

또한, pH 용액을 공급하는 pH 용액 공급부와, 상기 관수의 산도를 감지하는 산도 측정 센서를 더 포함하고; 상기 설정부에서는 상기 재배 시설에 공급하고자 하는 상기 관수의 설정 산도를 설정 가능하게 마련되고; 상기 제어부는 상기 산도 측정 센서에 의해 감지된 상기 관수의 산도에 기초하여, 상기 관수의 산도가 상기 설정 산도로 조절되도록 상기 pH 용액 공급부를 제어하는 것도 가능하다.

여기서, 상기 원수 공급부를 통해 공급되는 원수와, 상기 양액 공급부를 통해 공급되는 양액과, 상기 pH 용액 공급부로부터 공급되는 pH 용액이 유입 및 혼합되어 상기 관수를 형성하고, 형성된 상기 관수가 상기 재배 시설로 배출되는 혼합조를 더 포함하며; 상기 농도 감지 센서와 상기 산도 측정 센서는 상기 혼합조에서 혼합되어 형성된 상기 관수의 농도와 산도를 측정하도록 마련될 수 있다.

또한, 상기 재배 시설로 조사되는 일사량을 감지하는 일사량 감지 센서가 구비되며; 상기 제어부는 상기 일사량 감지 센서에 의해 감지된 일사량에 비례하는 가중치를 부여하여 상기 관수에 이용되는 원수의 공급량을 조절하는 것이 가능하다.

이때, 상기 제어부는 상기 가중치에 반비례하여 상기 혼합조로 투입되는 양액의 투입 지속 시간을 줄이도록 상기 설정 농도를 조절하고, 상기 원수 공급부의 동작은 유지한 채로 상기 관수의 공급시간을 증가시키도록 조절할 수 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 제2 실시예에 따른 본 발명은 양액을 희석하기 위한 원수를 공급하는 원수 공급부; 기 설정된 양액 투입 지속 시간으로 기 설정된 투입 주기마다 양액을 공급하는 양액 공급부; 상기 원수 공급부로부터 공급되는 원수 및 상기 양액 공급부로부터 공급되는 양액이 혼합된 관수의 농도를 감지하는 농도 감지 센서; 재배 시설에 공급하고자 하는 상기 관수의 설정 농도와, 상기 설정 농도를 포함하는 교정범위를 설정하는 설정부 및; 상기 농도 감지 센서에 의해 감지되는 상기 관수의 농도에 기초하여, 상기 관수의 농도가 상기 설정 농도로 유지되도록 상기 양액 공급부를 제어하고, 상기 농도 감지 센서에 의해 감지된 일정 시간 동안의 상기 관수의 농도 평균이 상기 교정범위를 벗어날 때, 상기 농도 감지 센서에 의해 감지된 상기 관수의 농도에 무관하게 상기 설정 농도에 대해 기 등록된 양액 공급량으로 상기 투입 주기마다 양액이 공급되도록 상기 양액 공급부를 제어하는 제어부를 포함하는 양액 공급 시스템에 의하여 달성된다.

상기와 같은 구성에 따라 본 발명에 따르면, 제어부는 교정범위 내에서 제1 보정값으로 양액 투입 지속 시간을 조절하고, 교정범위 외에서는 제1 보정값 보다 상대적으로 큰 제2 보정값으로 양액 투입 지속 시간을 조절함에 따라, 교정범위를 벗어날 경우에는 양액 공급부의 양액 투입 지속 시간을 급격히 변화시킴으로써 관수의 농도를 교정 범위 내로 신속하게 유도할 수 있다.

또한, 농도 감지 센서가 오작동할 때, 적절치 않은 양액 농도로 조절된 관수를 공급하는 것을 방지하고, 재배 작물의 생장환경에 적절한 상태의 양액 농도로 관수를 공급할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 양액 공급 시스템의 구성을 설명하기 위한 도면이고,
도 2는 도 1의 양액 공급 시스템의 정면도이고,
도 3은 본 발명에 따른 제어부의 설정예시를 나타낸 도면이고,
도 4는 본 발명에 따른 양액 조절을 설명하기 위한 도면이고,
도 5는 재배시설에 설치되는 센서모듈을 나타낸 도면이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 상세히 설명한다.

제1 실시예

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 양액 공급 시스템의 구성을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 도 1의 양액 공급 시스템의 정면도이다. 도 1과 도 2를 참조하여 설명하면, 본 발명의 실시예에 따른 양액 공급 시스템(10)은 원수 공급부(81,82), 양액 공급부(120,121), 농도 감지 센서(111), 설정부(101), 제어부(100)를 포함한다.

원수 공급부(81,82)는 양액을 희석하기 위한 원수를 공급하기 위한 것으로 원수탱크에 물을 공급하기 위한 제1 펌프(81a)와 혼합조(110)에 원수를 공급하는 제2 펌프(81b)를 포함한다. 제1 펌프(81a)는 양액 재배에 이용할 수 있는 지하수나 농업용수를 등을 원수탱크(82)에 저장하며, 원수에 포함된 이물질을 여과하기 위한 여과기가 함께 설치될 수 있다.

원수탱크(82)에 저장된 원수는 제2 펌프(81b)를 통해 혼합조(110)로 공급되고, 양액 공급부(120,121)로부터 공급된 양액과 혼합되며 양액을 희석하는 용도로 사용된다.

양액 공급부(120,121)는 재배되는 작물의 생육에 필요한 무기양분을 갖는 양액을 혼합조(110)로 공급한다. 양액 공급부(120,121)는 도 1에 도시된 바와 같이 복수의 공급용기(120a, 120b, 120c)로 구성될 수 있고, 공급용기(120a, 120b, 120c) 중 어느 하나는 양액 재배에 이용하는 관수의 산도(pH)를 조절하기 위한 pH 용액이 저장될 수 있는데, 이하에서는 공급용기(120a, 120b)에 양액이 저장되고, 공급용기(120c)에 pH 용액이 저장되어 공급되는 것을 예로 설명하기로 한다.

양액이 저장되는 공급용기(120a, 120b)를 복수로 구성함에 따라, 원수에 혼합되는 양액을 종류별로 각각 보관하며 적정량 공급하게 되므로 상이한 특성을 갖는 양액이 장시간 섞여 응고되는 것과 같은 양액의 상태변화를 방지하게 된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 양액 공급 시스템(10)에는 동작을 제어하기 위한 설정을 실시할 수 있도록 설정부(101)가 구비되고, 설정부(101)를 통해 설정한 값으로 연결된 장치들의 동작을 제어하기 위한 제어부(100)가 마련된다. 본 발명의 제1 실시예에서 제어부(100)는 마이크로프로세서를 예로 하지만, 프로그램된 동작을 수행할 수 있는 공지된 다양한 방식이 적용될 수 있다.

본 발명의 제1 실시예에서 제어부(100)는 관수의 농도 따른 양액 공급부(120,121)를 통해 공급되는 투입량을 제어한다.

여기서, 관수의 농도를 감지하는 농도 감지 센서(111)는 전기전도도(EC)를 측정하는 EC 센서를 포함할 수 있다.

전기전도도(EC)를 이용하여 관수의 농도를 측정하는 것은 양액이 투입되는 정도에 따라 전기전도도(EC)가 달라지므로 전기전도도(EC)를 통해 양액의 농도를 역으로 산출할 수 있다.

본 발명에서 제어부(100)는 설정부(101)를 통해 설정한 값으로 원수 공급부(81,82), 양액 공급부(120a, 120b, 121a, 121b)를 제어하게 되는데, 도 3 및 도 4를 참조하여 양액 공급 시스템(10)의 제어를 통한 양액 공급이 제어되는 과정을 보다 자세하게 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 제어부(100)의 설정예시를 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 양액 조절을 설명하기 위한 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이 설정부(101)를 통해 작물에 적합한 생장조건을 설정하게 된다.

통상 양액 재배에 이용되는 작물에 요구되는 전기전도도(EC)는 대략 5.0 ds/m 이내로서, 2.0 ds/m의 전기전도도(EC)로 설정한 것과, EC 교정범위를 1.0 ds/m로 설정한 것과, EC 교정범위의 상한치에서 양액 공급부(120a, 120b, 121a, 121b)를 통해 조절할 양액 투입 지속 시간을 설정하는 EC 상한 열림을 0%, EC 교정범위의 하한치에서 양액 공급부(120,121)를 통해 조절할 양액 투입 지속 시간을 설정하는 EC 하한 열림을 50%로 한 것을 예로 설명한다.

양액 공급부(120a, 120b, 121a, 121b)는 제어부(100)에 의해 제어되며 일정 주기마다 양액이 공급된다. 보다 구체적으로 설명하면, 제어부(100)는 양액 투입 주기에서 양액 공급부(120a, 120b, 121a, 121b)의 양액의 투입 지속 시간을 제어하며 농도를 조절하게 된다. 일례로, 양액 공급부(120a, 120b, 121a, 121b)가 제어부(100)에 의해 제어되는 솔레노이드 밸브(121a, 121b)로 마련되고, 3초의 주기마다 양액이 공급된다고 하면, 3초마다 오는 양액 투입 주기에서 양액을 공급하기 위한 솔레노이드 밸브(121a, 121b)가 개방되는 지속 시간을 제어함으로써 원수에 투입되는 양액의 양을 조절하는 원리이다.

도 4는 본 발명의 제1 실시예에서 양액 조절을 설명하기 위한 도면으로, 농도 감지 센서(111)에 의해 감지된 EC 측정값의 예시를 파형으로 나타내고 있다.

제어부(100)는 설정 농도에 대응하는 EC 값인 2.0 ds/m에 1.0 ds/m의 EC 교정범위를 설정함에 따라 설정 농도를 기준으로 음의 방향과 양의 방향으로 각각 1.0 ds/m범위를 갖게 되어 즉, 1.0 ~ 3.0 ds/m 구간을 교정범위를 갖는다.

여기서, 제어부(100)는 농도 감지 센서(111)에 의해 감지되는 관수의 농도가 교정범위 내의 값을 가질 때, 투입 주기마다 기 설정된 제1 보정값 단위로 양액 투입 지속 시간을 증가시키거나 감소시키도록 조절한다.

제1 보정값을 0.1초 단위라고 하면, 도 4의 'A'구간에서는 설정 농도인 2.0 ds/m의 전기전도도로 보정하기 위하여 양액 공급부(120a,120b, 121a, 121b)의 양액 투입 지속 시간을 0.1초의 제1 보정값 단위로 늘려 양액의 투입량을 증가시키도록 제어부(100)에 의해 제어된다. 예로, 특정 시점에서 감지된 관수의 농도가 1.8 ds/m이고, 이때 양액의 투입 지속시간이 1.0초라고 가정하면, 다음 투입 주기에 투입 지속시간은 1.1초로 늘리는 방식이다.

2.0 ds/m의 전기전도도를 초과한 'B'구간에서는 직전의 양액 투입 지속시간에서 0.1초의 제1 보정값 단위로 양액 투입 지속 시간을 감소시키며 점차적으로 농도가 변화되도록 한다.

또한, 제어부는 농도 감지 센서에 의해 감지되는 관수의 농도가 상기 교정범위를 벗어날 때, 제1 보정값 보다 상대적으로 큰 제2 보정값 단위로 양액 투입 시간을 증가시키거나 감소시키도록 양액 공급부(120a,120b, 121a, 121b)를 제어한다.

도 4의 'C' 구간처럼 전기전도도가 교정범위를 넘어서게 되면, 제어부(100)는 제1 보정값보다 상대적으로 큰 제2 보정값으로 양액 투입 지속 시간을 조절한다.

본 발명의 제1 실시예서 제어부(100)는 교정범위 내에서 제1 보정값 단위로 양액 투입 지속 시간을 조절하고, 교정범위 외에서는 제1 보정값 보다 상대적으로 큰 제2 보정값 단위로 양액 투입 지속 시간을 조절함에 따라, 감지된 관수의 농도가 교정범위 내에 있을 때, 설정 농도가 유지되도록 미세한 조절이 가능하고, 교정범위를 벗어날 경우에는 양액 공급부(120a, 120b, 121a, 121b)의 양액 투입 지속 시간을 급격히 변화시킴으로써 관수의 농도를 교정 범위 내로 신속하게 유도할 수 있어, 설정 농도로 빠르게 조절할 수 있게 된다.

한편, 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 설정부(101)는 교정범위의 상한치를 초과하는 경우와 하한치 미만인 경우 각각에 대하여 다음 투입 주기에 적용할 제2 보정값에 대한 양액 투입 지속 시간을 설정 가능하게 마련된다.

보다 구체적으로 설명하면 설정부(101)는 농도 감지 센서(111)에 의해 감지되는 관수의 농도가 교정범위의 상한치를 초과할 때 다음 투입 주기에 적용할 제2 보정값에 대한 양액 투입 지속 시간인 제1 상한 지속 시간과, 농도 감지 센서(111)에 의해 감지되는 관수의 농도가 교정범위의 하한치 미만일 때, 다음 투입 주기에 적용할 제2 보정값에 대한 양액 투입 지속 시간인 제1 하한 지속 시간을 설정 가능하게 마련된다. 여기서 제1 상한 지속시간은 도 3의 EC 상한열림에 대응하며, 제1 하한 지속시간은 EC 하한열림에 대응한다.

예로, 교정범위 내에서 이용하는 제1 보정값 단위가 0.1초의 양액 투입 지속 시간이고, 제2 보정값 단위가 0.3초의 양액 투입 지속 시간이라면 관수의 농도가 교정범위를 초과 했을 때, 양액 투입 지속 시간을 0.3초 간격으로 줄이며 농도를 교정범위 내로 조절할 수 있다.

한편으로, 관수의 농도가 교정범위를 벗어났을 때, 양액 투입 지속시간을 설정된 값으로 지속시키는 것도 가능하다. 도 3에서와 같이, EC상한열림(제1 상한 지속시간)을 0%로 설정한 경우, 제어부(100)는 감지되는 관수의 농도가 교정범위에 들어오기 전까지 양액 투입 지속 시간을 두지 않고, 원수만 공급하게 된다.

반대로, 농도 감지 센서(111)에 의해 감지되는 관수의 농도가 하한치 미만일 경우, 감지되는 관수의 농도가 교정범위에 들어올 때까지 투입 주기당 투입 가능한 양액 지속 시간의 50% 값으로 계속 유지하는 방식으로 농도를 조절할 수 있다.

본 발명에서 설명하고 있는 %값은 양액 공급부(120,121)를 통해 공급되는 양액 투입 지속시간이다. 약액 투입 지속 시간을 0%로 설정한다는 의미는 솔레노이드 밸브(121a, 121b)가 3초 주기로 개방되는 것으로 봤을 때, 한 주기인 3초의 0%만 개방하도록 제어하는 의미이다. 만약, 50%로 설정한 경우에는 양액이 투입되는 한 주기인 3초에서 50% 즉, 1.5초동안 솔레노이드 밸브(121a, 121b)가 개방된다.

도 4에서 감지된 전기전도도가 교정범위를 벗어나는 구간은 구간 'A'의 시작부분, 구간 'C', 구간 'D'에서 확인할 수 있다.

구간 'A'의 시작부분은 원수 자체만으로도 소정의 전기전도도를 가짐에 따라 양액 공급 시스템(10)의 가동을 시작할 때 나타날 수 있는 전기전도도 값이다. 이 구간에서는 하한치로 설정된 1.0 미만의 전기전도도가 감지되고 있으므로, 설정 농도에 대응하는 2.0 ds/m으로 빠르게 조절할 수 있도록 제어부(100)는 EC 하한 열림에 설정된 50%의 양액 투입 지속 시간으로 양액 공급부(120,121)를 제어하게 된다.

여기서 50%는 관리자에 의해 설정된 값으로 그 값은 다양하게 설정될 수 있다. 모든 값 즉, 0% ~ 100%를 EC 하한치에 따른 양액 투입 지속 시간으로 설정하는 것이 가능하지만, 바람직하게는 교정범위 내에서 실시하는 제1 보정값보다 큰 값으로 양액의 투입을 증가시킬 수 있는 양액 투입 지속 시간으로 설정하는 것이 적절하다.

반대로, 구간 'C'에서와 같이 감지된 관수의 농도가 교정범위를 초과하는 경우 제1 보정값보다 큰 값으로 양액의 투입을 감소시킬 수 있는 양액 투입 지속 시간으로 설정하는 것이 적절하다.

본 발명의 제1 실시예에서, 제어부(100)는 농도 감지 센서(111)로부터 감지된 상기 관수의 농도가 교정범위를 벗어나 일정 시간 동안 지속될 때, 기 등록된 양액 투입 지속 시간 단위로 양액이 공급되도록 상기 양액 공급부(120,121)를 제어할 수 있다.

도 4에 도시된 구간 'A'의 시작부분, 구간'C'에서와 같이 일시적으로 교정범위를 벗어나는 농도 값을 갖는 경우와는 달리, 구간 'D'에서와 일정 지속 시간 동안 감지된 관수의 농도 평균이 교정범위를 벗어날 때, 농도 감지 센서(111)의 불량상태로 간주할 수 있다.

도 4의 예시에서는 하한치 미만의 상태로 농도값이 감지되는 것을 예로 나타내고 있으나, 상한치를 초과하는 상태로 일정 시간 동안 농도가 감지되는 상태, 일정 시간동안 감지되는 농도의 변화가 없는 상태, 비정상적 변화율로 농도가 측정되는 상태 등과 같이 농도 감지 센서(111)의 불량상태로 판단할 수 있는 경우에 기 설정된 농도에 대응하는 양액 공급부(120a, 120b, 121a, 121b)의 양액 투입 지속 시간으로 조절하며 관수를 제공하게 된다.

일례로, 양액 재배되는 식물에 요구되는 양액이 2.0 ds/m의 전기전도도에 대응하는 농도가 요구된다고 하면, 경험상 숙지된 2.0 ds/m의 전기전도도를 갖는 양액 공급부(120a, 120b, 121a, 121b)의 양액 투입 지속시간을 농도 감지 센서(111)의 불량상태에 대비하여 설정할 수 있다. 관수에 이용되는 양액은 제조사별 또는 제품별로 그 구성물과 농도가 상이하므로, 획일화된 기준으로 농도를 조절하는 것은 적절치 않으므로, 사용하는 양액의 종류와 원수의 단위 시간당 공급 용량을 기초로 경험상 숙지된 양액 투입 지속 시간으로 설정하는 것이 바람직하다.

이와 같은 구성에 따라, 농도 감지 센서(111)의 오작동과 같은 비상시에 적절치 않은 양액 농도로 조절된 관수를 공급하는 것을 방지함으로써 재배 작물의 생장환경을 적절히 유지할 수 있다.

한편으로, 본 발명의 제1 실시예에 따른 양액 공급 시스템(10)은 pH 용액을 공급하는 pH 용액 공급부(120c, 121c)와, 관수의 산도를 감지하는 산도 측정 센서(112)를 더 포함한다.

설정부(101)에서는 재배 시설에 공급하고자 하는 관수의 설정 산도를 설정 가능하게 마련된다. 제어부(100)는 산도 측정 센서(112)에 의해 감지된 관수의 산도에 기초하여, 관수의 산도가 설정 산도로 조절되도록 상기 pH 용액 공급부(120c, 121c)를 제어하게 된다.

도 3을 참조하면, 양액의 농도를 조절하기 위한 EC에 따른 교정범위와 상한치와 하한치에에서 양액 공급부(120,121)의 투입 지속 시간 설정과 마찬가지로 pH를 조절하는 방식에서도 설정부(101)를 이용하여 pH 교정범위를 설정하고, 제어부(100)를 통해 교정범위의 상한치와 하한치에서 pH 용액 공급부(120c, 121c)를 조절하는 방식은 동일하게 이용된다.

다만, pH 용액은 첨가될수록 측정되는 산도가 낮아져 산성도가 높아지므로, 산도 감지 센서(112)에 의해 감지된 관수의 산도가 설정 산도보다 높은 값을 가질 때, pH 용액을 더 첨가할 수 있도록 pH 용액 투입 지속 시간을 증가시키고, 관수의 산도가 설정 산도보다 낮은 값을 가질 때, pH 용액 투입 지속 시간을 감소시키도록 설정한다는 점에서는 차이가 있다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 양액 공급 시스템(10)은 원수 공급부(81,82)를 통해 공급되는 원수와, 양액 공급부(120a, 120b, 121a, 121b)를 통해 공급되는 양액과, pH 용액 공급부(120c, 121c)로부터 공급되는 pH 용액이 유입 및 혼합되어 관수를 형성하고, 형성된 관수가 상기 재배 시설로 배출되는 혼합조(110)를 더 포함한다.

농도 감지 센서(111)와 산도 측정 센서(112)는 상기 혼합조(110)에서 혼합되어 형성된 상기 관수의 농도와 산도를 측정하게 되는데, 본 발명의 제1 실시예에서 농도 감지 센서(111)와 산도 측정 센서(112)가 혼합조(110) 일측에 설치되는 것을 예로 한다.

이에 따라 혼합조(110)로 투입되는 원수, 양액, pH용액의 투입에 따른 전기전도도 및 산도의 변화를 신속한 감지할 수 있어 관수의 실질적 농도와 산도를 빠르게 획득하여 설정 농도와 설정 산도로 유지하는 제어에 이용할 수 있다.

도 5는 재배 시설의 환경을 감지하는 센서모듈을 나타낸 도면이다. 도 5를 참조하여 설명하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 양액 공급 시스템(10)은 재배 시설에 마련된 센서모듈을 포함한다. 센서모듈은 재배 시설의 온도를 감지하는 온도 센서, 일사량 감지 센서(141)를 포함하고, 배지에 공급된 관수의 농도 및 산도 등을 감지한다.

본 발명의 제1 실시예에 따르면 제어부(100)는 일사량 감지 센서(141)에 의해 감지된 일사량에 비례하는 가중치를 부여하여 관수의 공급량을 조절한다.

보다 구체적으로 설명하면, 제어부(100)는 가중치에 반비례하여 혼합조(110)로 투입되는 양액의 투입 지속 시간을 줄이도록 설정 농도를 조절하고, 상기 원수 공급부(81,82)의 동작은 유지한 채로 상기 관수의 공급시간을 증가시키도록 조절한다.

일사량이 높아지면 높은 일사량에 따라 잎에서는 광합성을 실시하고, 증산작용을 통해 흡수된 물을 배출함으로써 재배 식물에서 요구하는 수분의 양은 많아지게 되고, 상대적으로 양액의 요구되는 정도는 낮아진다.

이와 같은 조건을 반영하도록, 제어부(100)는 일사량 감지 센서(141)에 의해 감지된 일사량에 비례하여 재배 시설의 배지로 수분의 공급량을 증가시키도록, 단위 시간당 공급되는 양액의 농도는 감소시킨 상태의 관수를 재배 시설로 더 오랜 시간 동안 공급하도록 한다.

상기와 같은 구성에 의해 일사량에 따라 재배 식물에 요구되는 수분의 양을 조절하고, 양액이 배지에 과다 공급되어 비효율적으로 손실되는 것을 방지할 수 있다.

제2 실시예

이하에서는 본 발명의 제2 실시예에 따른 양액 공급 시스템(10)에 대해 상세히 설명한다. 여기서, 본 발명의 제2 실시예에 따른 양액 공급 시스템(10)을 설명하는데 있어 제1 실시예에 대응하는 구성에 대해서는 동일한 참조번호를 사용하여 필요에 따라 그 설명을 생략할 수 있다.

여기서 원수 공급부(81,82), 양액 공급부(120,121), 농도 감지 센서(111), 설정부(101)의 구성은 본 발명의 제1 실시예에서 설명한 구성과 동일하므로 추가적인 설명은 생략하기로 한다.

본 발명의 제2 실시예에 따르면 제어부(100)는 농도 감지 센서(111)에 의해 감지되는 관수의 농도가 설정 농도로 유지되도록 양액 공급부(120a, 120b, 121a, 12ab)를 제어한다.

여기서, 제어부(100)는 농도 감지 센서(111)에 의해 감지된 일정 시간 동안의 관수의 농도 평균이 교정범위를 벗어날 때, 농도 감지 센서(111)에 의해 감지된 관수의 농도에 무관하게 설정 농도에 대해 기 등록된 양액 투입 지속 시간 단위로 양액이 공급되도록 양액 공급부를 제어한다.

도 3 및 도 4를 재차 참조하면, 제1 실시예의 구성과 같이 설정 농도에 대응하는 EC 값인 2.0 ds/m에 1.0 ds/m의 EC 교정범위를 설정함에 따라 설정 농도를 기준으로 음의 방향과 양의 방향으로 각각 1.0 ds/m범위를 갖게 되어 즉, 1.0 ~ 3.0 ds/m 구간을 교정범위를 갖는다.

감지된 관수의 농도가 교정 범위 내의 값을 가질 때, 제어부(100)는 최근 감지된 관수의 농도와 양액 투입 지속 시간을 기준으로 설정 농도로 유지하기 위한 양액 투입 지속 시간을 보정한다.

이때 실시되는 보정은 본 발명의 제1 실시예에서 예시한 제1 보정값과 같이 설정 농도에 이르게 하기 위한 보정값으로 피드백되는 원리로 실시된다.

한편, 도 4의 구간 'D'에서와 같이 농도 감지 센서(111)에 의해 감지된 일정 시간 동안의 관수의 농도 평균이 교정범위를 벗어나는 경우, 제어부(100)는 농도 감지 센서(111)의 불량상태로 간주한다.

이때, 제어부(100)는 양액 투입 주기에 적용할 양액 투입 지속 시간을 농도 감지 센서(111)에 의해 감지된 관수의 농도의 값에 기초하여 피드백 하지 않고, 관수의 농도에 무관하게 기 설정된 값으로 제어한다.

여기에서도 사용하는 양액의 종류와 원수의 단위 시간당 공급 용량을 기초로 경험상 숙지된 양액 투입 지속 시간으로 설정하는 것이 바람직하다.

다만, 양액의 종류 또는 제조사별로 양액의 농도와, 원수 공급부(81,82)의 단위 시간당 공급용량을 기초로 데이터베이스를 마련하는 방식도 가능하다. 양액 공급 시스템(10)에 이용하는 원수 공급부(81,82)의 공급용량은 일정하게 마련될 수 있으므로, 양액의 종류와 조절하고자 하는 농도를 선택하는 방식만으로 조절하고자 하는 농도와 근사한 양액 투입 지속 시간으로 양액 공급부(120,121)를 제어할 수 있다.

이와 같은 구성에 따라, 농도 감지 센서(111)의 오작동과 같은 비상시에 적절치 않은 양액 농도로 조절된 관수를 공급하는 것을 방지함으로써 재배 작물의 생장환경을 적절히 유지할 수 있다.

그리고, 제2 실시예에서 배치되는 pH 조절, 일사량에 따른 원수 및 양액 공급의 제어는 제1 실시예의 구성과 같이 구현가능하다.

비록 본 발명의 몇몇 실시예들이 도시되고 설명되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 원칙이나 정신에서 벗어나지 않으면서 본 실시예를 변형할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 발명의 범위는 첨부된 청구항과 그 균등물에 의해 정해질 것이다.

10 : 양액 공급 시스템 81 : 펌프
82 : 원수탱크 100 : 제어부
101 : 설정부 110 : 혼합조
111 : 농도 감지 센서 112 : 산도 감지 센서
120 : 양액탱크 141 : 일사량 감지 센서

Claims (9)

1. 양액을 희석하기 위한 원수를 공급하는 원수 공급부;
   기 설정된 양액 투입 지속 시간으로 기 설정된 투입 주기마다 양액을 공급하는 양액 공급부;
   상기 원수 공급부로부터 공급되는 원수 및 상기 양액 공급부로부터 공급되는 양액이 혼합된 관수의 농도를 감지하는 농도 감지 센서;
   재배 시설에 공급하고자 하는 상기 관수의 설정 농도와, 상기 설정 농도를 포함하는 교정범위를 설정하는 설정부 및;
   상기 농도 감지 센서에 의해 감지되는 상기 관수의 농도가 상기 설정 농도로 유지되도록 상기 양액 공급부를 조절하되,
   상기 농도 감지 센서에 의해 감지되는 상기 관수의 농도가 상기 교정범위 내의 값을 가질 때, 상기 투입 주기마다 제1 보정값 단위로 양액 투입 지속 시간이 증가 또는 감소되도록 상기 양액 조절부를 제어하고,
   상기 농도 감지 센서에 의해 감지되는 상기 관수의 농도가 상기 교정범위를 벗어날 때, 상기 제1 보정값 보다 상대적으로 큰 제2 보정값으로 상기 양액 투입 지속 시간이 증가 또는 감소되도록 상기 양액 공급부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 양액 공급 시스템.
   
2. 양액을 희석하기 위한 원수를 공급하는 원수 공급부;
   기 설정된 양액 투입 지속 시간으로 기 설정된 투입 주기마다 양액을 공급하는 양액 공급부;
   상기 원수 공급부로부터 공급되는 원수 및 상기 양액 공급부로부터 공급되는 양액이 혼합된 관수의 농도를 감지하는 농도 감지 센서;
   재배 시설에 공급하고자 하는 상기 관수의 설정 농도와, 상기 설정 농도를 포함하는 교정범위를 설정하는 설정부 및;
   상기 농도 감지 센서에 의해 감지되는 상기 관수의 농도에 기초하여, 상기 관수의 농도가 상기 설정 농도로 유지되도록 상기 양액 공급부를 제어하고,
   상기 농도 감지 센서에 의해 감지된 일정 시간 동안의 상기 관수의 농도 평균이 상기 교정범위를 벗어날 때, 상기 농도 감지 센서에 의해 감지된 상기 관수의 농도에 무관하게 상기 설정 농도에 대해 기 등록된 양액 공급량으로 상기 투입 주기마다 양액이 공급되도록 상기 양액 공급부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 양액 공급 시스템.
   
3. 제1항에 있어서
   상기 설정부는 상기 농도 감지 센서에 의해 감지되는 상기 관수의 농도가 상기 교정범위의 상한치를 초과할 때, 다음 투입 주기에 적용할 상기 제2 보정값에 대한 양액 투입 지속 시간인 제1 상한 지속 시간과,
   상기 농도 감지 센서에 의해 감지되는 상기 관수의 농도가 상기 교정범위의 하한치 미만일 때, 다음 투입 주기에 적용할 적용할 상기 제2 보정값에 대한 양액 투입 지속 시간인 제1 하한 지속 시간을 설정 가능하게 마련되는 것을 특징으로 하는 양액 공급 시스템.
   
4. 제1항에 있어서
   상기 제어부는 상기 농도 감지 센서에 의해 감지된 일정 시간 동안의 상기 관수의 농도 평균이 상기 교정범위를 벗어날 때, 상기 농도 감지 센서에 의해 감지된 상기 관수의 농도에 무관하게 상기 설정 농도에 대해 기 등록된 양액 투입 지속 시간 단위로 양액이 공급되도록 상기 양액 공급부를 제어하는 것을 특징으로 하는 양액 공급 시스템.
   
5. 제1항 또는 제2항에 있어서
   상기 농도 감지 센서는 상기 관수의 전기전도도를 측정하는 EC 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 양액 공급 시스템.
   
6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   pH 용액을 공급하는 pH 용액 공급부와,
   상기 관수의 산도를 감지하는 산도 측정 센서를 더 포함하고;
   상기 설정부에서는 상기 재배 시설에 공급하고자 하는 상기 관수의 설정 산도를 설정 가능하게 마련되고;
   상기 제어부는 상기 산도 측정 센서에 의해 감지된 상기 관수의 산도에 기초하여, 상기 관수의 산도가 상기 설정 산도로 조절되도록 상기 pH 용액 공급부를 제어하는 것을 특징으로 하는 양액 공급 시스템.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 원수 공급부를 통해 공급되는 원수와, 상기 양액 공급부를 통해 공급되는 양액과, 상기 pH 용액 공급부로부터 공급되는 pH 용액이 유입 및 혼합되어 상기 관수를 형성하고, 형성된 상기 관수가 상기 재배 시설로 배출되는 혼합조를 더 포함하며;
   상기 농도 감지 센서와 상기 산도 측정 센서는 상기 혼합조에서 혼합되어 형성된 상기 관수의 농도와 산도를 측정하는 것을 특징으로 하는 양액 공급 시스템.
   
8. 제1항 또는 제2항에 있어서
   상기 재배 시설로 조사되는 일사량을 감지하는 일사량 감지 센서를 더 포함하며;
   상기 제어부는 상기 일사량 감지 센서에 의해 감지된 일사량에 비례하는 가중치를 부여하여 상기 관수의 공급량을 제어하는 것을 특징으로 하는 양액 공급 시스템.
   
9. 제8항에 있어서
   상기 제어부는 상기 가중치에 반비례하여 상기 혼합조로 투입되는 양액의 투입 지속 시간을 줄이도록 상기 설정 농도를 조절하고, 상기 원수 공급부의 동작은 유지한 채로 상기 관수의 공급시간을 증가시키도록 조절하는 것을 특징으로 하는 양액 공급 시스템.
   

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