[논문]사물인터넷을 적용한 녹조제거 자동화 시스템 개발

이현승; 유태수; 정석태; 임순자

doi:10.7471/ikeee.2018.22.1.93

[국내논문] 사물인터넷을 적용한 녹조제거 자동화 시스템 개발
Development of Automatic Algal Bloom Remover System using IoT 원문보기

전기전자학회논문지 = Journal of IKEEE, v.22 no.1, 2018년, pp.93 - 97

이현승 (Dept. of Electronic Engineering, Wonkwang University) , 유태수 (TableCup) , 정석태 (Dept. of Computer and Software Engineering, Wonkwang University) , 임순자 (Dept. of Electronic Engineering, Wonkwang University)

초록
AI-Helper

본 논문에서는 자동화 시스템을 이용하여 지속적으로 녹조를 제거하고 워터펌프를 이용하여 산소를 물속에 주입하여 녹조 생성이 잘 이루어지지 않도록 하는 시스템을 개발하였다. 제안한 녹조제거 자동화 시스템은 기계에 부착된 MCU(micro processor unit)를 이용하여 GPS와 초음파센서, 카메라등을 제어함으로 자동조정운행을 할 수 있고, 컨베이어 벨트, 워터 펌프등을 이용하여 녹조를 자동으로 제거할 수 있다. 또한 스마트폰의 어플리케이션과 연동하여 녹조제거 자동화 시스템의 위치를 추적하고 상황에 따라 사용자가 시스템을 직접 운영 할 수 있도록 하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, it proposes a method that uses an air pump to inject oxygen to water directly to prevent the growth of algae and cyanobacterium using MCU(Micro Controller Unit). MCU can control itself with modules of GPS, a sonic sensor, camera, conveyer belt and water pump to remove and prevent growths of algae. It can also be connected to the smart phone application software to track the system where it is and it can be controlled by the user interfaced with the smart phone application.

Keyword

AI 본문요약
AI-Helper

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

문제 정의

그러나 녹조를 걷어내고 황토흙을 뿌리는 것은 일시적이고 배를 운행하는 비용이나 황토 흙을 구매하는 비용, 인건비등 경제적인 문제들이 발생한다. 본 논문에서는 인력이 아닌 자동화 시스템을 이용하여 지속적으로 녹조를 제거하고 워터펌프를 이용하여 산소를 물속에 주입하여 녹조 생성이 잘 이루어지지 않도록 하는 시스템을 개발하였다.
본 연구에서 제안하는 녹조제거 자동화 시스템은 기존의 녹조제거를 위해 사용되는 인건비나 제반비용을 절감하고, 또한 효율적으로 녹조를 제거하기 위해서 사물인터넷 응용 기술을 적용한 자동 녹조제거 시스템을 설계하였다. 호수나 저수지 또는 강에서 배 모형으로 만들어진 기기가 물 위를 자동으로 이동하면서 녹조를 처리하게 되고, 기기에 부착된 아두이노와 각종 센서를 통하여 자율 운행하도록 설계하였다.
본 논문에서는 녹조를 효과적으로 제거하기 위해 사물인터넷을 이용한 녹조제거 자동화 시스템을 설계 제작하였다. 제안한 녹조제거 자동화 시스템은 기계에 부착된 MCU를 이용하여 GPS와 초음파센서, 카메라등을 제어함으로 호수나 저수지 또는 강에서 물위를 자동조정운행 할 수 있고, 컨베이어 벨트, 워터 펌프등을 이용하여 녹조를 자동으로 제거할 수 있다.

제안 방법

본 논문에서는 녹조를 효과적으로 제거하기 위해 사물인터넷을 이용한 녹조제거 자동화 시스템을 설계 제작하였다. 제안한 녹조제거 자동화 시스템은 기계에 부착된 MCU를 이용하여 GPS와 초음파센서, 카메라등을 제어함으로 호수나 저수지 또는 강에서 물위를 자동조정운행 할 수 있고, 컨베이어 벨트, 워터 펌프등을 이용하여 녹조를 자동으로 제거할 수 있다. 또한 시스템 상단에 GPS 센서를 장착하여 실시간으로 LCD에 위치가 표시되고, 자동화 시스템이 운용자의 시야에서 벗어난 곳에서도 스마트폰의 어플리케이션과 연동하여 녹조제거 자동화 시스템의 위치를 추적할 수 있고, 필요한 상황에 따라 시스템을 직접 운영 할 수 있도록 하였다.

성능/효과

제안한 녹조제거 자동화 시스템은 기계에 부착된 MCU와 연결된 GPS와 초음파 센서, 카메라 등을 제어하여 자동조정운행 할 수 있고, 컨베이어 벨트, 워터 펌프등을 이용하여 녹조를 자동으로 제거할 수 있다. 또한 스마트폰의 어플리케이션과 연동하여 녹조제거 자동화 시스템의 위치를 추적 할 수 있고, 상황에 따라 사용자가 시스템을 직접 운영 할 수 있도록 개발하였다.
그림 5는 스마트폰 어플리케이션을 이용해서 자동화시스템을 동작시키는 화면을 보여준다. 동작 시켜본 결과 자동화 시스템의 각 센서들이 계획된 대로 잘 동작하여 자율 운행을 하였고, 스마트폰 어플리케이션을 통하여 기기의 위치를 파악할 수 있었다. 문제점은 자동화 시스템의 무게가 무거워서 밧데리 소모가 크다는 것을 알 수 있었고 이를 해결하기 위해 가벼운 재료를 사용하여 시스템을 경량화 시키거나 모터의 전력용량을 사용 가능치 까지 줄여 밧데리의 손실을 최소화 하는 것이 필요함을 알 수 있었다.
동작 시켜본 결과 자동화 시스템의 각 센서들이 계획된 대로 잘 동작하여 자율 운행을 하였고, 스마트폰 어플리케이션을 통하여 기기의 위치를 파악할 수 있었다. 문제점은 자동화 시스템의 무게가 무거워서 밧데리 소모가 크다는 것을 알 수 있었고 이를 해결하기 위해 가벼운 재료를 사용하여 시스템을 경량화 시키거나 모터의 전력용량을 사용 가능치 까지 줄여 밧데리의 손실을 최소화 하는 것이 필요함을 알 수 있었다.

후속연구

추후 연구 과제로는 자동화 시스템을 경량화하고 새로운 통신모드(RC 컨트롤러 등)를 택하여 통신 거리를 늘려 운용자의 사용 조종범위를 확대하며, 날씨와 환경에 따른 변화에도 자동화 시스템이 안정적으로 운용될 수 있도록 보완할 예정이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	녹조현상에 영향을 주는 주요 요인은?	우리나라의 산업화와 경제성장으로 인해 각종 오염물질이 증가하여 강이나 호수로 유입되고, 유속이 거의 없는 물의 수온이 올라가게 되면 식물성 플랑크톤인 녹조류나 남조류가 크게 늘어나 물의 색깔이 녹색으로 변하게 된다. 녹조현상은 수온, 햇빛, 영양염류, 유속 등 4가지 요인에 큰 영향을 받는다. 질산염이나 인산염 같은 영양염류가 물속으로 많이 유입되고 일조량이 많아 수온이 올라가면서 남조류가 폭발적으로 증가하고 유속이 느려지면 유입된 오염원이 빠져나가지 못하고 축적되면서 조류가 더욱 빠르게 증식한다.
	녹조에 영향을 주는 요인 중 하나인, 영양염류가 영향을 주는 과정은?	녹조현상은 수온, 햇빛, 영양염류, 유속 등 4가지 요인에 큰 영향을 받는다. 질산염이나 인산염 같은 영양염류가 물속으로 많이 유입되고 일조량이 많아 수온이 올라가면서 남조류가 폭발적으로 증가하고 유속이 느려지면 유입된 오염원이 빠져나가지 못하고 축적되면서 조류가 더욱 빠르게 증식한다. 이 녹조로 인해 물고기들이 폐사하거나 녹조에서 발생하는 독소로 인해 식수로 이용하는 물이 오염되어 식수로 사용하지 못하는 경우들이 여름철만 되면 발생하고 있다[1-3].
	우리나라 물의 색깔이 녹색으로 변하게 되는 이유는?	우리나라의 산업화와 경제성장으로 인해 각종 오염물질이 증가하여 강이나 호수로 유입되고, 유속이 거의 없는 물의 수온이 올라가게 되면 식물성 플랑크톤인 녹조류나 남조류가 크게 늘어나 물의 색깔이 녹색으로 변하게 된다. 녹조현상은 수온, 햇빛, 영양염류, 유속 등 4가지 요인에 큰 영향을 받는다.

참고문헌 (5)

H. W. Paerl, V. J. Paul, "Climate change: links to global expansion of harmful cyanobacteria," Water Res., 46, pp. 1349-1363, 2012.DOI:10.1016/j.watres.2011.08.002

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C. Y. Ahn, A. S. Chung, H. M. Oh, "Rainfall, phycocyanin, and N:P ratios related to cyanobacterial blooms in a Korean large reservoir," Hydrobiologia, 474, pp. 117-124, 2002.DOI:10.1023/A:1016573225220

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S. W. Chung, J. Imberger, M. R. Hipsey, H. S. Lee, "The influence of physical and physiological processes on the spatial heterogeneity of a Microcystis bloom in a stratified reservoir," Ecological Modelling, 289, pp. 133-149, 2014. DOI:10.1016/j.ecolmodel.2014.07.010

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McGowan, S. "Algal blooms," Biological and Environmental Hazards, Risks, and Disasters, pp. 543, 2016.DOI:10.1016/B978-0-12-394847-2.00002-4
G. Liu, C. Fan, J. Zhong, L. Zhang, S. Ding, S. Yan, S. Han, "Using Hexadecyl Trimethyl Ammonium Bromide (CTAB) modified clays to clean the Microcystis aeruginosa blooms in lake Taihu, China," Harmful Algae, 9(4), pp. 413-418, 2010.DOI:10.1016/j.hal.2010.02.004

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