[논문]LED 식물공장을 이용한 취미용 원격 식물재배 위탁 시스템에 대한 연구

조면균

doi:10.22156/cs4smb.2017.7.1.049

LED 식물공장을 이용한 취미용 원격 식물재배 위탁 시스템에 대한 연구
A Study on Remote Cultivation Consignment System for Hobby using LED Plant Factory 원문보기

융합정보논문지 = Journal of Convergence for Information Technology, v.7 no.1, 2017년, pp.49 - 54

초록
AI-Helper

본 논문에서는 LED 식물공장과 연계하여 식물재배를 환경을 제공받고 사용자는 원격으로 식물재배에 참여함으로써 개인적인 취미생활을 영위할 수 있는 시스템을 제안한다. 제안 시스템은 아두이노를 기반으로 다양한 센서들을 통해 식물의 생장상황을 모니터링하고 식물생장에 필요한 재배환경을 원격으로 조정함으로써 식물재배 및 수확에 대한 대리만족을 느낄 수 있게 하였다. 한편, 식물공장은 유휴의 공간을 온라인으로 개인에게 유료 분양함으로써 일정한 소득원을 확보하게 되어 상호 이득이 되는 구조를 제안한다. 결론적으로 본 논문은 아두이노와 안드로이드 애플리케이션(앱)을 이용하여 원격 식물재배 위탁시스템의 시작품을 제작하여 보임으로써, 제안 시스템의 실현가능성을 보이고 향후 이를 이용한 LED 식물공장의 대중화 및 사업 영역확장에 기여 할 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, we propose a system that can provide a environment for plant cultivation in connection with LED plant factories and enable users to participate in plant cultivation remotely to engage in personal hobbies. The proposed system can monitor the growth conditions of plants through various sensors and remotely adjust the cultivation environment required for plant growth through the Arduino system, so that users can feel the satisfaction of plant cultivation and harvesting as a hobby. On the other hand, we suggest a mutual benefit structure for plant factory and users by securing a certain amount of income source to factory, by paying the idle space to the individual online. This paper demonstrates the feasibility of the proposed system by making the prototype of the remote plant cultivation consignment system using the Arduino and Android application(App.), and contributes to popularize the LED plant factories and expand the business area in future.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 논문에서는 외롭고 고독한 현대인들의 정신적 위안을 제공하기 위한 취미생활로서의 사이버 애완식물 기르기를 LED 식물공장의 농업기술과 공간을 빌어서 실시하는 방법에 대해 기술하였다. 아두이노 보드에 감지센서 및 동작모듈을 연결하고 통신모듈로 스마트폰에 연결함으로써, 안드로이드 앱을 통하여 사용자는 언제 어디서나 식물공장에 접속하여 원격으로 식물을 재배할 수 있음을 보였다.
이러한 기존기술의 한계와 문제점을 극복하기 위해 본 논문에서는 LED 식물공장을 활용하여 위탁생산의 형식을 도입함으로써 웹, 스마트폰 및 아두이노 모듈을 이용한 취미용 원격 식물재배 시스템을 제안한다.

제안 방법

그림 6의 아두이노 기반의 LED 공장을 활용한 원격식물관리 시작품의 동작을 살펴보면, 조도센서와 온도센서를 바탕으로 릴레이에 연결된 LED등을 3단으로 조정하도록 구현하였다. 토양수분 센서를 이용하여 토양의 수분이 부족하면 물펌프를 이용하여 수분을 토양에 공급하게 장치하였다.
그림 3과 같이 먼저 사용자는 자신의 스마트폰에 앱(Application)을 설치하고 그곳에 등록된 LED 식물공장 중에 하나와 위탁재배 계약을 한다. 다음으로 계약된 식물공장에 접속하여 자신이 키우고 싶은 식물을 선택하고 식물공장의 재배공간을 임대하여 파종을 의뢰한다. 이후로 사용자는 웹으로 LED 식물공장의 서버에 접속함으로써 자신의 식물의 생장모습을 모니터링하고 원격으로 생장환경을 제어할 수 있다.
우선, 사용자가 외부에서 자신이 위탁한 식물이 어떠한 생장환경에 있는지 모니터링하기 위하여 온·습도, 토양수분, 조도, CO₂ 센서와 카메라 제어모듈을 장착한다. 둘째로 외부에서 LED 식물공장에 위탁한 식물을 원격으로 조정하기 위하여 LED 전구, 전기 팬(환기/습도조절용), 물펌프 등을 릴레이에 연결하여 아두이노 보드와 접속시킨다.
그림 9에서는 그림 8의 원격모니터링을 바탕으로 사용자가 식물재배에 필요한 환경을 조정하는 화면을 나타내었다. 물 펌프의 구동을 통한 수분공급, LED 라이트의 3단 조정, 전기 환풍기의 동작 조정 등을 수행한다. 향후, 사용자가 LED 식물공장 내 ROOM1 환경의 온도도 자동으로 조정할 수 있도록 자동 온도설정의 탭을 마련해 놓았다.
본 연구에서 제안하는 시스템은 사용자가 집에서 식물을 기르는 것이 아니라, LED 식물공장에 자신이 원하는 식물을 지정하고 위탁하여 재배하는 것이다. 특히, 식물공장에 공간을 할당받아 사이버 환경에서 원격으로 생육환경을 모니터링하고 컨트롤하여 취미로서의 식물 키우는 재미와 보람을 느끼게 하는 방식이다.
본 장에는 최근에 널리 소개되어 활용되고 있는 아두이노 기반의 시스템 제작 방법들[11-14]을 참고하여 원격으로 애완식물을 위탁 재배하는 모델을 구현하였다. 아두이노가 제공하는 센서와 동작모듈, 마이크로 컨트롤러와 통신 모듈들을 활용하여 H/W 시작품을 제작하고 안드로이드 기반의 앱을 생성하여 스마트폰으로 원격 모니터링과 조정이 가능하도록 하였다.
그림 4와 같이 식물공장은 여러 개의 재배 실에 조도, 온·습도, PH, CO₂ 센서와 카메라를 설치함으로써 사용자에게 재배환경 정보를 제공한다. 송신 데이터양을 줄이기 위하여 실시간 동영상 대신 일정간격으로 식물의 생장모습을 찍은 사진을 전송하는 방법을 채택한다. 또한 식물공장은 홈네트워크 서버를 구축함으로써 외부로 부터 인터넷 접속을 통해 자신의 임대공간에 연결된 각종 생장반응기(물펌프, 온도조절기, 환풍기, PH 양액 공급기)를 조정할 수 있게 만든다.
본 장에는 최근에 널리 소개되어 활용되고 있는 아두이노 기반의 시스템 제작 방법들[11-14]을 참고하여 원격으로 애완식물을 위탁 재배하는 모델을 구현하였다. 아두이노가 제공하는 센서와 동작모듈, 마이크로 컨트롤러와 통신 모듈들을 활용하여 H/W 시작품을 제작하고 안드로이드 기반의 앱을 생성하여 스마트폰으로 원격 모니터링과 조정이 가능하도록 하였다.
온·습도 센서와 CO2센서를 이용하여 습기와 CO2 농도가 과다한 경우 전기 환풍기를 이용하여 습도와 이산화탄소 농도를 조정하도록 하였다.
이상과 같이 LED 식물공장과 연계하여 애완용 식물을 위탁하여 키우되, 사용자가 인터넷으로 원격 접속하여 생장 모습과 상태를 모니터링하고 동시에 원격으로 생장환경을 제어할 수 있는 시스템의 구체적인 알고리즘을 제시하고 시작품으로 실제 제작하였다. 또한, 아두이노 기반의 H/W 제작 및 안드로이드 기반 S/W의 프로그래밍을 통하여 향후 제안한 시스템이 충분히 실현 가능성이 있음을 확인하였다.
제안하는 원격식물재배 시스템은 LED 식물공장과 위탁 식물재배 사용자간의 상호작용으로 작동한다. 그림 4와 같이 식물공장은 여러 개의 재배 실에 조도, 온·습도, PH, CO₂ 센서와 카메라를 설치함으로써 사용자에게 재배환경 정보를 제공한다.
그림 6의 아두이노 기반의 LED 공장을 활용한 원격식물관리 시작품의 동작을 살펴보면, 조도센서와 온도센서를 바탕으로 릴레이에 연결된 LED등을 3단으로 조정하도록 구현하였다. 토양수분 센서를 이용하여 토양의 수분이 부족하면 물펌프를 이용하여 수분을 토양에 공급하게 장치하였다. 온·습도 센서와 CO₂센서를 이용하여 습기와 CO₂ 농도가 과다한 경우 전기 환풍기를 이용하여 습도와 이산화탄소 농도를 조정하도록 하였다.
물 펌프의 구동을 통한 수분공급, LED 라이트의 3단 조정, 전기 환풍기의 동작 조정 등을 수행한다. 향후, 사용자가 LED 식물공장 내 ROOM1 환경의 온도도 자동으로 조정할 수 있도록 자동 온도설정의 탭을 마련해 놓았다.

성능/효과

아두이노 보드에 감지센서 및 동작모듈을 연결하고 통신모듈로 스마트폰에 연결함으로써, 안드로이드 앱을 통하여 사용자는 언제 어디서나 식물공장에 접속하여 원격으로 식물을 재배할 수 있음을 보였다. 결론적으로 제안 시스템을 통해, 오프라인의 LED 식물공장과 온라인의 스마트폰 사용자를 가상 공간에서 연결함으로써, 식물공장은 유휴 공간으로 새로운 사업영역을 개척할 수 있고 사용자는 안정적인 생육 환경에서 자신만의 희귀한 애완식물을 키울 수 있는 길을 열었다고 생각한다.
이상과 같이 LED 식물공장과 연계하여 애완용 식물을 위탁하여 키우되, 사용자가 인터넷으로 원격 접속하여 생장 모습과 상태를 모니터링하고 동시에 원격으로 생장환경을 제어할 수 있는 시스템의 구체적인 알고리즘을 제시하고 시작품으로 실제 제작하였다. 또한, 아두이노 기반의 H/W 제작 및 안드로이드 기반 S/W의 프로그래밍을 통하여 향후 제안한 시스템이 충분히 실현 가능성이 있음을 확인하였다.
본 논문에서는 외롭고 고독한 현대인들의 정신적 위안을 제공하기 위한 취미생활로서의 사이버 애완식물 기르기를 LED 식물공장의 농업기술과 공간을 빌어서 실시하는 방법에 대해 기술하였다. 아두이노 보드에 감지센서 및 동작모듈을 연결하고 통신모듈로 스마트폰에 연결함으로써, 안드로이드 앱을 통하여 사용자는 언제 어디서나 식물공장에 접속하여 원격으로 식물을 재배할 수 있음을 보였다. 결론적으로 제안 시스템을 통해, 오프라인의 LED 식물공장과 온라인의 스마트폰 사용자를 가상 공간에서 연결함으로써, 식물공장은 유휴 공간으로 새로운 사업영역을 개척할 수 있고 사용자는 안정적인 생육 환경에서 자신만의 희귀한 애완식물을 키울 수 있는 길을 열었다고 생각한다.

후속연구

먼저 앱을 설치한 소비자는 위탁 식물재배 업체(LED 식물공장)을 선택 후 기르고 싶은 품종의 식물을 선택하여 위탁계약을 채결한다. 이후로 사용자는 웹으로 LED 식물공장의 서버에 접속함으로써 위탁한 애완식물의 생장 모습을 모니터링하고 원격으로 생장환경을 제어할 수 있다. 식물공장은 사용자에게 농업 전문가로써의 조언을 할 수 있고 사용자는 LED 식물공장이 제공하는 생장시스템을 활용하여 식물을 키우는 재미와 보람을 확보할 수 있다.
, PH 센서 등을 이용하여 식물 재배용 화분의 상태를 측정하고 통신모듈(Bluetooth, Ethernet shield)과 물펌프, LED, 카메라 등을 연결함으로써 사용자로 하여금 취미용 식물의 원격 모니터링 및 원격생육 관리의 기능을 제공한다. 하지만, 제안된 방식은 관리가 소홀하기 쉬운 집안의 식물을 원격으로 물을 주는 정도이므로 취미 대상 식물의 종류에 한계가 있고 농업적인 전문지식의 부재로 최적의 상태로 식물생장을 보장하지 못하는 단점이 존재한다.
먼저, 그림 7은 사용자가 앱을 설치하고 그곳에 등록된 LED 식물공장과 선호하는 애완식물을 선택하는 화면이다. 향후 DB 프로그램과 연동하여 전국 소재의 LED 식물공장과 그곳에서 재배 가능한 식물의 리스트를 제공함으로써 소비자로 하여금 다양한 식물을 합리적인 가격에 위탁재배 가능하도록 할 예정이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	LED 식물공장을 기반으로 한 스마트팜은 무엇인가?	LED 식물공장을 기반으로 한 스마트팜이란, 작물의 정식부터 수확까지 내부의 온도, 습도, CO2 , 배양액의 PH 등의 환경정보와 작물의 엽온, 엽면적, 수량과 당도 등의 생육정보를 데이터베이스화하여 농업전문가의 전문지식과 접목시킴으로써 최적의 생육설정관리를 하는 시스템을 말한다[6-7].
	식물 생육 관리와 관련된 기존 시스템 및 기술들이 가진 문제점은 무엇인가?	하지만, 기존 시스템 및 기술들은 문제점과 한계점을 가지고 있는데 나열하면 다음과 같다. 먼저 LED 식물공장은 초기설비투자비, 운영비 및 에너지 과소비로 경제성과 환경성에 있어서 낮은 점수를 받고 있다[10]. 스마트팜의 경우에는 대규모 도시농업을 목표로 하기 때문에 소규모로 반려식물을 키우는 데는 규모와 비용 면에서 적합하지 않다. 마지막으로 IoT와 접목된 원격 식물관리 시스템은 단순히 스마트폰으로 식물환경의 원격제어를 제공할 뿐 식물생장에 필요한 농업의 전문성 확보 및 취미로써의 품종 다양성과 재배 용이성 제공 등의 사용자 요구조건을 충족시키지 못하였다.
	반려식물은 사용자에게 어떤 역할을 하는가?	한편, 최근에는 정성스럽게 식물을 키우는 반려식물의 개념이 확산되기 시작하여 새로운 취미로 자리 잡고 있으며 사용자에게 정서안정과 생활의 활력소를 제공하는 역할을 하고 있다. 이에 따라 소규모 식물 생육 관리에 IoT 기술을 접목시키는 새로운 연구가 필요하게 되었고 스마트 화분과 같이 일부는 상용화되기도 하였다[8-10].

참고문헌 (14)

Faheem Ijaz, A. A. Siddiqui, B. K. Im and C. Lee, "Remote management and control system for LED based plant factory using ZigBee and Internet," 2012 14th International Conference on Advanced Communication Technology (ICACT), pp. 942-946, 2012.
A. N. Harun, R. Ahmad and N. Mohamed, "WSN application in LED plant factory using continuous lighting (CL) method," 2015 IEEE Conference on Open Systems (ICOS), pp. 56-61, 2015.
K. O. Kim, K. W. Park, J. O. Kim, M. S. Jang and E. K. Kim, "Establishment of Web-based Remote Monitoring System for Greenhouse Environment," 2012 Journal of the Korea Institute of Electronic Communication Science, Vol. 6, No. 1, pp. 77-83, 2011.
H. J. Kang, J. W. Lee and S. S. Kang, "An Implementation of the management support service for agricultural environment using Smart Devices," Smart media journal, Vol. 1, No. 1, pp. 42-47, 2012.
I. B. H, Jafa. K. Raihana, S. Bhowmik and S. R. Shakil, "Wireless monitoring system and controlling software for Smart Greenhouse Management," 2014 International Conference on Informatics, Electronics & Vision (ICIEV), pp. 1-5, 2014.
U. H. Yeo, I. B. Lee, K. S. Kwon, T. H. Ha, S. J. Park, R. W. Kim and S. Y. Lee, "Analysis of Research Trend and Core Technologies based on ICT to Materialize Smart-farm," Journal of Protected Horticulture and Plant Factory, Vol. 25, No. 1, pp. 30-41, 2016.

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K. S. Shim, H. R. Lee, M. H. Kim and J. H. Jeong, "The Realization Plan of a Controlled Horticulture Smart Farm based ICT Convergence," 2014 Conference on Korea IT Service Institute, pp. 485-488, 2014.
M. H. Kang, Y. W. Jang and J. W. Chang, "Development of planting management remote system using web and smart phone," 2015 Conference on Korea Information Science Society, pp. 1421-1423, 2015.
PLANTY, "Planty; How to get closer to nature," https://nthing.net/ko/planty, 2016, 3.
S. T. Lim and S. R. Yang, "Is Plant Factory a Sustainable Alternative?," Korea Journal of Agricultural Management and Policy, Vol. 38, No. 4, pp. 917-942, 2011.
A. Patil, M. Beldar, A. Naik and S. Deshpande, "Smart farming using Arduino and data mining," 2016 3rd International Conference on Computer for Sustainalble Global Development (INDIACom), pp. 1913-1917, 2016.
N. Putjaika, S. Phusae, C. I. Anupong, P. Phond and K. Akkarajitsakul, "A Control System in an Intelligent farming by using Arduino technology," 2016 Fifth ICT International Student Project Conference (ICT-ISPC), pp. 53-56, 2016.
J.H. Lee, S.Y. Cho and Seog Park, "Access Control for Arduino based Smart Home Using Web interface," Proceedings of Korea Institute of Information Scientists and Engineers Conference 2014, pp. 297-299, 2014.
I. G. Lee and M. G. Cho, "Arduino baed Smart Home System for the Elderly Living Alone," IEMEK J. Embed. Sys. App., Vol. 10, No. 5, pp. 307-315, 2015.

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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