KR20220097785A - Irrigation control system using drainage volume and water content of hydroponic substrate - Google Patents

Irrigation control system using drainage volume and water content of hydroponic substrate Download PDF

Info

Publication number
KR20220097785A
KR20220097785A KR1020200189342A KR20200189342A KR20220097785A KR 20220097785 A KR20220097785 A KR 20220097785A KR 1020200189342 A KR1020200189342 A KR 1020200189342A KR 20200189342 A KR20200189342 A KR 20200189342A KR 20220097785 A KR20220097785 A KR 20220097785A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
irrigation
drainage
water content
medium
amount
Prior art date
Application number
KR1020200189342A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
박주성
최은영
백정현
이정훈
Original Assignee
(주) 텔로팜
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by (주) 텔로팜 filed Critical (주) 텔로팜
Priority to KR1020200189342A priority Critical patent/KR20220097785A/en
Publication of KR20220097785A publication Critical patent/KR20220097785A/en

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G31/00—Soilless cultivation, e.g. hydroponics
    • A01G31/02—Special apparatus therefor
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01C—PLANTING; SOWING; FERTILISING
    • A01C23/00—Distributing devices specially adapted for liquid manure or other fertilising liquid, including ammonia, e.g. transport tanks or sprinkling wagons
    • A01C23/007—Metering or regulating systems
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01G—WEIGHING
    • G01G7/00—Weighing apparatus wherein the balancing is effected by magnetic, electromagnetic, or electrostatic action, or by means not provided for in the preceding groups
    • G01G7/02—Weighing apparatus wherein the balancing is effected by magnetic, electromagnetic, or electrostatic action, or by means not provided for in the preceding groups by electromagnetic action
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N5/00—Analysing materials by weighing, e.g. weighing small particles separated from a gas or liquid
    • G01N5/02—Analysing materials by weighing, e.g. weighing small particles separated from a gas or liquid by absorbing or adsorbing components of a material and determining change of weight of the adsorbent, e.g. determining moisture content
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P60/00—Technologies relating to agriculture, livestock or agroalimentary industries
    • Y02P60/20—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions in agriculture, e.g. CO2
    • Y02P60/21—Dinitrogen oxide [N2O], e.g. using aquaponics, hydroponics or efficiency measures

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Environmental Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Soil Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Hydroponics (AREA)

Abstract

The present invention is an irrigation control system using a drainage amount and a water content of a hydroponic cultivation substrate, and specifically, to an irrigation control system using a drainage amount and a water content of a hydroponic cultivation substrate, wherein the system comprises: at least one water content sensor installed to measure the water content of the hydroponic culture substrate in real time; at least one drainage sensor installed to measure the drainage amount of the hydroponic culture substrate in real time; and a control device measuring the water content of the substrate based on the measured value of the water content sensor, measuring the amount of drainage of the substrate based on the measured value of the drainage amount sensor and controlling the irrigation of a nutrient solution supplied to the substrate based on the measured water content and the amount of drainage.

Description

수경재배용 배지의 배액량과 함수량을 이용한 관수 제어 시스템{Irrigation control system using drainage volume and water content of hydroponic substrate}Irrigation control system using drainage volume and water content of hydroponic substrate}

본 발명은 수경재배용 배지의 배액량과 함수량을 이용한 관수 제어 시스템 에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수경재배에서 식물이 식재되는 인공토양 등 배지의 함수량과 배액량을 실시간으로 측정하여 관수신호를 제어하는 수경재배용 배지의 배액량과 함수량을 이용한 관수 제어 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an irrigation control system using the drainage amount and moisture content of a medium for hydroponic cultivation, and more particularly, to a hydroponic cultivation that controls the irrigation signal by measuring the moisture content and drainage amount of a medium such as artificial soil in which plants are planted in hydroponics in real time. It relates to an irrigation control system using the drainage amount and water content of the medium.

그린하우스의 장점은 토마토, 딸기, 파프리카 등 다양한 과수를 1년 365일 생산할 수 있으며, 식물이 필요한 영양분을 인위적으로 공급할 수 있기 때문에 윤작의 필요성이 없고, 병충해로부터 비교적 자유롭다는 것이다. 식물에 공급되는 양액은 소량의 액체 영양소(비료)와 다량의 물을 혼합하여 만든다. 수경재배 식물은 비닐 등의 포장재로 포장된 배지 위에 식재되고, 양액은 배지의 상부나 하부에서 공급된다. 토마토, 딸기, 오이 등을 재배하는 스마트팜에서는 식물 성장에 필요한 양액이 식물에 주기적으로 공급된다.The advantage of a green house is that it can produce various fruit trees such as tomatoes, strawberries, and paprika 365 days a year, and there is no need for rotation because the plants can artificially supply the necessary nutrients, and they are relatively free from pests and diseases. Nutrient solution supplied to plants is made by mixing a small amount of liquid nutrients (fertilizer) with a large amount of water. Hydroponics plants are planted on a medium packed with packaging materials such as vinyl, and the nutrient solution is supplied from the top or bottom of the medium. In a smart farm that grows tomatoes, strawberries, and cucumbers, the nutrient solution necessary for plant growth is periodically supplied to plants.

식물이 물이 필요한 이유는 식물의 증산작용과 광합성 때문이다. 날씨가 더우면 식물체의 온도도 올라가게 된다. 식물체의 온도가 계속 올라가게 되면 식물이 시들어 죽어버리게 된다. 식물체의 온도가 계속 올라가는 것을 방지하기 위하여 식물이 뿌리로부터 물을 빨아올려 잎의 뒷면에 있는 기공을 열어 물을 배출함으로써 식물체의 온도를 적절하게 유지하는 현상을 증산작용이라고 한다. 증산작용의 또다른 역할은 잎에서 광합성에 필요한 물을 공급해주는 것이다. 증산작용은 잎의 온도, 공기중의 습도, 빛의 세기에 따라 다르다. 일반적으로 온도가 높고, 빛이 강하고, 습도가 낮을 때 활발하게 일어난다.Plants need water because of transpiration and photosynthesis. When the weather is hot, the temperature of the plant also rises. If the temperature of the plant continues to rise, the plant will wither and die. In order to prevent the temperature of the plant from continuing to rise, the phenomenon in which the plant sucks up water from the roots and discharges water by opening the stomata on the back of the leaf is called transpiration. Another role of transpiration is to provide water for photosynthesis in the leaves. Evaporation depends on leaf temperature, air humidity, and light intensity. In general, it is active when the temperature is high, the light is strong, and the humidity is low.

녹색식물이나 그 밖의 생물이 성장하기 위해서 물, 빛, 이산화탄소를 이용하여 유기물을 만드는 합성하는 광합성작용이 필요하다. 광합성 작용을 화학 반응식으로 표시하면 아래의 수식과 같다.In order for green plants and other living things to grow, photosynthesis, which uses water, light, and carbon dioxide to create organic matter, is required. If the photosynthetic activity is expressed as a chemical reaction equation, it is as follows.

Figure pat00001
Figure pat00001

광합성은 빛의 세기에 영향을 받는다. 강한 빛일수록 광합성량이 증가하지만, 어느 한계에 이르면 더 이상 광합성량이 증가하지 않는다. 따라서 광량이 많다고 광합성 활발하다고 하더라도 물이 많이 필요하다고 할 수는 없다.Photosynthesis is affected by light intensity. The stronger the light, the greater the amount of photosynthesis, but when it reaches a certain limit, the amount of photosynthesis no longer increases. Therefore, even if photosynthesis is active due to a large amount of light, it cannot be said that a lot of water is required.

재배하는 식물의 종류에 따라 양액의 종류와 양액을 공급하는 방법이 다르며, 동일한 식물이라도 발아기, 이유기, 신장기, 개화기 등숙기에 따라 물을 주는 방법(관수 방법: 관수 시작 기준, 관수중단 기준, 관수개시 기준, 관수 시간설정 방법 등)이 다르다.The type of nutrient solution and the method of supplying the nutrient solution are different depending on the type of plant being cultivated, and the method of watering the same plant according to the ripening period, such as germination, weaning, kidney, flowering, etc. The starting standard, irrigation time setting method, etc.) are different.

그러나, 종래의 선행기술들 식물의 종류나 생육 시기 등에 따라 적절하게 대응할 수 있는 효과적인 관수 방법 및 관수 장치를 제공하고 있지 못하다.However, the prior art does not provide an effective irrigation method and irrigation apparatus that can properly respond according to the type or growth period of a plant, and the like.

선행 특허문헌 1(대한민국 등록특허 제10-1979751호)은 양액기 전체 시스템에 관한 것으로서, EC를 측정하여 원수와 농축배양액을 조절한다는 방법 외에는 구체적인 양액 관수 방법(관수 시작 기준, 관수중단 기준, 관수개시 기준, 관수 시간설정 방법 등)을 제시 하지 않고 있으며, 특허문헌 1에서 배지 함수율 측정 수단으로 제시 하고 있는 TDR, TDT, FDR 및 텐시오 미터는 상기 특허 이전에 널리 사용되고 있는 방법이다.Prior Patent Document 1 (Republic of Korea Patent No. 10-1979751) relates to the entire nutrient solution system, and except for the method of controlling the raw water and the concentrated culture solution by measuring the EC, a specific nutrient solution irrigation method (irrigation start standard, irrigation stop standard, irrigation) Initiation criteria, irrigation time setting method, etc.) are not presented, and TDR, TDT, FDR, and tensiometer, which are suggested as means for measuring medium moisture content in Patent Document 1, are widely used methods prior to the above patent.

선행 특허문헌 2(대한민국 등록특허 제10-1947680호)는 양액장치 전체구조에 대한 특허로서 관수에 필요한 일반적인 장치 요소들을 개시하고 있으나, 기준배지의 함수량을 계산하는 방법을 제시하고 있지 않고, 기준배지의 정보를 이용하여 구체적인 관수방법(관수 시작 기준, 관수중단 기준, 관수개시 기준, 관수 시간설정 방법 등)을 제시 하지 않고 있다.Prior Patent Document 2 (Republic of Korea Patent Registration No. 10-1947680) is a patent for the overall structure of a nutrient solution device, and discloses general device elements necessary for irrigation, but does not suggest a method for calculating the water content of the reference medium, and does not suggest a method for calculating the water content of the reference medium. It does not suggest specific irrigation methods (irrigation start standards, irrigation stop standards, irrigation start standards, irrigation time setting methods, etc.) using the information in

선행 특허문헌 3(대한민국 등록특허 제10-2098853호)은 배지의 전기전도도를 최적상태로 유지하기 위하여 순수한 물 즉 원수와 액비(액체비료)의 비율을 조절하는 장치와 방법에 관한 것이다. 3종의 파라미터(배지 함수율, 급액 염의 농도, 배액 염의 농도)를 이용하여 원액과 액비의 비율을 조절하는 구체적인 방법을 제시하지 않고 있으며, 급액양과 배액양을 이용하여 배지 함수율을 구하는 방법도 제시 하지 않고 있다.Prior Patent Document 3 (Republic of Korea Patent No. 10-2098853) relates to an apparatus and method for controlling the ratio of pure water, that is, raw water and liquid fertilizer (liquid fertilizer) in order to maintain the electrical conductivity of the medium in an optimal state. It does not suggest a specific method to control the ratio of the stock solution to the liquid ratio using three parameters (medium moisture content, salt concentration of feed solution, concentration of drain salt), nor does it suggest a method for calculating the moisture content of the medium using the amount of supply and drainage. is not

대한민국 등록특허 제10-1979751호Republic of Korea Patent No. 10-1979751 대한민국 등록특허 제10-1947680호Republic of Korea Patent Registration No. 10-1947680 대한민국 등록특허 제10-2098853호Republic of Korea Patent Registration No. 10-2098853

스마트 팜에서 일반적으로 많이 사용하는 관수방식은 일사량에 따라 관수하는 형태로, 광량을 적분하여 기준치 이상이면 양액을 일정기간 동안 관수한다. 이러한 관수방식은 광량이 많으면 온도가 올라가서 증산작용이 많아지고 광량증가로 인하여 광합성이 활발해진다는 이론적인 배경에 근거를 두고있다. 이러한 방식의 문제점은 증산량은 빛의 세기만의 함수가 아니고 공기온도와 습도 등 여러 요인에 따라 변화 한다는데 있다. 광량만으로 관수하는 시스템은 준 폐회로 제어 시스템 (sem-closed loop control system)이라고 볼 수 있다. 이러한 개방형 시스템은 식물이 배지에서 수분을 흡수하는 정도를 고려하지 않고 일방적으로 양액을 공급하게 되어 양액을 과다하게 공급하거나 양액을 부족하게 공급하게 되는 문제점이 있다.The irrigation method commonly used in smart farms is in the form of irrigation according to the amount of insolation. This irrigation method is based on the theoretical background that when the amount of light increases, the temperature rises, so the transpiration action increases, and photosynthesis becomes active due to the increase in the amount of light. The problem with this method is that the amount of transpiration is not a function of light intensity alone, but changes according to various factors such as air temperature and humidity. A system that irrigates only with the amount of light can be seen as a semi-closed loop control system. Such an open system has a problem in that the nutrient solution is supplied unilaterally without considering the degree to which the plant absorbs moisture from the medium, so that the nutrient solution is supplied excessively or the nutrient solution is insufficiently supplied.

식물이 배지에서 수분을 흡수하는 것은 물이 필요하기 때문이다. 광량, 공기중 온도, 공기중 습도, 식물의 발육 상태에 따라 식물이 배지에서 수분 흡수량이 달라지게 된다. 식물이 배지로부터 수분을 많이 흡수하게 되면 배지의 함수량이 낮아질 것이고, 반대로 수분을 작게 흡수하면 배지 함수량이 덜 감소할 것이다. 식물이 수분을 흡수하는 정도에 따라 수분을 공급하기 위해서는 배지의 함수량을 측정하여 양액을 공급해야 한다. 배지 함수량 기반으로 관수하면 모든 변수의 영향이 고려된 폐회로 제어 시스템(closed loop control system)이 된다.Plants absorb water from the medium because they need water. Depending on the amount of light, air temperature, air humidity, and plant growth, the amount of water absorbed by plants from the medium varies. If the plant absorbs a lot of water from the medium, the water content of the medium will be low, and conversely, if the plant absorbs less water, the water content of the medium will decrease less. In order to supply moisture according to the degree to which the plant absorbs moisture, it is necessary to measure the moisture content of the medium and supply the nutrient solution. If the irrigation is based on the water content of the medium, it becomes a closed loop control system in which the effects of all variables are considered.

통상적으로 스마트 팜에서 사용하는 인공토양(이하 배지)은 도 1과 같이 상부에 식물을 식재하고 하부에 복수의 구멍을 뚫어 양액이 과도하게 공급되면 그 구멍으로 양액이 흘러 나가게 되어있다. 광량제어 등과 같은 개방형 관수제어 시스템의 또 다른 문제점은 양액이 많이 공급되어 식물이 흡수하지 못하고 흘러 나가는 양액(이하 배액)이 많아도 양액공급을 중단하지 못하는 것이다. 양액이 필요이상으로 흘러 나가면 불필요한 양액공급으로 생산원가가 올라가고 수질 및 토양오염이 일어나는 문제점이 있다. Typically, artificial soil (hereinafter, medium) used in smart farms is planted with plants on the upper part as shown in FIG. 1, and a plurality of holes are drilled in the lower part. Another problem with the open irrigation control system such as light quantity control is that the nutrient solution supply cannot be stopped even if there is a large amount of nutrient solution (hereinafter referred to as drainage) flowing out without being absorbed by the plant because a large amount of nutrient solution is supplied. If the nutrient solution flows out more than necessary, the production cost rises due to the unnecessary supply of the nutrient solution, and there are problems that water quality and soil pollution occur.

배지로 부터 흘러나오는 배액은 배지의 전기전도도(Electric Conductivity: EC)를 조절하는 기능을 한다. 배액이 아주 작을 경우는 배지의 EC가 올라가 식물의 뿌리가 배지로 부터 양액을 흡수하는 량이 줄어든다. 식물의 종류와 생육 시기에 따라 배지의 EC를 변화시켜야 하므로 배액량을 제어하는 것이 필요하다.Drainage flowing from the medium functions to control the electrical conductivity (EC) of the medium. When the drainage is very small, the EC of the medium rises and the amount of nutrient solution absorbed by the plant roots from the medium decreases. It is necessary to control the amount of drainage because the EC of the medium needs to be changed according to the type of plant and the growth period.

이에 본 발명이 다루고자 하는 다른 기술적 과제는 식물의 종류나 식물의 생육시기에 따라 관수를 효과적으로 제어할 수 있는 수경재배용 배지의 배액량과 함수량을 이용한 관수 제어 시스템을 제공하는 데 있다.Accordingly, another technical problem to be addressed by the present invention is to provide a irrigation control system using the drainage amount and water content of a hydroponics medium that can effectively control irrigation according to the type of plant or the growth period of the plant.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명은 수경재배용 배지의 배액량과 함수량을 이용한 관수 제어 시스템으로서, 상기 수경재배용 배지의 함수량을 실시간으로 측정하기 위한 적어도 하나의 함수량 센서; 상기 수경재배용 배지의 배액량을 실시간으로 측정하기 위한 적어도 하나의 배액량 센서; 및 상기 함수량 센서의 측정값을 기초로 상기 배지의 함수량을 측정하고, 상기 배액량 센서의 측정값을 기초로 상기 배지의 배액량을 측정하며, 측정된 함수량과 배액량을 기초로 상기 배지에 공급되는 양액의 관수를 제어하는 제어장치;를 포함하는 수경재배용 배지의 배액량과 함수량을 이용한 관수 제어 시스템에 관한 것이다.The present invention for solving the above technical problem is an irrigation control system using the drainage amount and water content of the hydroponic culture medium, at least one water content sensor for measuring the water content of the hydroponic culture medium in real time; at least one drainage amount sensor for measuring the drainage amount of the hydroponic culture medium in real time; and measuring the water content of the medium based on the measured value of the water content sensor, measuring the drainage amount of the medium based on the measured value of the drainage amount sensor, and based on the measured water content and drainage amount of the nutrient solution supplied to the medium It relates to an irrigation control system using a drainage amount and water content of a medium for hydroponics, including a control device for controlling irrigation.

상기 함수량 센서는 상기 배지를 중심으로 서로 마주보도록 배치되는 제1 전극판과 제2 전극판으로 이루어진 정전용량 센서이고, 상기 제어장치는 제1 전극판과 상기 제2 전극판에 정현파 교류를 인가하여 상기 제1 전극판과 상기 제2 전극판 사이의 임피던스를 측정하고 상기 측정된 임피던스를 바탕으로 상기 배지의 함수량을 측정하는 것을 특징으로 할 수 있다.The water content sensor is a capacitive sensor comprising a first electrode plate and a second electrode plate disposed to face each other around the medium, and the control device applies a sinusoidal alternating current to the first electrode plate and the second electrode plate. It may be characterized in that the impedance between the first electrode plate and the second electrode plate is measured, and the water content of the medium is measured based on the measured impedance.

상기 함수량 센서는 FDR(Frequency Domain Reflectometry) 센서 또는 TDR(Time Domain Reflectometry) 센서인 것을 특징으로 할 수 있다.The water content sensor may be a frequency domain reflectometry (FDR) sensor or a time domain reflectometry (TDR) sensor.

상기 배액량 센서는 상기 배지에서 흘러나오는 배액을 별도로 저장하는 배액통의 하중을 실시간으로 측정하기 위해 상기 배액통의 하부에 설치되는 로드셀(load cell)인 것을 특징으로 할 수 있다.The drainage amount sensor may be characterized in that it is a load cell (load cell) installed in the lower portion of the drainage tube to measure in real time the load of the drainage tube separately storing the drainage flowing out of the medium.

상기 배액량 센서는 상기 배지에서 흘러나오는 배액을 별도로 저장하는 배액통을 중심으로 서로 마주보도록 배치되어 있는 한 쌍의 전극판으로 이루어진 정전용량 센서이고, 상기 제어장치는 상기 한 쌍의 전극판에 정현파 교류를 인가하여 상기 한 쌍의 전극판 사이의 임피던스를 측정하고 상기 측정된 임피던스를 바탕으로 상기 배액통에 저장된 배액량을 측정하는 것을 특징으로 할 수 있다.The drainage amount sensor is a capacitive sensor composed of a pair of electrode plates facing each other around a drainage container for separately storing the drainage liquid flowing from the medium, and the control device is a sinusoidal alternating current on the pair of electrode plates. may be applied to measure the impedance between the pair of electrode plates and measure the amount of drainage stored in the drainage container based on the measured impedance.

상기 제어장치는 하루를 기준으로 복수의 관수기간을 구분하고, 각각의 관수기간 마다 관수 시작시간, 관수 종료시간, 관수주기, 관수재개 함수율, 최대 배액량, 및 관수량 중 적어도 하나를 사용자가 설정할 수 있도록 제공하며, 상기 사용자의 설정을 기초로 양액의 관수를 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.The control device divides a plurality of irrigation periods based on one day, and the user can set at least one of irrigation start time, irrigation end time, irrigation cycle, irrigation resume moisture content, maximum drainage, and irrigation amount for each irrigation period. It may be characterized in that the irrigation of the nutrient solution is controlled based on the user's setting.

상기 제어장치는 상기 적어도 하나의 배액량 센서를 이용하여 측정되는 배액량이 각각의 관수기간 마다 설정된 상기 최대 배액량 이상이 되면 관수를 중단시키는 것을 특징으로 할 수 있다.The control device may stop the irrigation when the amount of drainage measured using the at least one drainage sensor is equal to or greater than the maximum drainage amount set for each irrigation period.

상기 제어장치는 관수가 중단 된 후에도 상기 적어도 하나의 함수량 센서를 이용하여 측정된 함수량을 기초로 각각의 상기 적어도 하나의 함수량 센서가 설치된 해당 배지 부분의 함수율을 산출하고, 산출된 각각의 함수율 중 어느 하나의 함수율 또는 복수 함수율의 평균값이 상기 설정된 관수재개 함수율 이상이 되는 경우 관수를 재개시키는 것을 특징으로 할 수 있다.The control device calculates the moisture content of the corresponding medium portion in which each of the at least one moisture content sensor is installed based on the moisture content measured using the at least one moisture content sensor even after irrigation is stopped, and any of the calculated moisture content When the average value of one moisture content or a plurality of moisture content is greater than or equal to the set irrigation restart moisture content, irrigation may be resumed.

상기 제어장치는 상기 적어도 하나의 함수량 센서를 이용하여 측정된 각각의 함수량 중 어느 하나의 함수량 또는 복수 함수량의 평균값이 기설정된 소정값 이상이 되는 경우 관수를 중단시키는 것을 특징으로 할 수 있다.The control device may stop the irrigation when the average value of any one of the moisture content or the plurality of moisture content measured using the at least one moisture content sensor is greater than or equal to a predetermined value.

또한 상기제어장치는 하루의 첫 관수 시작점을 관수 당일 몇일 전의 배액이 흘러 나오게 하는 함수량 즉 포화함수량의 일정비율 이하가 될 때 첫 관수를 시작하는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the control device may be characterized in that the first irrigation starts when the starting point of the first irrigation of the day is less than a certain percentage of the water content, that is, the saturated water content that allows the drainage a few days before the day of irrigation to flow out.

상기 제어장치는 상기 배지로부터 배액이 흘러나오는 시점에 상기 함수량 센서를 이용하여 측정된 함수량을 포화 함수량으로 하여 미리 정해진 소정의 기간 동안의 상기 포화 함수량의 평균값(평균 함수량)을 산출하고, 하루의 특정 시점을 기준으로 상기 함수량 센서를 이용하여 실시간으로 측정되는 배지의 함수량이 상기 평균 함수량과 대비하여 소정 비율 이하가 될 때 그 날의 첫 관수를 시작하도록 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다. The control device calculates the average value (average water content) of the saturated water content for a predetermined period by using the water content measured using the water content sensor as the saturated water content at the time when the drainage is flowing out from the medium, and It may be characterized in that when the moisture content of the medium measured in real time using the moisture content sensor based on the time point becomes less than a predetermined ratio compared to the average moisture content, the first irrigation of the day may be controlled to start.

본 발명의 일 실시예에 따른 수경재배용 배지의 배액량과 함수량을 이용한 관수 제어 시스템에 의하면 배지 함수량과 배액량을 실시간으로 측정하여 양액기에 ON/OFF 신호를 줌으로써 특정 식물 종류나 생육시기에 국한하지 않고 재배식물에 맞게 관수를 제어할 수 있는 효과가 있다.According to the irrigation control system using the drainage amount and moisture content of the hydroponic culture medium according to an embodiment of the present invention, the water content and drainage amount of the medium are measured in real time and the ON/OFF signal is given to the nutrient solution. It has the effect of controlling the watering according to the plant.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 수경재배용 배지의 배액량과 함수량을 이용한 관수 제어 시스템에 의하면 별도로 배액량을 설정하여 측정되는 배지의 배액량이 설정된 배액량 값보다 많으면 관수를 중지하여 양액 낭비를 막을 수 있고 수질 오염 및 토양 오염을 막을 수 있는 효과가 있고, 재배식물에 맞게 배액 조절이 가능한 이점이 있다.In addition, according to the irrigation control system using the drainage amount and water content of the hydroponics medium according to an embodiment of the present invention, if the drainage amount of the medium measured by separately setting the drainage amount is greater than the set drainage amount value, irrigation can be stopped to prevent waste of nutrient solution, There is an effect of preventing water pollution and soil pollution, and there is an advantage that drainage can be controlled according to the cultivated plant.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 수경재배용 배지의 배액량과 함수량을 이용한 관수 제어 시스템에 의하면 관수가 중단된 경우에도 별도로 관수 재개 시점을 설정하여 필요한 경우 관수가 재개되도록 함으로써 재배식물의 종류나 생육시기에 맞는 함수량 조절이 가능한 이점이 있다.In addition, according to the irrigation control system using the drainage amount and water content of the hydroponic culture medium according to an embodiment of the present invention, even when irrigation is stopped, the irrigation restart time is separately set to resume irrigation if necessary. There is an advantage that the moisture content can be adjusted according to the time.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 관수 제어 시스템이 사용되는 수경재배용 배지를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 관수 제어 시스템의 함수량 센서 및 배액량 센서의 설치구조를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수경재배용 배지의 배액량과 함수량을 이용한 관수 제어 시스템의 블록도이다.
도 4는 배지의 각 위치에 설치된 복수의 함수율 센서로부터 측정된 함수율과 급액량 및 배액량을 도시한 도면이다.
도 5은 관수와 관수중단에 따른 배지의 함수율과 배액량의 변화를 나타낸 도면이다.
도 6은 관수 제어 변수를 입력하는 창의 예를 도시한 도면이다.
도 7은 일출 후 정해진 시간에 관수시 배지 함수량의 문제점을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 관수 제어 시스템의 함수량 센서 및 배액량 센서의 설치구조를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 관수 제어 시스템의 함수량 센서 및 배액량 센서의 설치구조를 도시한 도면이다.1 is a view showing a medium for hydroponics in which the irrigation control system according to an embodiment of the present invention is used.
2 is a diagram illustrating an installation structure of a water content sensor and a drainage amount sensor of the irrigation control system according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a block diagram of the irrigation control system using the drainage amount and water content of the medium for hydroponics according to an embodiment of the present invention.
4 is a view showing the moisture content measured from a plurality of moisture content sensors installed at each position of the medium, and the amount of supply and drainage.
5 is a view showing changes in the moisture content and drainage amount of the medium according to irrigation and cessation of irrigation.
6 is a diagram illustrating an example of a window for inputting a water supply control variable.
7 is a view showing the problem of the moisture content of the medium during irrigation at a predetermined time after sunrise.
8 is a view showing the installation structure of the water content sensor and the drainage amount sensor of the irrigation control system according to another embodiment of the present invention.
9 is a view showing the installation structure of the water content sensor and the drainage amount sensor of the irrigation control system according to another embodiment of the present invention.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세히 설명한다. 이하 설명 및 첨부된 도면들에서 실질적으로 동일한 구성요소들은 각각 동일한 부호들로 나타냄으로써 중복 설명을 생략하기로 한다. 또한 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description and the accompanying drawings, substantially identical components are denoted by the same reference numerals, respectively, and thus redundant descriptions will be omitted. Also, in the description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, a detailed description thereof will be omitted.

본 발명의 구체적인 방법을 기술하기 앞서 배지 함수량에 대한 개념을 설명한다. 일반적으로 함수량은 부피기준으로 배지 부피의 몇 %에 해당하는 양액이 배지에 스며들어 있는가를 나타낸다. 배지에 양액을 계속 공급하면 배지가 양액을 더 이상 흡수하지 못하고 배지 밖으로 배출하게 된다. 배지가 양액을 배출하는 시점의 배지 함수량을 포화 함수량이라고 할 수 있다. 본 발명에서는 배지의 절대 함수량보다 포화 함수량을 활용한다. 포화 함수량은 배지의 재질, 배지 내의 뿌리 분포, 온도, EC 등의 함수이다.Before describing the specific method of the present invention, the concept of the medium moisture content will be described. In general, the water content indicates how many % of the nutrient solution permeated into the medium based on the volume of the medium. If the nutrient solution is continuously supplied to the medium, the medium can no longer absorb the nutrient solution and is discharged out of the medium. The water content of the medium at the time the medium discharges the nutrient solution can be called the saturated water content. In the present invention, the saturated water content is utilized rather than the absolute water content of the medium. The saturated water content is a function of the material of the medium, the distribution of roots in the medium, temperature, EC, and the like.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 관수 제어 시스템이 사용되는 수경재배용 배지를 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 관수 제어 시스템의 함수량 센서 및 배액량 센서의 설치구조를 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수경재배용 배지의 배액량과 함수량을 이용한 관수 제어 시스템의 블록도이다.1 is a view showing a medium for hydroponics in which an irrigation control system according to an embodiment of the present invention is used, and FIG. 2 is an installation structure of a water content sensor and a drainage amount sensor of the irrigation control system according to an embodiment of the present invention. 3 is a block diagram of an irrigation control system using the drainage amount and water content of the medium for hydroponics according to an embodiment of the present invention.

도 1 내지 도 3을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 수경재배용 배지의 배액량과 함수량을 이용한 관수 제어 시스템(60)은 함수량 센서(610), 배액량 센서(620), 및 제어장치(630)를 포함하여 구성될 수 있다. 1 to 3, the irrigation control system 60 using the drainage amount and moisture content of the hydroponics medium according to an embodiment of the present invention is a moisture content sensor 610, a drainage amount sensor 620, and a control device 630. It may be composed of

도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 수경재배용 배지(10)의 배액량과 함수량을 이용한 관수 제어 시스템이 사용되는 배지의 구조가 도시되어 있으며, 예컨대 수경재배용 배지는 비닐 등의 포장재(110)에 의해 포장되는데, 배지와 포장재(110)는 대체적으로 직육면체의 형상을 가지며 기다랗게 형성될 수 있다. 배지를 감싸는 포장재(110)의 하부에는 배지(10)에 양액이 과다하게 공급되었을 때 잉여 양액이 배출될 수 있도록 배지의 아랫부분에 다수의 양액 배출구(140)가 형성되어 있어서 양액 배출구(140)를 통해 양액이 포장재(110) 외부로 흘러나가게 된다. 도 1을 참조하면 포장재(110)에 의해 포장되지 않고 배지(10)가 노출된 상부의 개방된 영역에 식물(120) 등이 심어진다. 또한 이렇게 배지(10)가 노출된 개방 영역에는 점적핀(130)이 삽입되어 있고 양액기(50)와 호스(70)로 연결되어 양액기(50)에 의해 공급되는 양액이 점적핀(130)을 통해 배지(10)로 공급된다. 1 shows the structure of the medium in which the irrigation control system using the drainage amount and water content of the hydroponic culture medium 10 according to an embodiment of the present invention is used, for example, the hydroponic culture medium is a packaging material 110 such as vinyl. It is packaged by, and the medium and the packaging material 110 generally have a rectangular parallelepiped shape and may be formed to be elongated. A plurality of nutrient solution outlets 140 are formed at the lower part of the packaging material 110 surrounding the medium so that the surplus nutrient solution can be discharged when the medium 10 is supplied with excessive nutrient solution. The nutrient solution flows out of the packaging material 110 through the Referring to FIG. 1 , the plant 120 and the like are planted in the open area of the upper portion where the medium 10 is exposed without being packaged by the packaging material 110 . In addition, the dripping pin 130 is inserted in the open area where the medium 10 is exposed, and the nutrient solution supplied by the nutrient solution device 50 is connected to the nutrient solution device 50 and the hose 70 by the drip pin 130 . It is supplied to the medium 10 through the.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 관수 제어 시스템이 사용되는 배지(10)는 포장재(110)에 의해 둘러싸인 상태로 상부가 개방된 직육면체 통 형상의 배액 집수통(20) 내부에 수용되어 진다. 이러한 구성에 의해, 포장재(110)에 형성된 다수의 양액 배출구(140)를 통해 흘러나오는 잉여 양액들은 배액 집수통(20)에 모여지게 된다. 한편, 하나 또는 다수의 실시에서 배액 집수통(20)의 하부면의 일부에는 배액 배출구(210)가 형성되어 있고, 이 배액 배출구(210)는 배액 집수통(20)의 하부에 별도로 구비된 배액통(30)의 배액 유입구(310)와 연질 호스(40) 등에 의해 연통되어 있다. 따라서, 배액 집수통(20) 내부에 모여지는 배액은 배액 배출구(210)를 통해 배액 집수통(20)으로부터 흘러나와서 연질 호스(40)를 통과하여 배액 유입구(310)를 통해 배액통(30)에 저장된다. 배액 집수통(20)의 배액 배출구(210)와 배액통(30)을 연결할 때 배지의 무게가 배액통(30)에 영향을 주지 않는 구조로 형성하는 것이 바람직하다. Referring to FIG. 2 , the medium 10 in which the irrigation control system according to an embodiment of the present invention is used is surrounded by a packaging material 110 and a rectangular parallelepiped-shaped drainage container 20 with an open top inside. is accepted With this configuration, the excess nutrient solution flowing out through the plurality of nutrient solution outlets 140 formed in the packaging material 110 is collected in the drainage container 20 . On the other hand, in one or a plurality of implementations, a drainage outlet 210 is formed on a part of the lower surface of the drainage container 20 , and the drainage outlet 210 is separately provided at the lower part of the drainage container 20 . It communicates with the drainage inlet 310 of the cylinder 30 by the soft hose 40 or the like. Therefore, the drainage collected inside the drainage sump 20 flows out from the drainage sump 20 through the drainage outlet 210, passes through the soft hose 40, and through the drainage inlet 310, the drainage trough 30 is stored in When connecting the drain outlet 210 and the drain tube 30 of the drainage container 20, it is preferable to form a structure in which the weight of the medium does not affect the drain tube 30.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 관수 제어 시스템(60)에 사용되는 배액통(30)의 하부에는 로드셀(load cell)(624)과 같은 하중을 측정할 수 있는 배액량 센서(620)가 배치될 수 있다. 예컨데, 로드셀(624)에 의해 측정되는 배액통(30)의 하중을 실시간으로 측정하여 제어장치(630)로 전송하면 로드셀에 의해 측정된 하중을 기초로 배액통(30) 내부에 저장된 배액의 양을 측정할 수 있고 저장된 배액량의 변화도 측정할 수 있다. 다만, 배액량 센서(620)는 로드셀(624)로 한정되는 것은 아니다. 도 9에 또 다른 실시예로 도시된 바와 같이 배액통(30)의 마주보는 면에 한 쌍의 전극판(621, 622)을 설치하여 정전용량을 측정함으로써 배액량을 측정하거나, 또는 도면에 도시되어 있지는 않으나 플로우미터(flowmeter)를 이용하여 배액량을 측정할 수도 있다. Referring to FIG. 2 , at the lower portion of the drainage tube 30 used in the irrigation control system 60 according to an embodiment of the present invention, a drainage amount sensor capable of measuring a load such as a load cell 624 ( 620) may be disposed. For example, when the load of the drain container 30 measured by the load cell 624 is measured in real time and transmitted to the control device 630, the amount of drainage stored inside the drain container 30 based on the load measured by the load cell can be measured, and changes in stored drainage can also be measured. However, the drainage amount sensor 620 is not limited to the load cell 624 . As shown in another embodiment in FIG. 9, a pair of electrode plates 621 and 622 are installed on opposite surfaces of the drain tube 30 to measure the amount of drainage by measuring the capacitance, or as shown in the drawing Although not available, the amount of drainage may be measured using a flowmeter.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 관수 제어 시스템의 함수량 센서(610)는 정전용량 센서로서 배액 집수통(20) 내부에서 포장재(110)의 제1 측면(길이 방향 측면)에 부착되는 제1 전극판(611)과, 포장재(110)의 제1 측면의 반대편의 제2 측면에 부착되는 제2 전극판(612)을 포함할 수 있다. 제1 전극판(611)과 제2 전극판(612)은 배지의 길이 방향을 따라 다수 개 설치될 수 있다. 제1 전극판(611)과 제2 전극판(612)은 그 사이의 배지를 유전체로 하는 컨덴서를 형성한다.Referring to FIG. 2 , the water content sensor 610 of the irrigation control system according to an embodiment of the present invention is a capacitive sensor on the first side (longitudinal side) of the packaging material 110 in the drainage container 20 inside. It may include a first electrode plate 611 attached to, and a second electrode plate 612 attached to a second side opposite to the first side surface of the packaging material 110 . A plurality of the first electrode plate 611 and the second electrode plate 612 may be installed along the longitudinal direction of the medium. The first electrode plate 611 and the second electrode plate 612 form a capacitor using a medium therebetween as a dielectric.

도 2에 일 실시예로 도시된 바와 같이 제1 전극판(611)과 제2 전극판(612)을 배지의 높이 방향 전체를 커버하도록 설치하면, 배지의 높이 방향 (및 폭 방향) 전체에 걸친 함수량을 측정할 수 있다. 특히 배지 하부의 함수량이 측정되도록 하기 위해 제1 전극판(611)과 제2 전극판(612)의 하단이 배지의 제1, 2 측면의 하단 또는 그 아래에 위치하도록 할 수 있다. 또한, 제1, 2 전극판을 배지의 길이 방향을 따라 길게 형성하거나, 다수의 제1 전극판(611)을 서로 전기적으로 연결하고 다수의 제2 전극판(612)을 서로 전기적으로 연결하여, 배지의 길이 방향 전체에 걸쳐 함수량이 측정되도록 할 수도 있다. 다만 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 필요한 경우 제1 전극판(611)과 제2 전극판(612)을 배지의 높이 방향이나 폭 방향 전체를 커버하지 않고 그보다 작게 형성할 수도 있고, 제1 전극판(611)과 제2 전극판(612)을 배지의 양 측면부가 아닌 상면부와 하면부에 설치할 수도 있다. 제1 전극판(611)과 제2 전극판(612)의 기능, 원리, 배치, 구조 및 형태 등에 대해서는 본 출원인의 공개된 선행 특허출원(대한민국 공개특허공보 제10-2020-0112030호, 공개일자: 2020.10.05.)에 다양한 실시예로 개시되어 있으므로 구체적인 설명은 생략한다. As shown in FIG. 2 as an embodiment, when the first electrode plate 611 and the second electrode plate 612 are installed to cover the entire height direction of the medium, over the entire height direction (and width direction) of the medium. The water content can be measured. In particular, the lower ends of the first electrode plate 611 and the second electrode plate 612 may be positioned at or below the lower ends of the first and second sides of the culture medium in order to measure the water content in the lower part of the culture medium. In addition, by forming the first and second electrode plates elongated along the longitudinal direction of the medium, or by electrically connecting a plurality of first electrode plates 611 to each other and electrically connecting a plurality of second electrode plates 612 to each other, It is also possible to measure the water content over the entire length of the medium. However, it is not limited to this embodiment, and if necessary, the first electrode plate 611 and the second electrode plate 612 may be formed to be smaller than that without covering the entire height or width direction of the medium, and the first electrode The plate 611 and the second electrode plate 612 may be installed on the upper and lower surfaces of the medium rather than on both side surfaces. For the function, principle, arrangement, structure and form of the first electrode plate 611 and the second electrode plate 612, the applicant's prior patent application (Korean Patent Application Laid-Open No. 10-2020-0112030, publication date) : 2020.10.05.) as disclosed in various embodiments, detailed description will be omitted.

도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 관수 제어 시스템(60)은 함수량 센서(610), 배액량 센서(620), 및 제어장치(630)를 포함하여 구성될 수 있고, 제어장치(630)는 측정 및 제어부(631), GUI(graphic user interface)부(632), 관수 알고리즘부(633), 양액기 인터페이스부(634), 및 통신부(635)를 포함하여 구성될 수 있다. As shown in FIG. 3 , the irrigation control system 60 according to an embodiment of the present invention may include a water content sensor 610 , a drainage amount sensor 620 , and a control device 630 , and a control device 630 may be configured to include a measurement and control unit 631 , a graphic user interface (GUI) unit 632 , an irrigation algorithm unit 633 , a nutrient solution interface unit 634 , and a communication unit 635 .

상기 측정 및 제어부(631)는 상기 함수량 센서(610)의 측정값을 기초로 상기 배지의 함수량을 측정하고, 상기 배액량 센서(620)의 측정값을 기초로 상기 배지의 배액량을 측정하며, 측정된 함수량과 배액량을 기초로 상기 배지에 공급되는 양액의 관수를 제어한다. The measurement and control unit 631 measures the water content of the medium based on the measurement value of the water content sensor 610, measures the amount of drainage of the medium based on the measurement value of the drainage amount sensor 620, and the measured The irrigation of the nutrient solution supplied to the medium is controlled based on the water content and the drainage amount.

상기 배지의 함수량은 도 2에 도시된 정전용량 센서와 같은 함수량 센서(610)를 이용하여 측정 및 제어부(631)에서 측정할 수 있다. 함수량 센서(610)의 제1 전극판(611)과 상기 제2 전극판(612)에 정현파 교류를 인가하여 상기 제1 전극판(611)과 상기 제2 전극판(612) 사이의 임피던스를 측정하고 상기 측정된 임피던스를 바탕으로 상기 배지의 함수량 및 그 변화를 측정한다. 배지, 즉 인공토양과 양액이 혼합된 배지의 임피던스를 측정하여 임피던스의 허수부를 구하면 배지의 커패시턴스를 구할 수 있다. 배지에 수분이 많아지면 유전율이 커지게 되어 컨덴서 정전용량(커패시턴스, C)이 커지게 되므로 커패시턴스를 통해 배지의 함수량 또는 그 변화를 측정할 수 있다. 이를 위해 측정 및 제어부(631)는 제1, 2 전극판에 인가할 정현파 교류를 생성하는 PLL, 정현파 교류를 소정의 크기로 증폭하는 증폭부, 임피던스 측정부,여러 개의 전극 센서 중에서 임피던스를 측정할 전극 센서를 선택하기 위한 멀티플렉서(multiplexer, MUX) 등을 포함할 수 있다. 이러한 제1 전극판(611)과 제2 전극판(612)을 구비한 정전용량 센서(610)를 이용하여 배지의 함수량을 측정하는 구성 등에 대한 내용은 본 출원인의 공개된 선행 특허출원(대한민국 공개특허공보 제10-2020-0112030호, 공개일자: 2020.10.05.)에 구체적으로 개시되어 있으므로 자세한 설명은 생략한다. The water content of the medium may be measured and measured by the control unit 631 using a water content sensor 610 such as a capacitive sensor shown in FIG. 2 . The impedance between the first electrode plate 611 and the second electrode plate 612 is measured by applying a sinusoidal alternating current to the first electrode plate 611 and the second electrode plate 612 of the water content sensor 610 . and measure the water content of the medium and its change based on the measured impedance. The capacitance of the medium can be obtained by measuring the impedance of the medium, that is, the medium in which the artificial soil and the nutrient solution are mixed to obtain the imaginary part of the impedance. When there is more water in the medium, the dielectric constant increases and the capacitor capacitance (capacitance, C) increases. Therefore, the water content of the medium or its change can be measured through the capacitance. To this end, the measurement and control unit 631 measures the impedance among the PLL for generating a sinusoidal alternating current to be applied to the first and second electrode plates, an amplifier for amplifying the sinusoidal alternating current to a predetermined size, an impedance measuring unit, and a plurality of electrode sensors. A multiplexer (MUX) for selecting the electrode sensor may be included. For the configuration of measuring the water content of the medium using the capacitive sensor 610 having the first electrode plate 611 and the second electrode plate 612 , etc., the prior patent application published by the present applicant (Korea Publication) Patent Publication No. 10-2020-0112030, publication date: 2020.10.05.) is specifically disclosed in the detailed description will be omitted.

상기 배지의 배액량은 도 2에 도시된 로드셀(624)과 같은 배액량 센서(620)를 이용하여 측정 및 제어부(631)에서 측정할 수 있다. 상기 측정 및 제어부(631)는 상기 배액량 센서(620)인 로드셀(624)에서 실시간으로 측정된 배액통(30)의 하중값을 수신하여 배액통(30)에 유입되는 배지의 배액량 및 그 변화를 측정한다. The amount of drainage of the medium may be measured and measured by the control unit 631 using a drainage amount sensor 620 such as the load cell 624 shown in FIG. 2 . The measurement and control unit 631 receives the load value of the drainage tube 30 measured in real time by the load cell 624, which is the drainage amount sensor 620, and measures the amount of drainage of the medium flowing into the drainage tube 30 and its change. measure

상기 GUI(Graphic User Interface)부(632)는 배지의 함수량, 배지의 배액량, 제어상태, 측정된 변수 값울 이용하여 만든 함수를 그래프로 표시하고 제어 변수들을 입력하기 위한 것으로서, 배지의 함수량과 배액량이 측정되는 배지에 배치하거나 유무선을 통하여 연결되는 중앙관수제어 컴퓨터(미도시)에 배치될 수 있다.The GUI (Graphic User Interface) unit 632 is for displaying as a graph a function made using the water content of the medium, the amount of drainage of the medium, the control state, and the measured variable values and inputting control variables, and the water content and the amount of drainage of the medium It may be placed on the measured medium or placed on a central irrigation control computer (not shown) connected through wired or wireless.

상기 관수 알고리즘부(633)는 통신부(635)로부터 수신한 배지의 함수량과 배액량 측정 데이터를 바탕으로 미리 정해진 프로그램에 따라 관수신호를 생성하는 분으로서 관수 알고리즘은 컴퓨터나 ROM에 저장될 수 있다. 관수 알고리즘부(633)는 배지의 함수량과 배액량이 측정되는 배지에 배치하거나 유무선을 통하여 연결되는 중앙관수제어 컴퓨터에 배치될 수 있다.The irrigation algorithm unit 633 generates an irrigation signal according to a predetermined program based on the moisture content and drainage amount measurement data of the medium received from the communication unit 635, and the irrigation algorithm may be stored in a computer or ROM. The irrigation algorithm unit 633 may be disposed in a medium in which the water content and drainage amount of the medium are measured, or may be disposed in a central irrigation control computer connected through wired or wireless.

상기 양액기 인터페이스부(634)는 여러 종류의 양액기(50)에 딸린 모터를 ON/OFF 제어하기 위하여 양액기(50)와 제어장치(630)의 다른 구성 부분을 연결하는 부분이다.The nutrient solution interface unit 634 is a part that connects the nutrient solution device 50 and other components of the control device 630 to ON/OFF control the motors included in various types of nutrient solution devices 50 .

상기 통신부(635)는 각각의 측정 및 제어부(631), GUI(graphic user interface)부(632), 관수 알고리즘부(633), 양액기 인터페이스부(634)를 유무선으로 서로 연결하여 상호간에 정보나 신호를 송수신할 수 있게 한다.The communication unit 635 connects each measurement and control unit 631, a graphic user interface (GUI) unit 632, an irrigation algorithm unit 633, and a nutrient solution interface unit 634 to each other via wire or wireless to communicate information or information to each other. Allows signals to be sent and received.

상기 제어장치(630)의 동작을 순서대로 설명하면, 먼저 각각의 함수량 센서(610)와 배액량 센서(620)에서 측정된 측정값을 측정 및 제어부(631)에서 수신하여 이를 토대로 함수량 측정 데이터와 배액량 측정 데이터를 생성하고 이를 통신부(635)를 매개로 관수 알고리즘부(633)에 전송한다. 관수 알고리즘부(633)는 함수량 측정 데이터와 배액량 측정 데이터를 토대로 미리 정해진 프로그램에 따라 관수신호를 생성하여 통신부(635)를 매개로 측정 및 제어부(631)로 관수신호를 전송한다. 측정 및 제어부(631)는 관수신호를 수신하여 이를 기초로 양액기(50)의 모터를 ON/OFF하거나 또는 양액이 공급되는 배관이나 호스 등에 설치된 관수밸브(미도시)를 개폐하는 제어신호를 생성하여 양액기 인터페이스부(634)로 전송한다. 양액기 인터페이스부(634)는 제어신호를 수신하여 이에 따라 양액기(50)의 모터나 관수밸브에 작동시킨다. 한편 사용자는 GUI(Graphic User Interface)부(632)를 통해 여러 가지 제어 변수들을 입력할 수 있으며 GUI부(632)에 나타나는 배지의 함수량, 배지의 배액량, 제어상태 등에 관한 그래프를 실시간으로 확인할 수 있다.When the operation of the control device 630 is described in order, first, the measurement and control unit 631 receives the measured values measured by each of the moisture content sensor 610 and the drainage amount sensor 620, and based on this, the moisture content measurement data and the drainage amount The measurement data is generated and transmitted to the irrigation algorithm unit 633 via the communication unit 635 . The irrigation algorithm unit 633 generates an irrigation signal according to a predetermined program based on the moisture content measurement data and the drainage amount measurement data, and transmits the irrigation signal to the measurement and control unit 631 via the communication unit 635 . The measurement and control unit 631 receives the irrigation signal and generates a control signal for turning on/off the motor of the nutrient solution 50 or opening and closing a irrigation valve (not shown) installed in a pipe or hose to which the nutrient solution is supplied based on the received irrigation signal and transmits it to the nutrient solution interface unit 634 . The nutrient solution interface unit 634 receives the control signal and operates the motor or the irrigation valve of the nutrient solution device 50 accordingly. On the other hand, the user can input various control variables through the GUI (Graphic User Interface) unit 632, and can check graphs related to the water content of the medium, the amount of drainage of the medium, the control state, etc. displayed on the GUI unit 632 in real time. .

이하에서는, 도 1 내지 도 3에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 관수 제어 시스템(60)을 이용하여 관수를 제어하는 방법을 도면을 참조하여 설명한다. Hereinafter, a method of controlling irrigation using the irrigation control system 60 according to an embodiment of the present invention shown in FIGS. 1 to 3 will be described with reference to the drawings.

도 4는 배지의 각 위치에 설치된 복수의 함수율 센서로부터 측정된 함수율과 급액량 및 배액량을 도시한 도면이고, 도 5은 관수와 관수중단에 따른 배지의 함수량과 배액량의 변화를 나타낸 도면이며, 도 6은 관수 제어 변수를 입력하는 창의 예를 도시한 도면이다. 도 4의 함수율 센서의 그래프에서 파란색 선(C)는 제1 전극판(611)과 제2 전극판(612)에 의해 측정된 배지의 정전용량(커패시턴스)으로서 정전용량에 비례하는 배지의 함수율을 나타내는 것이고, 붉은색 선(EC)는 배지의 전기전도도를 나타내는 것이다. 4 is a view showing the moisture content, supply amount, and drainage amount measured from a plurality of moisture content sensors installed at each position of the medium, and FIG. 5 is a view showing the change in the water content and drainage amount of the medium according to irrigation and irrigation is stopped, FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a window for inputting irrigation control variables. In the graph of the moisture content sensor of FIG. 4, the blue line (C) is the capacitance (capacitance) of the medium measured by the first electrode plate 611 and the second electrode plate 612. The moisture content of the medium is proportional to the capacitance. is shown, and the red line (EC) represents the electrical conductivity of the medium.

식물(120)이 식재된 배지(10)에 점적핀(130)을 통하여 주어진 주기에 주어진 양액을 관수하면 도 5의 함수율 곡선과 같이 배지의 함수량이 증가하게 된다. 양액 공급이 포화함수량 이상이 되면 배지가 흡수하지 못하는 양액 즉 배액이 배액통(30)으로 흘러 들어가 도 4에서 보이는 바와 같이 배액량이 증가한다. 배액이 나오기 시작한 이후에도 계속 관수를 하게 되면 양액 낭비와 환경오염을 초래하여 문제가 된다. When the plant 120 is irrigated with a given nutrient solution at a given cycle through the drip pin 130 to the planted medium 10, the water content of the medium increases as shown in the moisture content curve of FIG. When the nutrient solution supply exceeds the saturated water content, the nutrient solution that the medium cannot absorb, ie, the drainage, flows into the drainage tube 30 and the drainage amount increases as shown in FIG. 4 . If irrigation is continued even after the drainage begins, it causes waste of nutrient solution and environmental pollution, which is a problem.

이러한 문제를 방지하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르면 제어장치(630)는 하루에 복수의 관수기간을 구분할 수 있도록 제공하고, 각각의 관수기간 마다 관수 시작시간, 관수 종료시간, 관수주기, 관수재개 함수율, 최대 배액량, 및 관수량 중 적어도 하나를 사용자가 설정할 수 있도록 제공하여, 상기 사용자의 설정을 기초로 양액의 관수를 제어하는 것을 특징으로 한다. 예컨데, 사용자는 제어장치(630)의 GUI부(632)를 통해 관수 시작시간, 관수 종료시간, 관수주기, 관수재개 함수율, 최대 배액량, 및 관수량을 입력하여 이를 기초로 관수를 제어함으로써 양액이 지나치게 공급되어 낭비되거나 양액이 부족하여 재배식물이 시들거나 죽는 것을 방지할 수 있다.In order to prevent this problem, according to an embodiment of the present invention, the control device 630 provides a plurality of irrigation periods per day to be distinguished, and for each irrigation period, irrigation start time, irrigation end time, irrigation cycle, It is characterized in that by providing a user to set at least one of the irrigation restart moisture content, the maximum drainage amount, and the irrigation amount, the irrigation of the nutrient solution is controlled based on the user's setting. For example, the user inputs irrigation start time, irrigation end time, irrigation cycle, irrigation resume moisture content, maximum drainage amount, and irrigation amount through the GUI unit 632 of the control device 630 and controls irrigation based on the input to control irrigation. It can prevent the cultivated plants from withering or dying due to excessive supply and wasted or insufficient nutrient solution.

도 6의 실시예를 참조하면 사용자는 제어장치(630)를 통해 하루를 3개의 관수기간(관수기간 1, 관수기간 2, 관수기간 3)으로 나누어서 각각의 관수기간 마다 다르게 관수를 제어할 수 있다. 이는 같은 식물(120)이라도 하루 중 시기에 따라 광량 등과 같은 주변 환경이 식물(120)에 미치는 영향이 달라지기 때문이다. 예컨대, 관수기간 1을 기초로 설명하면, 사용자는 10:00~11:30까지의 관수기간에 대해서 20분의 관수주기로 180초 동안 관수하도록 관수량을 설정할 수 있으며, 기본적으로 이와 같이 설정된 관수주기, 관수량에 따라 제어장치(630)가 양액기(50)에 관수 제어신호를 전송하여 관수를 실시하게 된다. 그런데, 이러한 설정값들 만으로 관수를 하게 되면 양액 공급이 포화함수량 이상이 되어 배지로부터 배액이 지나치게 흘러나가게 되어 양액이 낭비될 수 있으므로 본 발명에서는 도 6에 도시된 바와 같이 별도로 배액량을 설정하여 관수를 중단시킬 수 있도록 제공하고 있다. 사용자는 관수기간 1에 배액량을 50ml로 설정해놓았으므로 10:00~11:30까지의 관수기간에 대해서 20분의 관수주기로 180초 동안 관수를 하는 동안에도 배액통(30)의 배액량 센서(620)를 이용하여 측정되는 배액량이 50ml 이상이 되면 측정 및 제어부(631)에서 관수를 중단하는 신호를 양액기(50)로 전송하게 된다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따르면 지나치게 배액이 낭비되는 것을 방지할 수 있다. 그런데 이와 같이 배액량을 설정하는 것에 의해 새로운 문제가 발생될 수 있다. 설정된 배액량 50ml 이상이 되어 관수가 중단되면, 배지에는 더 이상 양액이 공급이 되지 않기 때문에 식물(120)의 증산작용으로 인하여 같이 식물(120)의 뿌리가 배지의 수분을 흡수하여 도 5의 함수율 곡선과 같이 함수량이 줄어들게 되고, 이에 따라 배지에 수분이 줄어들어 식물(120)이 시들거나 말라 죽게 될 수 있기 때문이다. Referring to the embodiment of FIG. 6 , the user can control irrigation differently for each irrigation period by dividing a day into three irrigation periods (irrigation period 1, irrigation period 2, and irrigation period 3) through the control device 630. . This is because the influence of the surrounding environment, such as the amount of light, on the plant 120 varies depending on the time of day even for the same plant 120 . For example, if described based on irrigation period 1, the user can set the irrigation amount to irrigate for 180 seconds with an irrigation cycle of 20 minutes for the irrigation period from 10:00 to 11:30. Basically, the irrigation period set in this way , the control device 630 transmits an irrigation control signal to the nutrient solution device 50 according to the amount of irrigation to perform irrigation. However, if irrigation is performed only with these set values, the supply of nutrient solution becomes more than the saturated water content, and drainage from the medium may be wasted. It is provided so that it can be stopped. Since the user has set the drainage amount to 50ml in the irrigation period 1, for the irrigation period from 10:00 to 11:30, the drainage amount sensor (620) When the amount of drainage measured by using is 50 ml or more, the measurement and control unit 631 transmits a signal to stop irrigation to the nutrient solution device 50 . Therefore, according to the embodiment of the present invention, it is possible to prevent excessive waste of drainage. However, by setting the amount of drainage in this way, a new problem may arise. When irrigation is stopped when the set drainage amount is 50 ml or more, the nutrient solution is no longer supplied to the medium, so due to the transpiration of the plant 120, the roots of the plant 120 absorb the moisture of the medium and the moisture content curve of FIG. This is because the water content is reduced as shown, and accordingly, the moisture in the medium is reduced, so that the plant 120 may wither or wither and die.

따라서, 본 발명에서는 이러한 문제를 방지하기 위하여 도 6에 도시된 바와 같이 사용자가 별도로 관수재개 조건을 설정할 수 있도록 제공하고 있다. 즉, 설정된 배액량 50ml 이상이 되어 관수가 중단된 경우에도 복수의 함수량 센서(610)를 이용하여 측정된 해당 배지 부분의 함수율을 산출하고, 산출된 각각의 함수율 중 어느 하나의 함수율 또는 복수 함수율의 평균값이 상기 사용자가 설정한 관수재개 함수율(도 6의 관수기간 1의 경우 0.95) 이하가 되는 경우에는 측정 및 제어부(631)에서 양액기(50)에 관수를 재개신호를 전송하여 관수를 재개시키게 된다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따르면 배지로부터 배액이 지나치게 흘러나와 낭비되거나 혹은 배지의 함수량이 모자라서 배지에 식재된 식물이 말라죽는 문제를 방지할 수 있는 효과가 있다.Accordingly, in the present invention, as shown in FIG. 6 , in order to prevent such a problem, the user can set the irrigation restart condition separately. That is, even when the set drainage amount is 50ml or more and irrigation is stopped, the moisture content of the portion of the medium measured using the plurality of moisture content sensors 610 is calculated, and any one of the calculated moisture content or the average value of the plurality of moisture content When the irrigation restart moisture content set by the user (0.95 in the case of irrigation period 1 in FIG. 6) is less than or less, the measurement and control unit 631 transmits a irrigation restart signal to the nutrient solution unit 50 to resume irrigation. . Therefore, according to an embodiment of the present invention, there is an effect that can prevent the problem that the drainage from the medium is wasted excessively or the water content of the medium is insufficient, so that the plants planted in the medium dry out.

복수의 함수량 센서(610)를 이용하여 함수율의 평균값을 산출할 때 복수의 센서 중에서 고장난 센서가 있으면 그 센서의 측정 데이터를 제외하고 나머지 센서들의 측정 데이터를 이용하여 함수율의 평균값을 구하는 것이 바람직하다. When calculating the average value of the moisture content by using the plurality of water content sensors 610, if there is a malfunctioning sensor among the plurality of sensors, it is preferable to obtain the average value of the moisture content by using the measured data of the remaining sensors except for the measured data of the sensor.

필요에 따라서는 여러 다른 배지에 함수량 센서(610)를 설치하여 동일한 방법으로 함수율을 결정할 수 있으며, 필요한 경우에는 각 배지의 함수량과 배액량을 동시에 측정 하고, 측정 및 제어부(631)의 멀티플렉서(multiplexer, MUX)를 이용하여 각 센서 값을 독립적으로 측정하여 사용하거나 여러 개의 값을 평균하여 사용할 수도 있다.If necessary, the moisture content can be determined in the same way by installing the moisture content sensor 610 in several different media, and if necessary, the moisture content and drainage amount of each media are simultaneously measured, and a multiplexer of the measurement and control unit 631 MUX) to measure and use each sensor value independently or to average several values.

본 발명의 실시예에서 도 6과 같이 관수를 제어하는 이유는 식물의 종류에 따라 최적의 배액량과 관수재개 함수율이 다르고 같은 식물일지라도 온도, 습도, 성장기에 따라 다르고, 하루 중에도 시기에 따라 다르기 때문에 식물의 종류나 생육시기, 주변 상황 등에 알맞은 관수를 실시하도록 제어하기 위함이다. The reason for controlling irrigation in the embodiment of the present invention as shown in FIG. 6 is that the optimum drainage amount and watering resume moisture content are different depending on the type of plant, and even for the same plant, it varies according to temperature, humidity, and the growing season. This is to control the irrigation to be appropriate for the type of plant, growth period, and surrounding conditions.

한편, 상기 배지(10)에 배액이 흘러나올 정도의 함수량이 필요없는 식물(120)이 식재된 경우에는 예를 들어 도 6의 각각의 관수기간에 별도로 최대 함수량을 설정할 수 있도록 하여 배액량 대신 함수량 센서(610)를 이용하여 측정된 배지의 함수량이 설정된 최대 함수량 이상이 되는 경우에 제어부에서 관수를 중단하고, 배지 함수량이 설정된 관수 개시 함수량 이하가 되면 관수를 재개하는 신호를 양액기(50)로 전송할 수도 있을 것이다.On the other hand, when a plant 120 that does not require a moisture content enough to drain the drainage is planted in the medium 10, for example, the maximum moisture content can be set separately for each irrigation period in FIG. 6, so that the moisture content sensor instead of the drainage amount When the water content of the medium measured by using 610 is greater than or equal to the set maximum water content, the control unit stops irrigation, and when the water content of the medium becomes less than the set watering start water content, a signal to resume watering is transmitted to the nutrient solution unit 50 it might be

도 7은 배지의 함수량 변화에 따른 관수 개시 시점을 나타내는 도면이다. 도 6에 도시된 관수기간에 따른 관수 제어와 별도로 하루 중 언제 최초의 관수를 실시해야 하는지에 관하여 관수 개시 시점을 제어할 필요가 있다. 예를 들어, 종래와 같이 하루의 관수 개시 시점을 일출을 기준으로 하여 일출로부터 일정시간(1~3시간) 경과 후, 첫 관수를 실시하면 전일 날씨가 흐려 관수량이 작아 배지의 함수량이 낮아져 있는 경우, 다음날 일출 이후 광량이 많은 경우 증산작용이 활발하면 배지 수분이 급격히 감소하는데도 일출 후부터 관수시작점까지 시간이 길어서 도 7과 같이 첫 관수시점까지 배지 함수량이 급격히 줄어들게 되는 경우가 생긴다. 이와 같은 경우 배지의 함수량이 낮아져서 식물이 스트레스를 받게 되어 발육에 지장을 초래되는 문제점이 있다. 7 is a view showing the start time of irrigation according to the change in the water content of the medium. Separately from the irrigation control according to the irrigation period shown in FIG. 6 , it is necessary to control the irrigation start time with respect to when the first irrigation should be performed during the day. For example, if the first irrigation is performed after a certain period of time (1 to 3 hours) has elapsed from sunrise based on the sunrise starting point of the day as in the prior art, the water content of the medium is low due to cloudy weather the previous day. In the case of a large amount of light after sunrise the next day, if the transpiration action is active, even though the moisture in the medium is rapidly reduced, the time from sunrise to the start of irrigation is long, so there is a case where the moisture content of the medium is rapidly reduced until the time of first irrigation as shown in FIG. 7 . In this case, there is a problem in that the moisture content of the medium is lowered, and thus the plant is subjected to stress, which impairs growth.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 관수 제어 시스템의 제어장치(630)는 상기 배지로부터 배액이 흘러나오는 시점에 상기 함수량 센서(610)를 이용하여 측정된 함수량(포화 함수량)을 기초로 미리 정해진 기간(예를 들어, 3일) 동안의 포화 함수량의 평균값(평균 함수량)을 산출하고, 하루의 특정 시점(예를 들어, 0시)를 기준으로 상기 함수량 센서(610)를 이용하여 실시간으로 측정되는 배지의 함수량이 상기 평균 함수량과 대비하여 소정 비율 이하가 될 때(예를 들어, 평균 함수량의 30% 이하가 될 때) 양액기(50)에 관수를 개시하도록 제어신호를 전송하여, 그 날의 첫 관수를 시작하게 할 수 있다. In order to solve this problem, the control device 630 of the irrigation control system according to the embodiment of the present invention measures the water content (saturated water content) measured using the water content sensor 610 at the time when the drainage flows out of the medium. Calculate the average value (average water content) of the saturated water content for a predetermined period (eg, 3 days) based on the basis, and use the water content sensor 610 based on a specific time of the day (eg, 0 o'clock) When the moisture content of the medium measured in real time becomes less than a predetermined ratio compared to the average moisture content (for example, when it becomes 30% or less of the average moisture content), a control signal is transmitted to the nutrient solution device 50 to start irrigation. So, you can start the first watering of the day.

이와 같은 본 발명의 관수 제어 시스템의 제어에 따라 관수를 개시하는 경우, 전일 날씨가 흐려 관수량이 작아 배지의 함수량이 낮아져 있었고, 다음날 일출 이후 광량이 많아 배지 수분이 급격히 감소되는 특수한 상황에서 평소와 달리 관수 개시 시점을 앞당겨서 즉각 대응할 수 있으므로 배지의 함수량이 급격하게 낮아져서 식물의 발육에 지장을 초래하는 문제를 방지할 수 있다. In the case of starting irrigation under the control of the irrigation control system of the present invention, the water content of the medium was low due to the cloudy weather the previous day, and the water content of the medium was low after sunrise the next day. Otherwise, it is possible to respond immediately by advancing the start time of irrigation, thereby preventing the problem that the moisture content of the medium is rapidly lowered, which impedes the growth of plants.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 관수 제어 시스템의 함수량 센서 및 배액량 센서의 설치구조를 도시한 도면이고, 도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 관수 제어 시스템의 함수량 센서 및 배액량 센서의 설치구조를 도시한 도면이다. 도 8과 도 9의 실시예는 함수량 센서와 배액량 센서의 설치구조만 차이가 있고 나머지 구성은 도 1 내지 도 3에 도시된 실시예와 실질적으로 동일하므로 이하에서는 차이점을 중심으로 설명한다. 8 is a view showing the installation structure of the water content sensor and the drainage amount sensor of the irrigation control system according to another embodiment of the present invention, Figure 9 is a water content sensor and drainage amount sensor of the irrigation control system according to another embodiment of the present invention It is a diagram showing the installation structure of the. 8 and 9, there is a difference only in the installation structure of the water content sensor and the drainage amount sensor, and the rest of the configuration is substantially the same as the embodiment shown in FIGS.

도 8의 실시예는 도 2의 실시 예와 달리 함수량 센서(610)로서 정전용량 센서(611, 612)를 사용하지 않고 FDR(Frequency Domain Reflectometry) 센서(613) 또는 TDR(Time Domain Reflectometry) 센서(613)를 사용한 경우를 도시하고 있다. Unlike the embodiment of FIG. 2, the embodiment of FIG. 8 does not use the capacitive sensors 611 and 612 as the water content sensor 610, but a Frequency Domain Reflectometry (FDR) sensor 613 or a Time Domain Reflectometry (TDR) sensor ( 613) is shown.

TDR(Time Domain Reflectometry) 센서(613)를 이용하여 함수량을 측정하는 방법은 전송선에 전자파를 인가하여 되돌아오는데 걸리는 시간을 측정하여 토양의 수분을 측정하는 방법이다. 어떤 물질에 금속의 전송선을 통하여 높은 주파수의 전자파 펄스를 인가하면 전송선이 끝나는 위치에서 임피던스 불일치가 발생하여 전송선이 끝나는 위치에서 소스로 전자파가 되돌아온다. 전송선을 따라 움직이는 전자파의 속도는 전송선 주변 물질의 유전율과 전도도에 따라 다르다. 전송선 주변의 유전율은 식 εㅇc/L)2으로 표현된다. 여기서 εt, c, L은 각각 반사된 위치의 유전율, 되돌아오는데 걸리는 시간, 빛의 속도, 전송선의 길이이다. 전송선 주변의 토양에 수분이 많은 경우 ε이 커져 반사시간이 커지게 된다. 따라서 반사시간을 측정하여 수분의 함량을 결정할 수 있다. The method of measuring the water content by using the Time Domain Reflectometry (TDR) sensor 613 is a method of measuring the moisture of the soil by measuring the time taken to return by applying an electromagnetic wave to a transmission line. When a high-frequency electromagnetic wave pulse is applied to a certain material through a metal transmission line, impedance mismatch occurs at the end of the transmission line, and the electromagnetic wave returns to the source at the end of the transmission line. The speed of electromagnetic waves traveling along a transmission line depends on the permittivity and conductivity of the material around the transmission line. The permittivity around the transmission line is expressed by the equation εc/L)2. where εt, c, and L are the dielectric constant of the reflected position, the time it takes to return, the speed of light, and the length of the transmission line, respectively. If there is a lot of moisture in the soil around the transmission line, ε increases and the reflection time increases. Therefore, it is possible to determine the moisture content by measuring the reflection time.

FDR(Frequency Domain Reflectometry) 센서(613)를 이용하여 함수량을 측정하는 방법은 금속 전송선 막대(rod)를 통하여 수백 MHz 급의 주파수의 교류신호를 토양에 인가하는 경우 소스와 토양까지 연결하는 선의 임피던스와 토양내부에 설치된 금속 로드의 임피던스와의 불일치로 인하여 소스로 되돌아오는 반사계수를 측정하여 토양의 함수율을 측정하는 방법이다. 토양의 함수율에 따라 금속 로드의 임피던스가 변화하므로 반사계수가 달라진다. 물의 유전율은 주파수가 증가함에 따라 감소하는 특징을 갖고 있으므로 FDR 방식의 경우 여러 주파수 밴드에서 반사계수를 측정하여 평균적인 유전율을 구하여 토양의 수분을 측정할 수 있다.The method of measuring the water content using the FDR (Frequency Domain Reflectometry) sensor 613 is when an AC signal of a frequency of several hundred MHz is applied to the soil through a metal transmission line rod, the impedance of the line connecting the source and the soil and This is a method of measuring the moisture content of soil by measuring the reflection coefficient returned to the source due to the mismatch with the impedance of the metal rod installed inside the soil. As the impedance of the metal rod changes according to the moisture content of the soil, the reflection coefficient changes. Since the permittivity of water has a characteristic that decreases as the frequency increases, in the case of the FDR method, the average permittivity can be obtained by measuring the reflection coefficients in several frequency bands to measure the moisture of the soil.

도 9의 실시예는 도 2 및 도 8의 실시예와는 또 다른 실시예로서, 함수량 센서(610)로서 한 쌍의 전극판(611, 612)으로 이루어진 정전용량 센서를 사용하면서 이와 동시에 FDR(Frequency Domain Reflectometry) 센서(613) 또는 TDR(Time Domain Reflectometry) 센서(613)를 사용한 경우를 도시하고 있다. 정전용량 센서와 FDR, TDR 센서를 동시에 사용하는 경우에는 센서 상호간의 간섭현상을 피하기 위하여 정전용량 센서의 한 쌍의 전극판(611, 612)이 마주보는 공간 내에 FDR 센서와 TDR 센서(613)를 설치하지 않는 것이 바람직하다. 하나 또는 다수의 실시예에서 도 9에 도시된 바와 같이 한 쌍의 전극판(611, 612)과 인접한 다른 한 쌍의 전극판(611, 612) 사이에 FDR 센서/TDR 센서(613)를 설치할 수 있다. The embodiment of Fig. 9 is another embodiment from the embodiment of Figs. 2 and 8, and at the same time using a capacitive sensor composed of a pair of electrode plates 611 and 612 as the water content sensor 610, and at the same time, the FDR ( A case in which a frequency domain reflectometry sensor 613 or a time domain reflectometry (TDR) sensor 613 is used is shown. When the capacitive sensor and the FDR and TDR sensors are used at the same time, the FDR sensor and the TDR sensor 613 are installed in the space where a pair of electrode plates 611 and 612 of the capacitive sensor face each other in order to avoid interference between the sensors. It is recommended not to install it. In one or more embodiments, as shown in FIG. 9 , the FDR sensor/TDR sensor 613 may be installed between a pair of electrode plates 611 and 612 and another pair of adjacent electrode plates 611 and 612 have.

또한 도 9의 실시예는 배액량 센서(620)로서 도 2의 로드셀(624)을 대신하여 배액통(30)을 중심으로 서로 마주보도록 배치되어 있는 한 쌍의 전극판(621, 622)으로 이루어진 정전용량 센서를 사용한 경우를 도시하고 있다. 상기 제어장치(630)는 상기 한 쌍의 전극판(621, 622)에 정현파 교류를 인가하여 상기 한 쌍의 전극판(621, 622) 사이의 임피던스를 측정하고 상기 측정된 임피던스를 바탕으로 상기 배액통(30)에 저장된 배액량 또는 그 변화를 측정할 수 있다.In addition, in the embodiment of FIG. 9 , as a drainage amount sensor 620 , instead of the load cell 624 of FIG. 2 , a pair of electrode plates 621 and 622 arranged to face each other with the drainage tube 30 as the center are electrostatic A case in which a capacitive sensor is used is shown. The control device 630 applies a sinusoidal alternating current to the pair of electrode plates 621 and 622 to measure the impedance between the pair of electrode plates 621 and 622, and based on the measured impedance, the drain The amount of drainage stored in the barrel 30 or its change can be measured.

본 발명의 실시 예들은 기능적인 블록 구성들 및 다양한 처리 단계들로 나타내어질 수 있다. 이러한 기능 블록들은 특정 기능들을 실행하는 다양한 개수의 하드웨어 또는/및 소프트웨어 구성들로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시 예는 하나 이상의 마이크로프로세서들의 제어 또는 다른 제어 장치들에 의해서 다양한 기능들을 실행할 수 있는, 메모리, 프로세싱, 로직(logic), 룩 업 테이블(look-up table) 등과 같은 집적 회로 구성들을 채용할 수 있다. 본 발명에의 구성 요소들이 소프트웨어 프로그래밍 또는 소프트웨어 요소들로 실행될 수 있는 것과 유사하게, 실시 예는 데이터 구조, 프로세스들, 루틴들 또는 다른 프로그래밍 구성들의 조합으로 구현되는 다양한 알고리즘을 포함하여, C, C++, 자바(Java), 어셈블러(assembler) 등과 같은 프로그래밍 또는 스크립팅 언어로 구현될 수 있다. 기능적인 측면들은 하나 이상의 프로세서들에서 실행되는 알고리즘으로 구현될 수 있다. 또한, 실시 예는 전자적인 환경 설정, 신호 처리, 및/또는 데이터 처리 등을 위하여 종래 기술을 채용할 수 있다. "매커니즘", "요소", "수단", "구성"과 같은 용어는 넓게 사용될 수 있으며, 기계적이고 물리적인 구성들로서 한정되는 것은 아니다. 상기 용어는 프로세서 등과 연계하여 소프트웨어의 일련의 처리들(routines)의 의미를 포함할 수 있다.Embodiments of the present invention may be represented by functional block configurations and various processing steps. These functional blocks may be implemented in any number of hardware and/or software configurations that perform specific functions. For example, an embodiment may be an integrated circuit configuration, such as memory, processing, logic, look-up table, etc., capable of executing various functions by the control of one or more microprocessors or other control devices. can be hired Similar to how the components of the present invention may be implemented as software programming or software components, embodiments may include various algorithms implemented as data structures, processes, routines, or combinations of other programming constructs, including C, C++ , may be implemented in a programming or scripting language such as Java, assembler, or the like. Functional aspects may be implemented in an algorithm running on one or more processors. In addition, the embodiment may employ the prior art for electronic environment setting, signal processing, and/or data processing, and the like. Terms such as “mechanism”, “element”, “means” and “configuration” may be used broadly and are not limited to mechanical and physical configurations. The term may include the meaning of a series of routines of software in connection with a processor or the like.

실시 예에서 설명하는 특정 실행들은 일 실시 예들로서, 어떠한 방법으로도 실시 예의 범위를 한정하는 것은 아니다. 명세서의 간결함을 위하여, 종래 전자적인 구성들, 제어 시스템들, 소프트웨어, 상기 시스템들의 다른 기능적인 측면들의 기재는 생략될 수 있다. 또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재들은 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것으로서, 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가의 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로서 나타내어질 수 있다. 또한, "필수적인", "중요하게" 등과 같이 구체적인 언급이 없다면 본 발명의 적용을 위하여 반드시 필요한 구성 요소가 아닐 수 있다.The specific implementations described in the embodiment are only embodiments, and do not limit the scope of the embodiment in any way. For brevity of the specification, descriptions of conventional electronic components, control systems, software, and other functional aspects of the systems may be omitted. In addition, the connection or connection members of the lines between the components shown in the drawings illustratively represent functional connections and/or physical or circuit connections, and in an actual device, various functional connections, physical connections that are replaceable or additional may be referred to as connections, or circuit connections. In addition, unless there is a specific reference such as "essential", "importantly", etc., it may not be a necessary component for the application of the present invention.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 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.So far, the present invention has been looked at with respect to preferred embodiments thereof. Those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will understand that the present invention can be implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in an illustrative rather than a restrictive sense. The scope of the present invention is indicated in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the present invention.

10: 배지 20: 배액 집수통
30: 배액통 40: 배액 호스
50: 양액기 60: 관수 제어 시스템
70: 관수 호스10: medium 20: drainage sump
30: drain tank 40: drain hose
50: nutrient solution 60: irrigation control system
70: irrigation hose

Claims (10)

수경재배용 배지의 배액량과 함수량을 이용한 관수 제어 시스템으로서,
상기 수경재배용 배지의 함수량을 실시간으로 측정하기 위한 적어도 하나의 함수량 센서;
상기 수경재배용 배지의 배액량을 실시간으로 측정하기 위한 적어도 하나의 배액량 센서; 및
상기 함수량 센서의 측정값을 기초로 상기 배지의 함수량을 측정하고, 상기 배액량 센서의 측정값을 기초로 상기 배지의 배액량을 측정하며, 측정된 함수량과 배액량을 기초로 상기 배지에 공급되는 양액의 관수를 제어하는 제어장치;를 포함하고,
상기 제어장치는 상기 측정된 배액량이 소정값 이상이면 관수를 중단하고, 상기 측정된 함수량이 소정값 이하이면 관수를 재개하는 것을 특징으로 하는 수경재배용 배지의 배액량과 함수량을 이용한 관수 제어 시스템.As an irrigation control system using the drainage amount and water content of a hydroponics medium,
at least one water content sensor for measuring the water content of the hydroponics medium in real time;
at least one drainage amount sensor for measuring the drainage amount of the hydroponics medium in real time; and
Measuring the water content of the medium based on the measured value of the water content sensor, measuring the amount of drainage of the medium based on the measured value of the drainage amount sensor, and irrigation of the nutrient solution supplied to the medium based on the measured water content and the amount of drainage a control device for controlling the
The control device stops irrigation when the measured amount of drainage is greater than or equal to a predetermined value, and resumes irrigation when the measured amount of water content is less than or equal to a predetermined value. 제1항에 있어서,
상기 함수량 센서는 상기 배지를 중심으로 서로 마주보도록 배치되는 제1 전극판과 제2 전극판으로 이루어진 정전용량 센서이고,
상기 제어장치는 제1 전극판과 상기 제2 전극판에 정현파 교류를 인가하여 상기 제1 전극판과 상기 제2 전극판 사이의 임피던스를 측정하고 상기 측정된 임피던스를 바탕으로 상기 배지의 함수량을 측정하는 것을 특징으로 하는 수경재배용 배지의 배액량과 함수량을 이용한 관수 제어 시스템.According to claim 1,
The water content sensor is a capacitive sensor comprising a first electrode plate and a second electrode plate disposed to face each other around the medium,
The control device applies a sinusoidal alternating current to the first electrode plate and the second electrode plate to measure the impedance between the first electrode plate and the second electrode plate, and measure the water content of the medium based on the measured impedance Irrigation control system using the drainage amount and water content of the medium for hydroponics, characterized in that. 제1항에 있어서,
상기 함수량 센서는 FDR(Frequency Domain Reflectometry) 센서 또는 TDR(Time Domain Reflectometry) 센서인 것을 특징으로 하는 수경재배용 배지의 배액량과 함수량을 이용한 관수 제어 시스템.According to claim 1,
The water content sensor is a frequency domain reflectometry (FDR) sensor or a time domain reflectometry (TDR) sensor. Irrigation control system using the drainage amount and water content of the hydroponics medium. 제1항에 있어서,
상기 배액량 센서는 상기 배지에서 흘러나오는 배액을 별도로 저장하는 배액통의 하중을 실시간으로 측정하기 위해 상기 배액통의 하부에 설치되는 로드셀(load cell)인 것을 특징으로 하는 수경재배용 배지의 배액량과 함수량을 이용한 관수 제어 시스템.According to claim 1,
The drainage amount sensor is a load cell (load cell) installed in the lower part of the drainage tube to measure in real time the load of the drainage tube that separately stores the drainage flowing out of the medium drainage amount and water content of the medium for hydroponics, characterized in that used irrigation control system. 제1항에 있어서,
상기 배액량 센서는 상기 배지에서 흘러나오는 배액을 별도로 저장하는 배액통을 중심으로 서로 마주보도록 배치되어 있는 한 쌍의 전극판으로 이루어진 정전용량 센서이고,
상기 제어장치는 상기 한 쌍의 전극판에 정현파 교류를 인가하여 상기 한 쌍의 전극판 사이의 임피던스를 측정하고 상기 측정된 임피던스를 바탕으로 상기 배액통에 저장된 배액량을 측정하는 것을 특징으로 하는 수경재배용 배지의 배액량과 함수량을 이용한 관수 제어 시스템.According to claim 1,
The drainage amount sensor is a capacitive sensor consisting of a pair of electrode plates disposed to face each other around a drainage container for separately storing the drainage liquid flowing from the medium,
The control device applies a sinusoidal alternating current to the pair of electrode plates to measure the impedance between the pair of electrode plates, and based on the measured impedance for hydroponics, characterized in that for measuring the amount of drainage stored in the drainage container Irrigation control system using the drainage and water content of the medium. 제1항에 있어서,
상기 제어장치는 하루를 기준으로 복수의 관수기간을 구분하고, 각각의 관수기간 마다 관수 시작시간, 관수 종료시간, 관수주기, 관수재개 함수율, 최대 배액량, 및 관수량 중 적어도 하나를 사용자가 설정할 수 있도록 제공하며, 상기 사용자의 설정을 기초로 양액의 관수를 제어하는 것을 특징으로 하는 수경재배용 배지의 배액량과 함수량을 이용한 관수 제어 시스템.According to claim 1,
The control device classifies a plurality of irrigation periods based on one day, and the user can set at least one of irrigation start time, irrigation end time, irrigation cycle, irrigation resume moisture content, maximum drainage, and irrigation amount for each irrigation period. Irrigation control system using the drainage amount and water content of the hydroponic culture medium, characterized in that it controls the irrigation of the nutrient solution based on the user's settings. 제6항에 있어서,
상기 제어장치는 상기 적어도 하나의 배액량 센서를 이용하여 측정되는 배액량이 각각의 관수기간 마다 설정된 상기 최대 배액량 이상이 되면 관수를 중단시키는 것을 특징으로 하는 수경재배용 배지의 배액량과 함수량을 이용한 관수 제어 시스템.7. The method of claim 6,
The control device stops irrigation when the amount of drainage measured using the at least one drainage sensor is equal to or greater than the maximum drainage amount set for each irrigation period. 제6항에 있어서,
상기 제어장치는 관수가 중단 된 후에도 상기 적어도 하나의 함수량 센서를 이용하여 측정된 함수량을 기초로 각각의 상기 적어도 하나의 함수량 센서가 설치된 해당 배지 부분의 함수율을 산출하고, 산출된 각각의 함수율 중 어느 하나의 함수율 또는 복수의 함수율 평균값이 상기 설정된 관수재개 함수율 이하가 되는 경우 관수를 재개시키는 것을 특징으로 하는 수경재배용 배지의 배액량과 함수량을 이용한 관수 제어 시스템.7. The method of claim 6,
The control device calculates the moisture content of the corresponding medium portion in which each of the at least one moisture content sensor is installed based on the moisture content measured using the at least one moisture content sensor even after irrigation is stopped, and any of the calculated moisture content Irrigation control system using the drainage amount and water content of the hydroponics medium, characterized in that the irrigation is resumed when the average value of one moisture content or a plurality of moisture content is less than or equal to the set irrigation restart moisture content. 제1항에 있어서,
상기 제어장치는 상기 적어도 하나의 함수량 센서를 이용하여 측정된 각각의 함수량 중 어느 하나의 함수량 또는 복수 함수량의 평균값이 기설정된 소정값 이상이 되는 경우 관수를 중단시키는 것을 특징으로 하는 수경재배용 배지의 배액량과 함수량을 이용한 관수 제어 시스템.According to claim 1,
The control device Drainage amount of the medium for hydroponic cultivation, characterized in that when the average value of any one of the moisture content or the plurality of moisture content measured using the at least one moisture content sensor is equal to or greater than a predetermined value, the irrigation is stopped Irrigation control system using excess and water content. 제1항에 있어서,
상기 제어장치는 상기 배지로부터 배액이 흘러나오는 시점에 상기 함수량 센서를 이용하여 측정된 함수량을 포화 함수량으로 하여 미리 정해진 소정의 기간 동안의 상기 포화 함수량의 평균값(평균 함수량)을 산출하고, 하루의 특정 시점을 기준으로 상기 함수량 센서를 이용하여 실시간으로 측정되는 배지의 함수량이 상기 평균 함수량과 대비하여 소정 비율 이하가 될 때 그 날의 첫 관수를 시작하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 수경재배용 배지의 배액량과 함수량을 이용한 관수 제어 시스템.According to claim 1,
The control device calculates the average value (average water content) of the saturated water content for a predetermined period by using the water content measured using the water content sensor as the saturated water content at the time when the drainage is flowing from the medium, and Drainage of the medium for hydroponics, characterized in that when the water content of the medium measured in real time using the water content sensor based on the time point becomes less than a predetermined ratio compared to the average water content, the first irrigation of the day is controlled to start and Irrigation control system using water content.
KR1020200189342A 2020-12-31 2020-12-31 Irrigation control system using drainage volume and water content of hydroponic substrate KR20220097785A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200189342A KR20220097785A (en) 2020-12-31 2020-12-31 Irrigation control system using drainage volume and water content of hydroponic substrate

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200189342A KR20220097785A (en) 2020-12-31 2020-12-31 Irrigation control system using drainage volume and water content of hydroponic substrate

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20220097785A true KR20220097785A (en) 2022-07-08

Family

ID=82407285

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200189342A KR20220097785A (en) 2020-12-31 2020-12-31 Irrigation control system using drainage volume and water content of hydroponic substrate

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20220097785A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024111718A1 (en) * 2022-11-23 2024-05-30 주식회사 에스에스엘 System for calculating nutrient solution consumption in culture medium and monitoring supplied/discharged solutions

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101947680B1 (en) 2016-09-27 2019-02-13 농업회사법인 네오팜 주식회사 Control device for nutrient solution irrigation
KR101979751B1 (en) 2016-08-03 2019-05-17 한국과학기술연구원 Nutrient supply control system based on water content of plants growing medium and weight of plants
KR102098853B1 (en) 2017-12-22 2020-05-26 한국과학기술연구원 Nutrient supplying apparatus for controlling nutrient supply based on the nutrient concentration in culture medium

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101979751B1 (en) 2016-08-03 2019-05-17 한국과학기술연구원 Nutrient supply control system based on water content of plants growing medium and weight of plants
KR101947680B1 (en) 2016-09-27 2019-02-13 농업회사법인 네오팜 주식회사 Control device for nutrient solution irrigation
KR102098853B1 (en) 2017-12-22 2020-05-26 한국과학기술연구원 Nutrient supplying apparatus for controlling nutrient supply based on the nutrient concentration in culture medium

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024111718A1 (en) * 2022-11-23 2024-05-30 주식회사 에스에스엘 System for calculating nutrient solution consumption in culture medium and monitoring supplied/discharged solutions

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Muñoz-Carpena et al. Field comparison of tensiometer and granular matrix sensor automatic drip irrigation on tomato
KR101979751B1 (en) Nutrient supply control system based on water content of plants growing medium and weight of plants
Uçan et al. The effect of water deficit on yield and yield components of sugar beet
Vidhya et al. Survey on automatic monitoring of hydroponics farms using IoT
JP5354500B2 (en) Irrigation equipment
Choi et al. Improving water and fertilizer use efficiency during the production of strawberry in coir substrate hydroponics using a FDR sensor-automated irrigation system
CN209390675U (en) A kind of seedling wood flower automatic irrigation fertilizer apparatus
Boyle et al. Daily irrigation attenuates xylem abscisic acid concentration and increases leaf water potential of Pelargonium× hortorum compared with infrequent irrigation
Shin et al. Application of a modified irrigation method using compensated radiation integral, substrate moisture content, and electrical conductivity for soilless cultures of paprika
Shin et al. Development of a real-time irrigation control system considering transpiration, substrate electrical conductivity, and drainage rate of nutrient solutions in soilless culture of paprika (Capsicum annuum L.)
Segal et al. Root water uptake efficiency under ultra-high irrigation frequency
KR20220097785A (en) Irrigation control system using drainage volume and water content of hydroponic substrate
Holzapfel et al. Water production functions in kiwi
Ucar et al. Determination of irrigation water amount and interval for carnation (Dianthus caryophyllus L.) with pan evaporation method
JP4003863B2 (en) A facility horticultural automatic irrigation controller featuring small volume high frequency irrigation
Kim et al. Design and testing of an autonomous irrigation controller for precision water management of greenhouse crops
Nikolaou et al. Advances in irrigation/fertigation techniques in greenhouse soilless culture systems (SCS)
KR101597997B1 (en) Automatic Feeding Device of Nutrient and Water for Wall Greening
KR102251785B1 (en) System for water content measurement of hydroponic substrate
KR20140082289A (en) Irrigation control method
JP2005328715A (en) Automatic irrigation method, and automatic irrigation device used in the method
RU78033U1 (en) SYSTEM OF AUTOMATIC IRRIGATION OF PLANTS FOR HOUSING
Schwarz et al. Model-based control of nutrient solution concentration influences tomato growth and fruit quality
KR20210036450A (en) Soil Moisture Detection Automatic Water Supply Device
Jabow et al. Crop water requirements for tomato, common bean and chick pea in Hudeiba, River Nile State, Sudan

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal