KR20220108942A - 스마트 토양상태센서와 비콘 기능이 결합된 지능형 스마트 식물 케어 시스템 - Google Patents

스마트 토양상태센서와 비콘 기능이 결합된 지능형 스마트 식물 케어 시스템 Download PDF

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Abstract

스마트 토양상태센서와 비콘 기능이 결합된 지능형 스마트 식물 케어 시스템은 식물이 성장하고 있는 토양에 일정한 간격을 두고 배치되어 토양수분량을 측정하고, 미리 설정된 주기마다 측정된 데이터를 주기적으로 송출하는 복수의 스마트 토양상태센서와, 복수의 스마트 토양상태센서에 각각 할당되며 할당된 스마트 토양상태센서의 제어에 따라 토양에 수분을 공급하는 복수의 자동 급수기와, 식물케어 애플리케이션이 설치되며 복수의 스마트 토양상태센서에서 송신한 데이터를 수신하여 토양상태를 시각적으로 표시하는 휴대용 단말기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

스마트 토양상태센서와 비콘 기능이 결합된 지능형 스마트 식물 케어 시스템{Intelligent smart plant care system combined with smart soil condition sensor and beacon function}
본 발명은 지능형 스마트 식물 케어 시스템에 관한 것으로서, 더 상세하게는 스마트 토양상태센서와 비콘 기능이 결합된 지능형 스마트 식물 케어 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 거실이나 회사의 사무실 등 주로 실내의 공기정화용 및 장식용으로 화분을 많이 두고 있다.
또한, 농업, 화훼 분야에서도 농업용 화분을 이용하여 식물을 관리하고 있다.
식물의 유지 및 성장에는 수분관리가 중요한데, 화분마다 일일이 메모하거나 기억하는 것이 어렵기 때문에 종종 식물의 생장이 저해되는 사례가 발생하게 된다.
또한, 화분에 수분을 공급할 때, 물을 너무 많이 공급하여 화분받침으로부터 화분의 거름 물이 거실이나 사무실 바닥으로 넘쳐흘러서 매우 지저분하게 되는 경우가 발생하고 있다.
KR 10-1583126 B
본 발명은 상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 제안된 것으로, 스마트 토양상태센서와 비콘 기능이 결합되어 사용자에게 재배환경 데이터를 시각적으로 알려줄 수 있는 지능형 스마트 식물 케어 시스템을 제공한다.
상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 식물이 성장하고 있는 토양에 일정한 간격을 두고 배치되어 토양수분량을 측정하고, 미리 설정된 주기마다 측정된 데이터를 주기적으로 송출하는 복수의 스마트 토양상태센서와, 복수의 스마트 토양상태센서에 각각 할당되며 할당된 스마트 토양상태센서의 제어에 따라 토양에 수분을 공급하는 복수의 자동 급수기와, 식물케어 애플리케이션이 설치되며 복수의 스마트 토양상태센서에서 송신한 데이터를 수신하여 토양상태를 시각적으로 표시하는 휴대용 단말기를 포함하는 지능형 스마트 식물 케어 시스템이 제공된다.
또한, 본 발명에서 휴대용 단말기에서 송신한 복수의 스마트 토양상태센서의 데이터를 인공 신경망을 이용한 딥러닝 알고리즘을 통해 학습하여 추천온도 및 추천습도를 제안하고 생장결핍을 예측하는 관리서버를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 포함되는 복수의 스마트 토양상태센서는 블루투스 통신방식을 이용하여 미리 설정된 주기마다 일정 대역의 근거리 무선신호를 주기적으로 송출하는 비콘모듈이 내장되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 포함되는 복수의 스마트 토양상태센서는 토양수분량, 토양온도, 전기전도도(EC, Electrical Conductivity) 및 산도(pH)를 측정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 지능형 스마트 식물 케어 시스템은 스마트 토양상태센서와 비콘 기능이 결합되어 사용자에게 재배환경 데이터를 시각적으로 알려줄 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 지능형 스마트 식물 케어 시스템(1)의 구성도
도 2는 지능형 스마트 식물 케어 시스템(1)의 예시도
도 3은 식물케어 애플리케이션의 제1 예시도
도 4는 식물케어 애플리케이션의 제2 예시도
도 5는 식물케어 애플리케이션의 제3 예시도
도 6은 식물케어 애플리케이션의 제4 예시도
도 7은 최적의 추천토양 수분이 산출되는 개념도
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 지능형 스마트 식물 케어 시스템(1)의 구성도이고, 도 2는 지능형 스마트 식물 케어 시스템(1)의 예시도이다.
본 실시예에 따른 지능형 스마트 식물 케어 시스템(1)은 제안하고자 하는 기술적인 사상을 명확하게 설명하기 위한 간략한 구성만을 포함하고 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 지능형 스마트 식물 케어 시스템(1)은 스마트 토양상태센서(100), 자동 급수기(200), 휴대용 단말기(300) 및 관리서버(400)를 포함하여 구성된다.
상기와 같이 구성되는 지능형 스마트 식물 케어 시스템(1)의 주요동작을 살펴보면 다음과 같다.
복수의 스마트 토양상태센서(100)는 식물이 성장하고 있는 토양에 일정한 간격을 두고 배치되어 토양수분량을 측정하고, 미리 설정된 주기마다 측정된 데이터를 주기적으로 송출한다. 스마트 토양상태센서(100)의 수분측정은 FDR(Frequency Domain Reflectometry) 센서모듈을 통해 진행될 수 있다.
복수의 스마트 토양상태센서(100)는 블루투스 통신방식을 이용하여 미리 설정된 주기마다 일정 대역의 근거리 무선신호를 주기적으로 송출하는 비콘모듈이 내장된다.
또한, 실시예에 따라 스마트 토양상태센서(100)는 토양수분량 뿐만 아니라 토양온도, 전기전도도(EC, Electrical Conductivity) 및 산도(pH)까지 측정하도록 구성될 수 있다.
복수의 자동 급수기(200)는 복수의 스마트 토양상태센서(100)에 각각 할당되며 할당된 스마트 토양상태센서의 제어에 따라 토양에 수분을 공급하는 동작을 수행한다. 즉, 스마트 토양상태센서(100)는 미리 설정된 기준값보다 수분함유량이 적어진 것으로 감지되는 경우, 자동 급수기(200)를 제어하여 소정의 설정수분을 토양에 공급한다.
참고적으로 스마트 토양상태센서(100)에 온도센서가 구비될 경우, 온도에 따라서 토양에 공급하는 설정 수분량이 자동 트리밍된다. 즉, 온도가 높을 경우 증발량이 많아질 수 있으므로 토양온도가 높을수록 더 많은 수분을 공급하도록 자동 설정된다. 즉, 섭씨 24도를 기준으로 100 단위의 수분이 공급되도록 설정되었을 경우, 섭씨 30도에서는 120 단위의 수분이 공급되고, 섭씨 18도에서는 80 단위의 수분이 공급되도록 자동 조절될 수 있다.
도 3은 식물케어 애플리케이션의 제1 예시도이고, 도 4는 식물케어 애플리케이션의 제2 예시도이고, 도 5는 식물케어 애플리케이션의 제3 예시도이고, 도 6은 식물케어 애플리케이션의 제4 예시도이다.
도 3 내지 도 6을 참조하면, 휴대용 단말기(300)는 식물케어 애플리케이션이 설치되어 복수의 스마트 토양상태센서(100)에서 송신한 데이터를 수신하여 토양상태를 시각적으로 표시한다.
여기에서 휴대용 단말기는 휴대폰, 스마트폰, 스마트 패드 등과 같이 사용자가 휴대하면서 사용할 수 있는 기기를 총칭하는 것이며, 본 실시예에서는 스마트폰으로 구성된 휴대용 단말기로 가정하고 설명하기로 한다.
즉, 식물케어 애플리케이션은 스마트 토양상태센서(100)의 배터리 잔량, 토양의 수분량을 표시할 수 있다. 또한, 식물케어 애플리케이션은 새로운 스마트 토양상태센서(100)를 등록할 수 있는 메뉴를 사용자에게 표시할 수 있다.
또한, 식물케어 애플리케이션은 각 스마트 토양상태센서(100)에 의해 관리되는 화분의 수분량 등의 과거 히스토리에 대한 정보를 제공할 수 있다. 또한, 화분의 종류를 시각적으로 표시할 수 있다. 스마트 토양상태센서(100)에 카메라가 더 부착되어 있을 경우, 식물케어 애플리케이션은 화분의 종류를 실시간 영상으로 계속 업데이트 하여 표시할 수도 있다.
참고적으로 식물케어 애플리케이션은 스마트 토양상태센서(100)에 제어 데이터를 송신하여 자동 급수기(200)를 직접 제어할 수도 있다.
관리서버(400)는 휴대용 단말기(300)에서 송신한 복수의 스마트 토양상태센서(100)의 데이터를 인공 신경망을 이용한 딥러닝 알고리즘을 통해 학습하여 추천온도 및 추천습도를 제안하고 생장결핍을 예측할 수 있다. 이러한 정보는 휴대용 단말기(300)의 식물케어 애플리케이션으로 피드백 된다.
도 7은 최적의 추천토양 수분이 산출되는 개념도이다.
도 7을 참조하면, 관리서버(400)는 “토양수분량, 토양온도, 전기전도도(EC, Electrical Conductivity) 및 산도(pH), 농가생육, 환경 데이터, 날씨 데이터, 연도별 기후, 개인 환경 데이터“를 주기적으로 지능형 학습 엔진을 통해 학습을 진행한다. 즉, 학습된 데이터와 경향을 토대로 최적의 토양수분함유량을 예측할 수 있다.
여기에서 인공 신경망은, 입력 레이어, 히든 레이어 및 출력 레이어로 구성되되, 히든 레이어의 활성함수(activation function)는 ELU function 을 사용하고, 히든 레이어의 아웃풋 레이어의 활성함수(activation function)는 tanh funtion 을 사용하고, 손실함수(loss function)는 mean_squared_error를 사용하고, 옵티마이져(optimizer)는 Adam optimizer를 사용한다.
즉, 지능형 스마트 식물 케어 시스템(1)은 농가의 축척된 생육/재배환경 데이터 ,공공 날씨 데이터 (정부의 연도별 강우/수분 데이터 등)를 활용하고, 개인의 수분/재배환경 데이터를 연계/가공 하여 최적의 수분 상태를 제공 하도록 설계될 수 있다.
참고적으로 자동 급수기(200)의 유로의 막힘을 감지하기 위한 센서가 구비될 수 있다.
즉, 자동 급수기(200)는 제1 도플러 센서 및 제2 도플러 센서가 구비될 수 있다. 도플러 감지센서는 마이크로파 신호가 움직이는 대상에 부딪히면, 이 신호의 주파수는 도플러 효과에 의해 주파수 변화가 발생한다. 만약, 움직임이 발생한다면, 움직임에 따라 마이크로파 신호의 위상변화가 있게 된다. 도플러 감지센서는 송신부 및 수신부가 쌍으로 구성되며, 주파수 또는 출력전원을 조절하여 감지거리를 조절할 수 있도록 구성될 수 있다.
제1 도플러 센서 및 제2 도플러 센서는 내부공간, 즉 자동 급수기(200)의 파이프 형태의 유로를 따라 제1 출력밸브로 출력되는 물의 흐름을 감지하기 위해 구비된다.
즉, 유로에 고착물이 누적될수록 물의 흐름이 저하될 수 있으므로, 이를 감지하여 내부 고착 상태를 간접적으로 파악할 수 있다.
제1 도플러 센서와 제2 도플러 센서는 파이프 형태의 유로를 서로 대각선으로 마주보는 형태로 각각 배치되어 각각 독립적으로 유로 내의 양액의 흐름을 측정하고 측정정보를 식물케어 애플리케이션으로 전달한다. 제1 도플러 센서와 제2 도플러 센서는 서로 다른 주파수를 갖는 송신신호를 사용할 수 있다.
이때, 식물케어 애플리케이션은 두 개의 센서의 정보를 모두 취합하여 동시에 양액의 흐름이 감지되었을 경우에만 측정정보를 신뢰하도록 동작한다. 이러한 구성에 의해 도플러 센서의 최대측정거리 내에 있는 인접한 타영역의 흐름이 오검출 되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 지능형 스마트 식물 케어 시스템은 스마트 토양상태센서와 비콘 기능이 결합되어 사용자에게 재배환경 데이터를 시각적으로 알려줄 수 있는 장점이 있다.
지능형 스마트 식물 케어 시스템(1)은 시장에서의 제품 판매를 통한 사용자 니즈를 반영하여 식물을 키울 수 있는 새로운 플랫폼을 창출할 수 있으며, 노지 및 농장, 과수원 등에서도 사용할 수 있는 범용적이고 사용이 간편한 센서를 적용할 수 있다.
5G와 결합한 식물 관리 시스템과 연계하여 도시농장과 가정집, 그리고 농가에서 식물과 사람 간의 거리를 좁힐 수 있는 시스템이 적용될 수 있다.
이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 스마트 토양상태센서
200 : 자동 급수기
300 : 휴대용 단말기
400 : 관리서버

Claims (4)

  1. 식물이 성장하고 있는 토양에 일정한 간격을 두고 배치되어 토양수분량을 측정하고, 미리 설정된 주기마다 측정된 데이터를 주기적으로 송출하는 복수의 스마트 토양상태센서;
    상기 복수의 스마트 토양상태센서에 각각 할당되며 할당된 스마트 토양상태센서의 제어에 따라 토양에 수분을 공급하는 복수의 자동 급수기; 및
    식물케어 애플리케이션이 설치되며 상기 복수의 스마트 토양상태센서에서 송신한 데이터를 수신하여 토양상태를 시각적으로 표시하는 휴대용 단말기;
    를 포함하는 지능형 스마트 식물 케어 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 휴대용 단말기에서 송신한 상기 복수의 스마트 토양상태센서의 데이터를 인공 신경망을 이용한 딥러닝 알고리즘을 통해 학습하여 추천온도 및 추천습도를 제안하고 생장결핍을 예측하는 관리서버;를 더 포함하는 지능형 스마트 식물 케어 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 스마트 토양상태센서는,
    블루투스 통신방식을 이용하여 미리 설정된 주기마다 일정 대역의 근거리 무선신호를 주기적으로 송출하는 비콘모듈이 내장되는 것을 특징으로 하는 지능형 스마트 식물 케어 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 스마트 토양상태센서는,
    토양수분량, 토양온도, 전기전도도(EC, Electrical Conductivity) 및 산도(pH)를 측정하는 것을 특징으로 하는 지능형 스마트 식물 케어 시스템.
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