KR20210026430A

KR20210026430A - 스마트 팜의 환기 시스템

Info

Publication number: KR20210026430A
Application number: KR1020190107210A
Authority: KR
Inventors: 박진영
Original assignee: 박진영
Priority date: 2019-08-30
Filing date: 2019-08-30
Publication date: 2021-03-10
Also published as: KR102414483B1

Abstract

본 발명의 기술적 사상이 되는 스마트 팜의 환기 시스템이 개시된다. 본 개시의 일 실시 예에 따를 때, 내부 온도 센서, 외부 온도 센서 및 내부 습도 센서를 이용하여 스마트 팜 하우스의 내부 온도, 외부 온도 및 내부 습도를 측정해서 쾌적도를 나타내는 온습도 지수를 계산하는 센서부; 상기 내부 온도와 미리 지정된 제어 시계열 스케줄에 따라 외부 공기가 흡입되는 입기패드와 입기창의 개폐도를 제어하고 상기 입기패드와 입기창을 통해 외부 공기를 흡입하도록 휀을 구동하고 상기 쾌적도에 다라 달라지는 휀 제어 시계열 스케줄을 포함하는 제어 패턴에 따라 상기 휀을 제어하는 모터 제어구동부; 를 포함하고, 상기 제어 패턴은 상기 휀 제어 시계열 스케줄로, 시간에 따라 변화하는 상기 센서부의 상기 쾌적도, 상기 내부 온도 센서가 식별된 위치에서의 상기 내부 온도 및 상기 내부 습도 센서가 식별된 위치에서의 상기 내부 습도 중 어느 하나 또는 두개 모두를 포함하는 상기 휀이 식별된 위치에서의 휀 동작시간 및 상기 입기창이 식별된 위치에서의 상기 입기창의 개폐도 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.

Description

스마트 팜의 환기 시스템{SMART FARM VENTILATION SYSTEM}

본 개시는 스마트 팜의 환기 시스템에 관한 것이다. 구체적으로 본 개시는 내부 공기를 외부 공기로 환기시키는 스마트 팜의 환기 시스템을 제공할 수 있다.

스마트 팜의 환기 시스템은 스마트 팜 하우스의 내부 공기를 외부 공기로 순환시킨다. 스마트 팜이 키우는 가축 또는 작물은 생육이 원활하게 이루어지기 위해 환기가 필수적이고, 스마트 팜의 환기 시스템은 이러한 환기를 담당하는 역할을 수행하는데 스마트 팜에 있어 중요한 일부분이다. 이러한 환기 시스템은 외부 환경에 노출되어 있어 센서의 신뢰도가 확보되어야 하며, 센서 정보가 환기에 중요한 기준으로 사용되므로 더욱 중요할 수 있다. 센서의 신뢰도를 확보하면서 환기 시스템이 스마트 팜에 기여할 수 있도록 스마트 팜의 환기 시스템 안정성이 높아져야 한다.

등록번호 제10-0751864호, 버섯 재배사의 환기시스템 등록번호 제10-0944559호, 개별 하우스 제어시스템 등록번호 제10-1677274호, 곤충사육장의 온도 및 환기 제어 시스템 및 그 제어방법

본 개시는 환기 시스템 안정성이 보다 높은 스마트 팜의 환기 시스템을 제공할 수 있다. 구체적으로 본 개시는 온도 변화에 적극 대처하는 스마트 팜의 환기 시스템을 제공할 수 있다.

본 개시의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

제 1 측면에 따른 스마트 팜의 환기 시스템은 내부 온도 센서, 외부 온도 센서 및 내부 습도 센서를 이용하여 스마트 팜 하우스의 내부 온도, 외부 온도 및 내부 습도를 측정해서 쾌적도를 나타내는 온습도 지수를 계산하는 센서부; 상기 내부 온도와 미리 지정된 제어 시계열 스케줄에 따라 외부 공기가 흡입되는 입기패드와 입기창의 개폐도를 제어하고 상기 입기패드와 입기창을 통해 외부 공기를 흡입하도록 휀을 구동하고 상기 쾌적도에 따라 달라지는 휀 제어 시계열 스케줄을 포함하는 제어 패턴에 따라 상기 휀을 제어하는 모터 제어구동부;를 포함하고, 상기 제어 패턴은 상기 휀 제어 시계열 스케줄로, 시간에 따라 변화하는 상기 센서부의 상기 쾌적도, 상기 내부 온도 센서가 식별된 위치에서의 상기 내부 온도 및 상기 내부 습도센서가 식별된 위치에서의 상기 내부 습도 중 어느 하나 또는 두개 모두를 포함하는 상기 휀이 식별된 위치에서의 휀 동작 시간 및 상기 입기패드와 입기창이 식별된 위치에서의 상기 입기패드와 입기창의 개폐도 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.

또한, 상기 휀은 터널휀 및 순환휀이고, 상기 모터 제어구동부는 상기 입기패드와 입기창을 통해 상기 외부 공기를 흡입하도록 상기 터널휀과 순환휀을 제어할 수 있다.

또한, 환기 시스템은 상기 외부 온도가 상기 내부 온도 보다 기설정된 레벨 이상이면 입기패드로부터 흡입되는 외부공기에 의해 내부 공기의 온도가 상승할 수 있기 때문에 상기 외부 공기를 냉각시키는 쿨링부를 더 포함하고, 상기 제어 패턴은 상기 쿨링부에 의해 냉각되는 외부 공기에 의한 내부공기의 온도저하값과 습도 상승값에 대한 냉각 시간을제어하는 냉각 제어값을 더 포함하고, 상기 모터 제어구동부는 상기 냉각 제어값에 따라 상기 쿨링부를 제어할 수 있다.

또한, 상기 제어 패턴에서 상기 휀 동작시간은 기설정된 온오프 구간에 따라 다르게 설정될 수 있다.

또한, 상기 입기창은 창을 여닫는 회전축으로부터 연장되며 휘어진 곡면을 가지고, 상기 개폐도가 기설정된 제1레벨 이하이면 상기 입기창을 통해 흡입되는 외부 공기가 상기 곡면의 기울어짐 정도에 따라 천장 쪽으로 유입되고, 상기 개폐도가 기설정된 제2레벨 초과이면 상기 입기창을 통해 흡입되는 외부 공기가 중앙 쪽으로 유입될 수 있다.

또한, 환기 시스템은 상기 모터 제어구동부에 의해 동작되는 모터 상태를 감지하는 모터 상태 감지부를 더 포함하고, 상기 모터 제어구동부가 감지된 모터 상태에 따라 모터상태 경보부를 통하여 동작 이상 상태를 나타낼 수 있다.

또한, 상기 모터 제어구동부가 상기 휀 제어 시계열 스케줄을 포함하는 제어 패턴으로 상기 휀을 제어하고, 상기 제어 패턴을 기록하고, 상기 기록에서 향상된 쾌적도의 제어 패턴을 선택하고, 기존 제어 패턴에 새로운 제어 패턴을 생성할 수 있다.

또한, 상기 모터 제어구동부가 상기 내부 온도 센서가 식별된 위치에서의 상기 내부 온도가 기설정된 임계치를 초과할 때 온도 변화를 알리고, 상기 온도 변화에 대처한 제어 패턴에 대응하는 반응 제어 패턴을 기록한 반응 히스토리에서 새로운 온도 변화가 발생했을 때 이에 적용할 반응 제어 패턴을 검색해서 상기 휀 제어에 적용할 수 있다.

본 개시의 일 실시 예에 따를 때, 온도 변화에 적극 대처함으로써 환기 시스템의 시스템 안정성이 보다 높아질 수 있다.

시스템 안정성이 높아짐으로써 스마트 팜의 보급에 기여할 수 있고, 스마트 팜을 이용한 농업 발전에 기여할 수 있다.

본 개시의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 개시의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 일 실시 예에 따른 스마트 팜의 환기 시스템의 구성을 도시한 예시도이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 무창계사의 환기 시스템의 구성을 도시한 블록도이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 육계 계사의 내부 온도 센서의 배치를 보인 예시도이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 산란계 계사 내부 온도 센서의 하층부 배치를 보인 예시도이다.
도 5는 일 실시 예에 따른 산란계 계사 내부 온도 센서의 상층부 배치를 보인 예시도이다.
도 6은 일 실시 예에 따른 습도, 온도, 온습도지수를 보인 예시도이다.
도 7은 일 실시 예에 따른 데이터 수집 및 제어부의 구성을 보인 블록도이다.
도 8은 일 실시 예에 따른 사용자 인터페이스의 데이터 모니터링 화면과 설정 화면을 보인 예시도이다.
도 9는 일 실시 예에 따른 입기패드와 대형 터널 휀의 구성을 보인 예시도이다.
도 10은 일 실시 예에 따른 대형 터널 휀의 동작 예를 보인도이다.
도 11은 일 실시 예에 따른 입기창의 구성을 보인 예시도이다.
도 12는 다른 일 실시 예에 따른 입기창의 구성을 보인 예시도이다.
도 13은 도 12의 겨울철과 여름철의 입기창 동작을 보인 예시도이다.

실시 예들에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.

명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 “…부”, “…모듈” 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 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.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 개시의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 일 실시 예에 따른 스마트 팜의 환기 시스템의 구성을 도시한 예시도이다.

스마트 팜의 환기 시스템은 스마트 팜 하우스의 내부 온도, 외부 온도, 내부 습도를 감지하고 감지된 정보로 계산된 온습도 지수가 지시하는 쾌적도에 따라 휀 을 제어해서 공기를 순환시킨다. 스마트 팜의 내부 공기가 외부 공기에 의해 순환되어 환기되는 스마트 팜의 환기 시스템이 개시된다.

환기 시스템은 휀 제어 시계열 스케줄을 포함하는 제어 패턴으로 휀을 제어하고, 제어 패턴을 기록하고, 기록에서 향상된 쾌적도의 제어 패턴을 선택하고, 기존 제어 패턴에 더해새로운 제어 패턴을 생성할 수 있다. 새로운 제어 패턴이 기존 제어 패턴에 추가되고 선택 과정을 통해 최적의 제어 패턴이 적용될 수 있다.

환기 시스템은 온도 변화를 알리고, 온도 변화에 대처한 반응 히스토리를 저장 관리하고, 새로운 온도 변화에 반응 제어 패턴을 적용할 수 있다. 환기 시스템은 온도 변화에 대처한 반응 제어 패턴을 기록한 반응 히스토리에서 온도 변화가 발생했을 때 이에 적용할 반응 제어 패턴을 검색해서 휀부 제어에 적용할 수 있다. 발생된 온도 변화가 기존에 이미 반응 히스토리에 기록되어 있을 때 적절한 휀(212, 213) 제어가 적용될 수 있고, 온도 변화 대처가 자동화될 수 있다.

환기 시스템은 온도 변화에 대응하는 반응 제어 패턴이 반응 히스토리에서 검색되지 않을 때 반응 히스토리에서의 반응 제어 패턴이 가지는 온도 변화의 온도값과 차이가 가장 적은 온도값의 온도 변화에 대응하는 반응 제어 패턴을 선택해서 휀부 제어에 적용할 수 있다.

차이가 기설정된 임계치를 초과하는 경우 환기 시스템은 사용자에게 온도 변화를 알리고, 반응 제어 패턴을 입력받을 수 있다. 환기 시스템이 반응 제어 패턴을 입력받음에 있어, 온도 변화를 나타내는 기설정된 임계치를 초과하는 내부 온도를 출력하는 내부 온도 센서(201)가 식별된 위치 정보를 출력해서 온도 변화를 해소할 휀에서의 휀(212, 213)의 속도와 위치를 입력받을 수 있다.

도 2는 일 실시 예에 따른 무창계사의 환기 시스템의 구성을 도시한 블록도이다.

환기 시스템은 쾌적도인 온습도 지수를 계산하는 센서부; 입기창 개폐도에 따라 입기창 개폐를 제어하는 입기창 제어부; 외부 공기를 냉각시키는 쿨링부; 및 계산된 온습도 지수에 따른 휀 제어 시계열 스케줄을 포함하는 제어 패턴에 따라 배기휀을 포함하는 휀부, 입기창 제어부 및 쿨링부를 제어하고, 휀부의 모터 상태를 감지하는 모터 상태 센서부로부터 모터 상태 정보를 수집하고 수집된 정보에 따라 휀부를 제어하는 모터 제어구동부(208)를 포함할 수 있다.

환기 시스템은 스마트 팜에서 내부 공기를 외부로 배출하고 배출된 공기량을 외부 공기로 채워 환기시킨다. 환기 시스템을 구성하는 각종 구성 요소를 살펴보면, 일 예로, 센서부는 복수개의 내부 온도 센서(201)와 외부 온도 센서(203)로부터 내부 온도와 외부 온도를 수집하는 온도 센서 수집부(202); 내부 습도 센서(204)로부터 내부 습도를 수집하는 습도 센서 수집부(205)를 포함하고, 모터 제어구동부는 데이터 모니터링 및 제어 설정하는 사용자 인터페이스부(207); 온도 이상을 경보하는 온도 이상 경보부(210); 모터 상태를 경보하는 모터 상태 경보부(211); 모터의 동작상태를 전기적으로 감지하는 모터 상태 감지부(209); 및 온도 센서 수집부(202)와 습도 센서 수집부(205)로부터 수집된 내부 온도, 외부 온도 및 내부 습도를 입력받아 휀부를 제어하는 데이터 수집 및 제어부(206)를 포함할 수 있다.

온도 센서에서 수집된 온도값은 환기 동작의 기준으로 사용되므로 센서 불량이나 단선이 발생할 경우 즉각적인 조치가 이루어져야 한다. 센서 불량이 발생되어 적정 온도 범위를 크게 벗어난 값이 출력될 경우 온도 센서 수집부(202)는 해당 센서값을 예외처리하여 계산 과정에서 제외하는 알고리즘을 적용하며 온도 이상 경보부(210)를 통해 경광등 및 싸이렌 등 시청각 장치를 통해 관리자에게 온도 이상을 알리고 적절한 조치를 취하도록 할 수 있다.

휀부는 순환휀(213), 대형 터널휀(212), 입기 패드(215), 입기창(216)을 구동하는 모터 제어 구동부(208)를 포함하고, 쿨링부는 쿨링 패드(214)를 포함하고, 모터 상태 센서부는 모터 상태를 감지하는 모터 상태 감지부(209)를 포함할 수 있다.

환기 시스템은 외부 온도가 내부 온도 보다 기설정된 레벨 이상이면 외부 공기를 냉각시키는 쿨링부를 포함하고, 제어 패턴은 휀 제어 시계열 스케줄에 더해 쿨링부에 의해 냉각되는 외부 공기에 대한 냉각량을 제어하는 냉각 제어값을 포함하고, 모터 제어구동부(208)는 냉각 제어값에 따라 쿨링부를 제어할 수 있다.

도 3은 일 실시 예에 따른 육계 내부 온도 센서의 배치를 보인 예시도이다.

육계의 경우 내부 온도 센서(201)가 계사 내부의 온도를 측정하기 위해 계사 구조에 따라 설치 위치가 달라질 수 있다. 육계 계사는 내부에 별도의 시설이 없는 개방형 구조이므로 내부 온도 센서(201)가 육계 개사 내부에 최소 2개 이상이 설치될 수 있다.

육계 계사는 내부 높이가 높지 않으므로 상하 온도차보다는 전후 온도차가 존재할 수 있다. 따라서 내부 온도 센서(201)는 계사 앞쪽과 뒤쪽에 각각 설치되고 환기 시스템은 앞쪽과 뒤쪽의 내부 온도 센서(201)로부터 측정되는 내부 온도값의 평균값을 사용할 수 있다.

환기 시스템에서 보다 정밀하게 계사 내부 온도를 관리할 목적이 있거나 계사 폭이 14미터를 초과할 경우에는 좌우 온도차를 고려하여 좌우측과 전후 지점에 내부 온도 센서(201)를 설치하고 중앙부에도 1개의 내부 온도 센서(201)를 설치하여 내부 온도값의 평균값을 사용할 수 있다. 이렇게 내부 온도 센서(201)를 다수 설치한 경우 온도 센서의 불량이나 단선이 발생하더라도 내부 온도값의 신뢰도가 크게 떨어지지 않을 수 있다.

도 4와 도 5는 일 실시 예에 따른 산란계 계사의 상층부와 하층부 내부 온도 센서의 배치를 보인 예시도이다.

산란계 계사는 육계 계사에 비해 계사의 폭과 천정 높이가 높다는 특징을 가지며 , 계사 내부에 사육 시설인 케이지(Cage)가 열 단위로 설치되므로 계사 좌우 온도차뿐만 아니라 상하 온도차가 크게 나타날 수 있다. 따라서 환기 시스템은 일정 높이의 케이지 열별로 최대 7개의 내부 온도 센서(201)를 설치할 수 있고, 그 이상 개수의 내부 온도 센서(201)를 설치할 수도 있다. 도 4는 산란계 계사 하층부에 설치된 온도센서의 위치를 나타내며 좌측벽 전면부와 우측벽 후면부에 온도센서를 1개씩 설치하고 케이지 열 사이에는 중앙부에 온도센서를 설치한다. 또한 산란계 계사 상층부에서는 하층부의 전면부와 후면부의 위치를 반대로 하여 배치하면 계사의 전면부와 후면부 위치에서의 온도값을 얻을 수 있다. 또한 케이지 열 중앙에서는 하층부와 상층부의 동일한 지점에 온도센서를 설치하여 계사의 상층부와 하층부 온도값을 측정할 수 있다. 이와 같이 내부 온도 센서(201)를 배치하면 환기 시스템은 상하 지점뿐만 아니라 좌우 지점의 내부 온도값도 얻을 수 있어 계사 전체의 내부 온도값을 측정하는데 좋을 수 있다.환기 시스템은 내부 온도 보다 외부 온도가 크게 높거나 낮은 경우를 인식하기 위해 계사 외부 온도를 측정할 수 있다. 만약 외부 온도가 내부 온도보다 매우 높으면 환기 시스템에서 환기량을 최대로 하면 더운 공기가 계사 내부로 유입되어 내부 온도가 상승할 수 있다. 따라서 이러한 경우에는 환기 시스템이 최대 환기량을 유지하면서 더운 공기의 온도를 낮추어 내부로 유입시킬 필요가 있다. 이럴 경우에는 환기 시스템의 모터 제어구동부(208)는 더운 공기의 온도를 낮추기 위해 내부 온도와 외부 온도를 모두 고려하여 쿨링부를 제어할 수 있다. 만약 외부 온도가 매우 낮으면 모터 제어구동부(208)는 최소 환기 모드로 전환하여 최소한의 외부 공기를 유입하여 내부 공기를 순환 및 배출해서 환기할 수 있다. 외부 온도센서의 설치 지점은 직사강선을 피하고 강우 및 강설을 피할 수 있는 계사 외벽을 선택하면 된다.

도 6은 일 실시 예에 따른 습도, 온도, 온습도지수를 보인 예시도이다.

온도 센서 수집부(202)와 습도 센서 수집부(205)를 통해 측정된 습도와 내부 온도를 종합하여 온습도 지수(THI: Temperature Humidity Index)가 계산될 수 있고, 계사 내부의 쾌적도를 나타낼 수 있다. 온습도 지수는 THI = (1.8 * T + 32) - [(0.55 - 0.0055 * RH) * (1.8 * T - 26.8)]에 의해 계산된다. 쿨링부 동작으로 내부 습도가 급격하게 상승하는 경우 온습도 지수는 쿨링부의 동작을 일시 정지시키기 위한 기준으로 사용될 수 있다. 도 6는 실제 산란계 농장에 설치된 장치에서 출력된 온습도 지수 그래프이다. 온습도 지수가 64~73범위인 경우 가장 쾌적한 상태로서 가축 생산성이 최대로 발휘될 수 있고 이 범위를 유지하기 위해 냉난방 장치 및 환기 장치가 적절하게 운용되어야 한다.

온도 센서 수집부는 계사 내부의 설치 위치에 따른 온도차를 처리하기 위해 다수 내부 온도 센서의 전체 평균값을 계산하여 모터 제어구동부(208)의 제어 조건으로 활용할 수 있다.

산란계 무창계사의 경우 계사 내부 높이가 육계에 비해 매우 높으므로 계사 상하간 온도차가 존재할 수 있다. 따라서 내부 온도 센서는 상층부와 하층부로 나누어 2단 설치될 수 있고, 계사 길이도 백여 미터에 달하고 환기팬이 설치된 계사 후면부와 전면부의 온도차가 존재해서 상하 전후 배열 방식으로 설치될 수 있다.

육계의 경우 상하 온도차가 크지 않기 때문에 전후좌우 배열방식으로 최대 4개의 온도 센서가 설치될 수 있다.

외부 온도 센서는 계사의 처마 밑이나 그늘진 곳인 눈이나 비에 맞지 않는 장소에 설치될 수 있다. 외부 온도 센서로부터 수집된 온도값은 최소 환기를 위한 기준으로 사용되며 외부 온도가 내부 온도보다 5도 이상 낮은 경우에는 모터 제어구동부(208)는 내부 온도에 관계없이 최소 환기 기준으로 강제 환기를 실시해야 한다.

센서 수집부는 센서 불량이나 단선이 발생한 경우 특정값을 사용자 인터페이스로 전송하여 수리 또는 교체가 이루어지도록 조치할 수 있다. 만일 센서 불량이나 단선이 방치될 경우 평균 온도값이 적정 온도 범위를 벗어날 수 있고 혹서기나 혹한기에는 이러한 비정상적인 동작으로 인해 집단 폐사의 위험이 발생할 수 있으므로 센서 데이터 수집부는 반드시 센서의 동작 상태를 모니터링해야 한다.

도 7은 일 실시 예에 따른 데이터 수집 및 제어부의 구성을 보인 블록도이다.

데이터 수집 및 제어부(206)는 환기 시스템의 허브 역할을 담당하며, 각 구성 요소들의 통신을 주관하고 수집 및 제어 기능을 통해 환기 시스템을 통제 관리할 수 있다. 모든 데이터는 데이터 수집 및 제어부(206)를 경유하며 데이터 수집 및 제어부(206)는 사용자 인터페이스의 데이터 모니터링 화면을 통해 현재 상태를 출력하고, 설정 기능을 통해 제어 조건을 입력받는다.

데이터 수집 기능에서 온도 센서 수집부(202)와 습도 센서 수집부(205)와의 통신은 RS-485, RS-232와 같은 물리적 인터페이스 규격을 따르고 Modbus RTU 통신 프로토콜을 적용하여 이루어진다. 데이터 수집 기능에 오류가 발생할 경우에는 제어 기능에 문제가 없도록 데이터 수집 및 제어부(206)는 오류 발생 직전 데이터를 사용하며 동시에 통신 오류에 대한 경보 메시지를 통해 관리자 확인을 요청하도록 한다. 경보 메시지의 형태는 사용자 인터페이스를 통해 팝업창을 출력하거나 내부 부저음을 울릴 수도 있고, 함체 외부의 램프로 시각적인 경보 메시지를 출력할 수도 있다.

데이터 수집 및 제어부(206)는 온도 센서 수집부(202), 습도 센서 수집부(205)와 모터 제어 구동부(208), 모터 상태 감지부(209), 온도 이상 경보부(210), 모터 상태 경보부(211) 사이에 존재하며, 센서 데이터 수집부로부터 온도와 습도와 같은 환경 데이터를 수집하고 미리 설정된 환경 조건 데이터와 실시간으로 비교하여 모터 제어 구동부(208)에 명령을 송신하여 적절한 제어 동작을 수행하며, 동시에 모터 상태 감지부(209)를 통해 모터 구동 명령에 대해 적절한 동작이 이루어지고 있는지를 감시하거나 온도센서 수집부로 전달된 온도센서값을 분석하여 센서 불량 또는 단선 상태를 감지할 수 있다. 만일 특정 모터에 오류가 발생한 경우와 온도센서의 불량과 단선의 경우에데이터 수집 및 제어부(206)는 모터 상태 경보부(211)와 온도이상 경부보(210)을 통해 오류 장비에 대한 위치와 상태를 관리자에게 경광등과 사이렌과 같은 시청각 수단을 통해 제공하여 유지 보수 조치를 시행할 수 있다.

도 8은 일 실시 예에 따른 사용자 인터페이스의 데이터 모니터링 화면과 설정 화면을 보인 예시도이다.

사용자 인터페이스는 터치 LCD 화면으로 구성되며 데이터 수집 및 제어부로부터 입력받은 온도 및 습도값을 화면에 출력하여 관리자가 현재 환경 조건을 인지할 수 있도록 하며 계사 특성에 맞추어 최적의 사육 조건을 실시간으로 설정할 수 있는 화면을 제공할 수 있다.

데이터 모니터링 화면(도 8의 (a))은 내부 온도, 내부 습도, 외부 온도, 평균 내부 온도를 표시하고, 관리자는 데이터 모니터링 화면을 통해 현재 온도와 습도를 인지하고, 강제 환기 동작이 적절하게 실행되고 있는지를 판단할 수 있으며, 수동으로 제어할 필요가 있을 경우 휀 제어반의 수동 스위치를 조작하여 휀 제어에 개입할 수 있다.

설정 화면(도 8의 (b))은 표준 온도 설정, 최소 환기 설정, 쿨링패드 설정의 3가지로 나누어지며, 표준 온도 설정의 경우, 환기의 기본 조건이 되는 기준 온도에 대한 설정이다. 기준 온도값은 환기 동작이 시작되는 최초값이 되며 기준온도값과 비교하여 (+) 값만큼 환기량을 증가시키기 위해 환기휀의 동작을 개시하게 된다. 환기를 위해서는 농장에 설치된 전체 휀의 수량을 전체 8개 그룹으로 나누며 표준 온도 +1도 되는 시점부터 1번째 휀 그룹의 가동을 개시하게 되며 마지막 휀 그룹인 8번째 그룹이 가동될 때까지 +1도 단위로 가동되는 휀 그룹이 추가될 수 있다. 만약 표준 온도를 19도로 설정하게 되면 1번째 휀 그룹은 실내 온도가 20도가 되는 시점에서 가동되며, 온도가 다시 19도로 복귀하면 1번째 휀 그룹의 가동이 중지된다. 이러한 동작 시나리오에 의해 계사 내부 온도는 일정 범위내로 유지되며, 계사 구조에 따라 표준 온도는 달라질 수 있으므로 환기 시스템은 농장 환경에 따라 표준 온도를 변경해 가면서 가장 최적의 생산성을 유지할 수 있는 온도값을 찾아야 한다.

겨울철 외부 온도가 내부 온도보다 현저히 낮을 경우 외부로부터 많은 양의 차가운 공기가 유입될 경우 가축이 호흡기 질환을 일으킬 수 있으므로 환기 시스템이 최소한의 환기를 수행하면서 내부 온도를 적정 범위내로 유지하도록 하는 최소 환기는 이를 위해 착안된 환기 개념이다. 최소 환기는 계사 상층부에 설치된 입기창을 통해 차가운 공기를 내부로 끌어들이기 위해 순환휀(213)의 주기적인 가동과 중지 동작을 반복 실행하여 외부의 신선한 공기를 내부 공기와 섞어주고 다시 배기하는 방법이다. 따라서 환기 시스템이 내부 온도를 낮추지 않으면서 끊임없이 외부 공기를 보충하여 항상 쾌적한 상태를 유지할 수 있는 환기 동작이 가능해진다. 이러한 최소 환기는 주로 내부 온도보다 외부 온도가 현저히 낮은 겨울철에 시행되며, 환기 시스템은 내부 온도에 따라 최대 240초 동작에서부터 최소 60초 동작까지 설정할 수 있다. 최소 환기 동작 시간은 전체 300초에 대해 실행되며 최대 240초 동작인 경우 환기 시스템은 60초 동안 정지 상태를 유지할 수 있다. 이러한 최소 환기 동작은 주로 겨울철에 적용되며, 외부 온도가 내부 온도 보다 높은 여름철의 경우에는 최대 환기로 사용되므로 환기 시스템은 항상 동작 상태를 유지할 수 있다.

혹서기에는 외부 온도가 내부 온도보다 높으므로 외부 공기의 유입에 의해 내부 온도가 오하려 상승할 수 있다. 따라서 쿨링부는 입기 패드에 쿨링 패드를 부착하고 냉각수를 흘러내리게 함으로써 입기 패드를 통과하는 뜨거운 공기를 냉각시켜 차가운 공기가 계사 내부로 유입되게 할 수 있다. 설정 화면에서 쿨링 패드의 열림과 닫힘 온도를 설정하고, 냉각수를 공급하는 내부 온도값를 설정할 수 있다. 쿨링부에 의해 냉각된 공기는 수분을 포함하고 있으므로 쿨링부가 오랜 시간 동안 가동할 경우 내부 습도가 상승할 수 있으므로 모든 휀 가동으로도 더 이상 온도를 낮출 수 없는 경우에만 한시적으로 사용되어야 한다. 또한, 내부 습도값과 연동하여 일정 습도값을 초과한 경우에는 내부 온도값이 동작 온도를 만족할 지라도 쿨링부의 동작을 제한해야 하며, 쿨링부가 동작하는 시간내에서도 일정 습도값을 초과하는 시점이 되면 쿨링부의 동작을 중지해야 한다.

도 9는 일 실시 예에 따른 입기패드와 대형 터널 휀의 구성을 보인 예시도이다.

여름과 겨울에는 각기 다른 환기 방법이 적용되어야 하며 혹서기를 포함하는 여름철에는 내부 온도를 낮추기 위해 도 9과 같은 터널식 환기 방법이 가장 효과적이다. 터널식 환기 방법은 계사 후면에 대형 터널휀(920)을 배치하고 계사 전면 또는 측면에 입기 패드(910)를 배치하여 외부 공기가 계사 중앙부를 관통하도록 하는 환기 방법으로 내부 온도를 낮추는 가장 효율적인 환기 방법이다. 겨울철에는 계사 천정에 설치된 순환휀(213)과 입기창(216)을 활용하여 최소환기 방식을 사용한다. 이 방식은 순환휀(213)을 내부 온도값에 따라 동작시간을 불연속적으로 설정하여 동작과 정지를 반복시키면서 입기창(216)의 개폐 각도를 제어하여 입기량을 조절하게 된다.

도 10은 일 실시 예에 따른 대형 터널 휀의 동작 예를 보인도이다.

도 10의 (a)는 24대의 대형 터널 휀이 무창계사의 후면 벽에 설치되어 있는 배치 열을 보인다. 이와 같이 다수의 대형 터널 휀이 설치될 경우 내부 온도에 대해 동작되는 휀 그룹을 지정할 필요가 있다. 본 실시 예에서는 대형 터널 휀을 8개 그룹으로 분류하며 분류 기준은 무창계사의 가로, 세로, 높이, 내부 사육 케이지의 구조에 따라 달라 질 수 있다.

터널휀의 동작순서는 측면에서 중앙으로 이동하면서 설정하는 방법이 가장 효율적이며 다음 도 10의 (b) 내지 (i) 순서에 의해 순차적인 터널휀의 가동이 실행된다.

1단계: 도 10의 (b)는 표준 온도보다 1도 증가한 경우 터널휀이 가동되며 표준 온도 이하로 떨어지면 터널휀이 정지한다. 예를 들어, 표준 온도가 18도로 설정된 경우 19도에 도달한 시점에서 터널휀 그룹 1이 동작하며 18도로 복귀하면 터널휀 그룹 1의 터널휀 동작이 정지할 수 있다. 계사 내부의 상층부와 벽면을 포함하는 양 측면의 온도 및 공기 오염도가 심하므로 상층부 중앙 터널휀과 양 측면에 위치한 터널휀을 가동할 수 있다.

2단계: 도 10의 (c)는 표준 온도보다 2도 증가한 경우에 터널휀이 가동되며 1단계 가동 온도 이하로 떨어지면 터널휀이 정지할 수 있다. 예를 들어, 표준 온도 18도로 설정한 경우 20도에 도달한 시점에서 터널휀 그룹 2가 동작하며 19도로 복귀하면 터널휀 그룹 2의 동작이 정지할 수 있다. 1단계와 마찬가지로 측면에서 중앙으로 가동되는 터널휀을 구성할 수 있다.

3단계: 도 10의 (d)는 표준 온도보다 3도 증가한 경우 터널휀이 가동되며 2단계 가동 온도 이하로 떨어지면 터널휀이 정지한다. 예를 들어, 표준 온도가 18도로 설정된 경우 21도에 도달한 시점에서 터널휀 그룹 3이 동작하며 20도로 복귀하면 터널휀 동작이 정지할 수 있다. 3단계에서는 가동되는 터널휀 개수를 증가시켜 추가적인 온도 상승 효과를 최소화시키며 상층부와 하층부의 공기 흐름을 최대화할 수 있다.

4단계: 도 10의 (e)는 표준 온도보다 4도 증가한 경우 터널휀이 가동되며 3단계 가동 온도 이하로 떨어지면 터널휀이 정지할 수 있다. 예를 들어, 표준 온도가 18도로 설정된 경우 22도에 도달한 시점에서 터널휀 그룹 4가 동작하며 21도로 복귀하면 터널휀 동작이 정지할 수 있다.

5단계: 도 10의 (f)는 표준 온도보다 5도 증가한 경우에 터널휀이 가동되며 4단계 가동 온도 이하로 떨어지면 터널휀이 정지한다. 예를 들어, 표준 온도가 18도로 설정된 경우 23도에 도달한 시점에서 터널휀 그룹 5가 동작하며 22도로 복귀하면 터널휀 동작이 정지할 수 있다.

6단계: 도 10의 (g)는 표준 온도보다 6도 증가한 경우에 터널휀이 가동되며 5단계 가동 온도 이하로 떨어지면 터널휀이 정지한다. 예를 들어, 표준 온도가 18도로 설정된 경우 24도에 도달한 시점에서 터널휀 그룹 6이 동작하며 23도로 복귀하면 터널휀 동작이 정지할 수 있다.

7단계: 도 10의 (h)는 표준 온도보다 7도 증가한 경우에 터널휀이 가동되면 6단계 가동 온도 이하로 떨어지면 터널휀이 정지한다. 예를 들어, 표준 온도가 18도로 설정된 경우 25도에 도달한 시점에서 터널휀 그룹 7이 동작하며 24도로 복귀하면 터널휀 동작이 정지할 수 있다.

8단계: 도 10의 (i)는 표준 온도보다 8도 증가한 경우에 터널휀이 가동되면 7단계 가동 온도 이하로 떨어지면 터널휀이 정지한다. 예를 들어, 표준 온도가 18도로 설정된 경우 26도에 도달한 시점에서 터널휀 그룹 8이 동작하며 25도로 복귀하면 터널휀 동작이 정지할 수 있다.

터널휀이 8단계까지 가동되는 상태에서도 계사 내부 온도가 계속 올라가면 환기 시스템은 쿨링부를 동작시킨다. 쿨링부는 외부에서 유입되는 더운 공기를 차가운 냉각수 사이로 통과시켜 온도를 낮추고 약 5~6도의 온도 강하 효과를 낼 수 있다.

도 11은 일 실시 예에 따른 입기창의 구성을 보인 예시도이다.

입기창(216)은 창을 여닫는 회전축으로부터 연장되며 휘어진 곡면을 가지고, 개폐도가 기설정된 제1레벨 이하이면(도 11의 (a)) 입기창(216)을 통해 흡입되는 외부 공기가 곡면의 기울어짐 정도에 따라 천장 쪽으로 유입되고, 개폐도가 기설정된 제2레벨 초과이면(도 11의 (b)) 입기창(216)을 통해 흡입되는 외부 공기가 중앙 쪽으로 유입될 수 있다.

순환 휀의 동작은 온도 기준으로 이루어지나 단순하게 온도 제어만을 목적으로 할 경우 외부의 차가운 공기의 지속적인 유입으로 인하여 가축 건강상태에 악영향을 미치게 된다. 따라서 다음과 같은 표 1동작 시나리오에 의해 순환휀의 동작과 입기창(216)의 개폐각도(개방율, %)를 제어하게 되면 가장 효과적인 겨울철 환기프로그램을 완성할 수 있다. 겨울철 환기프로그램에서는 순환휀의 동작시간 뿐만 아니라 입기창(216)의 개방정도, 즉 입기량을 조절할 수 있는 공간을 제어함으로써 내부 온도의 급격한 떨어짐을 방지하면서 지속적으로 적정온도 범위를 유지하면서 내부공기의 순환동작을 지속할 수 있게 해 준다.

온도범위		ST-4 이하	ST-3	ST-2	ST-1	ST	ST+1	ST+2 이상
순환휀	ON(초)	60	100	140	160	200	240	300
순환휀	OFF(초)	240	200	160	140	100	60	0
입기창 개방율(%)		30%	30%	50%	70%	70%	100%	100%

기준온도 : ST, 최대동작시간(초) : 300전체 동작범위는 5분(300초)을 유지하며 기준온도보다 -0.9, +0.9도를 유지하는 범위내에서는 200초 동안 환기휀을 동작하고, 100초 동안 정지상태를 반복 유지하면서 신선한 공기의 유입과 오염된 공기의 배출을 동시에 실행하게 된다. 정지상태에서는 외부로부터 유입된 신선한 공기가 오염된 내부공기와 섞일 수 있는 충분한 시간을 제공하고 이렇게 혼합된 공기는 순환휀의 동작시간 동안 외부로 배출하게 된다. 기준온도보다 2도 이상 높을 경우에는 온도제어 목적으로 환기방식이 전환되어 순환휀을 100% 가동하게 되며 이에 따라 입기창도 100% 개방하게 된다. 이럴 경우에는 최소환기에서 최대환기가 가능한 터널식 환기방식으로 전환하게 된다. 기준온도보다 낮을 경우에는 입기창의 개방율은 점차 낮아지게 되며 닫힘 정도가 커지게 된다.

도 12는 다른 일 실시 예에 따른 입기창의 구성을 보인 예시도이다.

입기창(216)은 제1링크(2161)와 제2링크(2162)를 가질 수 있고, 제1링크(2161)가 각도 회전하여 입기창(216)을 제1링크(2161)의 회전량만큼 열거나 제2 링크(2162)가 각도 회전하여 입기창(216)을 제2링크(2162)의 회전량만큼 열 수 있다. 제1링크(2161)는 입기창(216)의 회전축이 되는 제2링크(2162)로부터 연장되는 일정 길이만큼 이격될 수 있다.

도 13은 도 12의 겨울철과 여름철의 입기창 동작을 보인 예시도이다.

겨울철에는 제2링크(2162)의 회전 각도가 제1링크(2161)의 회전 각도보다 작아서 입기창(216)의 기울어짐이 외부 공기를 스마트팜 하우스의 천장쪽으로 향하게 할 수 있고, 여름철에는 제2링크(2162)의 회전 각도가 제1링크(2161)의 회전 각도보다 커서 입기창(216)의 기울어짐이 도 13의 (b)와 같이 입기창(216)이 완전히 열려서 외부 공기를 스마트팜 하우스의 중앙부쪽으로 향하게 할 수 있다. 도 12와 도 13의 일 예에서 제1링크(2161)와 제2링크(2162)를 가지는 입기창(216)을 예시하였으나, 2개 이상의 링크가 구성되어 도 11과 같은 곡면을 형성할 수도 있다.

내부와 외부의 온도 차이 및/또는 내부로 유입하고자 하는 공기량에 따라 제1링크(2161)의 각도 및 제2링크(2162)의 각도가 결정될 수 있다. 예를 들면 겨울에는 도 12의 (b) 또는 도 13의 (a)와 같이 입기창(216)이 제어되어 외부 공기를 스마트팜 하우스의 천장쪽으로 향하게 할 수 있다. 또한, 내부로 유입하고자 하는 공기량이 클 경우 도 13의 (a)와 같이, 내부로 유입하고자 하는 공기량이 작을 경우 도 12의 (b)와 같이, 입기창이 제어될 수 있다.

또한 여름에는 최대한 많은 공기가 유입되도록 하면서 유입되는 공기가 바로 가축에게 전달될 수 있도록 도 13의 (b)와 같이 입기창(216)이 제어될 수 있다.

한편, 상술한 방법은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성 가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 또한, 상술한 방법에서 사용된 데이터의 구조는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 여러 수단을 통하여 기록될 수 있다.

본 실시 예와 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기된 기재의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 방법들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

201: 내부 온도 센서
202: 온도 센서 수집부
203: 외부 온도 센서
204: 내부 습도 센서
205: 습도 센서 수집부
206: 데이터 수집 및 제어부
207: 사용자 인터페이스부
208: 모터 제어 구동부
209: 모터 상태 감지부
210: 온도 이상 경보부
211: 모터 상태 경보부
212: 대형 터널휀
213: 순환휀
214: 쿨링 패드
215: 입기 패드
216: 입기창
2161: 제1링크
2162: 제2링크

Claims

내부 온도 센서, 외부 온도 센서 및 내부 습도 센서를 이용하여 스마트 팜 하우스의 내부 온도, 외부 온도 및 내부 습도를 측정해서 쾌적도를 나타내는 온습도 지수를 계산하는 센서부;
상기 내부 온도와 미리 지정된 제어 시계열 스케줄에 따라 외부 공기가 흡입되는 입기패드와 입기창의 개폐도를 제어하고 상기 입기패드와 입기창을 통해 외부 공기를 흡입하도록 휀을 구동하고 상기 쾌적도에 따라 달라지는 휀 제어 시계열 스케줄을 포함하는 제어 패턴에 따라 상기 휀을 제어하는모터 제어구동부; 및
상기 제어 패턴은 상기 휀 제어 시계열 스케줄로, 시간에 따라 변화하는 상기 센서부의 상기 쾌적도, 상기 내부 온도 센서가 식별된 위치에서의 상기 내부 온도 및 상기 내부 습도 센서가 식별된 위치에서의 상기 내부 습도 중 어느 하나 또는 두개 모두를 포함하는 상기 휀이 식별된 위치에서의 휀 동작시간 및 상기 입기패드와 입기창이 식별된 위치에서의 상기 입기패드와 입기창의 개폐도 중 어느 하나 이상을 포함하는, 스마트 팜의 환기 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 휀은 터널휀 및 순환휀이고,
상기 모터 제어구동부는 상기 입기패드와 입기창을 통해 상기 외부 공기를 흡입하도록 상기 터널휀 및 순환휀을 제어하는, 스마트 팜의 환기 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 외부 온도가 상기 내부 온도 보다 기설정된 레벨 이상이면 상기 외부 공기를 냉각시키는 쿨링부를 더 포함하고,
상기 제어 패턴은 상기 쿨링부에 의해 냉각되는 외부 공기에 의한 내부공기의 온도저하값과 습도 상승값에 대한 냉각 시간을 제어하는 냉각 제어값을 더 포함하고,
상기 모터 제어구동부는 상기 냉각 제어값에 따라 상기 쿨링부를 제어하는, 스마트 팜의 환기 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 제어 패턴에서 상기 휀 동작시간은 기설정된 온오프 구간에 따라 다르게 설정되는, 스마트 팜의 환기 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 입기창은 창을 여닫는 회전축으로부터 연장되며 휘어진 곡면을 가지고, 상기 개폐도가 기설정된 제1레벨 이하이면 상기 입기창을 통해 흡입되는 외부 공기가 상기 곡면의 기울어짐 정도에 따라 천장 쪽으로 유입되고, 상기 개폐도가 기설정된 제2레벨 초과이면 상기 입기창을 통해 흡입되는 외부 공기가 중앙 쪽으로 유입되는, 스마트 팜의 환기 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 휀부의 모터 상태를 감지하는 모터 상태 감지부를 더 포함하고,
상기 모터 제어구동부가 감지된 모터 상태에 따라 모터상태 경보부를 통하여 동작 이상 상태를 나타내는, 스마트 팜의 환기 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 모터 제어구동부가 상기 휀 제어 시계열 스케줄을 포함하는 제어 패턴으로 상기 휀을 제어하고, 상기 제어 패턴을 기록하고, 상기 기록에서 향상된 쾌적도의 제어 패턴을 선택하고, 기존 제어 패턴에 새로운 제어 패턴을 생성하는, 스마트 팜의 환기 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 모터 제어구동부가 상기 내부 온도 센서가 식별된 위치에서의 상기 내부 온도가 기설정된 임계치를 초과할 때 온도 변화를 알리고, 상기 온도 변화에 대처한 제어 패턴에 대응하는 반응 제어 패턴을 기록한 반응 히스토리에서 새로운 온도 변화가 발생했을 때 이에 적용할 반응 제어 패턴을 검색해서 상기 휀 제어에 적용하는, 스마트 팜의 환기 시스템.