[논문]원격 어항 관리 시스템

신제우; 차해운; 김병갑; 공기석

doi:10.7236/jiibc.2019.19.6.95

원격 어항 관리 시스템
Fishberry: A Remote Fishbowl Management System 원문보기

The journal of the institute of internet, broadcasting and communication : JIIBC, v.19 no.6, 2019년, pp.95 - 102

신제우 (한국산업기술대학교 컴퓨터공학부) , 차해운 (한국산업기술대학교 컴퓨터공학부) , 김병갑 (한국산업기술대학교 컴퓨터공학부) , 공기석 (한국산업기술대학교 컴퓨터공학부)

초록
AI-Helper

물고기 반려인들이 증가함에 따라 어항 관련 편의제품들이 증가하고 있다. 기존의 제품들은 기능이 부족하거나 비싼 가격으로 인해 소비자들로부터 환영받지 못하고 있다. 본 논문에서는 라즈베리 파이와 아두이노를 이용하여 어항의 센서, 모터 등을 원격으로 제어하는 시스템을 다루었다. 안드로이드 애플리케이션에서 다음과 같은 기능을 수행할 수 있다. 첫 째, 먹이지급 진행 및 예약. 둘째, 환수 진행 및 예약. 셋 째, 온도와 pH 수치의 측정 및 시각화 그리고 알림기능이다. 동작시간 측정 실험을 통해 외부에서도 시스템에 빠르게 접근할 수 있는 것을 검증하였고, 날짜별 pH 측정 실험을 통해 언제 환수를 하는 것이 적절한지 검증하였다. 이 시스템을 통해 사용자가 물고기를 더 편하고 안전하게 기를 수 있도록 한다.

Abstract ▼ AI-Helper

As the number of fish keepers increases, fishbowl-related convenience products are on the rise. Existing products are not welcomed by consumers because of their lack of functions or high price. In this paper, we deal with a system that remotely controls sensors and motors of fish bowl based on Raspberry Pi and Arduino. In Android applications, you can use the following functions. firstly, feeding. Second, water changing. Third, it measures, visualizes temperature and pH values including alert function. Through the several experiments, it was verified that the system can be quickly accessed from the outside, and when it is appropriate to change water. This system allows the user to keep the fish more comfortable and safe.

주제어

표/그림 (14)

표 표 1. 관련 제품들 Table 1. Related Products
그림 그림 1. 시스템 구성도 Fig. 1. System configuration diagram
표 표 2. HW 개발 환경 Table 2. Hardware development environment
표 표 3. SW 개발 환경 Table 3. Software development environment
그림 그림 2. 시스템의 실제 구현 모습 Fig. 2. Actual implementation of the system
그림 그림 3. 소프트웨어 구성도 Fig. 3. Software configuration diagram
그림 그림 4. 예약환수 기능의 순서도 Fig. 4. Flowchart of reservation based water changing function
그림 그림 5. FishBerry앱의 온도 및 pH 범위 설정 액티비티 Fig. 5. Temperature and pH range settings acitivity of Fishberry App
그림 그림 6. 온도가 설정범위에서 벗어났을 때의 스마트폰 Notification Fig. 6. Smartphone notification when temperature is outside the set range
그림 그림 7. FishBerry앱의 스트리밍 액티비티 Fig. 7. Streaming activity of Fishberry App
그림 그림 8. FishBerry앱의 차트 액티비티 Fig. 8. Chart activity of Fishberry App
그림 그림 9. 먹이 지급기 동작까지 걸린 시간 Fig. 9. Time taken for food feeding
표 표 4. 환수 작동 응답시간 측정 시간(초) Table 4. Measurement of the operation response time
그림 그림 10. 날짜별 pH 변화량 Fig. 10. pH variation by date

AI 본문요약
AI-Helper

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

문제 정의

본 논문에서는 라즈베리파이와 아두이노 보드, 사용자의 스마트폰을 이용하여 위와 같은 문제를 해결할 수 있는 여러 기능을 구현한 IoT시스템을 다룬다. 시스템의 이름은 FishBerry라고 명명한다.
본 논문에서는 장치가 정확하고 신속하게 동작하는지 확인하기 위하여 앱에서 먹이 지급기 동작까지 걸린 시간, 환수 동작부터 완료까지 걸린 시간, 그리고 날짜별 pH 변화량 측정 실험을 진행하였다.

제안 방법

8~8이다. 10~14일마다 어항의 수질 관리를 위해 어항의 20%에 해당하는 양을 환수하였고 10갤런(약 37리터)의 물을 담을 수 있는 어항을 준비하고 실험하였다.^[9]
FishBerry앱의 ‘바로먹이지급’버튼을 통해 웹 서버로 실시간 먹이 지급 명령이 앱, 서버, 아두이노의 서보모터 순으로 전달되어 먹이지급기를 180도 회전하면서 먹이를 지급할 수 있도록 구현하였다.
환수모듈의 첫 번째 기능은 FishBerry 앱의 ‘바로 환수'버튼을 통해 환수 명령을 앱, 서버, 아두이노의 워터펌프 순으로 전달하여 환수를 진행한다. 또한, 환수 도중 일시정지, 재시작이 가능하도록 구현하였다. 두 번째 기능은 예약 환수다.
본 논문에서는 아두이노와 라즈베리파이를 사용하여 어항 관리 시스템을 개발하고, 온도 센서와 pH센서를 이용하여 어항의 수온과 오염도를 측정하며, 원격으로 제어가능한 자동 먹이지급 기능과 자동 환수 기능, 어항 스트리밍 및 위험 상황 시 알림 기능 등을 개발한다.실험 및 데이터 수집에 사용한 어종은 ‘플래티’이며 선호하는 온도는 20~24도, pH는 6.
사용자가 FishBerry 앱을 통해 원하는 환수시각을 설정하면 서버로 데이터를 전달하여 데이터베이스에 저장한다. 아두이노의 RTC 모듈에서 서버로 전달되는 현재 시각과 데이터베이스에 저장된 환수시각을 비교하여 해당 시각이 되면 환수를 진행 하도록 구현하였다.
이를 통해 사용자는 어항의 이상을 감지하여 빠른 대처를 할 수 있게 된다. 어항의 상태는 라즈베리파이 서버에 저장되며, 이를 날짜별, 시간별 그래프로 표현한 화면 또한 구현하였다.
에서는 공유기와 DDNS를 통해 외부에서 내부네트워크로 접근하는 방법을 제안하고 있다. 여기에 덧붙여 본 논문에서 제안하는 시스템은 안드로이드 앱의 HTTP요청들을 공유기의 포트포워딩을 통해 라즈베리파이로 전달하고 있다. 이러한 통신과정에서 Web Socket^[8]을 이용하여 앱과 라즈베리파이 서버 간 양방향 통신이 가능하게 하였다.
또한 FiSHBiT와 블루네로는 스마트폰 앱을 제공하지만 다양한 편의기능을 제공하고 있지 않다. 이에 반해 본 논문에서 다루는 FishBerry는 기존에 어항을 사용하던 사용자들이 기존 어항을 활용할 수 있도록 시스템을 탈부착형으로 만들어 확장성을 고려하였고, 스마트폰 앱과 웹을 통해 사용자 편의를 위한 IoT 기반의 다양한 기능들을 제공할 수 있도록 설계하였다.
현재 온도 혹은 pH가 저장된 설정 범위를 벗어나게되면, 사용자의 스마트폰으로 Notification을 출력한다. 하드웨어에서는 LED가 평상시에는 녹색, 온도가 벗어나면 적색, pH가 벗어나면 보라색, 모두 벗어나면 흰색으로 출력하도록 구현하였다.
에서는 온도와 시간을 이용해 어류에 필요한 요소가 무엇인지 판단하여 그에 맞는 적당한 온도조절, 그리고 먹이와 광량을 제공하여 물고기가 자생할 수 있는 시스템을 제안하고 있다. 하지만, 물고기사육에 있어 고려해야 하는 pH에 대한 내용이 부족하여 본 논문에서 제안하는 시스템에서는 pH의 측정과 더불어 pH조절을 할 수 있는 환수기능을 제안하고 있다.

대상 데이터

개발을 위한 하드웨어 부품은 1개의 아두이노 우노 보드와 1개의 라즈베리파이 보드, 2개의 측정 센서, 라즈베리파이 카메라 보드, 2개의 모터이다. 아두이노 우노(UNO) R3 보드는 주로 서보모터와 수중모터를 제어하며 RTC 모듈을 이용한 현재 시각 측정과 LED 제어를 담당한다.
아래의 그림 1은 원격 어항 관리 시스템 구성도이다. 시스템은 여러 센서가 연결된 Arduino UNO R3, Raspberry Pi 3 B+와 데이터의 처리 및 저장 역할을 하는 서버로 구성되어 있다. Arduino UNO R3는 Raspberry Pi 3 B+와 Serial통신^[18]을 통해, 스마트폰과 서버는 Web Socket통신을 이용해 데이터를 송수신한다.
실험 및 데이터 수집에 사용한 어종은 ‘플래티’이며 선호하는 온도는 20~24도, pH는 6.8~8이다.

성능/효과

앱과 라즈베리파이 서버 간의 소켓 통신 도중 2개의 메시지가 동시에 발생할 경우 통신이 안 되는 문제점을 시스템 개발 과정에서 확인하였는데, 이는 서버에서 FishBerry 앱의 내 어항 액티비티로 온도, pH 값을 5초에 한 번 보내는 것을 30초에 한 번으로 수정해서 문제발생 빈도가 줄어드는 것을 확인하였다. 또한, 5분 동안 스트리밍 화면을 켜 둔 결과 500MB의 데이터가 사용되는 것을 확인하였다.
앱과 라즈베리파이 서버 간의 소켓 통신 도중 2개의 메시지가 동시에 발생할 경우 통신이 안 되는 문제점을 시스템 개발 과정에서 확인하였는데, 이는 서버에서 FishBerry 앱의 내 어항 액티비티로 온도, pH 값을 5초에 한 번 보내는 것을 30초에 한 번으로 수정해서 문제발생 빈도가 줄어드는 것을 확인하였다. 또한, 5분 동안 스트리밍 화면을 켜 둔 결과 500MB의 데이터가 사용되는 것을 확인하였다.
46을 기록하였다. 약 2주간의 pH 변화를 보면 어항 내부를 청소하지 않거나 환수를 하지 않으면 물고기의 건강에 위험한 pH 수치를 기록하는 것을 확인하였다. 이런 위험은 알림기능을 통해 사용자가 인지할 수 있었다.
위 세 제품의 어항 관리 시스템과 본 논문에서 다루는 시스템을 비교해 보면, 위 세 제품의 단점의 공통점은 일체형이라는 점이었다. 이것은 이미 어항을 소유 중인 사용자들에게는 추가 비용이 발생하는 것이고, 기존의 어항을 활용할 여지가 사라진다는 단점이 있다.
이에 본 논문에서 다루는 원격 어항 관리 시스템은 기존 제품들의 단점을 보완하고 환수, 먹이 지급, 그리고 원격관리와 같은 새로운 기능을 추가하였고, 앱의 접근성을 보완하여 사용자가 쉽고 간편하게 어항을 관리할 수 있도록 하였다.
다음 표 4는 환수의 동작부터 완료 시점까지의 응답시간을 나타낸 것이다. 총 3번의 환수 작동 응답시간을 각 구간마다 수치로 나타냈으며, 전체적으로 환수는 60초 이내로 완료되었고 거리에 상관없이 앱에서 아두이노까지의 응답시간은 평균적으로 일정하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	JT-180A란 무엇인가?	RTC모듈은 현재시간을 아두이노의 시리얼 모니터에 출력한다. 수중 모터 펌프 JT-180A는 DC3.5V~12V 직류로 동작하는 방수 수중펌프이다. DC12V 전원을 사용하면 최대 유량은 350L/H의 성능을 가진다.
	어항의 수온과 오염도 측정을 위해 사용되는 것은 무엇인가?	본 논문에서는 아두이노와 라즈베리파이를 사용하여 어항 관리 시스템을 개발하고, 온도 센서와 pH센서를 이용하여 어항의 수온과 오염도를 측정하며, 원격으로 제어가능한 자동 먹이지급 기능과 자동 환수 기능, 어항 스트리밍 및 위험 상황 시 알림 기능 등을 개발한다.실험 및 데이터 수집에 사용한 어종은 ‘플래티’이며 선호하는 온도는 20~24도, pH는 6.
	기존 어항 관련 편의제품들이 소비자들로부터 외면받는 이유는 무엇인가?	물고기 반려인들이 증가함에 따라 어항 관련 편의제품들이 증가하고 있다. 기존의 제품들은 기능이 부족하거나 비싼 가격으로 인해 소비자들로부터 환영받지 못하고 있다. 본 논문에서는 라즈베리 파이와 아두이노를 이용하여 어항의 센서, 모터 등을 원격으로 제어하는 시스템을 다루었다.

참고문헌 (22)

WonKyung Hwang, "Survey on Parenting of Pet in 2017", KB Financial Group Management Institute, 2017. https://www.kbfg.com/kbresearch/processFileDownloadManager.do?file_name20170731184528_1.pdf
Android Notification, https://developer.android.com/guide/topics/ui/notifiers/notifications
FiSHBiT, https://getfishbit.com
Bluenero, https://bluenero.org/
Flexible LED Mini Interior Smart Fishbowl, http://itempage3.auction.co.kr/DetailView.aspx?itemnoB519621320
Dae-Sic Bang, Jang-Ryeol Ryu, "Optimum Environmental Practices of Smart-Bowl With Bluetooth", Proceedings of KIIT Conference, pp. 400-403, 2016. http://www.dbpia.co.kr/journal/articleDetail?nodeIdNODE06690839
Beongku An, "Smart LED Push Notification System based on Android", IIBC, Vol.16, No.1, pp 97-100, 2016. DOI:http://dx.doi.org/10.7236/JIIBC.2016.16.1.97

원문보기 상세보기
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Raspberry Pi 3 B+, https://www.raspberrypi.org/products/raspberry-pi-3-model-b-plus/
DS18B20 Sensor, http://mechasolution.com/shop/goods/goods_view.php?goodsno1864&category
SEN0161 Sensor, http://mechasolution.com/shop/goods/goods_view.php?goodsno427195&category
8MP Camera, https://www.devicemart.co.kr/goods/view?no1077951
SG-5010 Servo Motor, https://eleparts.co.kr/goods/view?no2570498
JT-180A, https://www.banggood.com/Machifit-JT-180A-DC-12V-350LH-Water-Pump-Aquarium-Electric-Brushless-Submersible-Water-Pump-p-1348183.html?utm_sourcegoogle&utm_mediumcpc_ods&utm_campaigncam-sds-view-airtrack&utm_contentarvin&gclidEAIaIQobChMI7a_Qz9ex4wIVWXRgCh2vyQWWEAMYASAAEgLMJ_D_BwE&cur_warehouseCN
DS1307, https://smartstore.naver.com/mechasolution_com/products/3126918034?NaPmct%3Dk0wdocvs%7Cci%3D30d5a2a749687fd7abdf92fe3ab7b3d0c4dda087%7Ctr%3Dsls%7Csn%3D650840%7Chk%3D88854e65899fac6903da608dede8bfe7ad2585dc
To connect raspberry Pi with Arduino, http://www.makewith.co/page/project/1009/story/2412/
Kitae Hwang, "Implementation of Multi-Streaming System of Live Video of Drone", IIBC, Vol.18 No1, pp.143-149, 2018. DOI:https://doi.org/10.7236/JIIBC.2018.18.1.143

원문보기 상세보기
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상세보기
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Wan-Bum Lee, "A study on color image compression using downscaling method and subsampling method", Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, Vol 20, No.2, pp 20-25, 2019. DOI:https://doi.org/10.5762/KAIS.2019.20.2.20

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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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