오늘날 국내외적으로 심각한 기후변화로 인하여 안정적인 식량 확보를 위한 수단으로써, 1년 내내 계획적 식물재배가 가능한 공장형 식물공장의 필요성이 크게 증대 되고 있다. 또한, 도시 내 빌딩에서도 설치 운영 가능한 식물공장은 단위 면적당 생산성을 크게 향상 시키며, 유통 비용 절감과 제품신선도를 유지할 수 있는 장점을 갖는다. 이런 빌딩형태의 식물공장에는 태양광을 대신하는 인공조명이 필수적이다. 식물 공장용 인공광원으로 요즘, 에너지 효율이 높고 재배 식물에 적합한 최적의 파장을 선택적으로 공급 할 수 있는 LED(Light Emitting Diode) 조명이 각광 받고 있다. 본 논문에서는 유비쿼터스 센서 네트워크를 기반으로 원격에서 재배 식물에 최적인 환경을 제공하기 위한 시스템에 대해 기술하였다. LED 조명과 $CO_2$, $O_2$, 온도, 습도, 조도센서, 색상센서들은 설치 및 유지 보수가 쉽도록 지그비(ZigBee) 네트워크로 구성하였으며, 이더넷게이트웨이를 통해 인터넷에 연결되도록 하였다. 또한 식물 공장은 특성상 좁은 실내 환경에 많은 수의 LED 조명들이 밀집되어 설치 운영된다. 이런 운영 환경을 감안하여 LED 제어를 위한 데이터의 송수신에는 유선과 무선 네트워크를 혼용함으로써 무선 노드들의 데이터 전송 트래픽 부담을 줄일 수 있도록 하였다.
오늘날 국내외적으로 심각한 기후변화로 인하여 안정적인 식량 확보를 위한 수단으로써, 1년 내내 계획적 식물재배가 가능한 공장형 식물공장의 필요성이 크게 증대 되고 있다. 또한, 도시 내 빌딩에서도 설치 운영 가능한 식물공장은 단위 면적당 생산성을 크게 향상 시키며, 유통 비용 절감과 제품신선도를 유지할 수 있는 장점을 갖는다. 이런 빌딩형태의 식물공장에는 태양광을 대신하는 인공조명이 필수적이다. 식물 공장용 인공광원으로 요즘, 에너지 효율이 높고 재배 식물에 적합한 최적의 파장을 선택적으로 공급 할 수 있는 LED(Light Emitting Diode) 조명이 각광 받고 있다. 본 논문에서는 유비쿼터스 센서 네트워크를 기반으로 원격에서 재배 식물에 최적인 환경을 제공하기 위한 시스템에 대해 기술하였다. LED 조명과 $CO_2$, $O_2$, 온도, 습도, 조도센서, 색상센서들은 설치 및 유지 보수가 쉽도록 지그비(ZigBee) 네트워크로 구성하였으며, 이더넷 게이트웨이를 통해 인터넷에 연결되도록 하였다. 또한 식물 공장은 특성상 좁은 실내 환경에 많은 수의 LED 조명들이 밀집되어 설치 운영된다. 이런 운영 환경을 감안하여 LED 제어를 위한 데이터의 송수신에는 유선과 무선 네트워크를 혼용함으로써 무선 노드들의 데이터 전송 트래픽 부담을 줄일 수 있도록 하였다.
Due to intense climate changes and extreme weather conditions a noticeable decrease has been observed in the growth of certain plants. The indoor plant factories would have certain benefits including increase in crop yield, reduction in distribution cost, and maintains the healthy freshness level of...
Due to intense climate changes and extreme weather conditions a noticeable decrease has been observed in the growth of certain plants. The indoor plant factories would have certain benefits including increase in crop yield, reduction in distribution cost, and maintains the healthy freshness level of the agricultural product. Recently, an artificial light source with optimum wavelength is spot lighted to fulfill the need of light for the indoor plant factories. The energy efficient light emitting diodes (LED) provide the essential light energy for the proper growth of indoor cultivated plants. This work focuses to utilize ubiquitous sensors network(USN) in providing suitable environment for the proper growth of agricultural product inside the indoor plant factory. The proposed system makes use of sensors and actuators, communicating each other through WPAN, ZigBee network. The proposed system obscured the traditional indoor plant factories with easy installation and wireless connectivity of the sensors and actuators along with eliminating the web of wires reducing the initial installation and maintenance cost.
Due to intense climate changes and extreme weather conditions a noticeable decrease has been observed in the growth of certain plants. The indoor plant factories would have certain benefits including increase in crop yield, reduction in distribution cost, and maintains the healthy freshness level of the agricultural product. Recently, an artificial light source with optimum wavelength is spot lighted to fulfill the need of light for the indoor plant factories. The energy efficient light emitting diodes (LED) provide the essential light energy for the proper growth of indoor cultivated plants. This work focuses to utilize ubiquitous sensors network(USN) in providing suitable environment for the proper growth of agricultural product inside the indoor plant factory. The proposed system makes use of sensors and actuators, communicating each other through WPAN, ZigBee network. The proposed system obscured the traditional indoor plant factories with easy installation and wireless connectivity of the sensors and actuators along with eliminating the web of wires reducing the initial installation and maintenance cost.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
따라서 본 논문에서는 유선과 ZigBee를 이용한 식물공장용 LED 조명과 원격으로 식물공장의 환경을 관리하고 모니터링을 할 수 있는 USN 식물 공장 시스템에 대해 말하고자 한다.
본 논문에서는 유비쿼터스 센서 네트워크 기반의 LED 조명을 이용한 식물 공장 시스템을 인터넷에 연결된 관리 서버를 통해 통합적으로 제어 관리가 가능하도록 하였다. LED 조명 제어를 위해 사용한 유·무선 네트워크 혼용 방법은 무선만을 단독으로 사용한 시스템보다 무선 트래픽을 획기적으로 줄여 네트워크의 성능을 향상 시킬 수 있다.
제안 방법
LED 제어기는 LED 전등부로 LED 전등의 색상 정보를 전송하는 역할을 한다. ZigBee 무선 통신 모듈을 통해 인터넷 등의 상위 네트워크로부터 무선으로 전송되는 색상 정보와 제어 정보를 수신한다. 수신한 제어 정보를 바탕으로 LED 전등부를 제어하게 된다.
환경 계측 노드는 CO₂, O₂, 온도, 습도, 밝기 값, 색상 값 등을 주기적으로 측정하여 식물의 생장에 필요한 환경 정보를 수집한다. 수집된 환경 정보는 설정한 보고 주기로 ZigBee 무선 통신을 통하여 이더넷 게이트웨이로 전송된다.
대상 데이터
LED 제어기는 LED 전등을 제어하기 위한 소프트웨어 드라이버와 하드웨어 버퍼로 구성된다. LED 제어기의 구성은 LED 제어모듈, RTC, 저장 모듈, 온도센서, 유선 포트, ZigBee 모듈로 구성되어있다.
개발된 USN 식물 시스템을 실제로 비닐하우스형 식물공장에 설치하여 시스템을 운용하였다. 그림 8의 왼쪽 사진은 LED 전등부가 설치된 모습이고, 오른쪽은 태양빛이 없는 밤에 LED 조명을 동작시키는 모습이다.
수신한 제어 정보를 바탕으로 LED 전등부를 제어하게 된다. 여기에 포함되는 제어 정보는 각각의 LED에 대한 색상 정보와 듀티비, PWM(Pulse Width Modulation) 주파수이다.
성능/효과
그림 8의 왼쪽 사진은 LED 전등부가 설치된 모습이고, 오른쪽은 태양빛이 없는 밤에 LED 조명을 동작시키는 모습이다. 관리 서버와 이더넷 게이트웨이를 통해 LED의 밝기, 색상 등을 원격으로 변경 할 수 있었으며 웹 카메라와 관리 서버를 통해 관리자가 설정한 값에 따라 동작하는 것을 확인 할 수 있었다.
후속연구
또한, USN 식물공장 시스템을 통한 식량 생산은 기후 변화에 좌우 되지 않아 생산량이 예측가능하다는 점, 에너지 고효율형 농업생산에 기반 한다는 점, 재배식물의 원가를 낮춰 식물 재배에 따른 경제성을 높일 수 있다는 점 등의 장점으로 인해 국내뿐만 아니라, 기후 변화로 인해 식량을 재배할 농지 확보가 어려운 국가로 식물 공장 시스템 자체를 수출 할 수 있을 것이라 본다.
전송된 환경 정보는 인터넷에 연결된 관리 서버에 전송되어 데이터베이스화 된다. 저장된 정보는 향후 식물 성장분석, 공장 환경 관리 자료 등으로 이용될 수 있다. 그림 4는 환경 계측 노드의 설치된 모습이다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.