KR100941000B1 - 유비쿼터스 센서네트워크 기반 온실환경 자동관리 시스템 - Google Patents

유비쿼터스 센서네트워크 기반 온실환경 자동관리 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명에 의한 유비쿼터스 센서네트워크 기반 온실환경 자동관리 시스템은 작물을 인공적으로 재배하기 위하여 온실 내외부에 센서 및 센서네트워크를 설치하고 재배환경을 자동으로 조절하는 온실환경 자동관리시스템에 관한 것으로, 온실환경을 자동으로 관리할 수 있도록 무선으로 센서네트워크를 구성하여, 원격에서 감시 및 관리가 가능하고, 측정된 환경데이터를 재배작물과 연계하여 저장관리함으로써, 재배작물의 이력제가 가능하게 하는 데 그 목적이 있다.
본 발명에 의한 유비쿼터스 센서네트워크 기반 온실환경 자동관리 시스템은환경 데이터를 수집하는 다수 개의 환경센서노드와; 침입자를 감지하는 다수 개의 보안센서노드와; 상기 온실환경을 조절하기 위하여 분무기 밸브, 급수밸브, 히트, 창문개폐기, 햇볕가리개, 커튼 등을 작동시키는 환경관리노드와; 경보음 발생 및 경광등을 제어하는 보안관리노드와; 다수 개의 상기 환경센서노드와, 다수 개의 상기 보안센서노드와, 다수 개의 상기 환경관리노드와, 다수 개의 상기 보안관리노드와 센서네트워크로 연결된 엑세스포인터와; 전반적인 관리 및 제어를 수행하는 관리서버를 포함하여 이루어지고; 상기 관리서버는 인터넷에 접속되어 있어 외부로부터 인터넷을 통한 원격접속 및 원격감시제어가 가능하고, 상기 센서네트워크는 WPAN IEEE 802.15.4로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 유비쿼터스 센서네트워크 기반 온실환경 자동관리 시스템은 온실 재배환경을 자동으로 제어관리하므로 품질 높은 작물을 값싸게 생산할 수 있 고, 관리자가 원격지에도 유무선을 통하여 온실환경을 관리 및 제어할 수 있어 온실환경의 관리가 편리하다. 또한, 저전력 무선 센서네트워크를 기반으로 하고 있어 센서의 설치와 이동이 편리하고, 무선 노드단말에 충전배터리와 함께 태양전지를 같이 사용하므로, 충전주기를 더 길게 하는 효과가 있다.
온실 자동화, 온실 제어, 유비쿼터스, 유비쿼터스 센서네트워크, 센서네트워크, 보안센서, 환경센서, 온실, 온도, 습도

Description

유비쿼터스 센서네트워크 기반 온실환경 자동관리 시스템{An Automatic Management System for Nursery Plant Based on an Ubiquitous Sensor Network}
본 발명은 작물을 인공적으로 재배하기 위하여 온실 내외부에 센서 및 센서네트워크를 설치하고 재배환경을 조절하는 온실환경 자동관리 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 환경센서를 통하여 온도, 습도, 조도, 가스농도, 수질, 기후 데이터 등을 수집하고, 보안센서를 통하여 침입자를 감지하고, 이에 따라 분무기 밸브, 급수밸브, 히트, 창문개폐기, 햇볕가리개, 커튼 등 온실환경을 조절하고, 침입자가 감지되었을 때에는 경보음 발생 및 경광등을 제어하여 이에 대처하며, 데이터베이스를 통하여 측정 데이터를 저장관리하고, 센서노드 및 센서네트워크를 전반적으로 제어관리하고, 인터넷을 통하여 원격에서 접속하여 원격접속 및 관리가 가능하게 하는 유비쿼터스 센서네트워크 기반 온실환경 자동관리 시스템 및 그 노드단말에 관한 것이다.
종래에는 온실 환경을 작물의 재배에 적합한 최적의 상태로 유지하기 위해 서, 온실 환경을 계측하고 이에 따라 각종 구동 기기들(천창, 측창, 커텐, 차광막, 미스트 펌프 등)을 제어하여 온실환경을 자동화하려는 시도가 있었으나, 센서 및 제어장치 간의 연결이 유선으로 되어 있어, 노드의 추가 및 이동에 유연성이 부족하였고, 원격에서 온실 상태를 감시하거나 제어할 수 없어 온실환경 관리에도 어려움이 많았다.
또한, 기존의 온실환경 관리시스템은 센서에서 측정한 측정 데이터가 온실환경 제어에만 사용되고 저장 관리되지 않거나, 센서에서 측정된 측정 데이터가 저장되더라도 센서에 고유번호가 부여되지 않거나, 해당 위치의 재배작물과 연계되어 관리되지 않음으로 해서, 재배작물에 병충해 등이 발생하거나 생장장애 발생시 적절히 대처하는 데에도 어려움이 있었으며, 재배 작물의 이력제를 실현하는 데에도 어려운 점이 많았다.
재배농산물에 농산물이력제 개념을 도입하기 위해서는 재배농산물이 어떤 환경에서 어떻게 재배되었는지에 대한 기록의 유지관리가 필수적이고, 그러기 위해서는 재배지에 설치된 모든 센서에 고유ID를 부여하고, 온실환경에서 자라는 농작물에 대해서는 작물데이터베이스를 구축하고, 상기 작물데이터베이스에 해당 재배작물에 대한 영농사항을 저장 유지 및 관리하여, 재배된 농작물에 대한 과거 이력을 파종에서부터 수확시까지 일관되게 관리함으로서, 재배작물에 이상 현상이 발생시 그 원인의 추적이 가능하게 하고, 농작물 출하시에는 이러한 농작물 이력데이터를 농작물과 함께 제공함으로써, 소비자의 신뢰를 확보하게 할 필요성이 제기되고 있다.
또한, 센서를 다양한 장소에 설치하기 위해서는 충전배터리를 구비한 무선 유비쿼터스 센서가 요구되며, 유비쿼터스 센서의 충전배터리 수명을 극대화하기 위해서는 일광 또는 조명에 의해 작동되는 태양전지가 부착된 무선 노드단말이 요구되고 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 농작물을 키우는 비닐하우스 또는 유리로 이루어진 온실환경을 종합적으로 제어관리할 수 있는 유비쿼터스 센서네트워크와 유비쿼터스 센서네트워크를 통하여 온실환경과 보안상황을 감시하고, 정전, 히터 고장, 이상고온, 이상저온과 같이 온실환경에 이상이 발생했을 때에는 즉시 알람을 발생시켜 관리자에게 긴급상황을 알려주어, 관리자로 하여금 즉시 이에 대처할 수 있도록 하게 하고, 온실환경의 시설물관리 및 작물 재배 환경을 자동으로 계측 및 제어관리함으로써 인건비 절약과 품질 좋은 농산물 생산이 가능하게 하고, 측정된 데이터를 재배작물과 연계하여 저장관리하므로서, 재배작물의 이력제가 가능하게 하는 무선 온실환경 자동관리 시스템 및 이를 지원하는 무선 노드단말을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한, 유비쿼터스 센서네트워크 기반 온실환경 자동관리 시스템은 환경 데이터를 수집하는 다수 개의 환경센서노드와; 침입자를 감지하는 다수 개의 보안센서노드와; 상기 온실환경을 조절하기 위하여 분무기 밸브, 급수밸브, 히트, 창문개폐기, 햇볕가리개, 커튼 등을 작동시키는 환경관리노드와; 경보음 발생 및 경광등을 제어하는 보안관리노드와; 다수 개의 상기 환경센서노드와, 다수 개의 상기 보안센서노드와, 다수 개의 상기 환경관리노드와, 다수 개의 상기 보안관리노드와 센서네트워크로 연결된 엑세스포인터와; 전반적인 관리 및 제어를 수행하는 관리서버를 포함하여 이루어지고; 상기 관리서버는 인터넷에 접속되어 있어 외부로부터 인터넷을 통한 원격접속 및 원격감시제어가 가능하고, 상기 센서네트워크는 WPAN IEEE 802.15.4로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한, 유비쿼터스 센서네트워크 기반 온실환경 자동관리 시스템의 관리서버는 사용자가 접속할 수 있게 하는 사용자 인터페이스와; 엑세스포인터를 통하여 센서네트워크에 접속할 수 있게 하는 센서네트워크접속부와; 외부의 인터넷과 접속하게 하는 인터넷접속부와; 관리서버 및 센서네트워크를 초기화시키는 초기화부와; 환경센서로부터 측정된 데이터를 수집하는 데이터수집부와; 수집된 측정데이터를 저장하는 측정DB와; 영상카메라로 부터 수집된 영상과 보안이벤트를 저장하는 보안DB와; 재배작물에 대한 영농데이터를 저장하는 작물DB와; 데이터베이스를 관리하는 데이터베이스 관리부와; 보안센서노드 및 환경센서노드로부터 이벤트를 수신받아 알람을 발생시키는 알람생성부와; 상기 알람생성부에서 생성한 알람메세지를 이메일에 첨부하여 기저장된 이메일주소로 이메일를 생성하여 전송하는 이메일 생성부와; 상기 알람메세지를 SMS 메세지로 변환 하여 기저장된 SMS 주소로 전송하는 SMS 생성부와; 외부에서 인터넷을 통하여 관리서버에 원격으로 접속하게 하는 웹서버부와; 주기적인 작업을 할 수 있도록 설정된 시간이 되면 신호를 발생시키는 타이머부와; 관리서버 및 센서네트워크 전반을 관리제어하는 노드관리부를 포함하여 이루어지고, 상기 센서네트워크는 WPAN IEEE 802.15.4로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 목적을 달성하기 위한, 본 발명에 의한 유비커터스 센서네트워크 기반 온실환경 자동관리 시스템의 노드단말은 노드단말의 특성에 맞게 노드단말을 제어하는 중앙처리장치와; 노드단말 특성에 맞게 제어프로그램이 실장된 메모리와; 환경센서 및 보안센서를 접속할 수 있도록 하는 센서인터페이스와; 외부에 IO드라이버를 접속하여 밸브, 히트, 커튼, 알람, 경광등, 등을 제어하는 IO인터페이스와; 센서네트워크와 무선으로 접속되어 전파를 송수신하는 안테나부와; 상기 안테나를 통하여 송신할 데이터를 RF 신호로 변환하고, 상기 안테나를 통하여 수신된 RF 신호를 데이터로 변환하는 RF부와; 외부의 충전기로부터 전원을 공급받아 충전배터리를 충전하고, 노드단말 전체에 전원을 공급하는 전원부를 포함하여 구성되고; 상기 RF부는 WPAN IEEE 802.15.4 표준을 따르는 구성으로 되어 있고, 상기 메모리에는 WPAN IEEE 802.15.4 표준을 따르는 프로그램이 실장되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 목적을 달성하기 위한, 본 발명에 의한 노드단말의 센서인터페이스는 USB 인터페이스로 이루어지고, 상기 USB 인터페이스를 통하여 외부 센서로부터 측정 데이터를 읽어오거나 외부 센서를 설정하게 하는 것을 특징으로 한 다.
또한, 본 발명의 목적을 달성하기 위한, 본 발명에 의한 노드단말의 메모리는 불휘발성 메모리와 휘발성 메모리로 구성되고, 상기 불휘발성 메모리에는 전자물품규격(EPC)에 따른 노드단말의 고유번호가 저장되어 있는 것을 특징으로 하는 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 목적을 달성하기 위한, 본 발명에 의한 노드단말의 전원부는 TTAS.KO-06.0028/R2 규격에 따른 24 핀으로 외부 충전기와 접속되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 유비커터스 센서네트워크 기반 온실환경 자동관리 시스템은 온도관리와 습도조절 등 온실환경을 자동으로 조절하므로, 날씨나 계절에 관계없이 작물의 재배가 가능하고, 씨앗의 파종에서부터 수확까지 전 재배과정에 따른 온실환경을 자동으로 제어관리하므로, 품질 높은 농작물을 값싸게 생산하는 것이 가능하고, 관리자가 원격지에도 유무선을 통하여 점검 및 제어관리할 수 있어 온실환경의 관리가 편리하다. 또한, 센서네트워크는 저전력 무선으로 되어 있어, 센서의 설치와 이동이 편리하고, 무선 노드단말에 충전배터리와 함께 태양전지를 같이 사용하므로, 충전배터리의 충전주기를 더 길게 하여 충전기를 사용한 외부충전을 자주 하지 않아도 되는 효과가 있다.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 바람직한 일 실시 예에 대해 상세하게 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기술에 대한 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명에 의한 유비쿼터스 센서네트워크 기반 온실환경 자동관리 시스템의 전체적인 망구성도이며, 도 2는 관리서버의 구성도이며, 도 3은 센서노드 및 관리노드의 하드웨어 플렛폼으로 사용되는 노드단말의 내부 구성도이며, 도 4는 노드단말의 전원부에 대한 내부 구성도이며, 도 5는 관리서버의 동작흐름도이며, 도 6은 환경센서노드 및 보안센서노드의 동작흐름도이며, 도 7은 보안센서노드 중에서 카메라가 부착된 보안센서노드의 동작흐름도이며, 도 8은 환경관리노드의 동작흐름도이며, 도 9는 보안관리노드의 동작흐름도이며, 도 10은 국제물품관리코드의 코드체계도이며, 도 11은 TTAS.KO-06.0028/R2 휴대폰 충전기 컨넥터 접속규격이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 의한 유비쿼터스 센서네트워크 기반 온실환경 자동관리 시스템은 WPAN IEEE 802.15.4 표준에 따른 저속 저전력 무선 유비쿼터스 센서네트워크를 기반으로 환경센서노드(127)와 보안센서노드(129)와, 환경관리노드(131, 133)와, 보안관리노드(135)와 엑세서포인터(105)와 상기 엑세서포인터(105)를 통하여 센서네트워크(103)를 제어 및 관리하는 관리서버(101)로 구성된 다. 관리자는 관리서버(101)의 사용자인터페이스(125)를 통하여 센서네트워크(103)에 접속된 노드들을 직접 감시제어하거나, 인터넷(107)으로 원격지의 사용자 컴퓨터(111)를 통하여 감시제어하거나, 인터넷(107)과 연동되는 이동통신망(109)의 사용자 단말(121)을 통하여 감시제어한다. 환경센서노드(127) 및 보안센서노드(129)는 USB 표준 인터페이스(127)에 따라 환경센서(117a, 117b) 및 보안센서(117c)와 접속된다. 조명장치나 밸브 등 시설환경에 대한 제어는 IO 드라이버(119d, 119e)를 통하여 환경관리노드(131, 133)에 의하여 이루어지며, 경보음발생기 및 경광등의 제어는 IO 드라이버(119f)를 통하여 보안관리노드(135)에 의하여 이루어진다.
도 2는 관리서버(101)의 내부 구성도를 나타낸 것으로, 유비쿼터스 센서네트워크 기반 온실환경 자동관리 시스템의 관리서버(101)는 센서망접속부(201)를 통하여 엑세스포인터(105)에 접속되고, 상기 엑세스포인터(105)를 통하여 센서네트워크(103)에 접속된 다른 노드들에 접근한다. 또한, 외부 인터넷(107)에서는 인터넷접속부(203)를 통하여 관리서버(101)에 접근가능하다. 초기화부(205)는 센서네트워크(103) 및 관리서버(101)를 초기화하며, 노드관리부(207)는 환경센서노드(127)와 환경관리노드(131, 133)와 보안센서노드(129)와 보안관리노드(135)를 관리하고 전반적인 제어관리를 한다. 데이터수집부(215)는 환경센서노드(127)로 부터 데이터를 수집하여 분석관리한다. 보안센서노드(129)에서는 보안 상황이 발생하면 보안이벤트를 발생하고 보안이벤트를 수신한 알람처리부(209)에서는 알람을 발생시킨다. 알람이 발생하면 이메일 생성부(211)는 미리 등록해 놓은 이메일주소로 알람메세지와 함께 동영상 및 오디오 클립 등이 첨부된 이메일을 생성하여 관리자에게 전송한다. 또한, SMS 생성부(212)는 알람메세지를 SMS로 변환하여 원격지에 있는 관리자에게 사전에 등록되어 있는 호출기나 휴대폰 번호로 SMS 메세지를 전송한다. 웹서버부(213)는 원격지에서 인터넷으로 관리서버(101)에 접근할 수 있도록 하며, 웹서버부(213)를 통하여 측정DB(223)에 저장된 환경데이터나 보안DB(221)에 저장된 영상데이터 및 보안 이벤트 데이터를 참조할 수 있다. 측정DB와 보안DB와 작물DB 등 데이터베이스를 전반적으로 관리하는 데이터베이스 관리부(219)는 측정데이터가 저장된 측정DB(223) 및 보안이벤트와 영상데이터가 저장된 보안DB(221)와 재배하는 작물에 대한 각종 영농사항이 저장된 작물DB(235)를 관리한다. 사용자인터페이스(217)는 관리자가 키보드(227)와 모니터(225) 등을 통하여 관리서버(101)에 접근하여 제어관리할 수 있도록 한다.
환경센서노드(127) 및 보안센서노드(129)와 환경관리노드(131, 133)와 보안관리노드(135)는 동일한 하드웨어 구성을 갖는 플렛폼인 노드단말(115)에 각기 노드의 특성에 맞는 노드제어프로그램이 실장되고, 노드의 특성에 맞는 센서(117) 혹은 IO드라이버(119)가 접속되어 환경센서노드(127)나 보안센서노드(129)나 환경관리노드(131, 133)나 보안관리노드(135)로써 작동하게 된다.
도 3은 환경센서노드(127)와 보안센서노드(129)와 환경관리노드(131, 133)와 보안관리노드(135)의 하드웨어 플렛폼을 구성하고 있는 노드단말(115)의 내부구성도를 나타낸 것으로, 노드단말(115)에 USB 인터페이스 규격에 따라 외부에 온도, 습도 등 온실 환경에 관련된 환경센서(117a)를 접속하고, 환경센서노드에 관련된 제어 프로그램을 메모리(307)에 실장하면 환경센서노드(127)가 된다. 또한 카메라 를 USB 인터페이스(127c)로 접속하고 카메라접속 보안센서 프로그램을 메모리(307)에 실장하면 보안센서노드의 한 종류인 카메라접속 보안센서노드(129)가 된다. 환경관리노드(131, 133)는 노드단말(115d)의 IO인터페이스에 급수밸드, 조도제어기, 창문개폐기 등을 제어하는 IO드라이버(119d, 119e)가 연결되고, 메모리(307)에는 환경관리노드 프로그램이 실장된다. 보안관리노드(135)는 노드단말(115)의 IO인터페이스에 경보음발생기 혹은 경광등 등을 제어하는 IO드라이버(119f)가 연결되고, 메모리(307)에는 보안관리노드의 프로그램이 실장된다.
노드단말(115)은 센서네트워크(103) 접속을 위하여 안테나(301) 및 RF부(303)가 구비되고, 관련 노드의 특성에 맞는 프로그렘이 메모리(307)에 실장되고, 메모리의 불휘발성 메모리에는 생산시 부여된 노드단말의 고유번호와 모델번호 등이 저장되고, 노드단말 설치시에는 도 10에 도시된 바와 같은 EPC 코드가 메모리(307)의 불휘발성 메모리 부분에 저장된다. 전원부(309)는 노드단말(115) 전체에 전원을 공급하며, 전원부(309)는 TTAS.KO-06.0028/R2 규격(도 11)에 따라 충전기컨넥터(315a, 315b)를 통하여 전원부(309) 측과 노드단말(115)의 본체 측이 상호 연결된다. USB 접속부(311)는 USB 기반 외부센서를 접속할 수 있게 하고, IO인터페이스부(313)는 외부에 IO드라이브(119d, 119e, 119f)를 연결하여 급수밸드, 냉난방 밸브, 조명제어기, 경보발생기, 경광등제어기 등을 연결할 수 있게 하며, 이들 모두는 중앙처리장치(CPU, 305)를 통하여 제어할 수 있다. 주기적인 명령을 수행하기 위하여 노드단말(115)의 내부에는 타이머(306)가 구비된다.
도 4는 노드단말(115)의 전원부(309)에 대한 구성을 나타낸 것으로, 전원 부(309)에는 태양전지(409)가 구비되며, 태양전지(409)는 전원부 외장케이스의 외부에 노출되게 부착되어, 태양광 혹은 조명 램프에 의해 작동된다. 충전시에는 노드단말(115)의 본체 측과 전원부(309)를 분리하여 전원부(309)의 충전기컨넥터(315b)에 외부 충전기를 연결하여 충전한다. 외부충전기부터 공급되는 직류전원은 충전기컨넥터(315b)의 전원단자(Power)를 통하여 충전회로부(413)에 의해 충전배터리(411)를 충전한다. 노드단말의 사용중에 전압측정부(401)는 충전배터리(411)의 전압을 측정하여 측정전압이 허용전압을 벗어나면 충전기컨넥터(315a)의 D+ 단자를 통하여 중앙처리장치(CPU, 305)에 보고한다. 태양전지(409)의 전압이 일정 전압 이상이면 노드단말(115)은 태양전지(409)로 작동하고, 충전회로부(413)을 통하여 충전배터리(411)를 충전한다. 따라서, 태양전지(409)를 구비함으로써, 충전배터리의 충전주기(외부 충전기에 의해 충전을 한 후, 외부 충전기에 의한 다음번 재충전시까지의 시간)을 더 길게 하여 외부 충전기를 사용한 재충전을 자주 하지 않아도 되는 효과가 있다. 보호용 다이오드(405, 407)는 전류의 역류를 방지하기 위한 것이다.
도 5는 관리서버(101)의 동작을 나타내는 동작흐름도이며, 관리서버(101)는 관리서버 자체에 대한 초기화 및 패킷우선순위 설정, 대역폭 설정, 큐 설정, 알람조건 설정 등 센서네트워크 전반에 관한 초기화 과정을 수행하는 관리서버초기화 과정(501)과 엑세스포인터 초기화 과정(503)과, 센서노드의 등록 및 이벤트 발생조건 설정 등을 수행하는 환경센서노드 및 보안센서노드 초기화 과정(505)과, 환경관리노드 및 보안관리노드의 등록 및 이벤트 발생조건을 설정하는 환경 및 보안 관리 노드초기화 과정(507)과, 인터넷 혹은 이동단말을 통한 외부명령인지 여부를 확인하고 외부명령이면 해당 외부명령을 수행하는 외부명령수행 과정(511)과, 보안센서노드(129)에서 보안이벤트가 발생했는지를 확인하여 보안알람을 발생시키는 보안이벤트분석 및 처리 과정(515)과 환경센서노드(127)에서 환경이벤트가 발생했는지를 확인하여 환경알람의 발생여부를 판단하고 이에 대한 처리를 하는 환경이벤트처리 과정(519)과, 환경데이터를 주기적으로 수집하기 위하여 타이머설정(521)을 하고, 타이머종료(523)가 되면 환경데이터를 수집하는 환경데이터수집 과정(525)을 수행하면서, 반복적으로 계속 순환한다.
도 6은 환경센서노드 및 보안센서노드(카메라가 부착된 보안센서노드는 제외)의 처리흐름을 나타낸 것으로, 환경센서노드(127) 및 보안센서노드는 이벤트 발생조건 등을 설정하는 초기화 과정(603)과 관리서버(101)로 부터 데이터수집요구(605)를 받으면 데이터를 수집하여 국제전자물품코드규격에 따른 전자물품코드 체계에 따른 고유ID를 첨부하여 관리서버(101)로 전송하는 데이터수집 및 전송 과정(607)과, 설정된 이벤트 발생조건에 따라 이벤트가 발생하면 이벤트를 관리노드(101)로 전송하는 이벤트발생처리 과정(611)과, 충전배터리점검 등 기타명령을 수행하는 기타명령처리 과정(615)을 수행하면서, 반복적으로 계속 순환한다.
도 7은 카메라가 부착된 보안센서노드(129)의 처리흐름을 나타낸 것으로, 보안센서노드(129)는 이동물체 인식 조건 등을 설정하는 초기화 과정(703)과 관리서버(101)로 부터 명령이 있으면 관리서버명령을 처리하는 명령처리 과정(707)과 카메라영상을 찰영하는 케메라영상찰영 과정(709)과 지금 찰영된 영상과 전 과정에서 찰영된 영상을 비교하여 이동물체가 있는지를 판단하는 이동물체감지 과정(711)과 이동물체가 감지되면 영상을 관리서버(101)로 전송하고 보안이벤트를 발생시키는 영상전송 및 보안이벤트발생 과정(713)과 타이머(306)를 설정하는 타이머설정 과정(715)과 설정된 타이머(306)가 종료되었을 때, 영상을 전송하는 타이머 종료에 의한 영상전송 과정(719)과 충전배터리점검 등 기타명령을 수행하는 기타명령처리 과정(721)을 수행하면서, 반복적으로 계속 순환한다.
도 8은 환경관리노드(131, 133)의 처리흐름을 나타낸 것으로, 환경관리노드(131, 133)는 이벤트 발생조건 등을 설정하는 초기화 과정(803)과 수신된 명령이 급수밸브제어 명령이면 급수밸브를 제어하는 급수밸브제어 과정(807)과 수신된 명령이 조도제어 명령이면 조도를 제어하는 조도제어 과정(811)과 수신된 명령이 습도제어 명령이면 습도를 제어하는 습도제어 과정(815)과 수신된 명령이 온도제어 명령이면 온도를 제어하는 온도제어 과정(819)과 수신된 명령이 기타제어 명령이면 기타 환경을 처리하는 기타명령처리 과정(823)을 수행하면서, 반복적으로 계속 순환한다.
도 9는 보안관리노드(135)의 처리흐름을 나타낸 것으로, 보안관리노드(135)는 보안관리노드(135)를 초기화하는 초기화 과정(903)과 관리서버(101)로부터 경보음 제어 명령을 수신하면 경보음 발생을 제어하는 경보음제어 과정(907)과 경광등 제어 명령을 수신하면 경광등 제어를 수행하는 경광등제어 과정(913)과 충전배터리 점검 등 기타 명령을 수신하면 기타명령을 수행하는 기타 제어명령수행 과정(917)을 수행하면서, 반복적으로 계속 순환한다.
도 10은 국제물품코드 체계에 따른 EPC 필드구조를 나타낸 것으로, EPC 필드 구조는 헤더(Header)(1001), EPC관리자(Domain Manager)(1003), 상품 분류 번호(Object Class)(1005) 및 일련번호(Serial Number)(1007)로 구성된다. 헤더(Header)(1001)는 2 비트로 이루어지고 버젼(Version) 등을 나타내며, EPC관리자(Domain Manager)(1003)는 상품 분류와 일련 번호의 관리 책임을 맡고 있는 기관을 표시하며, 도메인 메니저(1003)는 유일성을 보장하기 위하여 책임있는 기관에서 관리하는 것을 원칙으로 한다. 상품 분류 번호(Object Class)(1005) 및 일련번호(Serial Number)(1007)는 산업체에서 관리하며, 상품 분류 번호(Object Class)(1005)는 품목 또는 생산제품 등을 표시되며, 도메인 내에서 유일한 값을 갖는다. 일련번호(Serial Number)(1007)는 동일 품목의 개별 상품 일련 번호를 표시한다. 64 비트 EPC 필드구조는 헤더(2비트), 도메인(21비트), 클래스(17비트)와 시리얼넘버(24비트)로 구성된다.
도 1는 본 발명에 의한 유비쿼터스 센서네트워크 기반 온실환경 자동관리 시스템의 전체적인 망구성도,
도 2는 관리서버의 내부 구성을 나타내는 관리서버 내부 구성도,
도 3은 센서노드 및 관리서버로 사용되는 노드단말의 내부 구성도,
도 4는 노드단말의 전원부에 대한 내부 구성을 나타낸 구성도,
도 5는 관리서버의 동작흐름을 나타낸 관리서버 동작흐름도,
도 6은 환경센서노드 및 보안센서노드의 동작흐름을 나타낸 동작흐름도,
도 7은 보안센서노드중에서 카메라가 부착된 보안센서노드의 동작흐름도,
도 8은 환경관리노드의 동작흐름을 나타낸 동작흐름도,
도 9는 보안관리노드의 동작흐름을 나타낸 동작흐름도,
도 10은 국제물품관리코드의 체계를 나타낸 코드체계도,
표 1은 TTAS.KO-06.0028/R2 휴대폰 충전기 접속규격이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>
101 : 관리서버 103 : 센서네트워크
105 : 엑세스노드 107 : 인터넷
109 : 이동통신망 111 : 원격지 사용자 컴퓨터
115 : 노드단말 117 : 센서
119 : IO드라이브 121 : 이동통신망 사용자 단말
125 : 사용자인터페이스 127 : 환경센서노드
129 : 보안센서노드 131 : 환경관리노드
133 : 환경관리노드 135: 보안관리노드
201 : 센서망접속부 203 : 인터넷접속부
205 : 초기화부 207 : 노드관리부
209 : 알람처리부 211 : 이메일 생성부
212 : SMS 생성부 213 : 웹서버부
215 : 데이터수집부 217 : 사용자 인터페이스
219 : DB관리부 221 : 보안DB
223 : 측정DB 225 : 모니터
227 : 키보드 233 : 타이머
235 : 작물DB 301 : 안테나
303 : RF부 305 : 중앙처리장치
306 : 타이머부 307 : 메모리
309 : 전원부 311 : USB접속부
313 : IO드라이브부 315 : 충전기컨넥터
401 : 전압측정부 405 : 보호용다이오드,
407 : 보호용다이오드 409 : 태양전지,
411 : 충전배터리 413 : 충전회로부,

Claims (7)

  1. 작물을 인공적으로 재배하기 위하여 온실 내외부에 센서 및 센서네트워크를 설치하고 온실환경을 조절하는 온실환경 자동관리 시스템에 있어서, 환경 데이터를 수집하는 다수 개의 환경센서노드와; 침입자를 감지하는 다수 개의 보안센서노드와; 상기 온실환경을 조절하기 위하여 분무기 밸브, 급수밸브, 히트, 창문개폐기, 햇볕가리개, 커튼 등을 작동시키는 환경관리노드와; 경보음 발생 및 경광등을 제어하는 보안관리노드와; 다수 개의 상기 환경센서노드와, 다수 개의 상기 보안센서노드와, 다수 개의 상기 환경관리노드와, 다수 개의 상기 보안관리노드와 센서네트워크로 연결된 엑세스포인터와; 전반적인 관리 및 제어를 수행하는 관리서버를 포함하여 이루어지고; 상기 관리서버는 인터넷에 접속되어 있어 외부로부터 인터넷을 통한 원격접속 및 원격감시제어가 가능하고, 상기 센서네트워크는 WPAN IEEE 802.15.4로 이루어진 것을 특징으로 하는 유비쿼터스 센서네트워크 기반 온실환경 자동관리 시스템.
  2. 작물을 인공적으로 재배하기 위하여 온실 내외부에 센서 및 센서네트워크를 설치하고 온실환경을 조절하는 온실환경 자동관리 시스템의 관리서버에 있어서, 사용자가 접속할 수 있게 하는 사용자 인터페이스와; 엑세스포인터를 통하여 센서네트워크에 접속할 수 있게 하는 센서네트워크접속부와; 외부의 인터넷과 접속하게 하는 인터넷접속부와; 관리서버 및 센서네트워크를 초기화시키는 초기화부와; 환경센서로부터 측정된 데이터를 수집하는 데이터수집부와; 수집된 측정데이터를 저장하는 측정DB와; 영상카메라로 부터 수집된 영상과 보안이벤트를 저장하는 보안DB와; 재배작물에 대한 영농데이터를 저장하는 작물DB와; 데이터베이스를 관리하는 데이터베이스 관리부와; 보안센서노드 및 환경센서노드로부터 이벤트를 수신받아 알람을 발생시키는 알람생성부와; 상기 알람생성부에서 생성한 알람메세지를 이메일에 첨부하여 기저장된 이메일주소로 이메일를 생성하여 전송하는 이메일 생성부와; 상기 알람메세지를 SMS 메세지로 변환하여 기저장된 SMS 주소로 전송하는 SMS 생성부와; 외부에서 인터넷을 통하여 관리서버에 원격으로 접속하게 하는 웹서버부와; 주기적인 작업을 할 수 있도록 설정된 시간이 되면 신호를 발생시키는 타이머부와; 관리서버 및 센서네트워크 전반을 관리제어하는 노드관리부를 포함하여 이루어지고, 상기 센서네트워크는 WPAN IEEE 802.15.4로 이루어진 것을 특징으로 하는 유비쿼터스 센서네트워크 기반 온실환경 자동관리 시스템용 관리서버 장치.
  3. 노드단말의 특성에 맞게 노드단말을 제어하는 중앙처리장치와; 노드단말 특성에 맞게 제어프로그램이 실장된 메모리와; 환경센서 및 보안센서를 접속할 수 있도록 하는 센서인터페이스와; 외부에 IO드라이버를 접속하여 밸브, 히트, 커튼, 알람, 경광등, 등을 제어하는 IO인터페이스와; 센서네트워크와 무선으로 접속되어 전파를 송수신하는 안테나부와; 상기 안테나를 통하여 송신할 데이터를 RF 신호로 변 환하고, 상기 안테나를 통하여 수신된 RF 신호를 데이터로 변환하는 RF부와; 외부의 충전기로부터 전원을 공급받아 충전배터리를 충전하고, 노드단말 전체에 전원을 공급하는 전원부를 포함하여 구성되고; 상기 RF부는 WPAN IEEE 802.15.4 표준을 따르는 구성으로 되어 있고, 상기 메모리에는 WPAN IEEE 802.15.4 표준을 따르는 프로그램이 실장되는 것을 특징으로 하는 유비쿼터스 센서네트워크 기반 온실환경 자동관리 시스템용 노드단말 장치.
  4. 제3항에 있어서, 유비쿼터스 센서네트워크 기반 온실환경 자동관리 시스템용 노드단말의 센서인터페이스는 USB 인터페이스로 이루어지고, 상기 USB 인터페이스를 통하여 외부 센서로부터 측정 데이터를 읽어오거나 외부 센서를 설정하게 하는 것을 특징으로 하는 유비쿼터스 센서네트워크 기반 온실환경 자동관리 시스템용 노드단말 장치.
  5. 제3항에 있어서, 유비쿼터스 센서네트워크 기반 온실환경 자동관리 시스템용 노드단말의 메모리는 불휘발성 메모리와 휘발성 메모리로 구성되고, 상기 불휘발성 메모리에는 전자물품규격(EPC)에 따른 노드단말의 고유번호가 저장되어 있는 것을 특징으로 하는 유비쿼터스 센서네트워크 기반 온실환경 자동관리 시스템용 노드단말 장치.
  6. 제3항에 있어서, 유비쿼터스 센서네트워크 기반 온실환경 자동관리 시스템용 노드단말의 전원부는 TTAS.KO-06.0028/R2 규격에 따른 24 핀으로 외부 충전기와 접속되는 것을 특징으로 하는 유비쿼터스 센서네트워크 기반 온실환경 자동관리 시스템용 노드단말 장치.
  7. 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 유비쿼터스 센서네트워크 기반 온실환경 자동관리 시스템용 노드단말의 전원부는 충전배터리의 충전주기를 더 길게 하기 위하여 태양전지를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 유비쿼터스 센서네트워크 기반 온실환경 자동관리 시스템용 노드단말 장치.
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