[논문]스마트 농업을 위한 ICT 융합형 농업 자동화 기계 설계

김병철

doi:10.14400/jdc.2016.14.2.141

스마트 농업을 위한 ICT 융합형 농업 자동화 기계 설계
The ICT convergence agriculture automated machines designed for smart agriculture 원문보기

디지털융복합연구 = Journal of digital convergence, v.14 no.2, 2016년, pp.141 - 148

초록
AI-Helper

농업용 기계는 농촌의 노동인구 감소와 고령화에 따른 노동력 부족에 대응하고 높은 노동 부담과 생산비용을 줄이기 위해 매우 중요한 요소로 작용하고 있다. 최근 이러한 농업용 기계에 첨단 전자기술이 폭넓게 응용되면서 정보통신, 차세대 전지, 반도체, 무선통신, 콘텐츠, 디스플레이 등 첨단 산업과의 융합이 갈수록 증대되고 있는 산업분야로 발전하고 있다. 본 연구에서는 그동안 기계식에 의존해 온 농업용 파종기에 정보통신 기술을 적용하여 신속하고 정교하며, 작업 상태의 모니터링이 가능한 ICT 융합형 파종기를 설계하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Agricultural machines can be viewed as a very important factor to reduce the workforce and reduce production costs as well as keep up with now days trend caused Labor shortages and the workforce reduction by aging in rural. The latest agricultural machinery has developed into a major agricultural industry to apply and integrate the telecommunication, next-generation batteries, semiconductors, wireless communications, content and high-tech display industry technology with a wide range of applications. In this study, to apply the information and communication technologies on agricultural planters relied on a mechanical method, we designed a quick and sophisticated ICT convergence planters that enable to monitor.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 연구에서는 농기계의 기술개발 가능성이 매우 큰 시점에서 농업용 파종기를 대상으로 하여 ICT를 융합하여 작업 효율을 극대화 할 수 있도록 하는 농기계를 설계하였다. 연구 과정에서 자율주행시스템의 적용 방안 연구와 GPS를 활용하는 방안 등 추가적인 연구과제를 확인하였으며, 이는 향후 연구에서 수행하고자 한다.
이러한 환경과 전망으로 볼 때 우리나라의 농기계의 기술개발과 국내외 보급을 위한 노력이 절실한 시점이다. 이에 본 연구에서는 기존의 농업용 파종기에 ICT기술을 융합하여 작업 속도 향상과 정밀한 제어를 가능하게 하여 작업 효율을 극대화 할 수 있는 농업용 파종기 자동화 시스템을 제안하였다.
첫째 현재까지 농업용 파종기는 기계적인 수준에서 개발되어 사용되고 있으며 여러 구동장치가 동력과 구동장치의 속도에 정 비례하여 씨앗을 투입하여야 하며, 이를 위해 속도 감지용 회전체를 두고 있고, 이 회전체를 통해 동력을 얻어 여러 장치 구동에 사용하고 있으나, 구동체의 종류가 많아지고 부하가 커지면서 별도의 구동력이 필요한 상황이므로 해당 부분에 별도의 모터를 사용하고자 한다.

제안 방법

다양한 종류의 씨앗 파종이 가능한 멀티형(공급장치 교체형)으로 설계하고, 작은 크기의 씨앗인 인삼, 무, 배추, 당근, 시금치, 양파 및 엽채류와 중간 크기의 씨앗인 보리, 밀, 볍씨, 라이그라스 및 곡류, 그리고 큰 씨앗인 콩, 옥수수 및 대립종자 모두 균일파종 및 모니터링이 가능한 시스템으로 설계하였다.
이를 개선하기 위하여 여러개의 파종기들 모두를 각각 실시간 모니터링하여 작업자에게 통지할 수 있는 장치가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 파종기의 실기간 속도 감지 모듈과 속도 비례형 제어 모듈, 그리고 실시간 모니터링 시스템을 설계하였다[24, 25, 26, 27].
속도감지 엔코더에서 나오는 미세한 디지털 출력을 메인콘트롤 CPU에서 읽어들이기 좋은 신호로 증폭하기 위한 하드웨어와 엔코더에서 오는 증폭신호로 모터를 돌리기 위한 아날로그 출력으로 변환하는 프로그램 및 하드웨어를 설계하였다.
실시간 트랙터 속도 감지를 통한 조출 속도 제어, 균일한 파종상태 유지 제어 장치, 결주(씨앗이 공급되지 않는 상태) 감지 시스템의 설계를 포함하였다.
장시간 구동 할 수 있는 모터 드라이브 회로와 속도 단계(파종간격)를 사용자가 쉽게 조절 할 수 있는 프로그램, 그리고 모터 이상시 실시간 이상감지 센서 회로를 설계하였다.
이러한 모니터링 시스템의 경우 씨앗파종의 경우 4조식, 5조식, 8조식, 10조식 등 병렬로 파종기를 부착하여 작업을 하는 바, 이중에 씨앗이 제대로 공급되지 못하는 파종기가 있을 수 있다. 특히 트랙터에 부착하고 파종하는 경우, 운전자는 앞을 보고 작업하기 때문에 뒤에서 이루어 지는 파종 상황을 직접 볼 수 없는 문제점이 있으므로, 각 파종기별 씨앗 투입상황을 감지할 수 있는 센서를 부착하고, 이를 디스플레이 장치와 소리 장치를 통하여 작업자가 실시간 상황 모니터링을 할 수 있도록 하는 시스템으로 설계하였다.

대상 데이터

본 연구의 대상이 된 파종기는 땅을 경운하며 다열 두둑을 성형하고, 두둑에 종자를 뿌리도록 로터베이터 후단에 위치된 파종기와, 두둑을 비닐로 덮는 비닐피복기와, 종자가 외부로 개구되도록 비닐에 타공부를 형성하는 비닐가공기를 포함하며, 땅을 평탄화하고, 종자를 심고, 종자 생장에 도움이 되도록 비닐을 덮고, 종자를 복토하는 것이 일관 수행하는, 경운 및 두둑 성형, 파종, 비닐 타공, 피복 및 복토를 순차적으로 한 번에 수행하는 농업용 파종기를 대상으로 하였다.

성능/효과

세 번째로 규모가 큰 시장은 파종기를 포함한 이식 및 시비기인데, 2013∼2018년 약 110억 달러에서 150억 달러로 성장할 것으로 예상된다.
세계 농기계 시장은 빠르게 성장하고 있으며 다양한 농기계 수요 증대 요인 가운데 다음의 변수들은 대체로 농기계 수요를 증가시키는 방향으로 작용하게 될 것이다. 첫 번째, 식량수요 증대와 생산성 증대요구, 두 번째, 농촌 노동력의 부족, 세 번째, 정밀농업에 대한 수요 증대와 강도 높은 육체 노동기피 현상 심화, 네 번째, 세계적인 경제회복과 농산물에 대한 수요 증대 등이다.

후속연구

농기계 관련 동향 중에서 기술적인 면과 판매망의 확보 면에서 기존 세계적인 메이저 농기계 기업들과의 연대가 당분간 필요할 것이다.
본 연구에서는 농기계의 기술개발 가능성이 매우 큰 시점에서 농업용 파종기를 대상으로 하여 ICT를 융합하여 작업 효율을 극대화 할 수 있도록 하는 농기계를 설계하였다. 연구 과정에서 자율주행시스템의 적용 방안 연구와 GPS를 활용하는 방안 등 추가적인 연구과제를 확인하였으며, 이는 향후 연구에서 수행하고자 한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	스마트농업이란 무엇인가?	농업은 시대적인 요구에 따라 변화하였으며, 이제는 스마트농업(Smart Farming)으로 변화하려 하고 있다[5, 18]. 스마트농업은 농작물의 생육 생장, 수확, 유통 및 소비에 이르는 농업의 전 과정에 ICT 기술을 도입하여 최적화함으로서 생산자에게는 안정적 수익을 지원하고 소비자에게는 안전한 농식품 또는 농산품 제공을 목적으로 하는 일련의 농업기술[6, 7, 8, 19, 20, 21]로서 정밀농업이 발전한 형태로 볼 수 있다. 농업은 1차 산업이지만, 고도의 과학기술과 연계되면 그 자체가 최첨단산업이 될 수 있다.
	농기계 수요를 증대시킬 변수들은 무엇이 있겠는가?	세계 농기계 시장은 빠르게 성장하고 있으며 다양한 농기계 수요 증대 요인 가운데 다음의 변수들은 대체로 농기계 수요를 증가시키는 방향으로 작용하게 될 것이다. 첫 번째, 식량수요 증대와 생산성 증대요구, 두 번째, 농촌 노동력의 부족, 세 번째, 정밀농업에 대한 수요 증대와 강도 높은 육체 노동기피 현상 심화, 네 번째, 세계적인 경제회복과 농산물에 대한 수요 증대 등이다.
	농수산업용 기계는 어떤 종류가 있는가?	농수산업용 기계는 크게 농업용 기계, 임업용 기계, 축산업용 기계, 수산업용 기계로 나눌 수 있으며, 농업기계화촉진법에서는 농·림·축산물의 생산에 사용되는 기계·설비 및 부속 기자재, 농·림·축산물과 부산물의 생산 후 처리작업에 사용되는 기계·설비 및 부속 기자재, 농·림·축산물 생산시설의 환경 제어와 자동화에 사용되는 기계·설비 및 부속 기자재 모두를 포함하여 “농업기계” 즉 “농기계”라 정의하고 있다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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