[논문]자가 충전 및 장거리 무선 네트워크를 지원하는 노지 농작물 관수 자동화 시스템 설계

주종율; 오재철

doi:10.13067/jkiecs.2018.13.6.1373

자가 충전 및 장거리 무선 네트워크를 지원하는 노지 농작물 관수 자동화 시스템 설계
Development of Lora Wireless Network Based Water Supply Control System for Bare Ground Agriculture 원문보기

한국전자통신학회 논문지 = The Journal of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, v.13 no.6, 2018년, pp.1373 - 1378

주종율 ((주)지에스씨) , 오재철 (순천대학교 컴퓨터과학과)

초록
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농업 인구의 감소와 고령화, 곡물자급률 하락과 같은 문제들을 해결하기 위해 IoT기술을 활용한 농업ICT융합기술의 개발이 활발히 이루어지고 있다. 농업 ICT기술은 시설하우스에만 집중되어 노지재배 분야에는 자동화된 제어 시스템이 미비한 실정이다. 본 논문에서는 Lora 무선통신으로 넓은 면적의 노지에서 전자밸브, 워터펌프를 자동 제어하는 관수 제어 시스템을 제안한다. 제안된 시스템은 소형 태양광 패널을 이용하여 별도의 전원이 필요 없으며, 플러그 앤 플레이 방식으로 무선자동설정을 지원함으로써 설치 및 운영이 매우 편리하다. 따라서 노동력 절감, 노지 농산물 품질 및 생산성 향상에 크게 기여할 것으로 예상된다.

Abstract ▼ AI-Helper

In order to solve the problems such as reduction of agriculture population, aging and declining of grain self sufficiency rate, agriculture ICT convergence technology utilizing IoT technology is actively being developed. Agricultural ICT technology only concentrates on facility houses, and there is no automated control system in the field of cultivation. In this paper, we propose an irrigation control system that automatically controls the solenoid valves and water pumps in a large area with Lora wireless communication. The proposed system does not require a separate power source by using a small solar panel, and it is very convenient to install and operate supporting wireless auto setup by plug-and-play method. Therefore, it is expected that it will contribute to the reduction of labor force, quality of agricultural products, and productivity improvement.

주제어

표/그림 (8)

그림 그림 1. 젼체시스템 개요 Fig. 1 Overall system configuration diagram
그림 그림 2. 무선 통신 시스템 개요도 Fig. 2 Wireless communication system overview
그림 그림 3. 관수 자동화 노드 시스템 개요 Fig. 3 Irrigation automation node system overview
그림 그림 4. 관수 자동화 노드 시스템 흐름도 Fig. 4 Watering automation node system flowchart
그림 그림 5. 개발된 관수 자동화 노드 Fig. 5 Developed irrigation automation node
그림 그림 6. 개발된 노지 관수 펌프 자동화 노드 중앙 관리 시스템 Fig. 6 Developed bare ground agricultural water pump automation node central management system
그림 그림 7. 메인 화면 Fig. 7 main screen
그림 그림 8. 제어 • 배터리 모니터링 화면 Fig. 8 Control of battery monitoring screen

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

또한 다른 그룹/노드와의 무선 통신 시 발생할 수 있는 혼선/충돌 회피 문제를 방지하는 프로토콜을 제공한다.
이러한 불편함을 해결하기 위해 본 논문에서는 저렴한 비용으로 넓은 지역의 노지에 균일하고 안정적인 관수제어를 자동화하는 자가 충전 및 장거리 무선 네트워크를 지원하는 노지 농작물 관수 자동화 시스템을 제안한다.

제안 방법

개발된 노지 관수 펌프 자동화 노드 중앙관리 시스템은 각종 환경 센서 데이터를 수집하여 데이터화 하였으며, 관수 자동화 노드, 양수 모터, 밸브 등 오작동을 확인하고 이상이 발생시 관수 설비 및 농작물을 보호하며 이상을 통보하여준다.
관수 자동화 노드와 게이트웨이 간의 버튼을 눌러 상호 인지 후 자동으로 그룹으로 등록되는 방식의 무선 네트워크 구성되어 있으며 차세대 장거리 무선통신 방식인 LoRa를 이용하여 1Km 이상의 무선통신 거리를 제공한다.
무선 네트워크에서 제거된 기기에 대한 자동 등록 해제 처리하고 각 기기의 특성 별 데이터 수집, 동작 제어를 위한 프레임워크를 설계하도록 하였다.
버튼을 이용하는 방식으로 간편하게 기기/센서 들 간의 연결 그룹 설정하고 대규모 노지에서 활용 가능한 1Km 이상의 노드 간 무선통신 제공하며 스케줄 제어 및 사용자의 원격 제어를 통한 양수 모터, 관수밸브를 자동 제어 한다.
본 논문에서 제안하는 자가 충전 시스템을 통한 노지농작물 관수 자동화 시스템은 플러그 앤 플레이방식의 무선 통신 네트워크와 자가 충전 시스템을 결합한 이동식 노지 관수 제어 시스템이다.
본 논문에서 제안한 시스템은 저렴하고 편리한 노지 관수 자동화를 위해 플러그 앤 플레이(plug and play) 방식의 무선 통신 네트워크와 자가 충전 시스템을 결합한 이동식 노지 관수 제어 시스템으로 버튼을 이용해 플러그 앤 플레이 방식으로 간편한 기기.센서들 간의 연결 그룹 설정을 할 수 있도록 하였다.
자가 충전을 위한 소형화된 BMS(Battery Management System)로 제작되었으며, 이 BMS는 3일간 연속 흐리거나 비로 인해 태양광 패널을 통한 전원 공급이 중단되더라도 동작이 가능하도록 배터리 용량을 설정하였다.
제안 시스템은 대규모의 노지 농작물 재배지역에 대한 관수 자동화를 위한 것으로 핵심 기능은 방식의 간편한 연결을 지원하는 장거리 무선 통신 시스템이다.
플러그 앤 플레이 방식의 무선 통신 네트워크와 자가 충전 시스템을 결합한 노지 관수 자동화 노드로 넓은 노지에 이동식으로 설치되는 노지 관수 자동화 노드의 전원문제를 해결하기 위해 태양광 발전을 이용한 자가 충전 시스템을 개발하였다.

성능/효과

본 논문에서 제안하는 Lora 무선통신으로 넓은 면적의 노지에서 전자밸브, 워터 펌프를 자동 제어하는 관수 제어 시스템은 소형 태양광 패널을 이용하여 별도의 전원이 필요 없으며, 플러그 앤 플레이 방식의 자동설정을 지원함으로써 설치 및 운영이 매우 용이하다. 또한, 필요 시에 쉽게 들어서 이동이 가능하며, 연속적으로 작물을 재배하지 않는 노지 재배의 특성을 반영할 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	인류의 역사에서 농업은 어떠했는가?	인류의 역사에서 농업은 식품, 의약, 에너지, 섬유와 같은 필수 자원을 생산하는 책임이 있기 때문에 인류가 살아가는 가장 중요한 산업 중 하나이며, 산업혁명 이후에도 대부분의 국가에서는 농업 산업과 관련 기술의 핵심 역할을 강조해왔다[1].
	농업ICT융합기술의 개발이 이루어지고 있는 이유는?	농업 인구의 감소와 고령화, 곡물자급률 하락과 같은 문제들을 해결하기 위해 IoT기술을 활용한 농업ICT융합기술의 개발이 활발히 이루어지고 있다. 농업 ICT기술은 시설하우스에만 집중되어 노지재배 분야에는 자동화된 제어 시스템이 미비한 실정이다.
	본 연구자가 제안한 관수 제어 시스템의 장점은?	본 논문에서는 Lora 무선통신으로 넓은 면적의 노지에서 전자밸브, 워터펌프를 자동 제어하는 관수 제어 시스템을 제안한다. 제안된 시스템은 소형 태양광 패널을 이용하여 별도의 전원이 필요 없으며, 플러그 앤 플레이 방식으로 무선자동설정을 지원함으로써 설치 및 운영이 매우 편리하다. 따라서 노동력 절감, 노지 농산물 품질 및 생산성 향상에 크게 기여할 것으로 예상된다.

참고문헌 (10)

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H. Rhee, M. Cho, Y. Cheol, J. Park, and J. Lee. "Control of Irrigation Amount for Production of High Quality Fruit in Melon Fertigation Cultivation," J. of the Bio-Environment Control, vol. 17, no. 4, 2008, pp. 288-292.
H. Kim, S. Ahn, K. Han, J. Choi, S. Chung, M. Roh, and S. Hur, "Comparison Study of Water Tension and Content Characteristics in Differently Textured Soils under Automatic Drip Irrigation," Protected Horticulture and Plant Factory, vol. 22, no. 4, 2013, pp. 341-348.

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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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