KR20180072438A - 작물생육환경의 모니터링을 위한 무선통신기반 농업용 IoT 통합센서 단말 장치 - Google Patents

작물생육환경의 모니터링을 위한 무선통신기반 농업용 IoT 통합센서 단말 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 작물생육환경의 모니터링을 위한 농업용 IoT 통합센서 단말 장치는 전원부, 센서부, 연산 제어부, 다운로드부 및 이더넷 통신부를 포함하고, 상기 센서부는, 상기 단말 장치에 연결된 복수의 센서들을 통해 입력을 제공받으며, 상기 복수의 센서들은 광량 센서, 온도 센서, 습도 센서, CO2 센서, 양액(EC) 센서 및 염도(PH) 센서를 포함한다.

Description

작물생육환경의 모니터링을 위한 무선통신기반 농업용 IoT 통합센서 단말 장치{Agricultural IoT Integrated Sensor Terminal Apparatus based on Wireless Communications for Plant Growth Monitoring}
본 발명은 Wifi를 포함한 무선통신기반의 스마트 환경에서 작물의 생육환경을 모니터링할 수 있는 IoT 통합센서 단말장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 온도, 습도, 광량, 이산화탄소, 양액 및 염도 등을 포함한 물성을 감지할 수 있는 메인 센서 및 기타 보조 센서의 집적이 가능한 상태에서 실시간으로 데이터를 표시하며, 무선통신 기반으로 데이터 전송이 가능한 IoT 통합센서 단말장치에 관한 것이다.
최근에는, 농업 분야에서 노동력 절감, 경쟁력 강화, 생산량 증가, 품질 증대를 위해 FTA(Free Trade Agreement)에 의한 농산물 개방과 관련하여 IT 기술도입의 필요성이 커지고 있다. 예를 들어, UIT(Ubiquitous Information Technology) 기술을 적용한 서비스가 여러 농업분야에서 등장하고 있다. 이를 통해, 기존 농업에서의 생산, 재배, 수확, 물류 및 유통관리방법을 탈피할 수 있다.
그리고, UIT 기술을 통해 효율적이고 능률적인 방법으로 비용 절감 등의 효과를 극대화함에 따라 정밀농업 분야에서의 연구가 활발히 진행되고 있다.
UIT 기술을 이용한 모니터링 시스템의 경우에, 실시간으로 작물의 생장에 필요한 환경 요소들을 모니터링하고, 진단 소프트웨어를 이용하여 작물 재배를 위한 처방을 할 수 있는 시스템 개발에 관한 연구가 활발히 이루어지고 있다.
한편, 정밀농업을 실행하기 위한 농업용 센서는 일반적으로 각각 온도, 습도, 광량, 이산화탄소, EC, PH의 독립적인 제품형태를 갖는다. 또한, 각각의 센서마다 독립적으로 사용 방법 및 미세 조정이 다르게 되며, 서로 다른 인터페이스를 통해 데이터가 표현된다. 이로 인한 다양한 센서의 활용은 많은 시간 및 노력이 수반된다.
한편, 다양한 복수의 농업용 센서를 통해 데이터를 얻었다고 해도 wifi를 포함한 무선통신환경을 기반으로 데이터를 가공하여 제공하는 데에는 추가적인 장치를 사용하여야 하며, 이에 따른 많은 기술적 노력과 시간이 요구된다.
상기와 같이, 이러한 문제로 인하여 전반적으로 IoT 환경을 위한 센서정보를 획득하거나 확인하는 데에는 많은 시간과 비용이 소요된다는 문제점이 있다.
농업용 통합 센서 서버 시스템을 제공하는 종래의 문헌으로 국내등록특허 제10-0835987호에서는 재배지의 토양, 환경, 영상정보 및 시스템의 위치정보를 획득하고 인터넷을 통해 사용자에게 모니터링 서비스를 제공함으로써, 재배지의 각종 정보를 용이하게 파악할 수 있고 이를 통해 재배지의 작물 관리를 수월하게 수행할 수 있는 내용을 개시한다. 상기 문헌에서는 재배지의 온도, 조도, 습도, 이산화탄소, 풍속, 풍량, 우적, 강우량 및 강설량 등의 환경정보를 측정하는 환경센서 및 재배지 토양의 온도, 수분, EC, pH 등의 토양정보를 측정하는 토양센서를 포함하는 구성을 제시하지만, 복수의 센서들이 통합된 상태의 인터페이스 및 IoT 환경과의 구체적인 접속 방안을 제시하는 데에는 한계가 있다는 문제점이 있다.
(특허문헌 1) KR10-0835987호 B
본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하고자 하는 것으로서, 온도, 습도, 광량, 이산화탄소, 양액 및 염도 등을 포함한 물성을 감지할 수 있는 메인 센서 및 기타 보조 센서의 집적이 가능한 상태에서 실시간으로 데이터를 표시하며, 무선통신 기반으로 데이터 전송이 가능한 작물생육환경의 모니터링을 위한 농업용 IoT 통합센서 단말 장치를 제공하는 것이 목적이다.
본 발명은 시설원예 및 정밀농업에 필수적인 복수의 센서를 통합된 하나의 시스템으로 구성하는 동시에 추가적인 보조 센서를 연결하는 인터페이스하고, 상기 복수의 센서를 통한 다양한 센서 정보를 LCD를 이용하여 실시간 정보표현을 가능하게 함으로써, 통합센서 모니터링 및 인터페이스를 통해 정밀농업에 있어 정확하고 효율적인 통합정보를 제공하여 전반적으로 효율적인 관리와 생산성 향상을 가져오는 단말 장치를 제공하는 것이 목적이다.
본 발명은 wifi를 포함한 무선통신환경을 이용하여 사용자에게 데이터를 전송할 수 있는 인터페이스, 스마트폰 충전 및 다양한 출력장치를 위한 USB 전원을 가능하게 하는 단말 장치를 제공하는 것이 목적이다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 작물생육환경의 모니터링을 위한 농업용 IoT 통합센서 단말 장치는 전원부, 센서부, 연산 제어부, 다운로드부 및 이더넷 통신부를 포함하고, 상기 센서부는, 상기 단말 장치에 연결된 복수의 센서들을 통해 입력을 제공받으며, 상기 복수의 센서들은 광량 센서, 온도 센서, 습도 센서, CO2 센서, 양액(EC) 센서 및 염도(PH) 센서를 포함한다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따른 작물생육환경의 모니터링을 위한 농업용 IoT 통합센서 단말 장치는 정밀농업을 위한 필수적인 센서를 통합하여 일관성 있는 인터페이스를 제공하고, 인터넷을 이용한 데이터 전송이 가능하게 하여 정밀농업분야의 환경인식 및 모니터링의 새로운 가치를 창출한다.
또한, 본 발명은 농업용 IoT 통합센서에 연관된 스마트 단말기와 관련하여 소프트웨어의 개발 효율성, 생산성 향상 및 인건비 절감으로 인한 경제적 가치 상승 및 수출 효과 증대를 가져온다.
또한, 본 발명은 스마트 홈, 스마트 팜, 스마트 헬스 케어, 스마트 융합 등을 포함한 각 시스템과 상호 운용하여 관련 시너지 효과를 창출할 수 있게 함으로써 다양한 분야에서 활용이 가능하다.
도 1은 본 발명에 따른 IoT 통합센서 단말기 장치와 IoT 환경과의 연결관계를 보인다.
도 2는 본 발명에 따른 IoT 통합센서 단말기 장치의 구체적인 구성요소들을 보인다.
도 3은 본 발명에 따른 IoT 통합센서 단말기 장치의 동작회로 및 구현내용을 보이는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 IoT 통합센서 단말기 장치의 동작 방식을 보인다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면 상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
이하, 본 발명에 따른 작물생육환경의 모니터링을 위한 무선통신기반 농업용 IoT 통합센서 단말 장치를 설명한다.
먼저, 도 1을 통해 본 발명에 따른 농업용 IoT 통합센서 단말 장치의 전체적인 개념을 설명한다.
본 발명에 따른 농업용 IoT 통합센서 단말 장치는 외부 전원, 통신 모듈, 센서 모듈, 전원 모듈 및 Wifi 통신 모듈을 포함하고, 상기 구성요소들은 IoT 환경에 접속된다.
도 2를 참조하면, 농업용 IoT 통합센서 단말 장치는 전체적으로 전원부, 메인 센서부, 연산 제어부, 다운로드부 및 이더넷 통신부로 구성된다.
상기 전원부는 5V 전원을 입력을 받을 수 있으며 단말기 전력을 안정적으로 공급한다. 한편, 5V 전원을 통해 USB 와의 전원 연결이 가능하다.
메인 센서부는 연결된 복수의 센서들을 통해 입력을 제공받을 수 있으며, 상기 복수의 센서들은 광량 센서, 온도 센서, 습도 센서, CO2 센서, 양액(EC) 센서 및 염도(PH) 센서를 포함한다.
복수의 센서들은 복수의 내장 센서 및 복수의 외장센서로 구분된다.
복수의 내장 센서는 광량 센서, 온도 센서, 습도 센서를 포함한다. 온도 센서와 습도 센서는 통합 방식으로 I2C 방식으로서 4선 + - scl sda 방식일 수 있다.
광량 센서는 Rs232 통신 방식으로서 4선 + - Tx Rx 방식일 수 있다.
복수의 외장센서는 CO2 센서, 양액(EC) 센서 및 염도(PH) 센서를 포함한다.
CO2 센서는 PWM방식으로서 3선, (Pwm,+, -) 방식일 수 있다. EC 센서는 BNC방식 인터페이스, 아날로그 디지털 변환(ADC) 방식 및 3선식 (+, -, data) 방식일 수 있다.
PH센서는 BNC방식 인터페이스, 아날로그 디지털 변환(ADC) 방식 및 3선식(+, -, data) 방식일 수 있다.
복수의 센서들을 통해 센싱 정보들을 처리하는 일련의 알고리즘은 하기와 같다. 즉, 상기 광량 센서 등을 통해 측정된 정보는 '각종 센서 → 센서 시그널 → 센서인터페이스 → 센서 시그널을 데이터로 변환하는 제어기 → 센서 필터링 → 데이터를 표현하는 디스플레이 → 네트워크 전송' 과정을 거친다.
센서부는, 상기 메인 센서부 외에 추가적으로 입력되는 추가 센서부를 포함한다.
추가 센서부는 예를 들어 2개의 센서를 포함할 수 있다.
추가 센서부는 배지온도감지 센서 및 아날로그 센서를 포함한다. 상기 배지온도감지 센서는 3선식(+, -, data) 방식일 수 있고, 아날로그 센서의 경우도 3선식(+, -, data) 방식일 수 있다.
상기 메인 센서부와 추가 센서부와의 연동방식은 추가 확장포트를 이용하여 연동된다.
통신부는 Rj45 이더넷 통신 연결 및 다른 단말기와의 통신 기능을 수행한다.
연산 제어부는 시스템의 전체 흐름을 제어하며, 상기 센서부로부터 받은 데이터를 저장, 표시 및 전송 처리한다.
본 발명은 정밀 농업에 필수적인 6가지 센서인 광량센서, 온도센서, 습도센서, CO2 센서, 양액(EC) 센서 및 염도(PH) 센서를 통합된 하나의 시스템으로 구성한다.
또한, 본 발명은 2개 내지 3개의 추가적인 센서 연결을 위한 인터페이스를 갖는다.
또한, 본 발명은 다양한 센서 정보를 LCD를 이용하여 실시간 정보표현이 가능하다.
또한, 본 발명은 이더넷을 이용하여 사용자에게 데이터를 전송할 수 있는 인터페이스를 제공한다.
또한, 본 발명은 전원과 통신 인터페이스를 동시에 지원하는 인터페이스인 PoE(RJ-45/Ethernet)를 지원한다.
본 발명은 4버튼 조작을 통해 실시간으로 데이터를 확인한다.
본 발명은 Fan 전원용 USB 포트를 구비한다.
도 3은 본 발명에 따른 IoT 통합센서 단말기 장치의 동작회로 및 구현내용을 보이는 도면이다. 상기 도면에서는 실제 단말기 장치의 동작회로 상에서의 전원부/연산 제어부, 통신부/LCD 표시부 및 센서부를 표시한다.
도 4를 참조하여, 농업용 IoT 통합센서 단말 시스템의 동작방식을 설명한다.
먼저, 전원을 입력하여 제어기 전력을 공급한다.
연산 제어부는 센서 모듈로부터 입력 데이터를 정해진 프로그램에 의해 처리하며 입출력 데이터를 제어한다.
연산 제어부에서 처리된 데이터는 다운로드부를 거쳐 이더넷 모듈로 전송되며, 또한 동시에 화면에 표시된다.
통신부는 RJ45 장치를 이용하여 wifi 허브에 연결된다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 작물생육환경의 모니터링을 위한 농업용 IoT 통합센서 단말 장치는 정밀농업을 위한 필수적인 센서를 통합하여 일관성 있는 인터페이스를 제공하고, 인터넷을 이용한 데이터 전송이 가능하게 하여 정밀농업분야의 환경인식 및 모니터링의 새로운 가치를 창출한다.
이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (1)

  1. 전원부, 센서부, 연산 제어부, 다운로드부 및 이더넷 통신부를 갖는 농업용 IoT 통합센서 단말 장치에 있어서,
    상기 센서부는, 상기 단말 장치에 연결된 복수의 센서들을 통해 입력을 제공받으며,
    상기 복수의 센서들은 광량 센서, 온도 센서, 습도 센서, CO2 센서, 양액(EC) 센서 및 염도(PH) 센서를 포함하는,
    농업용 IoT 통합센서 단말 장치.
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