KR20210041138A - Sensor for Measuring Soil Moisture - Google Patents

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KR20210041138A
KR20210041138A KR1020190122772A KR20190122772A KR20210041138A KR 20210041138 A KR20210041138 A KR 20210041138A KR 1020190122772 A KR1020190122772 A KR 1020190122772A KR 20190122772 A KR20190122772 A KR 20190122772A KR 20210041138 A KR20210041138 A KR 20210041138A
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농업회사법인 제론팜 주식회사
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Abstract

According to the present invention, a soil moisture measurement sensor includes: a moisture measurement condenser part installed in soil; and a main circuit part measuring moisture contained in the soil through the moisture measurement condenser part and wirelessly transmitting the measurement. In particular, the moisture measurement condenser part comprises one single flat member protruding by a predetermined length and having a sharp tip so as to be stuck into the soil, and has an electrode formed therein for embodying at least two condensers at different depths. Installation can be easy due to easier embedment into soil, durability can be enhanced, and LoRa communication is employed to enable stable long-range communication while properly controlling a communication cycle in accordance with the moisture condition of soil, which can lead to the minimization of power consumption. Since moisture can be measured at different depths through one single sensor, the moisture condition in soil can be more accurately identified, thus being properly utilized for various fields.

Description

토양 수분 측정 센서{ Sensor for Measuring Soil Moisture }Sensor for Measuring Soil Moisture}

본 발명은 토양 수분 측정 센서에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 토양의 깊이별로 수분을 측정하여 토양 속 수분 상태를 더욱 정확하게 파악할 수 있도록 해주는 토양 수분 측정 센서에 관한 것이다.The present invention relates to a soil moisture measurement sensor, and more particularly, to a soil moisture measurement sensor that enables to more accurately determine the moisture state in the soil by measuring moisture by depth of the soil.

토양의 수분에 대한 자료 수집, 자동 관수 시스템 구축 등 다양한 목적으로 토양의 수분을 측정하는 센서가 사용되고 있다.Sensors that measure soil moisture are used for various purposes, such as collecting soil moisture data and building an automatic irrigation system.

토양의 수분을 감지하기 위해서는, 건조평량법, 석고 블록 모세관 공극에 흡수된 수분의 전기 전도도로 측정하는 방법, 초벌구이 다공질 컵 수분 장력계 방법, 중성자 측정 방법 등 다양한 방법이 사용될 수 있다.In order to detect moisture in the soil, various methods, such as a dry basis weight method, a method of measuring the electrical conductivity of moisture absorbed in the gypsum block capillary pores, an unglazed porous cup moisture tensiometer method, and a neutron measurement method, can be used.

등록실용 20-0354371호는 토양을 매질로 하는 토양 수분 측정 센서용 콘덴서와 공기를 매질로 하는 표준 콘덴서를 구성하고, 각 콘덴서에 고주파 신호를 발진시켜 두 콘덴서에서의 고주파 신호에 대한 주파수 또는 주기를 측정하고 비교하여 그 값을 정전용량으로 변환함으로써, 토양의 수분 상태를 파악할 수 있는 토양 수분 측정 센서를 개시하고 있다.Registration No. 20-0354371 consists of a condenser for soil moisture measurement sensor using soil as a medium and a standard condenser using air as a medium, and generates a high-frequency signal at each condenser to determine the frequency or period of the high-frequency signal from the two condensers. Disclosed is a soil moisture measurement sensor capable of grasping the moisture state of the soil by measuring and comparing the value and converting the value into a capacitance.

이러한 토양 수분 측정 센서는, 수분에 의한 토양의 유전율 변화를 이용하기 때문에 간단하고 저렴하게 센서를 구성할 수 있다.Since such a soil moisture measurement sensor uses a change in the dielectric constant of the soil due to moisture, the sensor can be configured simply and inexpensively.

그러나, 등록실용 20-0354371호의 센서와 같이 종래의 토양 수분 측정 센서들은 토양에 꼽는 콘덴서의 두 전극을 두 개로 분리된 막대형으로 구성한다.However, conventional soil moisture measurement sensors such as the sensor of No. 20-0354371 for the registration office consist of two electrodes of a condenser inserted into the soil in a rod shape separated into two.

이와 같이 토양에 꼽는 콘덴서의 두 전극을 각각 물리적으로 분리된 막대형으로 구성하면, 거친 토양에는 설치가 어렵고, 부러지거나 휘는 등 훼손되기 쉬워 내구성이 약한 문제가 나타나며, 이러한 문제는 수분을 측정하려는 토양의 깊이가 깊을수록 더욱 크게 나타난다.In this way, if the two electrodes of the condenser inserted into the soil are physically separated in a rod shape, installation is difficult on rough soil, and it is easy to be damaged, such as broken or bent, resulting in a problem of poor durability. The deeper the depth, the larger it appears.

만일 토양 수분 측정 센서의 내구성을 보완하기 위하여, 강도가 강한 스테인리스 금속 등의 재질로 두 전극을 구성하면, 제작 단가가 높아지는 문제가 발생할 수 있다.If the two electrodes are made of a material such as stainless steel having strong strength in order to complement the durability of the soil moisture measurement sensor, there may be a problem of increasing the manufacturing cost.

뿐만 아니라, 등록실용 20-0354371호의 토양 수분 측정 센서와 같이 유선 케이블을 이용하여 통신을 수행하면, 케이블의 길이가 길어지면서 통신 오류가 발생할 가능성이 커지고, 케이블의 절단 등 물리적인 훼손 가능성이 높아져, 안정적인 시스템 운영에 큰 저해 요소가 될 수 있다.In addition, if communication is performed using a wired cable like the soil moisture measurement sensor of No. 20-0354371 for the registration office, the length of the cable becomes longer and the possibility of communication errors increases, and the possibility of physical damage such as cutting the cable increases. It can be a major impediment to stable system operation.

또한, 식물이 성장하는 과정에서 물을 실제로 흡수하는 부위는 잔뿌리 부근이기 때문에 식물 성장과 관련해서는 잔뿌리 부근의 수분 상태가 정확하게 측정되어야 하고, 물을 주거나 비가 오면 위에서부터 수분이 차 내려오기 때문에 토양의 수분 함유량과 관련해서는 토양 상층부의 수분 상태와, 토양 하층부의 수분 상태를 각기 측정하여 활용할 필요가 있다.In addition, since the area that actually absorbs water in the process of plant growth is near the roots, the moisture level near the roots should be accurately measured in relation to plant growth. Regarding the moisture content, it is necessary to measure and utilize the moisture state of the upper layer of the soil and the moisture state of the lower layer of the soil, respectively.

이와 같이, 토양의 수분 상태를 여러 분야에 적절히 이용하기 위해서는, 토양 속 일 지점이 아니라 여러 지점에서의 수분 상태를 동시에 측정해야 하지만, 종래의 토양 수분 측정 센서는 한 지점의 수분만을 측정할 수 있어서, 다양한 분야에 적절히 활용하기 어려운 문제점이 있었다.In this way, in order to properly use the moisture state of the soil in various fields, the moisture state must be measured at several points instead of at one point in the soil, but the conventional soil moisture measurement sensor can measure only the moisture at one point. However, there was a problem that it was difficult to properly use it in various fields.

대한민국 등록실용 20-0354371호(공고일: 2004.06.24)Republic of Korea Registration No. 20-0354371 (Announcement date: 2004.06.24)

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 토양에 설치하기 쉽고 내구성을 강화할 수 있으며, 토양의 깊이별로 수분을 측정하여 토양 속 수분 상태를 더욱 정확하게 파악할 수 있고, 무선 전송 방식을 이용하면서도 전력 소비를 최소화하여 오래 사용할 수 있는, 토양 수분 측정 센서를 제공하는 데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been devised to solve the above problems, it is easy to install in the soil and can enhance durability, and it is possible to more accurately grasp the moisture state in the soil by measuring the moisture by depth of the soil, and a wireless transmission method. Its purpose is to provide a soil moisture measurement sensor that can be used for a long time by minimizing power consumption while using.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 토양 수분 측정 센서는, 토양에 설치되는 수분 측정용 콘덴서부, 및 상기 수분 측정용 콘덴서부를 이용하여 토양에 함유된 수분을 측정하고 무선 통신 방식으로 전송하는 메인 회로부를 포함하여 이루어진다.In order to achieve the above object, the soil moisture measurement sensor according to the present invention measures moisture contained in the soil using a moisture measurement condenser unit installed in the soil, and the moisture measurement condenser unit, and uses a wireless communication method. It comprises a main circuit to transmit.

이때, 상기 수분 측정용 콘덴서부는 토양에 꼽을 수 있도록 일정 길이만큼 길게 돌출되고, 그 말단은 뾰족하게 가공된 하나의 판상 부재로 이루어진다.At this time, the moisture measurement condenser part protrudes long by a certain length so that it can be inserted into the soil, and the end thereof is made of a single plate-shaped member processed to be sharp.

그리고, 상기 판상 부재의 적어도 일 면에는 2개 이상의 콘덴서를 구성하기 위한 전극이 형성되며, 각 콘덴서에 대응하는 전극은 상기 말단으로부터의 거리가 서로 다른 위치에 형성된다.In addition, electrodes for configuring two or more capacitors are formed on at least one surface of the plate-like member, and electrodes corresponding to each capacitor are formed at positions having different distances from the ends.

상기 각 콘덴서를 구성하기 위한 전극은, 상기 판상 부재의 가장자리를 따라 돌아가면서 형성되어 각 콘덴서에 공통으로 연결되는 공통 전극; 및 상기 공통 전극으로 둘러싸인 가운데 부분에 상기 각 콘덴서에 일대일 대응하여 구비되고, 상기 말단으로부터의 거리가 서로 다르게 형성되는 둘 이상의 개별 전극을 포함하여 이루어질 수 있다.The electrodes for configuring each of the capacitors may include: a common electrode formed while being rotated along an edge of the plate-like member and commonly connected to each capacitor; And two or more individual electrodes provided in a central portion surrounded by the common electrode in a one-to-one correspondence with each of the capacitors and having different distances from the ends.

상기 판상 부재는 온도를 측정하는 온도 센서를 포함하여 구성될 수 있다.The plate-like member may include a temperature sensor that measures temperature.

상기 메인 회로부는 상기 각 콘덴서를 통해 측정된 각 깊이에서의 토양 수분 정보를 LoRa 통신 방식을 통해 무선 전송할 수 있으며, 토양의 수분 상태에 따라 전송 주기를 조절하여 전력 소비를 최소화할 수 있다.The main circuit unit may wirelessly transmit soil moisture information at each depth measured through each of the condensers through a LoRa communication method, and may minimize power consumption by adjusting a transmission period according to the moisture state of the soil.

본 발명에 따른 토양 수분 측정 센서에서 수분 측정용 콘덴서부는 그 말단이 뾰족하게 가공된 단일의 판상 부재로 이루어지므로, 토양에 더 잘 삽입될 수 있고, 내구성을 강화할 수 있다.In the soil moisture measurement sensor according to the present invention, since the moisture measurement condenser part is made of a single plate-like member whose ends are sharpened, it can be better inserted into the soil, and durability can be enhanced.

LoRa 무선 통신 방식을 채용하여 장거리 통신을 안정적으로 수행할 수 있으며, 통신주기를 토양의 수분 상태에 따라 적절하게 조절하여 무선 통신을 사용하면서도 전력 소비를 최소화할 수 있다.Long distance communication can be stably performed by adopting the LoRa wireless communication method, and power consumption can be minimized while using wireless communication by appropriately adjusting the communication cycle according to the moisture state of the soil.

특히, 하나의 센서로 여러 깊이에서의 수분을 동시 측정할 수 있으므로, 토양 속 수분 상태를 더욱 정확하게 파악하여, 식물 성장 조건 확인, 토양의 물 흡수 상태 확인, 기상 상황에 대한 대응 등 다양한 분야에 적절히 적용할 수 있다.In particular, since one sensor can measure moisture at multiple depths at the same time, it is appropriate for various fields such as checking the condition of plant growth, checking the water absorption status of the soil, and responding to weather conditions by more accurately grasping the moisture state in the soil. Can be applied.

도 1은 본 발명에 따른 토양 수분 측정 센서의 일 실시예,
도 2는 본 발명에 따른 토양 수분 측정 센서의 또 다른 실시예,
도 3은 메인 회로부에 관한 일 실시예,
도 4 내지 도 6은 토양 내 수분이 변화함에 따라 측정부의 출력 전압이 변화하는 것을 설명하는 예,
도 7은 본 발명에 따른 토양 수분 측정 센서를 이용하여 토양 수분을 모니터링하는 시스템의 예이다.1 is an embodiment of a soil moisture measurement sensor according to the present invention,
2 is another embodiment of the soil moisture measurement sensor according to the present invention,
3 is an embodiment of the main circuit unit,
4 to 6 are examples illustrating that the output voltage of the measuring unit changes as the moisture in the soil changes,
7 is an example of a system for monitoring soil moisture using a soil moisture measurement sensor according to the present invention.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.In the present invention, various transformations may be applied and various embodiments may be provided, and specific embodiments will be illustrated in the drawings and will be described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to a specific embodiment, it should be understood to include all conversions, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.In describing the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known technology may obscure the subject matter of the present invention, a detailed description thereof will be omitted.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In the present application, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but one or more other features. It is to be understood that the presence or addition of elements or numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof does not preclude in advance.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. Terms such as first and second may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another component.

도 1은 본 발명에 따른 토양 수분 측정 센서(100)의 일 실시예를 보인 것으로서, 토양에 설치되는 수분 측정용 콘덴서부(110), 및 메인 회로부(120)를 포함하여 이루어지며, 토양에 설치되어 그 토양의 수분을 측정한다.1 shows an embodiment of a soil moisture measurement sensor 100 according to the present invention, which includes a moisture measurement condenser unit 110 and a main circuit unit 120 installed in the soil, and is installed in the soil To measure the moisture in the soil.

메인 회로부(120)는 일반적으로 PCB(Printed Circuit Board)에 필요한 회로 요소들이 집적되어 구성될 수 있으며, 수분 측정용 콘덴서부(110)를 이용하여 토양에 함유된 수분을 측정하고 전송한다.In general, the main circuit unit 120 may be configured by integrating circuit elements necessary for a printed circuit board (PCB), and measures and transmits moisture contained in the soil using the condenser unit 110 for measuring moisture.

수분 측정용 콘덴서부(110)는 토양에 꼽을 수 있도록 일정 길이만큼 길게 돌출되고 그 말단(115)은 뾰족하게 가공된 하나의 판상 부재로 이루어진다.The moisture measurement condenser unit 110 protrudes long by a certain length so that it can be inserted into the soil, and its end 115 is made of a single plate-shaped member processed to be sharp.

즉, 토양에 꼽는 콘덴서 부분이 종래와 같이 둘 이상의 다리로 이루어지는 것이 아니라, 단일의 판상 부재로 이루어진다.That is, the condenser part inserted into the soil is not made of two or more legs as in the prior art, but is made of a single plate-like member.

여기서 판상 부재의 말단(115)이 뾰족하게 가공된다는 것은 토양에 삽입되기 쉽도록 점차 폭이 좁아지도록 가공된다는 의미로서, 뾰족한 정도는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 도시된 바와 같이, 사용자의 부상 방지 등을 위해, 판상 부재의 말단(115)은 어느 정도 평평하게 다듬어지거나 곡면 처리될 수도 있다.Here, that the end 115 of the plate-like member is sharply processed means that the width is gradually narrowed so that it is easy to be inserted into the soil, and the sharpness is not particularly limited. For example, as shown, in order to prevent the user from being injured or the like, the end 115 of the plate-like member may be smoothed or curved to some extent.

수분 측정용 콘덴서부(110)를 구성하는 판상 부재의 재질, 크기, 모양 등은 다양하게 구성될 수 있다.The material, size, shape, etc. of the plate-shaped member constituting the moisture measurement condenser unit 110 may be variously configured.

수분 측정용 콘덴서부(110)를 구성하는 판상 부재의 일 면 또는 양면에는 콘덴서의 두 전극을 구성하는 제1 전극(111)과 제2 전극(112)이 형성된다.A first electrode 111 and a second electrode 112 constituting two electrodes of the condenser are formed on one or both sides of the plate-like member constituting the condenser unit 110 for measuring moisture.

제1 전극(111)과 제2 전극(112)은 다양하게 구성될 수 있다. 구체적인 예로서, 제1 전극(111)은 판상 부재의 가장자리를 따라 돌아가면서 형성될 수 있고, 제2 전극(112)은 제1 전극(111)으로 둘러싸인 가운데 부분에 형성될 수 있다.The first electrode 111 and the second electrode 112 may be configured in various ways. As a specific example, the first electrode 111 may be formed while rotating along the edge of the plate-like member, and the second electrode 112 may be formed in a central portion surrounded by the first electrode 111.

한편, 식물이 성장하는 과정에서 물을 실제로 흡수하는 부위는 잔뿌리 부근이기 때문에 식물 성장 관리와 관련해서는 잔뿌리 부근의 수분 상태가 정확하게 측정되어야 한다. 또한, 물을 주거나 비가 오면 위에서부터 수분이 차 내려오기 때문에 토양의 수분 함유량과 관련해서는 토양 상층부의 수분 상태와, 토양 하층부의 수분 상태가 각기 측정되어야 한다.On the other hand, since the area that actually absorbs water in the process of plant growth is near the roots, the moisture level near the roots should be accurately measured in relation to plant growth management. In addition, when watering or raining, moisture comes down from the top, so in relation to the moisture content of the soil, the moisture state of the upper layer of the soil and the moisture state of the lower layer of the soil must be measured respectively.

이와 같이, 토양의 수분 상태를 여러 분야에 적절히 이용하기 위해서는 토양 속 일 지점만이 아니라 깊이가 다른 여러 지점의 수분 상태를 동시에 측정할 필요가 있다. 그러면, 식물 성장 관리뿐 아니라 토양 속으로 물이 움직이는 상황도 파악이 가능하여, 토양의 물 흡수 상태 확인, 소나기 등 기상 상황에 대한 대응 등 다양한 분야에 적절히 활용할 수 있다.As described above, in order to properly use the moisture state of the soil in various fields, it is necessary to simultaneously measure the moisture state of not only one point in the soil, but also at several points with different depths. Then, it is possible not only to manage plant growth, but also to grasp the movement of water into the soil, so that it can be appropriately used in various fields such as checking the water absorption status of the soil and responding to weather conditions such as showers.

도 2는 하나의 센서로 토양의 깊이가 다른 두 곳 이상에서 수분을 측정할 수 있는 실시예를 나타낸 것이다.2 shows an embodiment in which a single sensor can measure moisture in two or more places with different soil depths.

이 실시예에서, 토양에 설치되는 수분 측정용 콘덴서부(110)는 도 1에 도시된 실시예와 같이, 토양에 꼽을 수 있도록 일정 길이만큼 길게 돌출되고, 그 말단은 뾰족하게 가공된 하나의 판상 부재로 이루어진다.In this embodiment, the moisture measurement condenser unit 110 installed in the soil protrudes long by a certain length so that it can be inserted into the soil, as in the embodiment shown in FIG. It is made of absence.

판상 부재의 적어도 일 면에는 2개 이상의 콘덴서를 구성하기 위한 전극이 형성된다. 이때, 각 콘덴서에 대응하는 전극은 판상 부재의 말단(115)으로부터의 거리가 서로 다른 위치에 형성된다.Electrodes for configuring two or more capacitors are formed on at least one surface of the plate-like member. At this time, the electrodes corresponding to the respective capacitors are formed at different positions from the end 115 of the plate-like member.

도 2에는 두 개의 콘덴서를 포함하는 수분 측정용 콘덴서부(110)의 예가 나타나 있지만, 콘덴서의 개수는 다양하게 구성될 수 있다.Although an example of the condenser unit 110 for measuring moisture including two condensers is shown in FIG. 2, the number of condensers may be variously configured.

각 콘덴서에서 유전체의 역할은 두 전극 사이에 있는 토양이 수행하므로, 각 콘덴서의 두 전극은 다양하게 구성될 수 있으며, 특별히 제한되지 않는다.Since the soil between the two electrodes plays the role of the dielectric in each capacitor, the two electrodes of each capacitor may be variously configured, and there is no particular limitation.

다만, 각 콘덴서는 그 콘덴서가 위치한 곳, 즉 해당 깊이의 토양 속 수분을 측정하기 위해 사용되므로, 각 콘덴서는 판상 부재의 말단(115)으로부터의 거리가 서로 다른 위치에 형성되어야 한다.However, since each condenser is used to measure the moisture in the soil at the location where the condenser is located, that is, the depth at which the condenser is located, each condenser must be formed at a location having a different distance from the end 115 of the plate-like member.

도 2에서 수분 측정용 콘덴서부(110)의 전극은, 판상 부재의 가장자리를 따라 돌아가면서 형성되어 각 콘덴서에 공통적으로 연결되는 공통 전극(113), 및 공통 전극(113)으로 둘러싸인 가운데 부분에 각 콘덴서에 일대일 대응하여 구비되는 제1 개별 전극(114-1)과 제2 개별 전극(114-2)을 포함하여 이루어진다.In FIG. 2, the electrodes of the condenser unit 110 for moisture measurement are formed while rotating along the edge of the plate-like member, and are formed at the center portion surrounded by the common electrode 113 and the common electrode 113 commonly connected to each condenser. It includes a first individual electrode 114-1 and a second individual electrode 114-2 provided in a one-to-one correspondence with the capacitor.

이때, 제1 개별 전극(114-1)과 제2 개별 전극(114-2)은 판상 부재(110)의 말단(115)으로부터의 거리가 서로 다른 위치에 형성된다.In this case, the first individual electrode 114-1 and the second individual electrode 114-2 are formed at different positions from the end 115 of the plate-like member 110.

즉, 제1 개별 전극(114-1)을 갖는 콘덴서를 통해서는 제2 개별 전극(114-2)을 갖는 콘덴서보다 더 깊은 토양 속 수분이 측정될 수 있다.That is, through the condenser having the first individual electrode 114-1, moisture in the soil deeper than the condenser having the second individual electrode 114-2 can be measured.

본 발명에 따른 토양 수분 측정 센서(100)는 더 많은 토양 속 정보를 측정하기 위하여, 토양 속 온도를 측정하는 온도 센서(117)를 포함하여 구성될 수 있다.Soil moisture measurement sensor 100 according to the present invention may be configured to include a temperature sensor 117 for measuring the temperature in the soil in order to measure more information in the soil.

하나의 온도 센서(117)가 판상 부재에 포함되어 있는 실시예가 나타나 있지만, 온도 센서도 서로 다른 깊이에서의 온도 측정을 위하여, 판상 부재의 말단(115)으로부터의 거리가 서로 다른 위치에 둘 이상 구비될 수 있다.Although an embodiment in which one temperature sensor 117 is included in the plate-like member is shown, the temperature sensor is also provided at two or more locations at different distances from the end 115 of the plate-like member for temperature measurement at different depths. Can be.

온도 센서(117)에서 측정된 토양 속 온도 정보는 메인 회로부(120)에 전달되고, 토양 속 수분 정보와 함께 무선 전송될 수 있다.The temperature information in the soil measured by the temperature sensor 117 is transmitted to the main circuit unit 120 and may be wirelessly transmitted together with the moisture information in the soil.

도 3은 메인 회로부(120)에 관한 일 실시예를 나타낸 것으로서, 메인 회로부(120)는 수분 측정용 콘덴서부(110)를 통해 측정되는 토양의 용량(capacitance) 관련 정보를 이용하여 토양에 함유된 수분을 측정하고 전송하며, 일반적으로 PCB에 각종 회로 요소들을 집적하여 구성될 수 있다.3 shows an embodiment of the main circuit unit 120, wherein the main circuit unit 120 is contained in the soil using information related to the capacity of the soil measured through the condenser unit 110 for moisture measurement. It measures and transmits moisture, and can generally be constructed by integrating various circuit elements on a PCB.

메인 회로부(120)는 일정 주파수의 펄스 신호(구형파)를 발생시킬 수 있는 MCU(Micro Control Unit)를 이용하여 구현될 수 있다.The main circuit unit 120 may be implemented using a micro control unit (MCU) capable of generating a pulse signal (square wave) of a predetermined frequency.

구체적인 예로서 STM32L 계열의 MCU를 이용하여 구성하면, 전력 소비를 최소화한 저가형 센서 구현에 유리하다.As a specific example, if the STM32L series MCU is used to configure it, it is advantageous to implement a low-cost sensor that minimizes power consumption.

메인 회로부(120)는 측정부(121), 아날로그/디지털 변환부(122), 전송부(124), 및 제어부(123)를 포함하여 이루어질 수 있다.The main circuit unit 120 may include a measurement unit 121, an analog/digital conversion unit 122, a transmission unit 124, and a control unit 123.

수분 측정용 콘덴서부(110)에 두 개 이상의 콘덴서가 구현될 수 있으므로, 측정부(121)와 아날로그/디지털 변환부(122)는 구현된 콘덴서의 개수에 따라 구비될 수 있다.Since two or more condensers may be implemented in the condenser unit 110 for measuring moisture, the measurement unit 121 and the analog/digital conversion unit 122 may be provided according to the number of implemented condensers.

이때, 각 측정부(121)와 아날로그/디지털 변환부(122)는 서로 별개의 회로로 구성될 수도 있고, 적어도 일부의 회로 요소를 공통으로 사용하도록 구성될 수도 있다.At this time, each measurement unit 121 and the analog/digital conversion unit 122 may be configured as separate circuits, or may be configured to use at least some circuit elements in common.

측정부(121)는 일정 주파수의 펄스 신호를 생성하여, 병렬 연결된 기본 용량 콘덴서(C1)와 수분 측정용 콘덴서부(110)에 구현된 어느 하나의 콘덴서(Csen)에 공급하고, 출력 전압을 측정한다.The measurement unit 121 generates a pulse signal of a constant frequency, supplies it to a basic capacitor C1 connected in parallel and any one capacitor Csen implemented in the moisture measurement condenser unit 110, and measures the output voltage. do.

도시된 예에서 측정부(121)는 일정 주파수의 펄스 신호(Vin)를 생성하는 발진부, 병렬 연결된 기본 용량 콘덴서(C1)와 수분 측정용 콘덴서부에 구현된 어느 하나의 콘덴서(Csen), 발진부에서 생성된 펄스 신호를 기본 용량 콘덴서(C1)와 해당 콘덴서(Csen)에 전달하는 전류 제한용 저항(R1). 전압 출력을 위하여 입력단과 출력단 사이에 각각 애노드와 캐소드가 연결된 다이오드(D1), 출력단에 병렬 연결된 출력 저항(R2)과 출력 콘덴서(C2)를 포함하여 이루어질 수 있다.In the illustrated example, the measurement unit 121 includes an oscillator generating a pulse signal Vin of a constant frequency, a basic capacitor C1 connected in parallel, and any one capacitor (Csen) implemented in the condenser for moisture measurement, and the oscillator. A current limiting resistor (R1) that transfers the generated pulse signal to the basic capacitor (C1) and the capacitor (Csen). For voltage output, a diode D1 having an anode and a cathode connected to each other between an input terminal and an output terminal, an output resistor R2 connected in parallel to the output terminal, and an output capacitor C2 may be included.

여기서, 다이오드(D1), 출력 저항(R2), 및 출력 콘덴서(C2)는 전압 피크 검출기의 역할을 수행할 수 있다.Here, the diode D1, the output resistor R2, and the output capacitor C2 may serve as a voltage peak detector.

발진부에서 생성하는 펄스 신호(Vin)는 다양하게 구성될 수 있으며, 이하에서는 설명의 편의를 위하여, 3V, 200KHz, 10% Duty를 가진 펄스 신호를 생성한다고 가정하기로 한다.The pulse signal Vin generated by the oscillator may be configured in various ways. Hereinafter, for convenience of description, it is assumed that a pulse signal having 3V, 200KHz, and 10% duty is generated.

도 4는 토양에 수분이 적어 수분 측정용 콘덴서부에 구현된 콘덴서(Csen)의 용량값이 낮을 때의 동작 파형에 관한 예이다.4 is an example of an operation waveform when a capacity value of a condenser (Csen) implemented in a condenser unit for measuring moisture is low due to low moisture in soil.

발진부에서 생성된 펄스 신호(Vin)와, 수분 측정용 콘덴서부에 구현된 콘덴서(Csen)에 나타나는 파형(Vout)이 나타나 있다.A pulse signal Vin generated by the oscillator and a waveform Vout appearing on the condenser Csen implemented in the condenser for measuring moisture are shown.

이 파형은 다이오드(D1), 출력 저항(R2), 출력 콘덴서(C2)로 이루어진 전압 피크 검출기를 통해 전압으로 변환된다. 현재 상황에서 전압 피크 검출기에서 측정되는 전압 값(Vout1)은 약 2.1V 정도이다.This waveform is converted to a voltage through a voltage peak detector consisting of a diode D1, an output resistor R2, and an output capacitor C2. In the current situation, the voltage value (Vout1) measured by the voltage peak detector is about 2.1V.

도 5는 토양에 수분이 증가하여 수분 측정용 콘덴서부에 구현된 콘덴서(Csen)의 용량값이 증가하였을 때의 동작 파형에 관한 예이다.5 is an example of an operation waveform when a capacity value of a condenser (Csen) implemented in a condenser unit for measuring moisture increases due to an increase in moisture in the soil.

발진부에서 생성된 펄스 신호(Vin)와, 수분 측정용 콘덴서부에 구현된 콘덴서(Csen)에 나타나는 파형(Vout)이 나타나 있다.A pulse signal Vin generated by the oscillator and a waveform Vout appearing on the condenser Csen implemented in the condenser for measuring moisture are shown.

토양 수분의 증가로 인해 수분 측정용 콘덴서부에 구현된 콘덴서(Csen)의 용량값이 증가함에 따라, 현재 상황에서 전압 피크 검출기에서 측정되는 전압 값(Vout1)은 약 1.6V 정도로 감소하였다.As the capacity value of the condenser (Csen) implemented in the condenser unit for measuring moisture increased due to the increase in soil moisture, the voltage value (Vout1) measured by the voltage peak detector in the current situation decreased to about 1.6V.

도 6은 토양에 수분이 더 증가하여 수분 측정용 콘덴서부에 구현된 콘덴서(Csen)의 용량값이 더 증가하였을 때의 동작 파형에 관한 예이다.6 is an example of an operation waveform when the capacity value of the condenser (Csen) implemented in the condenser unit for measuring moisture is further increased due to further increase in moisture in the soil.

발진부에서 생성된 펄스 신호(Vin)와, 수분 측정용 콘덴서부에 구현된 콘덴서(Csen)에 나타나는 파형(Vout)이 나타나 있다.A pulse signal Vin generated by the oscillator and a waveform Vout appearing on the condenser Csen implemented in the condenser for measuring moisture are shown.

토양 수분이 더 증가하여 수분 측정용 콘덴서부에 구현된 콘덴서(Csen)의 용량값이 더 증가함에 따라, 현재 상황에서 전압 피크 검출기에서 측정되는 전압 값(Vout1)은 약 1.1V 정도로 더욱 감소하였다.As soil moisture further increases and the capacitance value of the capacitor Csen implemented in the moisture measurement condenser unit further increases, the voltage value Vout1 measured by the voltage peak detector in the current situation further decreased to about 1.1V.

즉, 토양의 수분이 증가할수록 수분 측정용 콘덴서부에 구현된 콘덴서(Csen)의 용량값이 증가하고, 이 콘덴서(Csen)의 용량값이 증가함에 따라, 전압 피크 검출기에서 검출하는 전압(Vout1)은 감소한다.That is, as the moisture in the soil increases, the capacity value of the capacitor (Csen) implemented in the condenser unit for moisture measurement increases, and as the capacity value of the capacitor (Csen) increases, the voltage detected by the voltage peak detector (Vout1) Decreases.

측정부(121)에서 검출된 전압값은 아날로그/디지털 변환부(122)를 통해 디지털 값으로 변환되고, 전송부(124)는 제어부(123)의 제어에 따라, 토양 수분 정보를 무선 전송한다.The voltage value detected by the measurement unit 121 is converted to a digital value through the analog/digital conversion unit 122, and the transmission unit 124 wirelessly transmits soil moisture information under the control of the control unit 123.

전송할 토양 수분 정보는 다양한 형태의 데이터일 수 있다. 예를 들어, 아날로그/디지털 변환부(122)에서 디지털 값으로 변환된 전압값을 그대로 전송하여 수신 측에서 수분함량을 판단하도록 할 수도 있고, 전압값을 그에 대응하는 수분함량으로 변환하여 전송할 수도 있다.The soil moisture information to be transmitted may be various types of data. For example, the analog/digital converter 122 may transmit a voltage value converted to a digital value as it is, so that the receiving side may determine the moisture content, or the voltage value may be converted into a corresponding moisture content and transmitted. .

제어부(123)는 메인 회로부(120)의 동작을 전반적으로 제어하며, 토양 수분 측정 센서(100)에서 직접 수분함량 정보를 산출하는 경우, 측정부(121)에서 측정된 전압값을 수분함량으로 변환하여 산출할 수 있다.The control unit 123 generally controls the operation of the main circuit unit 120, and when the soil moisture measurement sensor 100 directly calculates the moisture content, the voltage value measured by the measurement unit 121 is converted into the moisture content. It can be calculated by

전송부(124)가 토양 수분 정보를 전송하기 위하여 사용하는 무선 전송 방식은 다양하게 구성될 수 있다. 구체적인 예로서, 전송부(124)는 사물 인터넷 통신에 적합한 통신 규격인 LoRa(Long Range)를 이용하여 무선 통신을 수행하도록 구성될 수 있다.The wireless transmission method used by the transmission unit 124 to transmit soil moisture information may be configured in various ways. As a specific example, the transmission unit 124 may be configured to perform wireless communication using a long range (LoRa), which is a communication standard suitable for IoT communication.

또한, 제어부(123)는 전송부(124)의 통신주기를 토양의 수분 상태에 따라 조절함으로써 전력 소비를 최소화할 수 있다.In addition, the control unit 123 may minimize power consumption by adjusting the communication period of the transmission unit 124 according to the moisture state of the soil.

예를 들어, 토양에 수분이 충분하고 안정되어 있을 때는 측정 주기를 좀더 길게 하고, 수분이 부족할 때는 보다 자주 측정이 이루어지도록 측정 주기를 줄이도록 제어할 수 있다.For example, when the soil is sufficiently moist and stable, the measurement cycle can be lengthened, and when moisture is insufficient, the measurement cycle can be reduced so that measurements are made more frequently.

도 7은 본 발명에 따른 토양 수분 측정 센서(100)를 이용하여 토양 수분을 모니터링하는 시스템의 예이다.7 is an example of a system for monitoring soil moisture using the soil moisture measurement sensor 100 according to the present invention.

토양의 수분 감시가 필요한 다양한 곳에 토양 수분 측정 센서(100)를 설치하면, 토양 수분 측정 센서(100)들은 자신이 설치된 곳의 토양 수분을 측정하여 관리자 컴퓨터(210)로 무선 전송한다.When the soil moisture measurement sensor 100 is installed in various places where moisture monitoring of the soil is required, the soil moisture measurement sensors 100 measure the soil moisture in the place where it is installed and transmit it wirelessly to the manager computer 210.

이때 무선 통신은 RoLa 통신 방식에 따라 이루어질 수 있다.In this case, wireless communication may be performed according to the RoLa communication method.

그러면, 관리자 컴퓨터(210)와 토양 수분 측정 센서(100)는 1km 정도까지도 멀어질 수 있으므로, 관리자 컴퓨터(210)는 토양으로부터 멀리 떨어진 곳에 배치될 수 있다.Then, since the manager computer 210 and the soil moisture measurement sensor 100 can be separated by about 1 km, the manager computer 210 can be disposed far from the soil.

즉, 관리자 컴퓨터(210)가 인터넷망(220)이 설치된 지점에 배치될 수 있기 때문에, 관리자는 집이나 작업장, 사무실 등 관리가 편한 곳에서 멀리 떨어진 토양의 수분 상태를 감시할 수 있으며, 측정되는 수분 상태에 따라 관수 제어 등 적절한 조치를 신속하게 취할 수 있다.That is, since the manager computer 210 can be placed at the point where the Internet network 220 is installed, the manager can monitor the moisture status of the soil far away from a place where management is convenient, such as a house, a workplace, or an office. Depending on the moisture level, appropriate measures such as irrigation control can be quickly taken.

관리자 컴퓨터(210)는 통신망(220)을 통해 원격지에서 접속 가능한 서버의 형태로 구성되거나, 타 서버와 연동할 수 있다.The manager computer 210 may be configured in the form of a server that can be accessed from a remote location through the communication network 220 or may be interlocked with other servers.

그러면, 관리자(농업인)는 스마트폰이나 태블릿 컴퓨터 등 각종 관리자 단말(230)을 이용하여 원격지에서도 농지의 수분 상태를 확인하고, 적절한 조치를 취할 수 있게 된다.Then, the manager (farmer) can use various manager terminals 230 such as a smart phone or a tablet computer to check the moisture status of the farmland even in a remote place and take appropriate measures.

상기에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 기술적 특징이나 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백한 것이다.In the above, the present invention has been illustrated and described in relation to specific preferred embodiments, but the present invention may be variously modified and changed within the scope of not departing from the technical features or field of the present invention provided by the following claims. It is obvious to one of ordinary skill in the art that it can be.

100: 토양 수분 측정 센서 110: 수분 측정용 콘덴서부
111: 제1 전극 112: 제2 전극
113: 공통 전극 114-1: 제1 개별 전극
114-2: 제2 개별 전극 117: 온도 센서
120: 메인 회로부 121: 측정부
122: 아날로그/디지털 변환부 123: 제어부
124: 전송부 210: 관리자 컴퓨터
220: 통신망 230: 관리자 단말100: soil moisture measurement sensor 110: condenser unit for moisture measurement
111: first electrode 112: second electrode
113: common electrode 114-1: first individual electrode
114-2: second individual electrode 117: temperature sensor
120: main circuit part 121: measuring part
122: analog/digital conversion unit 123: control unit
124: transmission unit 210: administrator computer
220: communication network 230: manager terminal

Claims (3)

토양의 수분을 측정하는 토양 수분 측정 센서로서,
토양에 설치되는 수분 측정용 콘덴서부; 및
상기 수분 측정용 콘덴서부를 이용하여 토양에 함유된 수분을 측정하고 무선 통신 방식으로 전송하는 메인 회로부를 포함하고,
상기 수분 측정용 콘덴서부는,
토양에 꼽을 수 있도록 일정 길이만큼 길게 돌출되고, 그 말단은 뾰족하게 가공된 하나의 판상 부재로 이루어지고,
상기 판상 부재의 적어도 일 면에는 2개 이상의 콘덴서를 구성하기 위한 전극이 형성되며, 각 콘덴서에 대응하는 전극은 상기 말단으로부터의 거리가 서로 다른 위치에 형성되는, 토양 수분 측정 센서.As a soil moisture measurement sensor that measures soil moisture,
A condenser unit for measuring moisture installed in the soil; And
It includes a main circuit unit for measuring moisture contained in the soil using the condenser unit for moisture measurement and transmitting it by a wireless communication method,
The moisture measurement condenser unit,
It protrudes for a certain length so that it can be inserted into the soil, and its end is made of a single plate-shaped member that is sharpened
An electrode for configuring two or more capacitors is formed on at least one surface of the plate-like member, and electrodes corresponding to each capacitor are formed at different positions at different distances from the end of the plate-like member. 제 1 항에 있어서,
상기 각 콘덴서를 구성하기 위한 전극은,
상기 판상 부재의 가장자리를 따라 돌아가면서 형성되어 각 콘덴서에 공통으로 연결되는 공통 전극; 및
상기 공통 전극으로 둘러싸인 가운데 부분에 상기 각 콘덴서에 일대일 대응하여 구비되고, 상기 말단으로부터의 거리가 서로 다르게 형성되는 둘 이상의 개별 전극을 포함하는, 토양 수분 측정 센서.The method of claim 1,
Electrodes for configuring each of the capacitors,
A common electrode formed while rotating along the edge of the plate-like member and commonly connected to each capacitor; And
A soil moisture measurement sensor comprising two or more individual electrodes provided in a one-to-one correspondence with each of the capacitors in a central portion surrounded by the common electrode, and having different distances from the ends. 제 1 항에 있어서,
상기 판상 부재는 온도를 측정하는 온도 센서를 포함하고,
상기 메인 회로부는 상기 각 콘덴서를 통해 측정된 각 깊이에서의 토양 수분 정보를 LoRa 통신 방식을 통해 무선 전송하고, 토양의 수분 상태에 따라 전송 주기를 조절하는 것을 특징으로 하는, 토양 수분 측정 센서.The method of claim 1,
The plate-like member includes a temperature sensor for measuring a temperature,
The main circuit unit wirelessly transmits soil moisture information at each depth measured through each of the condensers through a LoRa communication method, and controls a transmission period according to the moisture state of the soil.
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