본 논문에서는 화훼 온실에 Ubiquitous 기반의 Sensor Network와 다양한 센서를 설치하여, 최적의 자동 온실 환경을 구현, 그 결과를 평가하였다. 이를 위해, 온실에서의 다양한 생장환경 정보를 실시간 수집/분석하여, 기존의 최적 생장환경 권장 수치를 기준으로, 최적의 생장 환경을 유지하도록 설계하였다. 실험 대상인 화훼온실의 농작물 생장결과를 측정하기 위해, 환경변화에 따른 최적의 생장환경을 유지하도록, 온실 시설물을 제어하는 시스템을 구현하고, 이를 분석하였다. 기존의 온실 관리 방법과는 달리, 본 논문에서 적용된 시스템은 사용자가 원격에서 생장환경 모니터링 및 시설제어가 가능하도록 설계되었다. 또한, 화훼의 생산량 및 품질 향상을 위해 자동 온습도 조절기와 인공광원 등을 설치하였다. 그 결과 온실 시설물과 인공광원의 제어를 통해 화훼 생산량, 품질, 노동력 및 난방비에서 기존보다 상당히 향상됨을 볼 수있었다. 실험결과, u-화훼 시스템이, 날씨 변화 및 이상 기상 상황 등이 발생했을 경우, 사용자에게 SMS를 통해 경고 메시지를 보냄으로써 실시간적으로 이상 날씨 변화 상황에 원격으로 제어, 대응하여, 최적의 생장환경을 유지, 농가의 소득을 극대화할 수 있음을 입증하였다.
본 논문에서는 화훼 온실에 Ubiquitous 기반의 Sensor Network와 다양한 센서를 설치하여, 최적의 자동 온실 환경을 구현, 그 결과를 평가하였다. 이를 위해, 온실에서의 다양한 생장환경 정보를 실시간 수집/분석하여, 기존의 최적 생장환경 권장 수치를 기준으로, 최적의 생장 환경을 유지하도록 설계하였다. 실험 대상인 화훼온실의 농작물 생장결과를 측정하기 위해, 환경변화에 따른 최적의 생장환경을 유지하도록, 온실 시설물을 제어하는 시스템을 구현하고, 이를 분석하였다. 기존의 온실 관리 방법과는 달리, 본 논문에서 적용된 시스템은 사용자가 원격에서 생장환경 모니터링 및 시설제어가 가능하도록 설계되었다. 또한, 화훼의 생산량 및 품질 향상을 위해 자동 온습도 조절기와 인공광원 등을 설치하였다. 그 결과 온실 시설물과 인공광원의 제어를 통해 화훼 생산량, 품질, 노동력 및 난방비에서 기존보다 상당히 향상됨을 볼 수있었다. 실험결과, u-화훼 시스템이, 날씨 변화 및 이상 기상 상황 등이 발생했을 경우, 사용자에게 SMS를 통해 경고 메시지를 보냄으로써 실시간적으로 이상 날씨 변화 상황에 원격으로 제어, 대응하여, 최적의 생장환경을 유지, 농가의 소득을 극대화할 수 있음을 입증하였다.
An experiment for an optimized automatic greenhouse environment in a flower farming greenhouse by building a ubiquitous sensor network with various sensors was conducted and the results were evaluated. And various culturing environmental information and data in the greenhouse were collected and anal...
An experiment for an optimized automatic greenhouse environment in a flower farming greenhouse by building a ubiquitous sensor network with various sensors was conducted and the results were evaluated. And various culturing environmental information and data in the greenhouse were collected and analyzed. Then, the greenhouse was designed to maintain the best culturing environment on the basis of existing recommended optimized figures. By measuring the growth of the crops in the greenhouse, A system which controls facilities in the greenhouse to maintain the best culturing environment in accordance with change in the environment was analyzed.Computer simulation result proced that we discovered that controlling the facilities and the artificial light source increased production, enhanced quality, reduced labor and heating cost immensely. The experiment has proved that the u-flower farming system can maximize the income of farm families by sending warning messages to users of this system when weather suddenly changes so that users may cope with such changes and maintain the best culturing environment.
An experiment for an optimized automatic greenhouse environment in a flower farming greenhouse by building a ubiquitous sensor network with various sensors was conducted and the results were evaluated. And various culturing environmental information and data in the greenhouse were collected and analyzed. Then, the greenhouse was designed to maintain the best culturing environment on the basis of existing recommended optimized figures. By measuring the growth of the crops in the greenhouse, A system which controls facilities in the greenhouse to maintain the best culturing environment in accordance with change in the environment was analyzed.Computer simulation result proced that we discovered that controlling the facilities and the artificial light source increased production, enhanced quality, reduced labor and heating cost immensely. The experiment has proved that the u-flower farming system can maximize the income of farm families by sending warning messages to users of this system when weather suddenly changes so that users may cope with such changes and maintain the best culturing environment.
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문제 정의
왜냐하면, 수작업으로 진행되는화혜 온실 관리는 관리자가 수시로 온도 및 습도 수치를 점검하기 위해서 주기적으로 온실 환경에 대한 정보를 수집, 정리해야 하기 때문이다. 그러므로 본 논문에서는 화훼산업에 최신 IT기술의 도입하여 새로운 돌파구를 만들기 위하여 USN 기반의 시스템 구축과 화훼 생장환경 관리시스템 구축을 통한 사용자들의 편의를 도모를 목적으로 하는 온실 생장환경 관리시스템, 소위 u-화훼 시스템을 설계, 구현 한다.
본 논문에서는 송신부, 수신부, 센서부로 구성하여 토양에 센서부를 삽입하여 일정주기 마다 토양에서 수분, 온도 전기기전도(EC)를 측정하여 송신부를 통해 무선으로 수신부에 센싱 데이터를 전송하는 알고리즘을 제안하고자한다. 이스라엘[11～12]은 농업 및 환경 모니터링 분야에 있어 무선 식물 생장 모니터링 시스템을 구축하여 생장량을 자동으로 측정하여 관수 주기, 관수량 등의 재배법 개선에 활용하고 있다.
본 논문에서는 온실 재배를 위해서 농작물의 습도 및 온도센서를 이용해서 최적의 조건을 제어하는 프로그램을 연구하였다. 같은 농작물이라도 흙 성분이 틀리면 똑같은 온도 및 습도 조건에서도 어떤 지역의 농작물은 성장속도가 늦을 수 있다.
본 논문에서는 화훼 온실의 생장환경 정보를 수집하는 USN 시스템과 시설을 제어하는 화훼 온실 시설제어 시스템을 통합하여 화훼 온실의 생장환경을 관리하고 사용자에게 화훼 생장환경 관리의 편의성과 화훼 생장 관련 정보 등을 제공하는 생장환경 관리 웹 포털 시스템 모두를 하나로 통합한 시스템을 구현하였다.
장미는 양생 식물로서 우수한 생육 및 개화를 위해서는 충분한 광량이 있어야 하는데, 광의 요구량은 품종에 따라 다르지만 약 37Klux부터 50Klux인 것으로 알려져 있다. 본 시스템은 인공광원을 통해 장미가 잘 자라도록 하기 위하여 광원이 부족한 시기에 보광을 하였다. 이에 대한 결과를 알아보기 위해 온실에 인공광원이 설치된 구역과 설치 안 된 구역을 나누어 채화시기에 두 구역을 비교하였다.
같은 농작물이라도 흙 성분이 틀리면 똑같은 온도 및 습도 조건에서도 어떤 지역의 농작물은 성장속도가 늦을 수 있다. 본 연구에서는 이러한 문제점을 해결하기위해서 최적의 농작물을 구성하기위해서 온도습도 및 흙 분석을 통해서 최적의 농작물을 제어할 수 있는 모의실험을 하였다. 본 논문에 사용된 수요예측과정은 다음과 같으며,X축에는 시간, Y축에는 변수의 값(과거 데이터 값)을 의미 한다.
같은 농작물이라도 흙 성분이 틀리면 똑같은 온도 및 습도 조건에서도 어떤 지역의 농작물은 성장속도가 늦을 수 있다. 본 연구에서는 이러한 문제점을 해결하기위해서 최적의 농작물을 구성하기위해서 온도습도 및 흙 분석을 통해서 최적의 농작물을 제어할 수 있는 모의실험을 하였다. 본 논문에 사용된 수요예측과정은 다음과 같으며,X축에는 시간, Y축에는 변수의 값(과거 데이터 값)을 의미 한다.
4GHz) 시스템 분야에서는 리더기의 최대인식거리는 900MHz는 75-90cm 였으나 그 외의 태그에서는 5-10cm였다. 휴대형 리더기로 동시인식이 가능한가를 시험한 결과 900MHz에서 동시 인식 기능이 가능하지만 인접한 태그의 영향을 받아 오 정보를 송신할 수 있으므로 이에 대한 적절한 대안이 필요하였다. 전력원으로 사용된 건전지(1200mA 3.
가설 설정
3. 제어설정이 on이고 기준 설정값이 시간으로 되어있으면 기준 시간동안 시설을 작동시킨다.
제안 방법
1. USN센서로부터 생장환경(온도, 습도, 조도, 강우, 일사량) 데이터 측정한다.
4. 제어설정이 on이고 기준 설정값이 USN센서값으로 되어있으면 각 시설에 대한 USN센서 기준 설정값을 USN센서로부터 들어온 현재값과 비교한다. 현재값이 설정값을 초과하면 시설을 움직인다.
그래서 제한적이지만 κ, θ, Φ, μ ( kappa, theta, phi, mu)만을 가지고 각 범위 0.1, 0.3, 0.5, 0.7, 0.9에 따라 모든 경우를 고려해서 임의의 경우로 실험을 해보았다.
표 3에서는 지능을 이용한 온실센서 구축을 한 결과, 장미의 생장 시기는 단축되고 생산량은 늘어남을 알 수 있다. 뿐만 아니라, 본 논문에서는 온도 및 습도가 기준치 이상으로 수치가 급격스럽게 올라가거나 내려 갔을때, 이상 상황 알림 서비스를 자동으로 감지하는 기능을 구현하였다. 생장환경 DB에 등록된 센서 임계치 정보와 수신되는 센싱 데이터를 비교하여 이상상황을 감지할 수 있는 기능이 있으며 이상상황 감지 시 데이터베이스를 조회하여 해당 화훼생산자에게 이상상황 발생 사항을 SMS로 통지한다.
서비스 사용자를 등록하고 사용권한을 부여하여 생장환경 관리시스템의 주요 서비스 등을 이용할 수 있게 하고 시스템 활성화를 위해 서비스 이용로그 등을 분석한다. 그림 7에서는 이상 상황 알림 서비스의 주요 기능으로는 생장환경 DB에 등록된 센서 임계치 정보와 수신되는 센싱 데이터를 비교하여 이상상황을 감지할 수 있는 기능이 있으며 이상상황 감지 시 데이터베이스를 조회하여 해당 화훼생산자에게 이상상황 발생 사항을 SMS로 통지 하는 과정을 설명하고 있다.
센서 네트워크로부터 수집된 기상 정보를 활용하여 데이터의 전달과 속도 계산에 초점을 맞추었다. 그림 10에서는 이상유무시에 SMS를 전송하는 과정을 설명하고 있다.
최초 이상유무 발생 시 온도 및 습도센서의 정상수치보다 고유의 ID를 전송한다. 이상유무 정도를 비교한 후, 단말기는 표 3과 같이 습도수치, 온도수치 현황 정보, 사고 발생 일시, 현 차량 위치를 나타내는 사고 현황 보고 메시지를 생성하여 WLAN/CDMA 망을 통해 SMS 서버로 전송한다. 센서 네트워크는 유비쿼터스 시대의 중추적인 기술 중의 하나로서 IEEE 802.
본 시스템은 인공광원을 통해 장미가 잘 자라도록 하기 위하여 광원이 부족한 시기에 보광을 하였다. 이에 대한 결과를 알아보기 위해 온실에 인공광원이 설치된 구역과 설치 안 된 구역을 나누어 채화시기에 두 구역을 비교하였다. 그림 8에서는 왼쪽 인공광원 미설치 사진이 오른쪽 인공광원 설치 사진에 비해 작물의 개화 시기가 늦음을 알 수 있다.
생장환경 DB에 등록된 센서 임계치 정보와 수신되는 센싱 데이터를 비교하여 이상상황을 감지할 수 있는 기능이 있으며 이상상황 감지 시 데이터베이스를 조회하여 해당 화훼생산자에게 이상상황 발생 사항을 SMS로 통지한다. 화훼온실 안에 설치되어 있는 휴대용 무선단말기를 사용하여 SMS 메시지를 전송하는 방법을 사용하였다. 최초 이상유무 발생 시 온도 및 습도센서의 정상수치보다 고유의 ID를 전송한다.
이론/모형
그러나, 실제 영농 시스템에서는 기후조건 및 수입 농산물 조건 등의 외부 변수가 많아서 모의실험처럼 정확하게 예측하기는 어렵다. 그래서 본 논문에서는 이러한 문제점을 개선하기 위해서 후처리로 퍼지 규칙을 사용하였다.
성능/효과
온․습도 센서는 표준치 보다 전반적으로 높게 측정되었으며 이는 보드에서 발생되는 열에 영향을 받은 결과이며 개별 센서의 데이터 보정이 요구되었고 센서의 민감도에 따라서는 보드와 센서를 별도로 분리하는 것이 필요하였다. 둘째, RFID(13.56MHz, 900MHz, 2.4GHz) 시스템 분야에서는 리더기의 최대인식거리는 900MHz는 75-90cm 였으나 그 외의 태그에서는 5-10cm였다. 휴대형 리더기로 동시인식이 가능한가를 시험한 결과 900MHz에서 동시 인식 기능이 가능하지만 인접한 태그의 영향을 받아 오 정보를 송신할 수 있으므로 이에 대한 적절한 대안이 필요하였다.
첫째 USN 시스템 분야에서는 센서노드의 송신출력이 1mW 이하에서는 센서와 베이스 스테이션 사이의 최대통신거리는 70m 였으며 그 이상의 거리에서는 수신률이 급격히 떨어졌다. 온․습도 센서는 표준치 보다 전반적으로 높게 측정되었으며 이는 보드에서 발생되는 열에 영향을 받은 결과이며 개별 센서의 데이터 보정이 요구되었고 센서의 민감도에 따라서는 보드와 센서를 별도로 분리하는 것이 필요하였다. 둘째, RFID(13.
향후 온실에서 개선되어야 할 사항은 다음과 같다. 첫째 USN 시스템 분야에서는 센서노드의 송신출력이 1mW 이하에서는 센서와 베이스 스테이션 사이의 최대통신거리는 70m 였으며 그 이상의 거리에서는 수신률이 급격히 떨어졌다. 온․습도 센서는 표준치 보다 전반적으로 높게 측정되었으며 이는 보드에서 발생되는 열에 영향을 받은 결과이며 개별 센서의 데이터 보정이 요구되었고 센서의 민감도에 따라서는 보드와 센서를 별도로 분리하는 것이 필요하였다.
후속연구
6V, 3개를 병렬)의 수명은 센싱 주기가 5분일 경우 이론적으로는 15일-20일이지만 실험에서는 3-7일정도로 단축되었다. 이러한 문제점으로는 트리구조에서 자식노드가 부모노드를 찾지 못할 때 탐색과정에서 지속적으로 전력을 낭비한 결과이기 때문에 탐색효율성을 높이는 최적 알고리즘 연구가 필요하며 저렴하고 수명이 긴 건전지의개발이 병행되어야 할 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
우리나라 화훼산업은 오늘날까지 어떻게 성장해 왔는가?
우리나라 화훼산업은 국민소득 증가와 더불어 꾸준히 성장하여 왔다. 특히 1997년 외환위기를 겪으면서 화훼류가 신선농산물 수출의 견인차 역할을 수행하면서 화훼산업의 중요성이 크게 대두되었고, 농업분야에서의 비중도 커져 왔다[1～3]. 기존의 토경재배와 양액재배 방법은 온도계 및 습도계 정도의 간단한 장비를 온실에 설치하고 온실 관리자가 육안으로 온실의 생장환경을 파악하고 그에 대해 적절한 조치를 취하기 때문에, 24시간 감시를 해야되는 불편 한 점이 있었다[4～6].
재배 품목에 따라 온도 및 습도 조절을 적절히 하기 어려운 이유는?
뿐만 아니라, 화훼 온실에서 재배하는 품목에 따라 적정 온도 및 습도의 범위 및 수치가 다르기 때문에 온도 및 습도 조절을 적절히 하기에는 매우 어려웠다[7～10]. 왜냐하면, 수작업으로 진행되는화혜 온실 관리는 관리자가 수시로 온도 및 습도 수치를 점검하기 위해서 주기적으로 온실 환경에 대한 정보를 수집, 정리해야 하기 때문이다. 그러므로 본 논문에서는 화훼산업에 최신 IT기술의 도입하여 새로운 돌파구를 만들기 위하여 USN 기반의 시스템 구축과 화훼 생장환경관리시스템 구축을 통한 사용자들의 편의를 도모를 목적으로 하는 온실 생장환경 관리시스템, 소위 u-화훼 시스템을 설계, 구현 한다.
u-화훼 시스템은 어떤 정보를 저장하는가?
u-화훼 시스템은 화훼 온실의 생장환경 데이터를 온도/조도/습도/일사량/토양온도/토양수분/토양EC/토양 pH/CO2/강우/풍향/풍속 센서를 통해 일정 시간 간격으로 수집하고 데이터베이스 서버에 저장한다. 그림 4에서는 화훼 온실에 설치된 USN 시스템 구성도를 나타낸다.
참고문헌 (12)
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홍유식, 한광덕, 서권구, 조병순, 성해경, "지능형 농사 시스템",대한전자공학회 2010년 추계종합학술대회
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