초록

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본 논문에서는 태양광병용형 식물공장과 USN 기술이 융합된 스마트 팜 모니터링 시스템을 설계 및 구현하고자 한다. 먼저 식물공장의 규모 및 내부 환경 정보 수집에 적합한 무선 통신 모듈과 온도, 습도, 조도, PPFD, 일사량 센서를 선택한 뒤, 각 센서를 통합하기 위한 PCB 모듈을 설계 및 제작한다. 제작된 통합센서는 송신부와 수신부가 포함되어 있으며 일정 간격마다 USN 게이트웨이의 요청에 의해 식물공장 내부의 환경 정보를 측정하여 서버로 전송하고, 전송된 데이터는 서버관리자에 의해 데이터베이스에 저장 및 각 환경 정보와 연관된 디바이스 제어 시 입력 요소로 사용된다. 향후 본 시스템을 확장 및 적용할 경우 태양광병용형 식물공장의 생산 효율이 증대되고, 에너지 소비 효율을 향상시킬수 있을 것으로 기대된다.

본 논문에서는 태양광병용형 식물공장과 USN 기술이 융합된 스마트 팜 모니터링 시스템을 설계 및 구현하고자 한다. 먼저 식물공장의 규모 및 내부 환경 정보 수집에 적합한 무선 통신 모듈과 온도, 습도, 조도, PPFD, 일사량 센서를 선택한 뒤, 각 센서를 통합하기 위한 PCB 모듈을 설계 및 제작한다. 제작된 통합센서는 송신부와 수신부가 포함되어 있으며 일정 간격마다 USN 게이트웨이의 요청에 의해 식물공장 내부의 환경 정보를 측정하여 서버로 전송하고, 전송된 데이터는 서버관리자에 의해 데이터베이스에 저장 및 각 환경 정보와 연관된 디바이스 제어 시 입력 요소로 사용된다. 향후 본 시스템을 확장 및 적용할 경우 태양광병용형 식물공장의 생산 효율이 증대되고, 에너지 소비 효율을 향상시킬수 있을 것으로 기대된다.

AI 본문요약

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• 연구 주제
• 연구 방법
• 연구 결과

문제 정의

• 본 실험을 통해 Atmega128 16au 기반의 온도, 습도, 조도, PPFD 및 일사량 센서들을 연동한 통합센서를 구현하고 태양광병용형 식물공장 현장에 설치하여 기후변화에 따른 온실 내 생육 환경 변화를 확인해보았다. 그림 3은 각 센서들로부터 수집되는 환경 요소의 값을 모니터링 하기 위한 UI로 각 센서 ID와 측정한 온도 및 습도, PPFD 및 일사량, 조도, 그리고 수신횟수를 출력한다.
• 이에 본 논문에서는 계절별, 시간대별로 변화하는 기상정보 등의 외부 상황에 지능적으로 각 디바이스를 제어하기 위한 USN 기반의 스마트 팜 모니터링 시스템을 설계 및 구축하고자 한다. 본 시스템을 위해 먼저 대상 식물공장의 전체 규모와 설치 환경을 고려하여 센서의 수를 결정한 다음, 식물의 생육 환경 정보 수집에 적합한 온도, 습도, 조도, PPFD 및 일사량 센서를 선택한다.

제안 방법

• 본 시스템을 위해 먼저 대상 식물공장의 전체 규모와 설치 환경을 고려하여 센서의 수를 결정한 다음, 식물의 생육 환경 정보 수집에 적합한 온도, 습도, 조도, PPFD 및 일사량 센서를 선택한다. 다수의 센서들로부터 무선으로 데이터를 송수신하기 위해 저전력, 고효율의 장점을 가진 ZigBee 모듈을 기반으로 선택된 모든 센서들을 통합한다. 통합 제작된 센서들은 식물공장 내부에 지면으로부터 각각 1.
• 이에 본 논문에서는 계절별, 시간대별로 변화하는 기상정보 등의 외부 상황에 지능적으로 각 디바이스를 제어하기 위한 USN 기반의 스마트 팜 모니터링 시스템을 설계 및 구축하고자 한다. 본 시스템을 위해 먼저 대상 식물공장의 전체 규모와 설치 환경을 고려하여 센서의 수를 결정한 다음, 식물의 생육 환경 정보 수집에 적합한 온도, 습도, 조도, PPFD 및 일사량 센서를 선택한다. 다수의 센서들로부터 무선으로 데이터를 송수신하기 위해 저전력, 고효율의 장점을 가진 ZigBee 모듈을 기반으로 선택된 모든 센서들을 통합한다.
• 조도 센서는 인간이 느끼는 빛의 강도인 lx를 측정하는 반면, Quantum 센서와 일사량 센서는 식물의 광합성에 필요한 햇빛의 양을 측정하므로, 조도 센서에 비해 식물 생육에 직접적인 영향을 주는 값을 측정한다고 할 수 있다. 본 실험에서는 표 1과 같이 총 14개의 온도/습도/조도센서를 이용하여 통합센서를 제작하였으며, 그 중 4개의 통합센서에는 Quantum 센서를 추가적으로 부착하였고, 2개의 통합센서는 일사량 센서를 설치하였다.
• 제작된 14개의 통합센서는 그림 2와 같이 충남 예산군 응봉면 지석리에 위치한 국내 온실 1위 기업 (주)그린플러스에 설치된 태양광병용형 식물공장 내부의 여러 지점에 설치되었다. 설치하기 전 보광이 필요한 지점을 파악하기 위해 Quantum Sensor 및 Lux Sensor를 이용하여 조도 분포를 실 측정하였고, 측정된 값을 기준으로 지면으로부터 1.3M, 3.6M, 5M 높이를 설치 위치로 정하였다. 현장의 환경적 여건 상 1.
• 식물의 생장 환경을 측정하기 위해 선정된 각 USN 센서들은 그림 1과 같이 구성되며, 각 센서들을 통합하여 구현하기 위해 Atmega128 16au 마이크로컨트롤러를 이용한 총 14개의 통합센서가 각 센서의 입력 및 출력 전압에 적합한 형태로 설계 및 제작되었다. 표 2는 통합센서의 메인 CPU인 Atmega128 16au의 구성 회로와 간단한 기능을 보여준다
• 6M, 5M 높이를 설치 위치로 정하였다. 현장의 환경적 여건 상 1.3M 높이의 각 설치 지점은 유리벽으로부터 약 10cm 떨어진 동, 서, 남, 북 방향에 위치하며, 3.6M 높이는 전체 면적을 균등하게 분할한 뒤 각 정점을 설치지점으로 정하였다. 즉, 3.

대상 데이터

• 제작된 14개의 통합센서는 그림 2와 같이 충남 예산군 응봉면 지석리에 위치한 국내 온실 1위 기업 (주)그린플러스에 설치된 태양광병용형 식물공장 내부의 여러 지점에 설치되었다. 설치하기 전 보광이 필요한 지점을 파악하기 위해 Quantum Sensor 및 Lux Sensor를 이용하여 조도 분포를 실 측정하였고, 측정된 값을 기준으로 지면으로부터 1.

후속연구

• 그림 3은 각 센서들로부터 수집되는 환경 요소의 값을 모니터링 하기 위한 UI로 각 센서 ID와 측정한 온도 및 습도, PPFD 및 일사량, 조도, 그리고 수신횟수를 출력한다. 실시간으로 수집 및 화면에 출력되고 있는 센서별 각 데이터 패킷은 적합한 데이터 포맷으로 변환되어 데이터베이스에 저장되며, 저장된 데이터 자료는 비교 및 분석 과정을 거쳐 향후 외부 환경변화에 지능적으로 각 디바이스를 제어함으로써 식물 생육환경을 쾌적하게 유지시키고 에너지 소비를 절감하는데 유용한 기초 자료로 활용되어질 수 있다.

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이 논문을 인용한 문헌

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