KR20190013073A - 일체형 스마트 작물 관리 모듈 - Google Patents

일체형 스마트 작물 관리 모듈 Download PDF

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KR20190013073A
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Abstract

본 발명에 따른 스마트 작물 관리 모듈은, 적어도 하나 이상으로 마련되어 상기 경작지의 산성도, 습도, 지중온도 및 지상온도를 감지하는 센서; 상기 센서에서 감지된 센서 측정치를 전달 받아 상기 경작지의 상태 또는 농작물의 발육 상태를 판단하는 제어부; 상기 제어부로부터 전달 받은 상기 센서 측정치, 상기 경작지의 상태 또는 상기 농작물의 발육 상태 정보를 외부 데이터 베이스 또는 사용자 단말기로 전송하는 통신부; 및 상기 센서, 상기 센서부 및 상기 통신부에 전원을 공급하는 전원부; 를 포함하며, 상기 제어부는, 상기 경작지의 상태 또는 상기 농작물의 발육 상태가 정상 상태가 아니라고 판단하는 경우 상기 사용자 단말기로 알람 메시지를 전송하거나, 별도로 마련된 경작상태유지설비를 작동시켜서 상기 경작지의 상태 또는 상기 농작물의 발육 상태를 조절할 수 있다.

Description

스마트 작물 관리 모듈{SMART CROP MANAGEMENT MODULE}
본 발명은 스마트 작물 관리 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스마트 센서와 무선 통신망을 이용하여 농작물을 재배하는 경작지의 상태 정보를 실시간으로 파악할 수 있는 스마트 작물 관리 모듈에 관한 것이다.
농업은 땅을 이용하여 생활에 필요한 식물을 가꾸거나, 유용한 농작물을 기르는 산업을 말한다. 특히, 농경을 가리키는 경우가 많은데, 농경은 논밭을 갈아 농사를 짓는 것을 말하는 것으로, 쌀, 보리, 밀, 옥수수 따위의 농작물을 재배하는 것을 의미한다.
일반적으로 농작물은 수확량이나 품질 등이 온도, 습도 등의 외부 환경변화에 많은 영향을 받기 때문에 그 관리에 있어서 많은 노동력과 경험이 요구된다. 또한, 특정 농작물의 관리 방법 등에 관해 해당 전문가와 의견 교환 등을 통한 공유가 어려워 관리자 자신의 시행착오 등에 의한 경험에 의존하는 경향이 크다. 즉, 관리자의 잘못된 습관이나 잘못된 판단 및 예기치 못한 외부 환경변화에 의해 농작물의 수확량이 줄어들거나 농작물의 품질 편차가 크고, 농작물의 상태를 지속적으로 관리해야 하므로 많은 노동력이 필요하다는 문제점이 있다.
한편, 경험이 적은 관리자의 경우에는 경험 및 노하우가 미천하기 때문에 농작물을 효율적으로 관리하는데 어려움이 있으며, 미숙한 농작물 관리에 의해 논이나 밭에 과도하게 수분을 공급하는 등 농작물을 제대로 관리하지 못함으로써 농작물이 발달미숙의 상태가 되어 수확량이 줄어들거나 품질이 저하되는 문제점이 있다.
예를 들면, 기존의 경우에 농토의 상태를 관찰하는 작업은 경작자의 오래된 경험을 통해 경작자가 직접 눈으로 관찰하는 것이 전부였다. 즉 경작자의 경험으로 농작물에 수분과 영양을 보급하거나, 경작환경의 온도를 관리하였다. 이러한 방식은 경작자의 오래된 경험과 과다한 노동력을 요구하게 된다. 그런데, 경작자의 잘못된 경작 습관 또는 경험으로 인하여 농작물의 수확량이 감소하거나 관리자가 농토 및 농작물에 대한 계속적인 관찰이 요구되는 단점이 있다. 이로 인하여 극심한 인력낭비와 농작물의 품질상태의 편차 등이 나타나게 되는 문제가 있다.
또한, 경작초보자는 경작지의 수분관리 미숙으로 인해 과도한 수분을 공급하거나 농작물의 외관만을 관리함으로써 농작물의 뿌리가 썩거나 농작물이 발육미숙의 상태가 되는 경우가 발생하여 경작실패로 이어지게 되는 경우도 있다.
또한, 최근 전 세계적으로 이상기후가 발생하고 있으며, 국내에서도 과거에 경험하지 못했던 자연재해가 빈번하게 발생하고 있는 추세이다. 특히, 가뭄은 홍수와 더불어 그 피해가 가장 큰 자연재해 중 하나이며, 장기적이고 광역적으로 발생함에 따라 그 구체적인 발생시기, 장소 및 원인을 파악하거나 예측하여 미리 대비하는 것이 어렵다는 문제점이 있다.
따라서, 본 출원인은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 본 발명은 제안하게 되었으며, 이와 관련된 선행기술문헌으로는, 대한민국 공개특허공보 10-2012-0070085호 (발명의 명칭: 유비쿼터스 센서 네트워크를 이용한 농경지 블록 관리 방법 및 시스템, 공개일: 2012.06.29.)가 있다.
본 발명의 목적은 스마트 작물 관리 모듈을 이용하여 사용자가 실시간으로 농작물이 재배되는 경작지의 산성도, 습도, 지온 및 상온 등 농작물의 상태 또는 경작지의 상태를 실시간으로 파악할 수 있는 스마트 작물 관리 모듈을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 스마트 작물 관리 모듈을 이용하여 농작물이 재배되는 경작지의 자연가뭄지수를 예측하고 이를 데이터 베이스화함으로써 가뭄에 관한 정보를 공유하고 미리 대비할 수 있는 스마트 작물 관리 모듈을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 저비용으로 효율적인 농작물 관리를 위해서 센서기술과 ICT 기술을 융합하여 경작자에게 효율적인 경작 관련 정보를 제공하고 경작초보자에게 올바른 경작정보를 제공할 수 있는 스마트 작물 관리 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 목적은, 본 발명에 따라, 농작물이 재배되는 경작지의 산성도, 습도, 지중온도 및 지상온도를 감지하는 스마트 작물 관리 모듈에 관한 것으로, 적어도 하나 이상으로 마련되어 상기 경작지의 산성도, 습도, 지중온도 및 지상온도를 감지하는 센서; 상기 센서에서 감지된 센서 측정치를 전달 받아 상기 경작지의 상태 또는 농작물의 발육 상태를 판단하는 제어부; 상기 제어부로부터 전달 받은 상기 센서 측정치, 상기 경작지의 상태 또는 상기 농작물의 발육 상태 정보를 외부 데이터 베이스 또는 사용자 단말기로 전송하는 통신부; 및 상기 센서, 상기 제어부 및 상기 통신부에 전원을 공급하는 전원부; 를 포함하며, 상기 제어부는, 상기 경작지의 상태 또는 상기 농작물의 발육 상태가 정상 상태가 아니라고 판단하는 경우 상기 사용자 단말기로 알람 메시지를 전송하거나, 별도로 마련된 경작상태유지설비를 작동시켜서 상기 경작지의 또는 상기 농작물의 발육 상태를 조절하는 스마트 작물 관리 모듈에 의해 달성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 센서의 측정치, 상기 경작지의 상태 또는 상기 농작물의 발육 상태 정보가 저장되는 메모리부를 더 포함하며, 상기 메모리부에는 경작되는 농작물의 종류에 따른 상기 경작지의 기준 상태 정보가 기 저장되고, 상기 경작지의 상태 또는 센서 측정치를 상기 기준 상태 정보와 비교하고 그 결과에 따라 상기 사용자 단말기로 알람 메시지를 전송하거나 상기 경작상태유지설비를 작동시킬 수 있다.
상기 제어부는, 상기 센서의 센서 측정치로부터 상기 경작지에서의 자연유출량 및 토양수분량을 측정하고 이로부터 자연가뭄지수를 산정할 수 있다.
상기 자연가뭄지수는 상기 메모리부에 저장되거나 상기 통신부를 통해 상기 사용자 단말기 또는 상기 외부 데이터 베이스에 전송될 수 있다.
상기 외부 데이터 베이스는 기상청의 데이터 베이스 또는 가뭄 정보 관리 업체의 데이터 베이스를 포함하며, 상기 자연가뭄지수는 기상청의 데이터 베이스 또는 가뭄 예보 관리 업체의 데이터 베이스에 전송됨으로써 가뭄 예보를 관리하거나 가뭄 정보 빅데이터를 구축할 수 있다.
상기 통신부는 사물인터넷망을 이용하여 상기 센서 측정치, 상기 경작지의 상태 또는 상기 농작물의 발육 상태 정보를 전송할 수 있다.
상기 전원부는, 이차전지를 이용하는 주전원부와, 신재생에너지를 이용하는 보조전원부를 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 주전원부의 잔존 전력량을 판단하여 충전이 필요한 경우 상기 보조전원부의 전력을 이용하여 상기 주전원부를 충전하거나, 태양열에 의한 상기 보조전원부의 충전량이 기준치에 도달하지 못하는 경우에 지열을 이용하여 상기 보조전원부를 충전시키도록 상기 보조전원부의 충전 우선 순위를 제어할 수 있다.
상기 사용자 단말기는, 상기 사용자 단말기의 운영체제를 기반으로 동작하며, 사용자의 입력에 의한 동작입력정보를 상기 통신부로 전송하는 어플리케이션을 포함할 수 있다.
상기 사용자 단말기는, 상기 경작지의 경작 상태를 조절하기 위한 상기 경작상태유지설비와 연동되고, 상기 경작지의 상태 또는 상기 농작물의 발육 상태 정보가 미리 설정된 범위를 벗어나는 경우 상기 경작상태유지설비를 작동시켜 상기 경작지의 상태 또는 상기 농작물의 발육 상태를 설정된 범위 이내가 되도록 조절할 수 있다.
본 발명의 스마트 작물 관리 모듈은, 경작지의 산성도, 습도, 지온 및 상온을 감지하여 사용자에게 경작지의 산성도, 습도, 지온 및 상온을 실시간으로 알려줌으로써 농작물이 최적의 상태로 재배될 수 있도록 경작지의 환경을 최적의 상태로 유지할 수 있다.
또한, 본 발명의 스마트 작물 관리 모듈은 경작지의 상태 정보가 사용자의 단말기로 실시간으로 전송되기 때문에, 사용자는 전송 받은 데이터를 근거로 비료 공급 또는 물 공급과 같은 경작상태유지설비를 작동시킬 수 있어서 농작물을 재배하는데 필요한 노동력 및 인건비를 효과적으로 절감할 수 있다.
또한, 본 발명의 스마트 작물 관리 모듈은 급격한 경작 환경의 변화에 대해 경작자의 즉각적인 대응을 유도할 수 있다.
또한, 본 발명의 스마트 작물 관리 모듈은 농작물이 경작되는 지역에 관계 없이 최적의 토양 조건을 만들 수 있기 때문에 농작물 재배의 어려움을 최소화하고 농작물 품질의 상향 평준화를 도모할 수 있다.
또한, 본 발명의 스마트 작물 관리 모듈은 경작지의 강수량, 자연유출량 및 토양수분량을 감지하고 감지된 강수량, 자연유출량 및 토양수분량을 근거로 자연가뭄지수를 산출할 수 있기 때문에 가뭄에 미리 대비하거나 가뭄 관리에 기여할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 작물 관리 모듈을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시한 사용자 단말기의 어플리케이션을 나타낸 도면이다.
도 3은 도 1에 도시한 스마트 작물 관리 모듈의 사용을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 1에 도시한 스마트 작물 관리 모듈을 간략하게 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
도면들은 개략적이고 축적에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 감소되어 도시되었으며 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다. 그리고 둘 이상의 도면에 나타나는 동일한 구조물, 요소 또는 부품에는 동일한 참조 부호가 유사한 특징을 나타내기 위해 사용된다.
본 발명의 실시예는 본 발명의 이상적인 실시예들을 구체적으로 나타낸다. 그 결과, 도면의 다양한 변형이 예상된다. 따라서 실시예는 도시한 영역의 특정 형태에 국한되지 않으며, 예를 들면 제조에 의한 형태의 변형도 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 스마트 작물 센서 모듈(100)을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 작물 관리 모듈을 나타낸 도면, 도 2는 도 1에 도시한 사용자 단말기의 어플리케이션을 나타낸 도면, 도 3은 도 1에 도시한 스마트 작물 관리 모듈의 사용을 설명하기 위한 도면 및 도 4는 도 1에 도시한 스마트 작물 관리 모듈을 간략하게 나타낸 도면이다.
우선, 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 작물 관리 모듈(100)은 농작물이 재배되는 경작지의 상태 또는 농작물(경작물)의 생육 상태를 감지하고 그 결과를 사용자의 단말기로 전송하기 위한 것이다. 다시 말해서, 스마트 작물 관리 모듈(100)은 농작물이 재배되는 경작지의 산성도(pH), 습도(수분량), 지중온도 또는 지상온도 등을 실시간으로 감지하고, 센싱된 결과로부터 얻어지는 현재 경작지의 상태 또는 농작물의 발육 상태 정보를 사용자에게 실시간으로 전송하기 위한 것이다. 참고로, 사용자는 스마트 작물 관리 모듈(100)을 사용하여 농작물을 재배하고자 하는 사람을 의미한다.
한편, 하기에서 설명하는 경작지의 경우에는 노지 또는 하우스를 의미하며, 노지인 것이 바람직하다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 경작지가 노지인 경우에 대해서 설명한다.
상기와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 작물 관리 모듈(100)은, 경작지의 산성도, 습도(수분량), 지중온도 또는 지상온도를 감지하는 센서(110), 센서(110)에 의한 감지 결과를 통해 경작지의 상태 또는 농작물의 발육 상태를 판단하는 제어부(120), 제어부(120)로부터 전달 받은 경작지의 상태 또는 농작물의 발육 상태 정보를 서버, 외부 데이터 베이스 또는 사용자 단말기로 전송하는 통신부(130) 및 센서(110), 제어부(120) 및 통신부(130)에 전원을 공급하는 전원부(140)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 작물 관리 모듈(100)은 통신부(130), 센서(110) 및 전원부(140)가 장착되는 본체(101)를 포함할 수 있다. 본체(101)는 통신부(130), 센서(110) 등을 수용하여 보호하는 부분으로써, 외장재(케이스)의 기능도 하는 부분이다.
도 4를 참조하면, 본체(101)는, 제어부(120) 등이 위치하는 중앙부(102), 중앙부(102)의 하단에서 하부 방향으로 연장 형성된 매립부(103) 및 중앙부(102)의 상단에서부터 상부 방향으로 연장 형성된 돌출부(104)를 포함할 수 있다.
중앙부(102)의 내부에는 제어부(120) 및 메모리부(122) 등이 장착될 수 있고, 중앙부(102)의 외면 중 어느 일면에는 스마트 작물 관리 모듈(100)의 ON/OFF를 나타내는 LED가 마련될 수 있다. 여기서, LED 대신에 디스플레이부(미도시)가 마련될 수도 있다. 상기 디스플레이부에는 스마트 작물 관리 모듈(100)의 ON/OFF 여부, 센서(110)의 작동 여부, 센서(110)의 측정값, 전원부(140)의 전원량/충전량 등의 정보가 표시될 수 있다.
중앙부(102)는 도 4에 도시된 바와 같은 육면체 형상 뿐만 아니라 원통형 등 다양한 형태로 형성될 수 있다. 중앙부(102)의 상면에는 전원부(140)와 연동되는 태양열 집광판(미도시)이 설치될 수도 있다.
한편, 매립부(103)는 중앙부(102)의 높이 또는 돌출부(104)의 길이 보다는 길게 연장 형성되며 경작지의 땅 속에 매립되는 부분이다. 예를 들어, 중앙부(102)의 상단까지 높이(길이)가 48cm 정도라고 하면, 매립부(103)는 그 하단에서부터 대략 27~38cm 지점까지 땅 속에 매립되는 것이 바람직하다.
매립부(103) 중 땅 속에 매립되는 되는 부분에 토양습도(수분량)측정 센서, 지중온도측정 센서, 산성도(pH)측정 센서, 토양전해도측정 센서 등이 위치하는 것이 바람직하다.
도 4에는 매립부(103)가 중앙부(102)의 하단에서부터 1개만 연장 형성된 것으로 도시되어 있는데, 매립부(103)의 개수는 필요에 따라 선택될 수 있다.
한편, 도 4에는 돌출부(104)가 2개 형성된 것으로 도시되어 있는데, 매립부(103)와 마찬가지로 돌출부(104)의 개수는 필요에 따라 다양하게 선택될 수 있다.
돌출부(104)에는 센서 중 지상온도측정 센서 또는 통신부(130)가 형성될 수 있다. 또한, 돌출부(104)에는 GPS(미도시)가 설치될 수도 있다. GPS가 설치되면, 스마트 작물 관리 모듈(100)의 위치 정보를 알 수 있기 때문에 스마트 작물 관리 모듈(100)을 분실하거나 도난 당하는 경우에 GPS의 위치 정보를 활용하여 스마트 작물 관리 모듈(100)을 찾을 수도 있다.매립부(103) 또는 돌출부(104)에 형성되는 센서(110)는 농작물이 재배되는 경작지의 상태 또는 농작물의 상태를 감지하는 부분이다. 다시 말해서, 센서(110)는 경작지의 땅 속의 산성도, 습도(수분량) 및 지중온도는 물론이고 경작지의 지상온도를 감지할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 작물 관리 모듈(100)에 구비되어 있는 센서(110)는 토양습도(수분량)측정 센서, 지중온도측정 센서, 산성도(pH)측정 센서 및 지상온도측정 센서 중 적어도 하나 이상으로 마련될 수 있으며, 마련되는 센서의 종류 및 개수는 경작지의 환경, 농작물의 종류 등에 따라 달라질 수 있다.
상기한 바와 같이, 센서(110)는 경작지의 땅 속의 산성도(pH), 습도(수분량) 및 지중온도를 감지하고 경작지의 지상온도를 감지하여야 하기 때문에, 산성도(pH), 습도(수분량) 및 지중온도를 감지하기 위한 센서(110)는 경작지의 땅 속에 위치될 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 도 4를 참조하면, 본체(101)의 매립부(103)에 습도(수분량)측정 센서, 지중온도측정 센서 및 산성도(pH)측정 센서가 위치되어 외부로 노출되지 않도록 경작지의 땅 속에 위치되고, 본체(101)의 돌출부(104)에는 지상온도측정 센서가 마련되어 외부로 노출되도록 위치될 수 있다.
제어부(120)는 센서(110)를 통해 감지된 각종 센싱값을 이용하여 경작지의 상태 또는 농작물의 발육 상태를 판단할 수 있다. 다시 말해서, 제어부(120)는 적어도 하나 이상으로 마련된 센서(110)를 통해 감지된 경작지의 산성도, 습도(수분량), 지중온도 및 지상온도에 해당되는 센서 측정치(값)를 전달 받아 경작지의 산성도, 습도, 지중온도 및 지상온도로부터 경작지의 상태(즉, 농작물에 적합한 산성도인지, 농작물에 적합한 수분량을 가지고 있는지 등)을 판단하고 이로부터 농작물이 어떤 상태로 발육되고 있는지도 판단할 수 있다.
여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 작물 관리 모듈(100)의 제어부(120)는 메모리부(122)를 더 포함할 수 있다. 메모리부(122)는 센서(110)에 의해 감지된 경작지의 땅 속의 산성도, 습도, 온도와 경작지의 지상 온도 측정치가 저장될 수 있다. 또한, 제어부(120)에서 판단한 경작지의 상태 또는 농작물의 발육 상태 정보도 메모리부(122)에 저장될 수 있다.
한편, 메모리부(122)에는 센서(110)에 의해 감지된 경작지의 산성도, 습도, 지중온도 및 지상온도의 측정치가 저장되지만, 경작지에 경작되는 농작물의 종류에 따라 이에 최적의 발육 상태를 제공하는 경작지의 기준 상태 정보 즉, 농작물의 종류에 따른 경작지의 기준 산성도, 습도(수분량), 지중온도 및 지상온도에 대한 정보가 미리 저장될 수 있다.
제어부(120)에 메모리부(122)가 포함됨에 따라, 제어부(120)는 센서의 측정치로부터 판단한 경작지의 현재 상태 또는 농작물의 현재 발육 상태를 메모리부(122)에 기 저장된 경작물의 종류에 따른 경작지의 기준 상태 정보 또는 경작지의 상태에 따른 농작물의 발육 상태 정보와 비교할 수 있다.
즉, 제어부(120)는 농작물의 종류에 따른 경작지의 기준 상태 정보와 센서(110)의 측정값으로부터 판단된 경작지의 현재 상태 정보를 비교한 결과, 경작지의 현재 상태가 농작물의 발육에 적합하지 않다고 판단하면, 스프링클러 등의 관개(灌漑, irrigation)설비, 조명설비, 광차단설비 또는 자동비료공급설비 등의 경작상태유지설비(400)를 작동시켜서 경작지가 기준 경작 상태가 되도록 제어할 수 있다. 또한, 현재의 경작지 상태 또는 농작물의 발육 상태 정보를 사용자의 사용자 단말기(200)에 다양한 알람 메시지를 전송하여 사용자로 하여금 경작지에 적절한 조치를 하도록 유도할 수 있다.
메모리부(122)는, 센서(110)의 측정값으로부터 제어부(120)가 판단한 경작지의 현재 상태에 대응하는 농작물의 발육 상태 정보도 미리 저장될 수 있다. 제어부(120)에 의해 판단된 경작지의 현재 상태에 대응하는 농작물의 발육 상태 즉, 메모리부(122)에 저장되어 있는 농작물의 발육 상태 정보와 농작물의 현재 발육 상태를 비교한 결과를 제어부(120)가 사용자 단말기(200)로 전송할 수도 있다. 사용자는 이러한 정보를 확인하고 농작물의 발육 상태가 개선되도록 경작상태유지설비(400)를 작동시키는 등 필요한 조치를 취할 수도 있다.
여기서, 경작상태유지설비(400)는 자동비료공급설비(미도시), 관개설비(미도시), 조명설비, 광차단설비 등의 설비로써, 경작지에 직접 설비되어 있거나 경작지의 주변에 설비될 수 있다. 이와 같은 다양한 경작상태유지설비(400)는 사용자가 사용자 단말기(200) 또는 메모리부(122)에 경작상태유지설비(400)의 작동 조건 등을 입력함에 따라 자동적으로 작동될 수 있다. 사용자는 경작지의 상태 정보에 따라 경작상태유지설비(400)를 작동시켜서 경작지의 상태가 경작물의 경작 조건 또는 환경에 적합하도록 조절할 수 있다.
한편, 경작상태유지설비(400)를 작동시키거나 제어부(120)로부터 경작지의 현재 상태 또는 농작물의 현재 발육 상태 등의 정보를 전달 받는 사용자 단말기(200)에는, 사용자 단말기(200)의 운영체제를 기반으로 동작하고 사용자의 입력에 의한 동작입력정보를 후술할 통신부(130)로 전송하는 어플리케이션(application)이 설치될 수 있다. 즉, 제어부(120)에 의해 전달 받는 경작지 또는 농작물에 관한 다양한 알람 메시지는 어플리케이션을 통해 사용자 단말기(200)에 표시될 수 있다.
도 2를 참조하면, 사용자 단말기(200)에 설치되는 어플리케이션에는 현재 경작지에 경작되고 있는 농작물의 종류가 표시될 수 있다. 또한, 경작지의 수분 상태(부족 or 충분), 지중온도, 산성도 및 지상온도 등이 표시될 수 있다. 어플리케이션에 의해 표시되는 정보에는 실시간 정보(즉, 센서의 실시간 측정값) 뿐만 아니라 시간의 경과에 따른 센서 측정값의 변화량 내지 변화율, 농작물의 현재 발육 상태(발육 정도), 시간의 경과에 따른 농작물의 발육 상태 등이 포함될 수 있다.
또한, 사용자는 사용자 단말기(200)에 설치된 어플리케이션을 이용하여 경작지의 상태 정보를 실시간으로 업데이트 할 수 있고, 경작상태유지설비(400)를 작동시킬 수도 있으며 제어부(120)로부터 전송 받은 경작지의 상태 정보 또는 농작물의 발육 상태 정보를 외부 데이터 베이스(300) 또는 서버(미도시)로 전송할 수도 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 작물 관리 모듈(100)은 정보의 전송을 위해 통신부(130)를 포함할 수 있다.
통신부(130)는 제어부(120)로부터 전달 받은 센서(110)에 의해 측정된 센서 측정치, 센서 측정치로부터 판단된 경작지의 상태 또는 농작물의 발육 상태 등의 정보를 외부 데이터 베이스(300), 서버 또는 사용자 단말기(200)로 전송할 수 있다. 이러한 통신부(130)는 다양한 무선 통신 방식 예를 들면, Zigbee, Bluetooth, WiFi 등 다양한 무선 통신 방식이 이용될 수 있다. 또한, 사물인터넷(IoT; Internet of Things)망을 이용하여 센서(110)에 의해 측정된 센서 측정치, 센서 측정치로부터 판단된 경작지의 상태 또는 농작물의 발육 상태 등의 정보를 사용자 단말기(200) 또는 외부 데이터 베이스(300)로 전송할 수 있다. 참고로, 외부 데이터 베이스(300)는 기상청의 데이터 베이스 또는 별도의 가뭄 예보 관리 업체의 데이터 베이스 또는 농업 컨설팅 업체의 데이터 베이스 일 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 작물 관리 모듈(100)의 통신부(130)는 사물인터넷망 중에서 로라망(LoRa network; Long Range Wide Area network)을 이용하여 센서(110)에 의해 측정된 센서 측정치, 센서 측정치로부터 판단된 경작지의 상태 또는 농작물의 발육 상태 등의 정보를 사용자 단말기(200) 또는 외부 데이터 베이스(300)에 전송하는 것이 바람직하다. 로라망은 850MHz 저주파를 사용해 낮은 전력으로 넓은 거리까지 전파를 보낼 수 있는 사물인터넷 전용 망을 의미한다.
상기에서 언급한 바와 같이, 통신부(130)에는 스마트 작물 관리 모듈(100)의 위치를 실시간으로 파악하기 위한 GPS(Global Positioning System)와 같은 위치추적장치가 내장될 수도 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 작물 관리 모듈(100)은 사용자 단말기(200)와 연동되기 때문에, 통신부(130)에 GPS 등의 위치추적장치가 내장된 스마트 작물 관리 모듈(100)의 위치를 실시간으로 파악할 수 있어서, 스마트 작물 관리(100)의 도난을 효과적으로 방지할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 작물 관리 모듈(100)은 센서(110), 제어부(120) 및 통신부(130)에 전원을 공급하는 전원부(140)를 포함할 수 있다.
여기서, 전원부(140)는 주전원부(미도시)와 보조전원부(미도시)를 포함할 수 있다. 전원부(140)의 주전원부는 배터리 형태의 이차전지인 것이 바람직하다. 전원부(140)의 주전원부는 센서(110), 제어부(120) 및 통신부(130) 등에 상시 전력을 공급하는 전원이다. 이때, 전원부(140)의 주전원부는 충전 및 방전이 가능한 이차전지로 마련되는 것이 바람직한데, 주전원부는 보조전원부의 전력에 의해 충전될 수도 있다. 예를 들면, 제어부(120)는 주전원부의 잔존 전력량을 파악할 수 있는데, 만약, 제어부(120)에 의해 파악된 주전원부의 잔존 전력량이 센서(110) 등을 작동시키기에 충분하지 않거나 최저치에 도달한 것으로 판단된 경우에는 보조전원부를 주전원부와 연결하여 보조전원부의 전력을 이용하여 주전원부를 충전할 수 있다. 주전원부가 충전되어 최고치에 도달한 것으로 제어부(120)에서 판단하면 주전원부와 보조전원부의 연결을 차단할 수 있다.
한편, 전원부(140)의 주전원부는 이차전지와 같은 배터리로 마련되는 반면에, 전원부(140)의 보조전원부는 신재생에너지를 이용하여 충전되도록 마련될 수 있다. 예를 들면, 전원부(140)의 보조전원부는 매립부(103)에 형성된 지열발전부(미도시)로부터 전력을 받아 충전되거나 중앙부(102)의 상면에 설치된 태양열 집광판(미도시)을 이용하여 충전될 수 있다.
신재생에너지를 이용하여 충전되는 보조전원부는 주전원부를 충전할 뿐만 아니라, 주전원부의 전력량이 부족한 경우에 센서(110), 제어부(120) 및 통신부(130)에 직접 전원을 공급할 수도 있다.
또한, 제어부(120)는 보조전원부의 충전 우선 순위를 제어할 수도 있다. 만약, 날씨가 흐려서 태양열에 의한 보조전원부의 충전량이 기준치에 도달하지 못하는 경우에 한하여 지열을 이용하여 보조전원부가 충전되도록 신재생에너지에 의한 충전 우선 순위를 정해 놓을 수도 있다. 태양열에 비해서 지열 발전량이 충분하지 않기 때문에 태양열에 의한 보조전원의 충전을 우선 순위에 놓되 날씨가 흐리거나 비가 오는 등 기상 상태에 따라 지열을 보조적으로 이용할 수도 있다. 다만, 지열 보다는 태양광을 이용하여 보조전원부를 충전하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 작물 관리 모듈(100)은 경작지에 종류가 서로 다른 다수의 농작물이 경작되는 경우에도 사용될 수 있다. 예컨대, 도 3에 도시한 바와 같이, 서로 다른 농작물을 재배하는 각각의 경작지에 있어서 소정 위치(S1,S2,S3)에 설치된 스마트 작물 관리 모듈(100)은 각각의 경작지에 관한 산성도, 수분량, 지중온도 및 지상온도 등 센서(110)의 측정값, 각 경작지의 현재 상태, 각 경작지에 경작되고 있는 농작물의 발육 상태 등을 판단하여 사용자 단말기(200) 또는 외부 데이터 베이스(300)에 전송할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 작물 관리 모듈(100)은 제어부(120)에서 판단한 경작지의 상태 정보를 장기간 동안 확보하고 이를 빅데이터로 구축함으로써, 시간의 경과 또는 계절에 따른 해당 경작지의 상태 변화에 대한 정보를 활용하여 경작에 적합한 농작물을 추천하거나 농작물의 경작 횟수 등에 대한 정보를 제공할 수도 있다. 뿐만 아니라, 동일한 농작물을 재배하는 다른 사용자가 설치한 스마트 작물 관리 모듈과 연동하여 일정한 지역 단위별(예를 들면, 면 단위, 군 단위 등) 경작지에 관한 정보 또는 경작에 적합한 농작물에 대한 정보를 제공할 수도 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(120)는 센서(110)의 측정값으로부터 자연가뭄지수(NDI: Natural Drought Index)를 산정할 수도 있다. 자연재해 중에서 가뭄은 장시간 지속되고 넓은 지역에 영향을 끼치는 재해로서 농작물의 수확량에 적지 않은 영향을 줄 수 있다. 그런데, 가뭄을 예측하는 것이 쉽지 않다. 왜냐하면, 가뭄은 강수량 뿐만 아니라 경작지의 상태와도 깊은 연관성이 있기 때문이다. 예를 들면, 가뭄은 경작지의 강수량 뿐만 아니라 경작지가 머금고 있는 토양수분량, 경작지의 투수율에 따라 지하수로 유출되는 자연유출량과 관련된다. 따라서, 경작지의 토양수분량 및 자연유출량을 측정함으로써 자연가뭄지수를 산정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 작물 관리 모듈(100)의 센서(110)는 토양의 수분량을 측정할 수 있는데, 이 측정값으로부터 토양수분량 및 자연유출량을 얻을 수 있다. 또한 해당 경작지의 강수량은 관할 기상청으로부터 얻을 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 작물 관리 모듈(100)의 사용자는 사용자 단말기(200)의 어플리케이션을 통해 기상청으로부터 강수량 정보를 받아 올 수 있고, 강수량 정보는 통신부(130)를 통해 제어부(120)로 전달될 수 있다.
제어부(120)는 센서(110)의 측정값으로부터 얻은 토양수분량 및 자연유출량 그리고, 사용자 단말기(200)에서 받은 강수량을 이용하여 자연가뭄지수를 산정하고, 산정된 자연가뭄지수를 메모리부(122)에 저장하거나 통신부(130)를 통해서 사용자 단말기(200) 또는 외부 데이터 베이스(300)에 전송될 수 있다. 이때, 외부 데이터 베이스(300)에는 기상청 또는 가뭄 정보 관리 업체의 데이터 베이스가 포함될 수 있는데, 기상청의 데이터 베이스에 자연가뭄지수가 저장됨으로써 기상청은 해당 지역의 가뭄 관리를 할 수 있다. 예를 들어, 기상청의 데이터 베이스에 저장된 자연가뭄지수를 분석한 결과 해당 경작지에 가뭄이 예상되는 경우에는 관개시설을 미리 확충하는 등의 조치를 사용자 단말기(200)에 전송하여 사용자로 하여금 가뭄 대책을 수립하도록 유도할 수 있다.
또한, 해당 경작지를 포함하는 단위 지역별 자연가뭄지수를 분석함으로써 광역 단위의 가뭄을 관리할 수도 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 작물 관리 모듈(100)은 경작지의 땅에 매립되어 설치되기 때문에 상시적으로 경작지의 토양수분량 및 자연유출량을 측정할 수 있으므로, 자연가뭄지수를 산정하기 위한 별도의 수단이 필요하지 않다는 장점도 있다.
이와 같이 전송된 자연가뭄지수를 통해 미래의 가뭄 예보를 관리하거나 가뭄 정보 빅데이터 구축을 통해 가뭄에 대해 미리 사전에 대비하는 것이 가능하다.
상기한 구성에 의하여 본 발명의 일 실시예에 따른 본 발명의 스마트 작물 관리 모듈은, 경작지의 산성도, 습도(수분량), 지중온도 및 지상온도 등을 감지하여 사용자에게 경작지의 현재 상태 또는 농작물의 발육 상태에 대한 정보를 실시간으로 알려줌으로써 농작물이 최적의 상태로 재배될 수 있도록 경작지의 환경을 최적의 상태로 유지할 수 있다.
또한, 본 발명의 스마트 작물 관리 모듈은 경작지의 상태 정보가 사용자의 단말기로 실시간으로 전송되기 때문에, 사용자는 전송 받은 데이터를 근거로 경작상태유지설비를 작동시킬 수 있어서 농작물을 재배하는데 필요한 노동력 및 인건비를 효과적으로 절감할 수 있다.
또한, 본 발명의 스마트 작물 관리 모듈은 경작지의 강수량, 자연유출량 및 토양수분량을 산출하고 산출된 강수량, 자연유출량 및 토양수분량을 근거로 자연가뭄지수를 산정할 수 있기 때문에 가뭄 관리에도 기여할 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 일 실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 청구범위뿐 아니라 이 청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100: 스마트 작물 관리 모듈
110: 센서
120: 제어부
122: 메모리부
130: 통신부
140: 전원부
200: 사용자 단말기
300: 외부 데이터 베이스
400: 경작상태유지설비

Claims (10)

  1. 농작물이 재배되는 경작지의 산성도, 습도, 지중온도 및 지상온도를 감지하는 스마트 작물 관리 모듈에 관한 것으로,
    적어도 하나 이상으로 마련되어 상기 경작지의 산성도, 습도, 지중온도 및 지상온도를 감지하는 센서;
    상기 센서에서 감지된 센서 측정치를 전달 받아 상기 경작지의 상태 또는 농작물의 발육 상태를 판단하는 제어부;
    상기 제어부로부터 전달 받은 상기 센서 측정치, 상기 경작지의 상태 또는 상기 농작물의 발육 상태 정보를 외부 데이터 베이스 또는 사용자 단말기로 전송하는 통신부; 및
    상기 센서, 상기 제어부 및 상기 통신부에 전원을 공급하는 전원부;를 포함하며,
    상기 제어부는, 상기 경작지의 상태 또는 상기 농작물의 발육 상태가 정상 상태가 아니라고 판단하는 경우 상기 사용자 단말기로 알람 메시지를 전송하거나, 별도로 마련된 경작상태유지설비를 작동시켜서 상기 경작지 또는 상기 농작물의 발육 상태를 조절하는 것을 특징으로 하는 스마트 작물 관리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 센서의 측정치, 상기 경작지의 상태 또는 상기 농작물의 발육 상태 정보가 저장되는 메모리부를 더 포함하며,
    상기 메모리부에는 경작되는 농작물의 종류에 따른 상기 경작지의 기준 상태 정보가 기 저장되고, 상기 경작지의 상태 또는 센서 측정치를 상기 기준 상태 정보와 비교하고 그 결과에 따라 상기 사용자 단말기로 알람 메시지를 전송하거나 상기 경작상태유지설비를 작동시키는 것을 특징으로 하는 스마트 작물 관리 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 센서의 센서 측정치로부터 상기 경작지에서의 자연유출량 및 토양수분량을 측정하고 이로부터 자연가뭄지수를 산정하는 것을 특징으로 하는 스마트 작물 관리 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 자연가뭄지수는 상기 메모리부에 저장되거나 상기 통신부를 통해 상기 사용자 단말기 또는 상기 외부 데이터 베이스에 전송되는 것을 특징으로 하는 스마트 작물 관리 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 외부 데이터 베이스는 기상청의 데이터 베이스 또는 가뭄 예보 관리 업체의 데이터 베이스를 포함하며,
    상기 자연가뭄지수는 기상청의 데이터 베이스 또는 가뭄 정보 관리 업체의 데이터 베이스에 전송됨으로써 가뭄 예보를 관리하거나 가뭄 정보 빅데이터를 구축하는 것을 특징으로 하는 스마트 작물 관리 모듈.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 통신부는 사물인터넷망을 이용하여 상기 센서 측정치, 상기 경작지의 상태 또는 상기 농작물의 발육 상태 정보를 전송하는 것을 특징으로 하는 스마트 작물 관리 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 전원부는,
    이차전지를 이용하는 주전원부와, 신재생에너지를 이용하는 보조전원부를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 작물 관리 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 주전원부의 잔존 전력량을 판단하여 충전이 필요한 경우 상기 보조전원부의 전력을 이용하여 상기 주전원부를 충전하거나,
    태양열에 의한 상기 보조전원부의 충전량이 기준치에 도달하지 못하는 경우에 지열을 이용하여 상기 보조전원부를 충전시키도록 상기 보조전원부의 충전 우선 순위를 제어하는 것을 특징으로 하는 스마트 작물 관리 모듈.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 사용자 단말기는,
    상기 사용자 단말기의 운영체제를 기반으로 동작하며, 사용자의 입력에 의한 동작입력정보를 상기 통신부로 전송하는 어플리케이션을 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 작물 관리 모듈.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 사용자 단말기는,
    상기 경작지의 경작 상태를 조절하기 위한 상기 경작상태유지설비와 연동되고,
    상기 경작지의 상태 또는 상기 농작물의 발육 상태 정보가 미리 설정된 범위를 벗어나는 경우 상기 경작상태유지설비를 작동시켜 상기 경작지의 상태 또는 상기 농작물의 발육 상태를 설정된 범위 이내가 되도록 조절하는 것을 특징으로 하는 스마트 작물 관리 모듈.
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