KR20220084234A - 전기전도도 센서를 이용한 토양 관리 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시 예에 의하면, 전기전도도 센서를 이용한 토양 관리 시스템은, 기설정된 표준 전기전도도를 가지는 양액이 저장되는 저장탱크; 기설정된 재배영역을 가지는 재배지에 설치되고, 상기 저장탱크에 연결되어 상기 재배지에 상기 양액을 공급하는 복수의 공급관; 상기 공급관들에 각각 연결되어 개폐신호에 의해 상기 공급관들을 각각 개폐하며, 아이디 및 위치정보를 가지는 복수의 전자밸브; 아이디 및 위치정보를 가지며, 상기 아이디 및 상기 위치정보와 함께 상기 재배지의 전기적 정보를 주기적으로 측정 및 전송하는 복수의 전기전도도 센서; 그리고 상기 전자밸브 및 상기 전기전도도 센서에 전기적으로 연결되며, 수신된 상기 전기적 정보를 기초로 측정 전기전도도를 산출하며, 상기 표준 전기전도도와 상기 측정 전기전도도를 비교하여 상기 전자밸브에 개폐신호를 전송하는 제어유닛;을 포함할 수 있다.

Description

전기전도도 센서를 이용한 토양 관리 시스템{SOIL MANAGEMENT SYSTEM USING SOIL ELECTRICAL CONDUCTIVITY SENSOR}

본 발명은 전기전도도 센서를 이용한 토양 관리 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 재배지의 재배영역을 전기전도도에 따라 복수의 처리영역으로 구획하여표준 전기전도도와 측정 전기전도도를 비교하여 처리영역 별로 공급되는 양액을 적정하게 조절할 수 있는 전기전도도 센서를 이용한 토양 관리 시스템에 관한 것이다.

토양의 전기 전도도는 작물에 대한 염류 장애를 판단하는 데 매우 중요한 화학적 지표이다. 토양 내 수분에 녹아 있는 염류(Ca, Mg, Na, K, Cl NO3, HCO3, CO3 등)의 양이 많을수록 전기 전도도가 높게 나타난다. 토양 내 수분에 염류가 많으면, 뿌리 주변의 물의 삼투압 상승으로 물이 존재하여도 뿌리가 물을 흡수하지 못하여 작물의 생육이 제한되고 심한 경우 시들어 죽게 된다. 따라서 토양의 전기 전도도를 측정하여 염류의 농도를 파악하는 것을 통해 적절한 염류 농도를 조절하는 것이 요구된다.

토양의 전기 전도도를 측정하는 대표적인 방법으로, 별개로 분리된 2개의 전극을 토양 내에 소정 간격으로 삽입 후, 2개의 전극에 설정된 전압을 가하여 흐르는 전류를 측정해서 토양의 전기 전도도를 측정한다.

그런데 토양의 유형마다 그 공극률이 다르기 때문에 양액 재배 작물의 생육에 필요한 양액이 적정하게 공급되기 어렵다는 문제가 있다.

대한민국공개특허공보 제10-2018-0129000호(2018.12.05.)

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 양액 재배 작물이 생육에 필요한 양액을 적정하게 공급받을 수 있는 전기전도도 센서를 이용한 토양 관리 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제들은 다음의 상세한 설명과 도면으로부터 보다 명확해질 것이다.

본 발명의 일 실시 예에 의하면, 전기전도도 센서를 이용한 토양 관리 시스템은, 기설정된 표준 전기전도도를 가지는 양액이 저장되는 저장탱크; 기설정된 재배영역을 가지는 재배지에 설치되고, 상기 저장탱크에 연결되어 상기 재배지에 상기 양액을 공급하는 복수의 공급관; 상기 공급관들에 각각 연결되어 개폐신호에 의해 상기 공급관들을 각각 개폐하며, 아이디 및 위치정보를 가지는 복수의 전자밸브; 아이디 및 위치정보를 가지며, 상기 아이디 및 상기 위치정보와 함께 상기 재배지의 전기적 정보를 주기적으로 측정 및 전송하는 복수의 전기전도도 센서; 그리고 상기 전자밸브 및 상기 전기전도도 센서에 전기적으로 연결되며, 수신된 상기 전기적 정보를 기초로 측정 전기전도도를 산출하며, 상기 표준 전기전도도와 상기 측정 전기전도도를 비교하여 상기 전자밸브에 개폐신호를 전송하는 제어유닛;을 포함할 수 있다.

여기서, 상기 제어유닛은, 상기 표준 전기전도도와 상기 측정 전기전도도의 편차를 이용하여 상기 재배영역을 복수의 처리영역으로 나누며, 상기 처리영역에 따라 상기 전자밸브의 개폐율을 조정할 수 있다.

이때, 상기 제어유닛은, 상기 측정 전기전도도가 상기 표준 전기전도도보다 작은 경우, 상기 측정 전기전도도가 상기 표준 전기전도와 같아질 때까지 상기 전자밸브를 개폐할 수 있다.

본 발명에 따른 전기전도도 센서를 이용한 토양 관리 시스템은 재배지의 재배영역을 전기전도도에 따라 복수의 처리영역으로 구획하여표준 전기전도도와 측정 전기전도도를 비교하여 처리영역 별로 공급되는 양액을 적정하게 조절할 수 있는 현저한 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 전기전도도 센서를 이용한 토양 관리 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 전기전도도 센서가 재배지에 설치된 상태를 나타내는 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 표준 전기전도도와 측정 전기전도도의 편차를 기준으로 재배영역이 복수의 처리영역으로 구획된 상태를 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 전기전도도 센서를 이용한 토양 관리 방법을 나타내는 흐름도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

제1, 제2, A, B 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. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 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, 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.

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 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 전기전도도 센서를 이용한 토양 관리 시스템을 나타내는 도면이며, 도 2는 도 1의 전기전도도 센서가 재배지에 설치된 상태를 나타내는 도면이고, 도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 표준 전기전도도와 측정 전기전도도의 편차를 기준으로 재배영역이 복수의 처리영역으로 구획된 상태를 설명하는 도면이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 전기전도도 센서를 이용한 토양 관리 방법을 나타내는 흐름도이다.

설명에 앞서, 양액은 식물의 성장에 필요한 무기양분을 용해시킨 것으로 배양액이라고도 하며 식물의 영양재배(무토양 재배)시에 사용한다. 양액 제조에 필요한 성분은 산소, 수소, 탄소를 제외한 다량원소와 미량원소이며 이들 성분을 주기 위한 비료염으로 특징적인 것은 질소원으로 대부분 질산태 질소를 이용한다는 것이다. 현재 실용적으로 공급되고 있는 배양액 조성은 작물의 종류에 따라 다양한 종류가 이용되고 있다.

또한, 재배지(5)는 작물이 재배되는 토양으로 재배영역을 가진다. 이러한 재배영역은 모래, 자갈, 점토, 피트모스, 코코피트, 톱밥, 나무껍질 등으로 구성될 수 있다. 따라서 구성되는 물질들에 의해 토양의 공극률이 달라져서 재배영역의 전기전도도도 달라질 수 있다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 실시 예에 의한 전기전도도 센서를 이용한 토양 관리 시스템(1)은 재배지(5)의 전기전도도를 측정하여 재배지 토양의 양액을 관리하기 위한 것으로, 전기전도도 센서(10), 메인펌프(20), 메인 전자밸브(30), 저장탱크(40), 라인펌프(50), 공급관(60), 전자밸브(70) 및 제어유닛(80)을 포함할 수 있다.

전기전도도 센서(10)는 자신의 아이디 및 재배지(5)의 재배영역상에 매칭되는 위치정보를 가진다. 전기전도도 센서(10)는 일정한 시간 간격마다 주지적으로 상기 아이디 및 상기 위치정보와 함께 상기 재배지의 전기적 정보(전기전도도, 습도 등)를 주기적으로 측정한다. 전기전도도 센서(10)는 이렇게 측정한 전기적 정보를 주기적으로 제어유닛(80)에 전송한다. 전기전도도 센서(10)는 EC센서 및 수분센서를 구비할 수 있다.

메인펌프(20)는 저장탱크(40) 및 메인전자밸브(30)에 연결되며, 제어유닛(80)으로부터 수신된 메인펌프 제어신호에 따라 메인펌프(20)를 구동 및 구동정지 할 수 있다.

메인전자밸브(30)는 저장탱크(40)에 연결되는 메인관로에 설치되어 개폐를 통해서 양액의 저장탱크(40) 유입을 조절할 수 있다. 메인전자밸브(30)는 제어유닛(80)으로부터 수신된 메인전자밸브 제어신호에 따라 메인전자밸브(30)를 개폐할 수 있다.

저장탱크(40)에는 기설정된 표준 전기전도도를 가지는 양액이 저장된다. 이러헤 저장된 양액은 공급관k(60)을 통해 재배지로 유입된다.

라인펌프(50)는 저장탱크(40) 및 전자밸브k(70)에 연결되며, 제어유닛(80)로부터 수신된 라인펌프 제어신호에 따라 라인펌프(50)는 구동 및 구동정지 될 수 있다.

전자밸브k(70)는 저장탱크(40)와 재배지(5)를 연결하는 공급관k(60)에 설치되며, 개폐(개폐량 조절)를 통해서 상기 재배지로 유입되는 양액의 양을 조절할 수 있다. 전자밸브k(70)는 제어유닛(80)로부터 수신된 전자밸브 제어신호에 따라 공급관k(60)를 개폐한다. 전자밸브k(70)는 자신의 아이디 및 재배지(5)의 재배영역상에 매칭되는 위치정보를 가진다.

제어유닛(80)은 전기전도도센서k(k=1,2,…,n)(10), 전자밸브k(k=1,2,…,n)(70), 라인펌프(50), 메인전자밸브(30) 및 메인펌프(20)에 전기적으로 연결된다.

제어유닛(80)은 전기전도도센서k(10)로부터 수신된 전기적 정보를 기초로 측정 전기전도도를 산출한다. 제어유닛(80)은 상기 표준 전기전도도와 상기 측정 전기전도도를 비교하여 전자밸브k(70)에 개폐신호를 전송한다.

제어유닛(80)은 상기 표준 전기전도도와 상기 측정 전기전도도의 편차에 따라 상기 재배영역을 복수의 처리영역으로 구획할 수 있다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 제어유닛(80)은 상기 표준 전기전도도와 상기 측정 전기전도도의 편차를 A범위, B범위, C범위로 나누며, 상기 A범위, B 범위 , C 범위에 해당하는 측정 전기전도도에 해당하는 전기전도도센서k(10)의 아이디 및 위치정보를 기준으로 물리적인 3개의 처리영역으로 구획할 수 있다.

제어유닛(80)은 이런 3개의 처리영역에 해당하는 각각의 전자밸브k(70)의 개폐율을 조정할 수 있다.

예를 들면, 제어유닛(80)은 상기 측정 전기전도도가 상기 표준 전기전도도보다 작은 경우, 상기 측정 전기전도도가 상기 표준 전기전도와 같아질 때까지 상기 전자밸브를 개방할 수 있다.

이하, 도 5를 참조하여, 본 실시예에 따른 전기전도도 센서를 이용한 토양 관리 시스템의 작동과정을 설명한다.

우선, 전기전도도 센서(10)가 제어유닛(80)에 자신의 아이디, 재배지(5)상에 매칭되는 위치정보 및 전기적 정보를 주기적으로 제어유닛(80)에 전송한다(S10).

다음으로, 제어유닛(80)이 상기 전기적 정보를 기초로 측정 전기전도도를 주기적으로(상기 전기적 정보를 수신할 때마다) 산출한다(S20).

다음으로, 제어유닛(80)이 상기 측정 전기전도도와 표준 전기전도도의 편차에 따라 상기 재배영역을 복수의 처리영역(A영역, B영역, C영역)으로 구획한다(S30).

다음으로, 제어유닛(80)이 상기 복수의 처리영역에 위치한 전자밸브(70)의 개폐율을 상기 처리영역에 따라 조절한다(S40). 이때, 전자밸브(70)의 아이디 및 위치정보는 제어유닛(80)에 기저장되어 있거나 전자밸브(70)가 전바밸브 제어신호가 수신될 때 제어유닛(80)에 전송할 수도 있다.

결과적으로, 본 실시 예에 따른 전기전도도 센서를 이용한 토양 관리 시스템은 재배지의 재배영역을 전기전도도에 따라 복수의 처리영역으로 구획하여표준 전기전도도와 측정 전기전도도를 비교하여 처리영역 별로 공급되는 양액을 적정하게 조절할 수 있게 된다

본 발명을 바람직한 실시 예들을 통하여 상세하게 설명하였으나, 이와 다른 형태의 실시 예들도 가능하다. 그러므로 이하에 기재된 청구항들의 기술적 사상과 범위는 바람직한 실시 예들에 한정되지 않는다.

1: 전기전도도 센서를 이용한 토양 관리 시스템
5: 재배지 10: 보강프레임
20: 메인펌프 30: 메인 전자밸브
40: 저장탱크 50: 라인펌프
60: 공급관 70: 전자밸브
80: 제어유닛

Claims (3)

1. 기설정된 표준 전기전도도를 가지는 양액이 저장되는 저장탱크;
   기설정된 재배영역을 가지는 재배지에 설치되고, 상기 저장탱크에 연결되어 상기 재배지에 상기 양액을 공급하는 복수의 공급관;
   상기 공급관들에 각각 연결되어 개폐신호에 의해 상기 공급관들을 각각 개폐하며, 아이디 및 위치정보를 가지는 복수의 전자밸브;
   아이디 및 위치정보를 가지며, 상기 아이디 및 상기 위치정보와 함께 상기 재배지의 전기적 정보를 주기적으로 측정 및 전송하는 복수의 전기전도도 센서; 및
   상기 전자밸브 및 상기 전기전도도 센서에 전기적으로 연결되며, 수신된 상기 전기적 정보를 기초로 측정 전기전도도를 산출하며, 상기 표준 전기전도도와 상기 측정 전기전도도를 비교하여 상기 전자밸브에 개폐신호를 전송하는 제어유닛;을 포함하는, 전기전도도 센서를 이용한 토양 관리 시스템.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제어유닛은,
   상기 표준 전기전도도와 상기 측정 전기전도도의 편차를 이용하여 상기 재배영역을 복수의 처리영역으로 나누며, 상기 처리영역에 따라 상기 전자밸브의 개폐율을 조정하는, 전기전도도 센서를 이용한 토양 관리 시스템.
   
3. 청구항2에 있어서,
   상기 측정 전기전도도가 상기 표준 전기전도도보다 작은 경우, 상기 측정 전기전도도가 상기 표준 전기전도와 같아질 때까지 상기 전자밸브를 개폐하는, 전기전도도 센서를 이용한 토양 관리 시스템.

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