KR20210077421A

KR20210077421A - 스마트팜 온실 환기창의 개도율 자동제어시스템

Info

Publication number: KR20210077421A
Application number: KR1020190169042A
Authority: KR
Inventors: 정수호; 김희곤; 이형석; 윤가윤; 이진우
Original assignee: 전라남도
Priority date: 2019-12-17
Filing date: 2019-12-17
Publication date: 2021-06-25
Anticipated expiration: 2039-12-17
Also published as: KR102384049B1

Abstract

본 발명은 보급형 스마트팜 모델의 고도화를 통한 사용의 편의성 및 효율성을 증진하기 위한 스마트팜 온실 환기창의 개도율 자동제어시스템에 대한 것으로, 본 발명에 따르면 복합적인 환경요인에 따른 환기창의 설정 제어와 풍속에 따라 환기창을 제어하는 제어알고리즘을 반영하는 환기창의 개도율 제어시스템을 구현하고, 이를 사용자인터페이스(GUI) 화면을 통해 직관적으로 확인하고 설정변경할 수 있는 프로그램을 구현함으로써, 설정 데이터를 시각화하고 동작시간/제어기별 구간 설정온도를 그래픽화 하여 제어하는 화면 구성 인터페이스를 갖춘 보급형 모델 프로그램의 고도화를 구현할 수 있다.

Description

스마트팜 온실 환기창의 개도율 자동제어시스템{Ventilation control system by automatic for greenhouse in Smart farm}

본 발명은 보급형 스마트팜 모델의 고도화를 통한 사용의 편의성 및 효율성을 증진하기 위한 스마트팜 온실 환기창의 개도율 자동제어시스템에 대한 것이다.

종래에는 개인의 오랜 재배 경험을 통해 획득한 노하우나 지식에 따라 생장환경을 제어하고 작물을 재배하여 개인에 따라 생산량이나 과실의 크기나 품질 등에 편차가 매우 큰 문제점이 있었다. 최근에는 농업 생산성의 정체, 농촌인구 감소 및 고령화, 농산물 시장 개방이라는 위기 아래, 작물 생산량 및 품질을 높이고, 노동력을 절감하기 위한 방안으로, 농업에 ICT(Information and Communication Technology) 기술을 접목한 스마트팜(Smart farm)이 확산되고 있는 추세에 있다.

스마트팜은 사물 인터넷 기술을 이용하여 재배 시설의 환경을 모니터링하고, 제어 장치를 구동하여 재배에 적합한 환경을 조성해 주며, 모바일 기기를 통해 원격 관리도 가능하기 때문에 농업분야 진출에 대한 장벽을 낮추고 생산성과 효율성, 품질 향상 등과 같은 고부가가치를 창출할 수 있는 차세대 모델로 꼽히고 있다.

이에, 작물 생산량이나 품질을 향상시키기 위한 노력의 일환으로 수집된 데이터를 기반으로 더욱 정밀한 제어를 수행할 수 있는 데이터 처리 방안이나 제어 알고리즘을 구현하기 위한 연구가 지속되고 있다.

일반적으로 온실에서 이루어지는 작물 생장 환경 제어 서비스들은 시간을 기준으로 제어장치의 가동 여부를 설정할 수 있으며 관리자의 경험적 판단에 의해 수동으로 제어되는 경우가 많다. 시간을 기준으로 제공되는 제어서비스들은 외부의 영향을 받는 온실 환경에서 기상 악화와 같은 변수를 고려하지 못하게 된다. 또한, 관리자가 현재 재배중인 작물에 대한 경험이 풍부하여 관리자의 경험적 지식을 기반으로 제어 장치들의 제어 점(Setpoint)을 설정할 수도 있다. 하지만 이는 특정 작물에 대한 재배 경험이 많은 농업인에게 가능한 일이며 일반적인 농업인들에게는 제어 점 설정에 많은 어려움이 있다.

특히, 최근 스마트팜을 구현하는 기술이 발달함에 따라 다양한 환경제어프로그램이 연동하는 제어기가 접목한 기술이 보급되고 있으나, 온실의 온습도, 대기시간, 환기창의 개폐 등의 제어 조작에 필요한 설정환경 제어기 화면이 복잡하여 노령자가 다수를 차지하는 농업인들의 활용도에 큰 어려움이 있으며, 온실의 대기 환경을 조율하는 측면에서도 이러한 문제는 이어지고 있다.

한국공개특허 제10-2017-0058212호 한국등록특허 제10-1671588호

본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 온실의 내부의 온도, 습도, 가스를 포함하는 복합적인 환경요인에 따른 환기창의 설정 제어와 풍속에 따라 환기창을 제어하는 제어알고리즘을 반영하는 환기창의 개도율 제어시스템을 구현하는 데 있다.

특히, 온실 내부 및 외부의 온도편차, 환기설정 온도에 따라 환기창 개폐 및 개도율을 자동조절이 가능하며, 이를 구현하는 환기창 제어알고리즘을 사용자가 계절 및 설정 주기에 따른 개도율 설정이 가능하도록 구현하여 사용의 편의성을 강화하는 한편, 사용자 인터페이스 시각화 및 환기창 제어 우선순위를 결정할 수 있도록 하는 방법을 제공할 수 있도록 한다.

또한, 본 발명에서는 사용자인터페이스(GUI) 화면을 통해 직관적으로 확인하고 설정변경할 수 있는 프로그램을 구현함으로써, 설정 데이터를 시각화하고 동작시간/제어기별 구간 설정온도를 그래픽화 하여 제어하는 화면 구성 인터페이스를 갖춘 보급형 모델 프로그램의 고도화를 통해 사용자 편의성 및 효율성을 증대하고 스마트팜 모델의 보급을 활성화할 수 시스템을 제공하는 데 있다.

상술한 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 실시예에서는, 도 1 및 도 2에 도시된 것과 같이, 온실의 내부의 온도, 습도, 가스 상태에 대한 환경정보 및 상기 온실 외부의 온도, 습도, 풍속에 대한 환경정보를 감지하는 다수의 센서군을 포함하는 센서모듈(100);

상기 센서모듈(100)에서 전송되는 환경정보를 기반으로, 온도편차 및 풍속의 변화량에 따른 기준이 되는 설정값과 환경정보의 변동치를 대비하여 온실의 환기창의 개도율을 제어하는 제어신호를 송출하는 제어모듈(200);

상기 제어모듈(300)에서 송신되는 제어신호를 수신하여 구동모듈을 포함하는 개폐유닛(320)을 구동하여 온실의 환기창(310)의 개도율을 조절하는 환기창구동모듈(300); 및

상기 제어모듈(300)의 제어알고리즘에 따른 환기창의 개도율의 설정 정보 및 온실의 내부 환경의 제어상태를 사용자인터페이스(GUI)를 통해 디스플레이하는 프로그램을 구비하며,

상기 프로그램을 통해 상기 제어모듈의 설정 사항을 변경하도록 하는 사용자단말(400);

을 포함하는,

스마트팜 온실 환기창의 개도율 자동제어시스템을 제공할 수 있도록 한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 온실의 내부의 온도, 습도, 가스를 포함하는 복합적인 환경요인에 따른 환기창의 설정 제어와 풍속에 따라 환기창을 제어하는 제어알고리즘을 반영하는 환기창의 개도율 제어시스템을 구현하고, 이를 사용자인터페이스(GUI) 화면을 통해 직관적으로 확인하고 설정변경할 수 있는 프로그램을 구현함으로써, 설정 데이터를 시각화하고 동작시간/제어기별 구간 설정온도를 그래픽화 하여 제어하는 화면 구성 인터페이스를 갖춘 보급형 모델 프로그램의 고도화를 통해 사용자 편의성 및 효율성을 증대하고 스마트팜 모델의 보급을 활성화할 수 있는 효과가 있다.

특히, 본 발명의 실시예에서는, 온실 내부 및 외부의 온도편차, 환기설정 온도에 따라 환기창 개폐 및 개도율을 자동조절이 가능하며, 이를 구현하는 환기창 제어알고리즘을 사용자가 계절 및 설정 주기에 따른 개도율 설정이 가능하도록 구현하여 사용의 편의성을 강화하는 한편, 사용자 인터페이스 시각화 및 환기창 제어 우선순위를 결정할 수 있도록 하는 방법을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는, 사용자의 환기 설정온도와 외부 온도 편차를 이용하되, 온실환경에 따라 개도율을 조절하게 되며, 계절별로 이러한 개도율의 크기를 다르게 설정하여, 계절별로 온도 환기시 급격한 온도변화에 따른 결로현상으로 인한 작물의 생육저하를 방지하고, 병해충 피해를 예방하는 변온관리가 가능하게 된다.

도 1은 본 발명의 스마트팜 온실 환기창의 개도율 자동제어시스템의 구성블록도면이다.
도 2는 도 1의 상세 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명을 적용하는 제어모듈에서 제어알고리즘을 적용하여 온실의 내부 및 외부의 온도 편차에 따른 환기창의 개도율을 제어하는 제어순서도를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에서 적용하는 사용자 환기 설정온도와 외부 온도의 편차를 이용한 환기창의 개도율 자동조절 알고리즘의 구현예를 도시한 이미지 이다.
도 5는 도 4에서 상술한 환기창 개폐율 자동조절 알고리즘이 적용된 사용자 인터페이스의 화면을 예시한 것이다.
도 6은 도 5의 설정화면을 확대한 상세도이다.
도 7은, 본 발명을 적용하는 제어모듈에서, 외부의 풍속의 변화를 감지하고, 이에 따른 개도율 설정사항을 구현하는 이미지를 도시한 것이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

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. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 스마트팜 온실 환기창의 개도율 자동제어시스템(이하, '본 발명'이라 한다.)의 구성을 도시한 블록도이며, 도 2는 도 1의 상세 구성도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명은 온실의 내부의 온도, 습도, 가스 상태에 대한 환경정보 및 상기 온실 외부의 온도, 습도, 풍속에 대한 환경정보를 감지하는 다수의 센서군을 포함하는 센서모듈(100)과, 상기 센서모듈(100)에서 전송되는 환경정보를 기반으로, 온도편차 및 풍속의 변화량에 따른 기준이 되는 설정값과 환경정보의 변동치를 대비하여 온실의 환기창의 개도율을 제어하는 제어신호를 송출하는 제어모듈(200), 상기 제어모듈(300)에서 송신되는 제어신호를 수신하여 구동모듈을 포함하는 개폐유닛(320)을 구동하여 온실의 환기창(310)의 개도율을 조절하는 환기창구동모듈(300) 및 상기 제어모듈(300)의 제어알고리즘에 따른 환기창의 개도율의 설정 정보 및 온실의 내부 환경의 제어상태를 사용자인터페이스(GUI)를 통해 디스플레이하는 프로그램을 구비하며, 상기 프로그램을 통해 상기 제어모듈의 설정 사항을 변경하도록 하는 사용자단말(400)을 포함하여 구성될 수 있다.

구체적으로, 상기 센서모듈(100)은, 온실의 내부의 환경과 외부의 환경에 대한 정보를 실시간으로 계측하여 제어모듈(200)로 전송하는 기능을 하는 것으로, 온실내부의 온도 및 외부의 온도를 감지하는 온도센서를 포함하는 온도센서부(110), 상기 온실 내부의 습도 변화를 감지하는 습도센서를 포함하는 습도센서부(120), 상기 온실 내부의 가스 변화를 감지하는 가스센서를 포함하는 가스센서부(130), 상기 온실 외부의 풍속의 변화를 감지하는 풍속센서를 포함하는 풍속센서부(140) 및 다수의 센서에서 감지하는 환경정보를 상기 제어모듈(200)으로 전송하는 제통신부(150)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 온도센서부(110)는 온실 내부의 온도를 측정하는 내부 온도센서와 온실 외부 온도를 측정하는 외부 온도센서를 포함하며, 온도센서에서 측정된 측정값을 임시로 저장하며 전송하는 유닛 및 전원공급 배터리 등의 주변 기기장치를 포함한다.

상기 제어모듈(200)는, 상기 온도센서부(110)에서 측정된 데이터를 입력받는회로, 제어신호 출력, 연산부 및 주변장치를 포함하는 구성을 구비하며, 구체적으로는, 상기 제1통신부(150)에서 전송되는 상기 환경정보를 전송받아 카테고리별로 분류하여 저장하는 센서신호 수집부(210)와, 온실 내부에 필요한 기준이 되는 기준 환경정보와 상기 환경정보와의 편차를 산출하는 기준편차 산출부(A), 상기 기준편차 산출부(A)의 분석정보를 바탕으로, 상기 환기창(310)의 개도율을 시간대 별로 설정 또는 변경하는 환기창 개도율 제어부(260), 상기 환기창개도율제어부(260)의 제어신호를 상기 환기창구동모듈(300)으로 전송하는 제2통신부(270)를 포함하여 구성될 수 있다.

특히, 상기 기준편차 산출부(A)는, 상기 온실 내부의 온도와 외부의 온도의 편차를 산출하고, 온실의 내부 및 외부의 온도 편차에 따른 환기창의 개도율의 설정을 수행하는 온도편차산출부(220)와, 상기 온실 내부의 습도 변화를 시간대별로 도출하여 기준이 되는 습도의 범위와 대비하여 결과값을 산출하고, 결과값에 따른 환기창의 개도율의 설정을 수행하는 습도변화 산출부(230), 상기 온실 내부의 이산화탄소의 농도 변화를 포함하는 가스 농도의 변화량과 기준 범위의 이산화탄소 농도와의 편차 값을 산출하고, 결과값에 따른 환기창의 개도율의 설정을 수행하는 가스변화 산출부(240), 상기 온실 외부의 풍속의 변화량의 정보를 실시간으로 전달받고, 기준이 되는 설정값과 대비하여 풍속변화율을 산출하고, 결과값에 따른 환기창의 개도율의 설정을 수행하는 풍속변화율 산출부(250)를 포함하여 구성될 수 있다.

나아가, 상기 환기창 개도율 제어부(260)는, 상기 환기창의 개폐유닛을 제어하는 복수의 제어기를 구비하며, 상기 복수의 제어기별 설정온도를 기준으로 우선순위를 결정하여 환기창의 개도율을 제어하거나, 또는 상기 기준편차 산출부(A)에서 산출된 개도율 설정값을 반영하여 환기창의 개도율을 제어할 수 있도록 한다.

또한, 본 발명에서의 상기 환기창 구동모듈(300)은, 환기창(310)과 상기 환기창의 개도율을 조절하는 개폐형 윈도우(W)와 상기 윈도우의 개폐를 위한 구동력을 전달하는 구동모터를 포함하는 개폐유닛(320), 상기 구동모터의 구동동작을 제어하는 제어신호를 수신하는 제어신호수신부(330)과, 상기 윈도우(W)의 개폐 정도를 실시간으로 감지하는 센서를 포함하는 개도율감지부(340)를 포함하여 구성될 수 있다.

특히, 본 발명에서의 상기 환기창 구동모듈(300)의 경우, 환기창의 온실의 천장에 구비되거나 측면에 형성되는 다수의 환기창을 포함할 수 있으며, 이러한 환기창들의 경우 우선순위를 두어 개구율 조절하는 것도 가능하다. 이를테면, 천창개폐장치의 자동화 조건은 열림조건과 닫힘조건이 발생하는 구간을 선정하여 각 구간에 도달할 경우 천창도어가 열리거나 닫히도록 제어하는 방식은 구현하지만, 천창도어의 열림 정도를 구간별로 나누어 온도 , 습도, 가스 및 외부의 풍속의 변화를 포함하는 환경조건의 변화에 대응하여 도어의 개패율을 실시간으로 설정 변경할 수 있게 되고, 이를 기준으로 개폐되도록 함으로서 갑작스런 환경변화를 방지할 수 있도록 하는 것이다.

이러한 환기창의 개도율의 설정과 변경사항의 표시는 본 발명에서는 사용자단말(400)에서 온실의 내부 환경의 제어상태를 사용자인터페이스(GUI)를 통해 디스플레이하는 프로그램을 통해 확인할 수 있도록 한다.

구체적으로, 상기 사용자인터페이스(GUI)를 통해 디스플레이하는 프로그램은 온실의 내부 및 외부의 온도 편차에 따른 환기창의 개도율의 설정상태를 시각화하여 표시하는 온도편차 개도율표시부(410)와 온실 외부의 풍속에 따른 환기창의 개도율의 설정상태를 시각화하여 표시하는 풍속편차 개도율표시부(420), 온실의 내부의 가스의 농도 및 상태에 따르 환기창의 개도율의 설정상태를 시각화하여 표시하는 대기환경별 개도율표시부(430), 주간 및 야간의 시간대별 설정온도 상태를 시각화하여 표시하는 설정온도 변화 표시부(440)를 포함하여 구성될 수 있다.

이러한 사용자 단말의 경우, 유, 무선 인터넷 망을 통해 전송할 수 있도록 하는 단말기를 포함하는 일체의 유닛을 포함하는 것을 의미한다. 즉, 인터넷을 통해 접속하기 위한 단말에 해당하며, 넓게는 각종 데이터를 입력하는 키보드, 마우스 등과 같은 입력장치, 모니터 및 프린터 등과 같은 출력장치, 모뎀이나 LAN 등과 같은 송수신장치, 마이크로프로세서나 그래픽 카드와 같은 처리장치 및 이들을 운용하거나 제어하는 각종 프로그램을 탑재한 저장장치로 구성되며, 인터넷망에 접속할 수 있게 한다. 이러한 일예로는 개인 컴퓨터(Personal Computer; PC) 및/또는 노트북(Notebook)을 적어도 하나 이상 포함하여 이루어지는 것이 바람직하며, 상기 무선 단말은 개인통신 단말기(Personal Communication System; PCS) 및/또는 GSM(Global System for Mobile communications) 단말기 및/또는 개인 디지털 셀룰러 단말기(Personal Digital Cellular; PDC) 및/또는 PHS(Personal Handyphone System) 단말기 및/또는 개인 정보 단말기(Personal Digital Assistant; PDA) 및/또는 스마트폰(Smart Phone) 및/또는 텔레매틱스(Telematics) 및/또는 무선 데이터 통신 단말기 및/또는 휴대 인터넷 단말을 적어도 하나 이상 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

도 3은 본 발명을 적용하는 제어모듈에서 제어알고리즘을 적용하여 온실의 내부 및 외부의 온도 편차에 따른 환기창의 개도율을 제어하는 제어순서도를 도시한 것이다. 아울러, 도 4는 본 발명에서 적용하는 사용자 환기 설정온도와 외부 온도의 편차를 이용한 환기창의 개도율 자동조절 알고리즘의 구현예를 도시한 이미지 이다.

즉, 본 발명에 따른 시스템을 적용하는 경우, 온실 내부의 온도 및 외부 온도, 그리고 사용자가 설정하는 환기 설정온도를 인자로 하여 환기창을 개폐하거나 그 개도율을 자동조절할 수 있도록 한다. 이는 온실 내부의 온도와 환기 설정온도의 편차에 따른 환기창의 열림, 닫힘 조건을 설정함과 동시에, 환기창 열림조건이 성립할시, 외부 및 환기설정온도의 편차에 따른 환기창 제어알고리즘을 구동하도록 설계할 수 있다.

구체적으로 도 3을 참조하여 설명하면, 본 발명의 설정 조건의 경우, 온실 환기창의 개폐 제어조건을 온실의 내부온도, 외부온도, 환기 설정온도 조건으로 설정하고, 이에 따라 환기창의 제어환경을 구현할 수 있도록 할 수 있다.

도 3에 도시된 것과 같이, 온실의 내부온도와 환기 설정온도에 따른 온실의 환기창 개폐 제어조건을 설정한다. 이를테면, 상술한 도 2의 구성에서, 상기 환기창 개도율 제어부(260)를 통해 구현되는 제어 동작으로, 상기 온도편차 산출부(220)에서, 온실 내부 온도와 설정온도를 비교하여 온도 편차에 따른 개도율 설정을 수행하되, 온실 내부온도 ＞ 설정온도인경우, 환기창을 열림으로 설정하고, 온실 내부온도 ＜ 설정온도인 경우, 환기창을 닫힘으로 설정할 수 있다.

또한, 환기창이 열림조건을 충족하는 경우 즉, 상기 환기창 개도율 제어부(260)는, 온실 내부온도 ＞ 설정온도인경우, 환기창을 열림의 조건을 충족하는 경우, 상기 온도편차 산출부(220)에서, 온실 외부 온도와 설정온도를 비교하여 온도 편차에 따른 개도율 설정을 수행하되, 온실의 외부온도 ＜ 설정온도인 경우, 환기제어알고리즘을 통한 비례제어를 수행하여 환기창의 개도율을 자동제어하도록 하며, 온실의 외부온도 ＞ 설정온도인 경우, 환기창의 개도율을 100%로 설정하도록 구현할 수 있다.

이상의 도 3의 온도에 따른 환기창의 제어 동작에서는 다음과 같은 예시 상황에서 환기창의 제어동작이 수행된다.

예시1) 내부온도 23℃, 환기설정온도 25℃, 외부온도 5℃ : 환기창 닫힘.;

예시2) 내부온도 35℃, 환기설정온도 25℃, 외부온도 27℃ : 환기창 100% 열림.

예시3) 내부온도 25℃, 환기설정온도 20℃, 외부온도 15℃ : 알고리즘 제어

즉, 예시 1의 과정에서, 내부온도 23℃ ＜ 환기설정온도 25℃이므로, 외부온도를 고려하지 않고도 환기창의 닫힘상태를 유지하게 된다.

반면, 예시 2의 과정에서 내부온도 35℃ ＞ 환기설정온도 25℃이므로, 환기창 열림조건을 충족하게 되며, 이 경우 외부온도를 고려하게 되는데,

환기설정온도 25℃ ＜ 외부온도 27℃ 인바, 환기창을 100% 열리도록 제어하게 된다.

예시 3의 과정에서는, 내부온도 25℃ ＞ 환기설정온도 20℃이므로, 환기창 열림조건을 충족하게 되며, 이 경우, 외부온도를 고려하여,

환기설정온도 20℃ ＞ 외부온도 15℃ 이므로, '환기 개도율 자동 조절 알고리즘'을 수행하여 환기창의 개도율을 조절하게 된다.

도 4는 도 3에서 상술한 예시 3과 같은 경우에 '환기 개도율 자동 조절 알고리즘을 설정하는 예시를 도시한 이미지 이다.

본 발명에 따른 '환기 개도율 자동 조절 알고리즘'의 경우, 상술한 것과 같이, 온실의 내부 온도와 설정온도를 대비하여 내부온도가 설정온도 미만으로 유지되는 경우 '환기창 열림'조건을 충족하고, 이후 설정온도와 온실 외부 온도를 대비하여 설정온도가 온실 외부 온도를 초과하는 경우에 적용할 수 있다.

이는 도 4에 도시된 것과 같이, 사용자의 환기 설정온도와 외부 온도 편차를 이용하되, 환기창 개폐 기준 온도편차는 1℃로 하며, 온실환경에 따라 개도율을 조절하게 되며, 계절별로 이러한 개도율의 크기를 다르게 설정할 수 있다. 즉, 도 4에 도시된 것과 같이, 환기창 개폐 기준 온도편차는 1℃의 경우, 여름에는 개도율을 40%, 봄과 가을에는 20%, 겨울에는 10%로 설정하여, 계절별로 온도 환기시 급격한 온도변화에 따른 결로현상으로 인한 작물의 생육저하를 방지하고, 병해충 피해를 예방하는 변온관리가 가능하게 된다.(기준 온도 편차 1℃의 설정기준은 예시이며, 사용자 설정에 따라 다르게 적용할 수 있다.)

이러한 온도 편차에 따른 환경 제어 설정은 사용자 단말에서 확인 또는 설정변경이 가능하도록 하는 사용자 인터페이스를 적용하여 시각화할 수 있다.

도 5는 도 4에서 상술한 환기창 개폐율 자동조절 알고리즘이 적용된 사용자 인터페이스의 화면을 예시한 것이다.

도 5에 도시된 것과 같이, 사용자단말에서는, 주간과 야간의 시간 구간을 N구간으로 나눌수 있다. 도 5에서는 일출과 일몰에 따른 구간을 4구간으로 구획(주간1, 주간2, 야간1, 야간2)하고, 구간별 설정온도를 다르게 설정할 수 있다. 사용자는 구간별 설정온도에 따라 "+, -"를 통해 천창, 측창 등 환기창 우선순위를 결정할 수 있다. 즉, 도 5에서와 같이, 환기제어 동작시간을 일출·일몰에 따라 4구간으로 나누어 온실의 환기를 제어함으로써 매시간 환기 설정시간을 설정해야 하는 불편함을 줄이며, 설정구간별 데이터 시각화를 통해 사용자는 실시간으로 제어 추이도 확인이 가능하도록 할 수 있다.

도 6은 도 5의 설정화면을 확대한 상세도이다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 환기창 개폐율 자동조절 알고리즘 기반 환기제어 설정화면의 경우, ① 환기창의 동작 시간을 주간, 야간을 분획하여 구분(주간1~2, 야간1~2)하고, ② 환경 설정온도를 각 분획한 구간별로 다르게 설정하며, ③ 제어기별 환기 시작 온도 설정(설정온도기준)할 수 있다. 나아가, 계절별로 온도편차에 따른 개도율을 편차를 두어 설정하도록 할 수 있다.

도 7은, 본 발명을 적용하는 제어모듈에서, 외부의 풍속의 변화를 감지하고, 해당 정보를 분석하여 풍속(X축)에 따른 환기창의 개도율(Y축)을 0%~100% 까지 설정하는 것이며, 이는 상술한 것과 같이 제어모듈의 퐁속변화율 산출부에서 구현되어, 사용자 단말 상의 풍속편차 개도율 표시부에서 디스플레이 되어 확인할 수 있다.

이상의 본 발명에 따르면, 기본 스마트 팜에서 사용하는 복합환경제어의 복잡성과 난해한 프로그램 화면에서 벗어나, 직관적으로 이해가 가능한 보급형 스마트팜 환경제어 프로그램을 제공할 수 있으며, 풍속의 변화 인자를 반영한 환기창의 제어동작 조절 및 온도 설정값을 병행하는 환기창 설정 모델을 구현 가능하도록 하여, 급격한 내부 온도변화에 따른 작물 결로 피해와 바람의 직접적인 영향으로 인한 병해를 예방할 수 있는 순차적 환기 제어가 가능한 장점도 구현되게 된다.

본 명세서에 있어서 '~부'란, 하드웨어에 의해 실현되는 유닛(unit), 소프트웨어에 의해 실현되는 유닛, 양방을 이용하여 실현되는 유닛을 포함한다. 또한, 1 개의 유닛이 2 개 이상의 하드웨어를 이용하여 실현되어도 되고, 2 개 이상의 유닛이 1 개의 하드웨어에 의해 실현되어도 된다. 한편, '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니며, '~부'는 어드레싱 할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에 서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다.

이상에서와 같이 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 바람직한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아니다. 이처럼 이 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 본 발명의 실시예의 결합을 통해 다양한 실시예들이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

100: 센서모듈
200: 제어모듈
300: 환기창 구동모듈
400: 사용자단말

Claims

온실의 내부의 온도, 습도, 가스 상태에 대한 환경정보 및 상기 온실 외부의 온도, 습도, 풍속에 대한 환경정보를 감지하는 다수의 센서군을 포함하는 센서모듈(100);
상기 센서모듈(100)에서 전송되는 환경정보를 기반으로, 온도편차 및 풍속의 변화량에 따른 기준이 되는 설정값과 환경정보의 변동치를 대비하여 온실의 환기창의 개도율을 제어하는 제어신호를 송출하는 제어모듈(200);
상기 제어모듈(300)에서 송신되는 제어신호를 수신하여 구동모듈을 포함하는 개폐유닛(320)을 구동하여 온실의 환기창(310)의 개도율을 조절하는 환기창구동모듈(300); 및
상기 제어모듈(300)의 제어알고리즘에 따른 환기창의 개도율의 설정 정보 및 온실의 내부 환경의 제어상태를 사용자인터페이스(GUI)를 통해 디스플레이하는 프로그램을 구비하며,
상기 프로그램을 통해 상기 제어모듈의 설정 사항을 변경하도록 하는 사용자단말(400);
을 포함하는,
스마트팜 온실 환기창의 개도율 자동제어시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 센서모듈(100)은,
온실내부의 온도 및 외부의 온도를 감지하는 온도센서를 포함하는 온도센서부(110);
상기 온실 내부의 습도 변화를 감지하는 습도센서를 포함하는 습도센서부(120);
상기 온실 내부의 가스 변화를 감지하는 가스센서를 포함하는 가스센서부(130);
상기 온실 외부의 풍속의 변화를 감지하는 풍속센서를 포함하는 풍속센서부(140); 및
다수의 센서에서 감지하는 환경정보를 상기 제어모듈(200)로 전송하는 제1통신부(150);
를 포함하는,
스마트팜 온실 환기창의 개도율 자동제어시스템.
청구항 2에 있어서,
상기 제어모듈(200)은,
상기 제1통신부(150)에서 전송되는 상기 환경정보를 전송받아 카테고리별로 분류하여 저장하는 센서신호 수집부(210);
온실 내부에 필요한 기준이 되는 기준 환경정보와 상기 환경정보와의 편차를 산출하는 기준편차 산출부(A);
상기 기준편차 산출부(A)의 분석정보를 바탕으로, 상기 환기창(310)의 개도율을 시간대 별로 설정 또는 설정된 개도율의 상태값으로 변경하는 제어신호를 송출하는 환기창 개도율 제어부(260);
상기 환기창개도율제어부(260)의 제어신호를 상기 환기창구동모듈(300)로 전송하는 제2통신부(270);
를 포함하는,
스마트팜 온실 환기창의 개도율 자동제어시스템.
청구항 3에 있어서,
상기 기준편차 산출부(A)는,
상기 온실 내부의 온도와 외부의 온도의 편차를 산출하고, 온실의 내부 및 외부의 온도 편차에 따른 환기창의 개도율의 설정을 수행하는 온도편차산출부(220);
상기 온실 내부의 습도 변화를 시간대별로 도출하여 기준이 되는 습도의 범위와 대비하여 결과값을 산출하고, 결과값에 따른 환기창의 개도율의 설정을 수행하는 습도변화 산출부(230);
상기 온실 내부의 이산화탄소의 농도 변화를 포함하는 가스 농도의 변화량과 기준 범위의 이산화탄소 농도와의 편차 값을 산출하고, 결과값에 따른 환기창의 개도율의 설정을 수행하는 가스변화 산출부(240);
상기 온실 외부의 풍속의 변화량의 정보를 실시간으로 전달받고, 기준이 되는 설정값과 대비하여 풍속변화율을 산출하고, 결과값에 따른 환기창의 개도율의 설정을 수행하는 풍속변화율 산출부(250);
를 포함하여 구성되는,
스마트팜 온실 환기창의 개도율 자동제어시스템.
청구항 4에 있어서,
상기 환기창 개도율 제어부(260)는,
상기 온도편차 산출부(220)에서, 온실 내부 온도와 설정온도를 비교하여 온도 편차에 따른 개도율 설정을 수행하되,
온실 내부온도 ＞ 설정온도인경우, 환기창을 열림으로 설정하고,
온실 내부온도 ＜ 설정온도인 경우, 환기창을 닫힘으로 설정하는,
스마트팜 온실 환기창의 개도율 자동제어시스템.
청구항 5에 있어서,
상기 환기창 개도율 제어부(260)는,
온실 내부온도 ＞ 설정온도인경우, 환기창을 열림의 조건을 충족하는 경우,
상기 온도편차 산출부(220)에서, 온실 외부 온도와 설정온도를 비교하여 온도 편차에 따른 개도율 설정을 수행하되,
온실의 외부온도 ＜ 설정온도인 경우, 환기제어알고리즘을 통한 비례제어를 수행하여 환기창의 개도율을 자동제어하도록 하며,
온실의 외부온도 ＞ 설정온도인 경우, 환기창의 개도율을 100%로 설정하도록 하는,
스마트팜 온실 환기창의 개도율 자동제어시스템.
청구항 4에 있어서,
상기 환기창 개도율 제어부(260)는,
상기 환기창의 개폐유닛을 제어하는 복수의 제어기를 구비하며,
상기 복수의 제어기별 설정온도를 기준으로 우선순위를 결정하여 다수의 환기창의 개도율을 제어하는 것을 특징으로 하는,
스마트팜 온실 환기창의 개도율 자동제어시스템.
청구항 5에 있어서,
상기 환기창 구동모듈(300)은,
환기창(310);과
상기 환기창의 개도율을 조절하는 개폐형 윈도우(W)와 상기 윈도우의 개폐를 위한 구동력을 전달하는 구동모터를 포함하는 개폐유닛(320);
상기 구동모터의 구동동작을 제어하는 제어신호를 수신하는 제어신호수신부(330);과,
상기 윈도우(W)의 개폐 정도를 실시간으로 감지하는 센서를 포함하는 개도율감지부(340);
를 포함하는,
스마트팜 온실 환기창의 개도율 자동제어시스템.
청구항 6에 있어서,
상기 사용자단말(400)에서 온실의 내부 환경의 제어상태를 사용자인터페이스(GUI)를 통해 디스플레이하는 프로그램은,
온실의 내부 및 외부의 온도 편차에 따른 환기창의 개도율의 설정상태를 시각화하여 표시하는 온도편차 개도율표시부(410);와
온실 외부의 풍속에 따른 환기창의 개도율의 설정상태를 시각화하여 표시하는 풍속편차 개도율표시부(420);
온실의 내부의 가스의 농도 및 상태에 따르 환기창의 개도율의 설정상태를 시각화하여 표시하는 대기환경별 개도율표시부(430);
주간 및 야간의 시간대별 설정온도 상태를 시각화하여 표시하는 설정온도 변화 표시부(440);
를 포함하는,
스마트팜 온실 환기창의 개도율 자동제어시스템.
청구항 9에 있어서,
상기 온도편차 개도율표시부(410)는,
환기제어의 동작시간을 주간 및 야간 구간을 N구간으로 구획하며, N구간별 설정온도와 설정온도에 대한 환기창 개폐 기준온도편차는 1℃를 계절별로 설정하도록 하는,
스마트팜 온실 환기창의 개도율 자동제어시스템.
(단, N은 자연수이다.)