[논문]농장 실시간 모니터링 및 제어 시스템 설계 및 구현

김정홍; 장영식; 김재수

doi:10.9708/jksci.2009.14.10.167

농장 실시간 모니터링 및 제어 시스템 설계 및 구현
A Design and Implementation for a Realtime Monitering and Controlling System in the Stockyard 원문보기

韓國컴퓨터情報學會論文誌 = Journal of the Korea Society of Computer and Information, v.14 no.10, 2009년, pp.167 - 174

김정홍 (경북대학교 컴퓨터정보공학부) , 장영식 (계명문화대학 컴퓨터학부) , 김재수 (경북대학교 컴퓨터정보공학부)

초록
AI-Helper

최근 들어 IT기술을 농업 현장에 적용하여 경쟁력을 키우려는 연구를 하고 있다. 가축을 대량으로 사육하는 농장은 거주 지역에서 멀리 떨어져 있기 때문에 관리의 효율성을 위해 실시간 모니터링 및 제어장치가 필요하다. 본 논문에서는 실시간으로 영상을 보면서 농장의 시설물을 제어하는 시스템에 대한 설계 및 구현을 기술하였다. 실시간 영상 스트리밍을 통해 설비의 작동을 확인함으로서 기존의 시스템에 비해 신뢰성을 확보하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

We have recently studied the application of Information Technology to agricultural industry for competitive power. Because the big stockyards are far away from the house, we need a realtime monitering and control system to manage it efficiently. This paper presented design and implementation for a realtime monitering and controlling system that we can use to watch an movement of an electronic devices in the stockyards. Compared to other systems, we have more trust in our system by confirming an operation of devices through a realtime video streaming.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 논문에서는 원격지에서 농장을 실시간으로 모니터링하 고. 영상과 오디오 및 센서를 통해 수집되는 정보를 실시간으 로 확인하면서 각종 장치들에 대한 원격 제어를 할 수 있는 시스템을 설계하고 구현하였다.
지금까지 개발된 시스템은 현장감을 주기 위한 영상 정보 와 오디오 정보를 실시간으로 전달하기 어렵고, 원격 제어에 대한 기기의 동작을 실시간 영상으로 확인하기 어렵다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 본문에서는 원격 제어 시스템에서 제공하기 힘든 현장의 영상과 오디오 정보를 통해 현장감을 느 끼면서 원격 제어가 가능하도록 시스템을 설계하고 구현하였다.

제안 방법

농장 실시간 모니터링 시스템은 농장의 자동화 시스템과 제어 모듈을 통해 연결되며. 다양한 농장 설비에 대한 제어와 농장 설비의 확장을 위해 제어 모듈은 쉽게 확장 가능하도록 설계하였다. 영상 카메라와 모니터링 서버 간에는 전송 속도를 높이기 위해 유선 통신망을 사용하며, 온도 노드, 습도 노드, 제어 노드는 농장 내에 설치가 용의하도록 IEEE 802.
본 논문에서는 원격지에서 농장을 실시간으로 모니터링하 고. 영상과 오디오 및 센서를 통해 수집되는 정보를 실시간으 로 확인하면서 각종 장치들에 대한 원격 제어를 할 수 있는 시스템을 설계하고 구현하였다. 지금까지 개발된 농장 자동화 시스템은 제한된 영상 이미지와 몇 가지의 설비 제어 기능을 제공하였지만 본 논문에서 구현한 시스템을 통해 농장 관리인 은 농장 현장을 실시간 영상과 오디오 정보를 통해 관찰함으 로써 원격지에서도 현장감을 느낄 수 있고, 자신이 제어한 각종 징치에 대한 동작 여부를 영상으로 즉시 확인할 수 있어 시스템에 대한 신뢰성을 가지게 될 것이다.
포도 농장에 고 품질의 와인을 생산하기 위해 포도 재배환 경 요소들을 측정하는 모니터링 시스템을 Intel Research Berkeley Lab 에서 구축하였다. 이 시스템은 포도 농장에 설 치된 센서노드를 통해 온도, 습도, 조도와 같은 환경 데이터를 수집하고, 측정된 데이터를 통하여 자동으로 온도 및 습도를 조절하여 최적의 재배 환경을 제공한다. 이스라엘의 Phytech 사는 식물 생장정보 및 재배 환경을 모니터링 하는 센서를 개 발하여 장미, 포도, 토마토 및 후추 등의 농장에 적용하였다.
이 시스템은 포도 농장에 설 치된 센서노드를 통해 온도, 습도, 조도와 같은 환경 데이터를 수집하고, 측정된 데이터를 통하여 자동으로 온도 및 습도를 조절하여 최적의 재배 환경을 제공한다. 이스라엘의 Phytech 사는 식물 생장정보 및 재배 환경을 모니터링 하는 센서를 개 발하여 장미, 포도, 토마토 및 후추 등의 농장에 적용하였다.
포도 농장에 고 품질의 와인을 생산하기 위해 포도 재배환 경 요소들을 측정하는 모니터링 시스템을 Intel Research Berkeley Lab 에서 구축하였다. 이 시스템은 포도 농장에 설 치된 센서노드를 통해 온도, 습도, 조도와 같은 환경 데이터를 수집하고, 측정된 데이터를 통하여 자동으로 온도 및 습도를 조절하여 최적의 재배 환경을 제공한다.

대상 데이터

사용된 Zigbee modulee IEEE 802.15.4 규격의 2.4GHz 의 높은 주파수를 갖는 CC2420 칩을 사용하고 Atmegal28L 을 MCU로 사용하였다. 센서 노드는 Tiny OS를 사용하며 이는 400 바이트 정도의 코드를 가지는 소형 운영체제이다.

이론/모형

다양한 농장 설비에 대한 제어와 농장 설비의 확장을 위해 제어 모듈은 쉽게 확장 가능하도록 설계하였다. 영상 카메라와 모니터링 서버 간에는 전송 속도를 높이기 위해 유선 통신망을 사용하며, 온도 노드, 습도 노드, 제어 노드는 농장 내에 설치가 용의하도록 IEEE 802.15.4 를 따르는 Zigbee 통신을 사용하였다.
실시간 모니터링에는 영상, 음성, 온도 및 습도 등이 있으며, 실시간 제어는 농장에 설시된 시설물인 개폐식 지붕, 개 폐식 커튼, 전등 등을 포함한다. 온도와 습도의 센서 정보를 수집하기 위해서는 정보량은 많지 않지만 긴 전송 수명과 일 정 거리 이상의 커버리지를 제공하는 2.4 GHz Zigbee 무선 통신을 사용하였으몌4〕〔5〕, 실시간 오디오와 비디오 정보를 제공하기 위해서 MPEG-4 코딩 기술을 사용하였다. 유동 IP 문제는 시스템에서 자신의 IP를 모니터링 서버에게 알려줌으 로써 해결하였다.

성능/효과

지금까지 개발된 농장 자동화 시스템은 제한된 영상 이미지와 몇 가지의 설비 제어 기능을 제공하였지만 본 논문에서 구현한 시스템을 통해 농장 관리인 은 농장 현장을 실시간 영상과 오디오 정보를 통해 관찰함으 로써 원격지에서도 현장감을 느낄 수 있고, 자신이 제어한 각종 징치에 대한 동작 여부를 영상으로 즉시 확인할 수 있어 시스템에 대한 신뢰성을 가지게 될 것이다. 구현한 시스템에 서의 제공하는 온도와 습도 값이 실제로 측정한 값과 거의 일 치함을 확인 하였고 이를 통해 구현한 시스템이 정상적-으로 동작함을 알 수 있다.

후속연구

제어 모듈은 센서 게이트웨이와 Zigbee 무선 통신으로 접 속되기 때문에 농장 규모에 따라 제어모듈의 수만 증가시키면 되므로 시스템의 확장이 용의하다. 또한 농장 관리를 위한 시 간적 공간적 구속을 해결할 수 있어 앞으로 유비쿼터스 농업 구현을 위한 시스템으로 활용 될 수 있으리라 기대된다.
영상과 오디오 및 센서를 통해 수집되는 정보를 실시간으 로 확인하면서 각종 장치들에 대한 원격 제어를 할 수 있는 시스템을 설계하고 구현하였다. 지금까지 개발된 농장 자동화 시스템은 제한된 영상 이미지와 몇 가지의 설비 제어 기능을 제공하였지만 본 논문에서 구현한 시스템을 통해 농장 관리인 은 농장 현장을 실시간 영상과 오디오 정보를 통해 관찰함으 로써 원격지에서도 현장감을 느낄 수 있고, 자신이 제어한 각종 징치에 대한 동작 여부를 영상으로 즉시 확인할 수 있어 시스템에 대한 신뢰성을 가지게 될 것이다. 구현한 시스템에 서의 제공하는 온도와 습도 값이 실제로 측정한 값과 거의 일 치함을 확인 하였고 이를 통해 구현한 시스템이 정상적-으로 동작함을 알 수 있다.

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원문보기 상세보기
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Masaru Mizoguchi, Shoichi Mitsuishi, Tetsu Ito, Seishi Ninomiya. Masavuki Hirafuii, Tokihiro Fukatsu, Takuii Kiura, Kei Tanaka, Hitoshi Toritani, Hiromasa Hamada, and Kiyoshi Honda, "Realtime Monitoring of Farmland in Asia using Field, Server," International Symposium on Geoinformatics for Spatial Infrastructure Development in Earth and Allied Sciences, 2008.

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