KR101437129B1 - 무선광역통신망을 이용한 농업시설 원격 개폐장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무선광역통신망(Binary CDMA/WCDMA Signal)을 이용하는 무선카메라가 내장되고, 무선모듈의 Rx Tx 단자의 신호를 이용하여 원격지의 농업시설(비닐하우스의 농작물 보호용 덮게 등)을 개폐하는 제어장치에 대한 발명이다.
Binary CDMA Signal은 HD화질의 영상을 무선으로 고속으로 처리가 가능한 모듈로 무선 카메라를 시설하우스 컨트롤러를 구성하여 부착하고, 농작물 생육활동을 제어 사용할 수 있도록 하여 관리자가 소지하여 본래의 기능(촬영)등을 편리하게 할 수 있도록 하고 무선으로 원거리에서도 모니터링과 녹화를 할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

Description

무선광역통신망을 이용한 농업시설 원격 개폐장치{Agricultural facility remote switchgear that use Binary CDMA/WCDMA Signal}

본 발명은 무선광역통신망(Binary CDMA/WCDMA Signal)을 이용하는 무선카메라가 내장되고, 무선모듈의 Rx Tx 단자의 신호를 이용하여 원격지의 농업시설(비닐하우스의 농작물 보호용 덮게 등)을 개폐하는 제어장치에 대한 발명이다.

Binary CDMA Signal은 HD화질의 영상을 무선으로 고속으로 처리가 가능한 모듈로 무선 카메라를 시설하우스 컨트롤러를 구성하여 부착하고, 농작물 생육활동을 제어 사용할 수 있도록 하여 관리자가 소지하여 본래의 기능(촬영)등을 편리하게 할 수 있도록 하고 무선으로 원거리에서도 모니터링과 녹화를 할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

- 기존의 시범사업 등의 일환으로 개발된 “시설하우스 원격 감시 및 제어 시스템”이 복잡하고 다양한 기능을 제공하고 개별 통신기능을 내장하여 고가의 설치비와 높은 유지비용이 발생하며 PC나 전용 단말 등 고령의 농업종사자가 이용하기 어려운 제어방법을 제공하여 실제 농가에 적용하기가 어려움.

- 단말기가격과 월 유지비용을 최소화 하여 농가에서 필요한 기능을 저렴하게 이용할 수 있는 보급형 시설하우스 원격제어시스템의 개발이 필요.

- 별도의 교육이나 IT 지식이 없어도 일반적으로 사용하는 다양한 단말(유선전화, 휴대폰, 스마트폰, PC 등)에서 손쉽게 이용할 수 있는 운영시스템의 개발이 필요.

- 농업에 IT기술을 접목하여 농가의 노동력 부족을 극복하고 생산성 향상을 도모함.

- 재배환경변화에 대한 데이터 수집을 통해 정밀과학영농의 방법을 제시.

농작물은 초기 발육에 있어 가장 중요한 관리(태양에너지공급)가 전체 생산성 향상에 막대한 영향을 미친다. 농민이 농작물 관리를 위하여 집에서 시설하우스까지 이동하는 시간 동안에 원격으로 개패 장치를 컨트롤하여 태양에너지를 공급하면 매일 30분~ 1시간이상의 충분한 에너지를 받아 발육상태가 급속도로 향상 될 것이다.

또한 개패장치 작동유무를 판단하고 수확시 고가의 농작물의 도난 방지등을 위해 Binary CDMA Signal는 HD화질의 영상을 무선으로 고속으로 처리가 가능한 모듈로 무선 카메라를 시설하우스 컨트롤러를 구성하여 부착한다.

■ 일정한 범위 내에 설치된 하나의 Gateway의 자원(외부와의 통신-유무선인터넷-, 네트워크관리,노드관리 기능 등)을 주변 시설하우스에 설치된 다수의 EndNode단말들이 공유하여 이용하는 저비용 고효율의 농가보급형 시설하우스 원격제어 시스템

■ 필요한 요소기능(측창제어, 보온덮개제어, 온습도감시 등)별로 세분화되어 최소/최적화된 기능을 제공하는 저렴한 농가보급형 EndNode단말기

■ 지정 반경 내의 시설하우스에 산재되어 설치된 EndNode에 필요한 공유자원(외부와의 통신-유무선인터넷-, 네트워크관리, 노드관리 기능 등)을 효과적으로 공급 가능한 Gateway

■ PC혹은 모바일단말기, 유/무선 음성전화, 휴대전화 단문메시지 등 다양한 매체를 이용한 사용자 인터페이스를 제공하여 농가의 사용자가 필요와 상황에 맞게 서비스를 이용할 수 있는 운영시스템

-일정한 범위 내에 설치된 하나의 Gateway의 자원(외부와의 통신-유무선인터넷, 네트워크관리, 노드 관리 기능 등)을 주변 시설하우스에 설치된 다수의 EndNode단말들이 공유하여 이용하는 저비용 고효율의 농가보급형 시설하우스 원격제어시스템 제공.

-필요한 요소기능(측창제어, 보온덮개제어, 온습도감시 등)별로 세분화되어 최소/최적화된 기능을 제공하는 저렴한 농가보급형 EndNode단말기 제공.

-지정 반경 내의 시설하우스에 산재되어 설치된 EndNode에 필요한 공유자원(외부와의 통신-유무선인터넷-, 네트워크관리, 노드관리 기능 등)을 효과적으로 공급 가능한 Gateway의 제공.

-PC혹은 모바일단말기, 유/무선 음성전화, 휴대전화 단문메시지 등 다양한 매체를 이용한 사용자 인터페이스를 제공하여 농가의 사용자가 필요와 상황에 맞게 서비스를 이용할 수 있는 운영시스템 제공.

특히, 본 발명에서는 무선카메라의 착용의 편의성과 함께 노이즈와 끊김 현상 들을 획기적으로 줄일 수 있는 발명이다.

도 1은 본 발명의 흐름도
도 2는 본 발명에 의한 에러확산 기법과 복합 컷슬루스위칭방법 설명도(데이터손실 방지기법)
도 3은 본 발명에 의한 Binary CDMA Signal 모듈 신호 RF변환 송출하는 송출부 설명도
도 4는 본 발명에 의한 Binary CDMA Signal 모듈 신호의 패킷 포멧 설명도
도 5는 본 발명의 전체 흐름도
도 6은 본 발명의 네트워크 구성 예시도
도 7은 본 발명에 의한 전체 구성망 네트워크 예시도

본 발명의 외부 구성은 컨트롤러 본체부(11), CCD카메라모듈부(13)와 DSP(Digital Signal Processing) 칩부(4),, 상기 CC카메라모듈부의 A/V신호를 받아들여 Binary CDMA/WCDMA Signal 모듈 (지그비모듈 RF모듈,블루투스모듈)에서 오는 신호를 RF변환 송출하는 RF변환 및 송출부(3)와, 키입력부(16)와, RF변환 및 송출 채널의 선택 및 영상송출 제어를 위한 송신 마이컴(15)으로 구성된 카메라부(10)와; RF수신부(21)와, RF수신출력에서 A/V IF신호를 생성하는 오디오/비디오IF회로부(23,24)와, 상기 오디오/비디오IF회로부의 출력을 받아 A/V신호를 생성하는 A/V신호 발생회로부(25,26)와, 수신채널 선택 및 VCR의 녹화, 재생등을 제어하는 수신마이컴(22)으로 구성된 비디오부(20)를; 움직임을 감지하는 모션인덱터부(21) DTMF톤 신호 제어를 위한 음성신호를 전달하는 오디오단자부(25),음성으로 현장상황을 음성으로 전달하는 마이크부를 포함한다.

본 발명은 농작물은 초기 발육에 있어 가장 중요한 관리(태양에너지공급)가 전체 생산성 향상을 하기 위하여, 농민이 농작물 관리시 집에서 시설하우스까지 이동하는 시간 동안에 원격으로 개패 장치를 컨트롤하여 태양에너지를 공급하면 매일 30분~ 1시간 이상의 충분한 에너지를 받아 발육상태가 급속도로 향상될 것이다.

또한 개패장치 작동유무를 판단하고 수확시 고가의 농작물의 도난 방지등을 위해 Binary CDMA Signal는 HD화질의 영상을 무선으로 고속으로 처리가 가능한 모듈로 무선 카메라를 시설하우스 컨트롤러를 구성하여 부착한다.

카메라에서 전달되는 영상 신호를 컨트롤러 부분에 장착한 무선 송수신기를 통해 원격지에 있는 서버로 전송하기 위해, CCD카메라(1)가 설치되고, 내부에 촬영된 영상을 압축하는 하는 압축모듈(2)과 Binary CDMA Signal 모듈이 장착된 복합 스위칭모듈 DSP(Digital Signal Processing) 칩부(4), 이를 무선통신망을 이용하여 전송할 수 있도록 무선전송툴(3)을 구성한다.

상기 압축된 동영상을 전송 받아 처리하는 관리서버(10)를 구성하되, 내부에는 무선통신 전송 데이터를 수신하는 수신부(11)와 저장부(12), 압축을 해제하는 압축해제부(12’)를 구성하였다.

압축해제부(13)와 연계하여 곧바로 동영상을 확인할 수 있는 모니터(20)를 구성할 수 있다. 또한, 압축 해제된 동영상을 인터넷에 업로드하여 인터넷 망으로 원격지에서 모니터(21)를 통하여 확인할 수 있게 하고, 동시에 WEB컨텐츠로 업로드하여 WEB페이지로 확인하거나 모바일 익스플로러를 장착한 휴대폰이나 PDA 등의 이동통신단말기(30)로 동영상을 확인할 수 있도록 하였다.

이때, 상기 압축된 동영상을 해제하는 과정에서 통상적으로 압축된 데이터를 압축해제 할 때 패킷 손실로 인한 왜곡현상과 스위칭 속도 문제가 발생하는데, 본 발명에서는 Binary CDMA Signal 모듈에서 압축된 동영상 데이터를 풀 때 에러확산 기법과 복합 컷스루 스위칭( composite Cut - through Switching )방식을 통하여 연속적인 프레임 데이터 열이 전송중에 버스트 패킷 손실이 되더라도 에러은닉 기법에 의한 복원 능력을 떨어뜨리지 않도록 데이터 손실의 집중현상을 제거하도록 하였다.

Binary CDMA Signal 모듈 신호에서 도 4의 20의 FEC(수신측 데이터오류검사)시 영상에서 연속적인 패킷 손실률이 각각 100%와 33% 발생하였을 때 영상에서는 2번째의 손상된 영상으로부터의 에러 전파 현상과 함께 3번째의 패킷 손실로 인해 왜곡현상이 가중되고 있다.

이때의 도면 4의 30, FCS(프라임 오류 검사정보)에서 error concealment는 이전 현상의 MB를 복사하는 방법을 사용하였다. 또한, 전송속도를 위한 전송스위칭 기법 개선을 위한 발명이다.

먼저 카메라의 데이터가 아날로그방식일 경우 저 용량 바이트를 PCM (Pulse Code Modulation) 데이터로 받아서, 음성과 영상을 분리하여, MPEG　decoder 를 통해 압축이 풀린 영상데이터를 Binary CDMA Signal 모듈이 전송하고, 수신단에서는 video encoder를 통해 영상을 제개 할 수 있으며, 음성의 경우 다른 형태의 데이터로 변환 또는 그 역변환 하는 기능을 가지는 영상, 음성처리모듈에 관한 것으로, 특히 DSP 칩을 이용하고, 소프트웨어 제어 방법에 의한 시간 스위칭 기능을 이용하는데, 이때 스위치는 한 프레임을 한 세그먼트에서 다른 세그먼트로 중계하는데 본 발명은 컷스루 스위칭 (Cut-through Switching). 과 인터림 컷스루 스위칭(Interim Cut-through Switching) 의 장점을 합쳐 만든 방식으로이다.

스루 스위칭 기술의 핵심은 전체 프레임이 수신되기를 기다리는 것 대신에, 수신되는 프레임의 목적지 주소를 분석하여 해당 송신 포트를 결정하고 송신하는 것이다.

인터림 컷스루 스위칭(Interim Cut-through Switching) 방식은 ICS(Interim Cut-through Switching)는 컷스루 방식이 프레임의 시작 부분에서 512 비트 (64바이트)의 부분을 FIFO에 저장하는데, 프레임의 길이가 512비트 이하인 프레임은 FIFO에서 삭제된다.

이러한 축적 및 전송 스위칭은 전통적인 브리지와 거의 같은 방식으로 스위칭을 수행한다. 즉, 전체 프레임을 수신하여 메모리에 저장한 후 중계된다. 이 방식은 컷스루 스위칭에서 나타나는 문제점 (런트 및 에러 프레임, 적체)들을 모두 해결하지만, 전체 프레임을 수신하여 메모리에 저장한 후, 중계여부를 결정하고, 이를 통해 중계하므로, 컷스루 방식에 비해 중계 지연 시간이 상당히 길어지게 되며, 스위치의 스위칭 성능을 약화시키는 요인이 된다.

따라서 본 발명은 컷스루 스위칭 (Cut-through Switching)의 통신포트 결정 방식과 인터림 컷스루 스위칭(Interim Cut-through Switching)의 저장하는 방법을 개선하여 전체 DSP(Digital Signal Processing)에서 전달되어 오는 신호를 바로 1컷트씩 저장하여 지연되는 컷의 신호를 이어 붙여 주는 방식으로 신호를 개선하는 방식을 이용한 복합 컷스루 스위칭(composite Cut-through Switching)방식으로 영상, 음성처리모듈에 관한 것이다.

현장을 촬영할 수 있는 CCD카메라와 촬영된 영상을 압축하고 전송하는 모듈(4), 전송된 압축영상을 받아 저장하고 다시 해제하여, 인터넷을 이용 전송할 수 있도록 한 관리서버(21), 그리고 이러한 인터넷으로 전송된 영상정보를 다시 모바일 모듈을 통해 이동통신사의 통신망을 이용하여 원격지의 web과 개인용 휴대전화단말기나 PDA로 실시간 확인할 수 있도록 함을 특징으로 한다.

본 발명에서는 패킷 스크렘블링을 이용하는 [도 2]에서 볼 수 있듯이 GOPbased error spreading (GES)방식을 이용하였다. 비디오 패킷 스케쥴링을 위해 1개의 비디오 스트림은 여러 개의 GOP 클래스로 구분되며 각 클래스의 프레임 메모리에 위치하게 된다.

[도 2]는 3GOP class를 위한 패킷 스케쥴링 방식의 예를 보이는 것으로서 3개 GOP클래스의 비디오 패킷은Round robin(RR) 스케쥴러에 의해 서비스 되어 진다. 이러한RR스케쥴러는 class를 1번씩 방문할 때 1개의 비디오 패킷을 서비스한다. 서비스를 받은 비디오 패킷은 다른 클래스의 비디오 패킷들과 함께 스크렘블링 되며, 에러 채널 환경에서 버스트 패킷 손실이 발생하여도 수신단에서 패킷reordering을 통해 손실된 패킷이 분산되는 효과를 가져올 수 있다.

좀 더 자세히 살펴보면, [도 2]에서 3,8,5,의 비디오 패킷이 연속적인 손실을 겪고 있지만 수신단에서 reordering 과정을 겪게 되면 각각 다른GOP 구조에 존재하는 패킷 손실로 분산되어 에러의 집중화 현상을 막을 수 있다. 단, 비디오 패킷은 패킷 스케쥴링 이전에 RTP 패팃으로 패팃 타이징되어 있어서 수신단에서 Seqence Number(SN)에 의한 reordering이 될 수 있도록 해야 한다.

이러한 수신단의 reordering은 모든 UDP를 지원하는 비디오 클라이언트가 갖고 있는 기능으로서 본 제안 알고리즘에 의한 복잡성은 크게 증가하지 않는다. 이러한 패킷 스케쥴링 방식을 통해 재생되는 동영상을 재생용 컴버젼을 통해 동영상서버에 업데이트하여 웹에서나 모바일에서 인증 받은 로긴 아이디와 패스를 통해 인증 후 현장의 동영상을 확인하는 방식이다.

PCM 데이터와 다른 포맷의 데이터간의 변환을 처리하는 다수개의 DSP(Digital Signal Processing) 칩과, 외부의 시스템과 접속할 수 있는 인터페이스 기능을 가지는 인터페이스 모듈, 외부의 시스템과 접속되는 스위치 모듈, 교환기 인터페이스 모듈 및 스위치 모듈과 다수개의 DSP 칩들간을 연결하는 PCM 하이웨이 제어기, 단국 교환기 인터페이스 모듈 및 스위치 모듈과 다수개의 DSP 칩들간에 교환되는 데이터의 다중화 및 역다중화를 수행하는 보코더 제어기, 보코더 제어기의 기능을 제어하는 마이크로 프로세서, 마이크로 프로세서의 동작을 위한 응용프로그램과 데이터를 저장하는 RAM과 휘발성 메모리, 마이크로 프로세서가 다른 보드의 영상,음성처리모듈간의 상호 프로세서 통신(IPC)을 제어하는 TCP/IP 버스 제어기, 마이크로 프로세서의 음성처리모듈 보드 상태감시를 위한 디버그 포트와 상태표시 LED, 마이크로 프로세서로 클럭을 공급하는 클럭 발생기 및 음성처리모듈 보드로 전원을 공급하는 전원 변환기를 포함하여 구성된다.

현재 이통사의 망은 지터(jitter)가 거의 발생하지 않는다는 통계로 볼 때 본 발명의 구조에서 Binary CDMA Signal 모듈이 충분히 동영상을 cdma망을 통해 서비스할 수 있다.

이러한 구성으로 된 본 발명에 의하면 무선망을 이용하여 시설농가에 활용하여 생육과정, 피해확인 및 대피 복구 등의 관리와 관리장면을 원거리에서 볼 수 있게 하는 것으로서, 종래의 유선 CCTV를 이용한 방식에 비하여 원거리에서도 실시간 감시가 용이하고 화질이 매우 우수한 장점을 갖는 유용한 발명이라 할 수 있다.

이와 같은 본 발명은 케이블 없이 무선으로 CCD카메라에서 촬영되는 영상을 무선으로 접속시켜 영상신호의 근거리 전송이 가능하게 되므로 원격 감시 시스템 및 모니터링과 동시에 농가활동 및 방범적 환경을 극대화하여 많은 생산성향상을 할 수 있는 시스템이다.

특히, 구축의 자유도가 개선되어 무선 모듈을 활용시 원격에서 WIFI망/ZigBee망을 이용한 각종 계측기를 활용 과수/원예 고가의 난 생산 또는 양어장 관리에 적극 활용 가능게 된다.

카메라 (10)부에서 촬영한 영상신호를 최초 송신하는 CCD카메라모듈부(13),수신하는 음성/화상을 송신하여, 주는 음성/화상 신호 송신마이컴(15), 화상/음성을 수신하는 RF수신부(21), 수신된 화상/음성을 선택하여 착신하는, 오디오/비디오IF회로부(23,24)와 착신후 화상/음성통화를 선택할 수 있는 신호 선택부<14>, 그리고 송신마이컴에 화상을 전송할 화상을 전송할 내장된 카메라 입력부<35>, 음성을 전송할 마이크 입력부<12>, 수신되는 음성을 출력하는 내장스피커 출력부<11>, 이러한 외부에서 입력되는 각종 정보 (움직임을 감지하는 모션인덱터부(16))를 판단하여 제어신호를 주는 마이콤부<15>, 상황제어신호를 수신부로부터 입력 받아 출력하는 음성신호처리부<22> 상기 마이콤에서 제어신호를 입력 받아 상기 음성신호처리부<22>,원격지서버부<30>에서 전화를 걸어 상황을 모니터로 원격지에서의 보고자 하는 곳의 카메라 위치를 인터넷 블라우져에서 번호를 선택하고 전화를 걸면 송신하는 서브 셋트부<30> 미리 저장된 메모리에서 비밀번호를 입력 할 것을 주문하고 입력된 비밀번호를 조회하고, 센서 동작시 마이콤명령의 녹화기능 동작에 의한 영상녹화 제어부<31>를 통한다.

이렇게 무선,영상/음성이 송신부(10)을 통해 전송되면 무선영상/음성 수신부(30)에서 영상신호분리부(23)와 음성신호분리부(24)를 통해 증폭부(37)에서 변조를 거쳐 메모리부(36)에 저장됨과 동시에 Binary CDMA Signal 모듈이나, WCDMA모듈로도 유,무선 인터넷을 통한 전송부(38)를 거쳐 ASP사업자망을 이용 서버(34)에서 모니터링을 위한 클라이언트/WEB모니터링 시스템에서 확인 할 수 있는 시스템이다.

또한 농가의 인터넷 전화를 이용하여 모니터링도 가능하고 통화 화상통화 선택을 원할 경우 버튼을 선택하면 카메라를 통해 수신된 시설하우스의 화상이 화면 일부에 작게 디스플레이 되고 크게 보고자 하면 단말에 있는 확대 버튼을 선택하면 크게 볼 수 있다. 또한 시설하우스 각 동마다 무선통신(RF)을 통해 전체를 한꺼번에 통제가 가능하다.

3: RF변환 및 송출부
4: DSP(Digital Signal Processing) 칩부
10: 카메라부
11: 컨트롤러 본체부
13: CCD카메라모듈부
15: 송신 마이컴
16: 키입력부
21: RF수신부
22: 수신마이컴
23, 24: 오디오/비디오IF회로부
25, 26: A/V신호 발생회로부

Claims (1)

1. 농업시설의 보호용 덮개 개폐장치의 작동유무를 판단하고 도난 방지를 위해 Binary CDMA Signal는 HD화질의 영상을 무선으로 처리 가능한 모듈로 무선 카메라를 시설하우스 컨트롤러를 구성하여 부착하며, 센서를 채택하여 밤이나 어두운 곳의 적외선 촬영할 수 있으며, 움직임이 있을 경우 전송하여 녹화할 수 있는 기능을 포함하고,
   상기 무선 카메라에서 전달되는 영상 신호를 컨트롤러 부분에 장착한 무선 송수신기를 통해 원격지에 있는 서버로 전송하기 위해, 촬영된 영상을 압축하는 압축모듈을 구성하고, 에러확산 기법과 데이터손실 방지를 위한 복합컷슬루스위칭방법을 이용하여 카메라영상 및 음성신호를 고글에 장착된 카메라, 스피커, 마이크를 통해 Binary CDMA Signal 모듈 또는 지그비모듈 또는 RF모듈, 또는 블루투스모듈 중 어느 하나를 이용하여 무선으로 전송하도록 무선전송툴을 구성하며,
   압축된 동영상을 전송받아 처리하는 관리서버를 구성하되, 내부에는 무선통신 전송 데이터를 수신하는 수신부와 저장부, 압축을 해제하는 압축해제부를 구성함으로써 현장을 보면서 제어가 가능하고,
   외출시 원격지에서 각종 데이터관련 이동저장소에 있는 데이터를 단문문자나 음성을 통해 제어 및 동작이 가능하도록 무선 송수신기를 통한 무선 네트워크 구성이 가능하고 핸드폰으로 모니터링과 제어가 가능한 기능을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선광역통신망을 이용한 농업시설 원격 개폐장치.

Images