KR20180072641A - 사물인터넷 기반 식물 재배 데이터 수집 및 관리 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 식물 재배기에서 열화상과 열 분포, 온습도 등의 생육 조건을 변화시키며, 식물의 생장, 생육 환경 등과 관련된 데이터를 빅데이터화하여 연구, 교육 및 식물재배 자료로 활용할 수 있도록 하는 사물인터넷 기반 식물 재배 데이터 수집 및 관리 시스템에 관한 것이다.
Description
본 발명은 사물인터넷 기반 식물 재배 데이터 수집 및 관리 시스템에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 식물 재배기에서 열화상과 열분포, 온습도 등의 식물 생육 조건을 변화시키며, 식물의 생장, 환경 데이터를 빅데이터화하여 연구, 교육 및 식물재배 자료로 활용할 수 있는 사물인터넷 기반 식물 재배 데이터 수집 및 관리 시스템에 관한 것이다.
인터넷은, 서버들, 개인용 컴퓨터(personal computers), 모바일 장치들 등 많은 컴퓨팅 장치들을 서로 연결하여, 그러한 장치들 간에 정보의 교환을 가능하게 하였다. 최근에는, 종래의 컴퓨팅 장치들 뿐만 아니라, 일반적으로 컴퓨팅 기능을 가지고 있지 않은 물건들, 예를 들어, 센서들, 가전기기들, 미터기들을 인터넷에 연결하여, 다양한 정보 또는 데이터를 교환하려는 시도들이 이루어지고 있다. 이와 같이, 물건들을 인터넷에 연결하는 메커니즘은, 사물인터넷 (Internet of things)라고 통상 일컬어진다. 사물인터넷은, 종래의 다양한 기술분야와 결합되어, 인터넷을 통한 기술 발전에 기여할 것으로 기대되고 있다.
기존 농업 기술에 최첨단 사물인터넷 기술을 접목한 디지털 파밍, 스마트 파밍이 주목 받고 있다. 그러나 이러한 기존의 사물인터넷을 이용한 농업 기술들은 도 1에 도시한 바와 같이 사물인터넷 기술을 이용하여 식물 생장환경을 모니터링하고 제어하는 것에 주로 초점이 맞추어져 있다. 이러한 시스템은 식물을 재배하기 위한 조건을 원격 제어할 수 있는 기능이 추가된 것에 불과하여, 정확한 식물재배 정보 및 생장을 위한 데이터 등을 알 수 없다는 단점이 있다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제를 해소하기 위한 것으로, 본 발명의 하나의 목적은 식물 재배기의 생육 조건 정보를 관리하고, 식물의 생육 상태 및 생육 조건 정보를 원격으로 모니터링 및 제어할 수 있는 사물인터넷 기반 식물 재배 데이터 수집 및 관리 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 식물 재배를 하기 위해 필요한 조건(광도, 용토, 온습도, 열분포 등)을 맞추어주는 여러 기기를 부착하여 조건을 확인 및 제어하기 위해 IT기술 및 IoT기술을 이용한 컨트롤러를 이용해 작물마다 다른 재배 조건에 맞게 제어를 하고, 이 때 설정한 조건을 데이터베이스화하여 내부 저장공간 및 서버, 클라우드 시스템 등에 저장하여, 식물을 심을 때마다 재배조건을 일일이 수동으로 맞추는 것이 아니라 저장된 데이터를 불러와서 사용하여, 정확한 재배조건을 맞추면서 동시에 재배자의 편의성을 향상하여 위와 같은 문제점을 해결할 수 있도록 한다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 하나의 양상은,
식물 생장에 관련된 제반 조건을 조절할 수 있는 식물이 식재된 복수 개의 식물 재배기들과 이를 관리하는 시스템 운용서버로 구성되는, 사물인터넷 기반의 식물 재배 데이터 수집 및 관리 시스템으로서, 상기 식물 재배 데이터 수집 및 관리 시스템은,
상기 복수의 식물 재배기들의 식물 생장에 관련된 제반 조건을 다양하게 변화시키면서, 식물의 생장 상태, 영양 상태, 병충해 감염상태, 및 생육단계별 최적 성장을 위한 정밀 데이터를 수득할 수 있도록 재배 식물의 일반 영상과 열화상을 촬영하여 열분석 및 열분포 데이터를 생성하는 하나 이상의 열화상 카메라;
상기 식물 재배기들의 생육 조건들에 대한 데이터를 수집하는 하나 이상의 사물데이터 센서로서, 토양의 전기전도도, 토양의 함수율, 및 토양 온도를 측정하기 위한 토양 센서를 추가로 포함하는 사물 데이터 센서;
상기 열화상 카메라에서 측정된 재배 식물의 열분포 및 열분석 영상을 디스플레이하는 모니터;
상기 열화상 카메라로부터 영상 정보를 수신하는 무선통신부;
상기 시스템 운용서버로부터 식물 재배기의 생육 조건을 제어하기 위한 제어 신호를 전송받아서, 생육 조건 조정을 위해 식물 재배기들의 광원 조사나 급수를 제어하는 스마트 제어부;
시스템 운용서버의 제반적인 동작을 제어하는 제어부로서, 열화상 카메라에서 촬영한 이미지와 기 저장되어 있는 각 성장 단계별 식물의 표준 열화상 이미지를 비교하여 이를 기초로 열화상 이미지에 차이가 있다고 판단된 경우 이상 신호를 출력하는 영상분석부를 포함하는 제어부;
상기 열화상 카메라로부터 전송되는 열분석, 열분포 데이터와 사물데이터 센서로부터 전송되는 식물의 생육 조건 데이터를 수신하여 메모리부로 전송하는 데이터 수집부;
상기 데이터수집부를 통해 전송되는 열화상 카메라의 열분석, 열분포 데이터와 사물데이터 센서로부터 수신한 식물의 생육 조건 데이터를 기존에 저장된 관련 정보와 비교하여 각 식물별, 각 재배 조건별 데이터를 서로 매핑하는 데이터 매핑부;
복수의 식물 재배기들로부터 수신한 식물 재배 정보 및 식물 생장 데이터를 저장하고, 상기 데이터 매핑부에서 매핑된 정보를 저장하는 메모리부; 및
상기 복수의 식물 재배기들에 의해서 측정된 열분포 및 열분석 영상과 사물데이터 센서에 의해서 수득된 다양한 식물들의 생육 조건과 생장 과정에 대한 종합 정보 분석에 의해 식물의 생장 상태, 영양 상태, 병충해 감염 상태, 스트레스 반응을 포함하는 식물 재배 정보 및 생육 단계별 최적 생장을 위한 정밀 데이터를 수집하여 재배 조건이 서로 다른 다양한 식물들의 최적화된 생장 및 재배조건을 도출해서 각 식물별 최적화 재배 정보를 데이터베이스화하여 컨텐츠화하는 컨텐츠 생성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 사물인터넷 기반의 식물 재배 데이터 수집 및 관리 시스템에 관한 것이다.
상기 시스템 운용서버는 상기 열화상 카메라, 사물데이터 센서에 의해서 수집된 식물의 열분석, 열분포 데이터와 생육 조건 정보를 실시간으로 수신하거나, 수신된 정보를 지역 및 작물 특성과 비교 매핑하거나, 수집된 정보를 컨텐츠화하도록 시스템 운용서버의 제반적인 동작을 제어하는 제어부;
상기 제어부의 제어신호에 따라 상기 열화상카메라로부터 전송되는 열분석, 열분포 데이터와 사물데이터 센서의 통신인터페이스에서 전송되는 온도, 습도, 조도, 토양의 산도 데이터를 수신하여 메모리부로 전송하는 데이터수집부;
상기 제어부의 제어신호에 따라 데이터수집부를 통해 전송되는 열화상카메라의 열분석, 열분포 데이터와 사물데이터 센서에 의해서 측정되어 온도, 습도, 조도, 토양의 산도 데이터를 기존에 저장된 관련 정보와 비교하여 각 식물별 , 조건별 데이터를 서로 매핑하는 데이터 매핑부,
상기 제어부의 제어신호에 따라 반응하여 식물 재배기로부터 수신한 식물 재배 정보 및 식물 생장 데이터를 저장하고, 상기 데이터 매핑부에서 매핑된 정보를 저장하는 메모리부; 및
상기 시스템 운용서버에 연결된 다수의 식물 재배기들에 대해 측정된 온도, 습도, 조도, 토양의 산도, 열분석, 열분포 등의 데이터와 각 식물별, 조건별 식물 재배 정보 및 식물 생장 정보를 교육용 또는 연구용으로 컨텐츠화하는 컨텐츠 생성부를 포함하여 구성된다.
상기 시스템 운용서버의 제어부는 열화상 카메라 및 사물데이터 센서에 의해 각각 검출된 데이터를 통신망을 통해 사용자 단말기로 전송하고, 상기 사용자 단말기에는 식물 재배 관리 애플리케이션이 설치되며, 상기 제어부에서 전송되는 상기 데이터를 수신하는 경우, 상기 식물 재배 관리 애플리케이션을 활성화시키고, 상기 식물 재배 관리 애플리케이션의 활성화에 따라 수신된 상기 데이터를 표시하도록 구성될 수 있다.
본 발명에서 어플리케이션은 스마트기기를 통해 여러 사람들이 재배를 통해 얻은 데이터를 공유할 수 있고, 코드를 부여할 수 있어 상기 코드를 어플리케이션에 입력하면, 본인 이외에도 여러 사람들이 함께 식물을 재배하고, 상기 기기 및 센서들을 컨트롤할 수 있도록 구성될 수 있다.
따라서 본 발명의 다양한 실시예의 식물 재배 데이터 수집 및 관리 시스템에 의하면, 복수의 식물 재배기들의 식물 생장에 관련된 제반 조건을 다양하게 변화시키면서, 열화상 카메라를 통한 열분석으로 식물의 생장상태, 영양 상태, 병충해 감염상태, 및 생육단계별 최적 성장을 위한 정밀한 데이터를 확보할 수 있는 이점을 제공할 수 있다.
본 발명에 의하면 파종부터 생산, 관리, 수확, 가공까지의 식물 재배의 전 단계에서 유의미한 데이터를 축적 선별하여 컨텐츠화함으로써 식물육종가, 연구자, 재배자에 연구용 또는 교육용으로 제공함으로써, 궁극적으로 식물육종 효율을 향상시키는데 큰 도움을 줄 수 있다.
또한 본 발명의 식물 재배 데이터 수집 및 관리 시스템에 의하면, 이러한 정밀한 데이터에 기초하여 식물 마다 다른 재배 조건 및 각 환경마다 상이한 재배 조건을 최적화하여 알맞게 조절함으로써, 고부가가치 제품화 및 생산성 향상 효과를 제공할 수 있다.
본 발명에 의하면 본 발명의 어플리케이션을 이용해 같은 코드를 가진 사람들끼리는 사물인터넷(IoT)과 IT 기술을 통해 함께 식물을 재배할 수 있게 되므로, 특별한 기술이 없는 사람도 소셜 재배를 통해서 손쉽게 식물을 재배할 수 있는 현저한 효과를 제공할 수 있다.
도 1은 기존 식물 재배 시스템의 시스템 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예의 사물인터넷 기반 식물 재배 데이터 수집 및 관리 시스템의 시스템 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예의 사물인터넷 기반 식물 재배 데이터 수집 및 관리 시스템의 개략사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예의 사물인터넷 기반 식물 재배 데이터 수집 및 관리 시스템의 시스템 상세블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 사물인터넷 기반 식물 재배 데이터 수집 및 관리 시스템의 시스템 운용서버의 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 사물인터넷 기반 식물 재배 데이터 수집 및 관리 시스템의 모니터의 일례를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 사물인터넷 기반 식물 재배 데이터 수집 및 관리 시스템의 모니터에 표시된 열화상 카메라로 촬영한 영상의 일례를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 사물인터넷 기반 식물 재배 데이터 수집 및 관리 시스템의 모니터에 표시된 열화상 카메라로 촬영한 영상의 일례를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 사물인터넷 기반 식물 재배 데이터 수집 및 관리 시스템의 모니터에 표시된 열화상 카메라로 촬영한 영상의 일례를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예의 사물인터넷 기반 식물 재배 데이터 수집 및 관리 시스템의 시스템 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예의 사물인터넷 기반 식물 재배 데이터 수집 및 관리 시스템의 개략사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예의 사물인터넷 기반 식물 재배 데이터 수집 및 관리 시스템의 시스템 상세블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 사물인터넷 기반 식물 재배 데이터 수집 및 관리 시스템의 시스템 운용서버의 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 사물인터넷 기반 식물 재배 데이터 수집 및 관리 시스템의 모니터의 일례를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 사물인터넷 기반 식물 재배 데이터 수집 및 관리 시스템의 모니터에 표시된 열화상 카메라로 촬영한 영상의 일례를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 사물인터넷 기반 식물 재배 데이터 수집 및 관리 시스템의 모니터에 표시된 열화상 카메라로 촬영한 영상의 일례를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 사물인터넷 기반 식물 재배 데이터 수집 및 관리 시스템의 모니터에 표시된 열화상 카메라로 촬영한 영상의 일례를 도시한 도면이다.
본 발명의 상기와 같은 목적, 특징 및 다른 장점들은 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해서 상세하게 설명하기로 한다. 도면에서의 동일한 참조번호들은 달리 지시하지 않는 한 동일한 구성 요소를 나타낸다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하는 것이 아니라는 것을 이해하여야 한다.
또한, 명세서에 기재된 "…부", 또는 "…기" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 본 문서에서 사용된 용어 “~부”는, 예를 들면, 하드웨어, 소프트웨어 또는 펌웨어 (firmware) 중 하나 또는 둘 이상의 조합을 포함하는 단위 (unit)를 의미할 수 있다. 예를 들면,“~부”는, 알려졌거나 앞으로 개발될, 어떤 동작들을 수행하는 ASIC (application-specific integrated circuit) 칩, FPGAs (field-programmable gate arrays) 또는 프로그램 가능 논리 장치 (programmable-logic device) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 사물인터넷 기반 식물 재배 데이터 수집 및 관리 시스템을 도시한 구성도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 사물인터넷 기반 식물 재배 데이터 수집 및 관리 시스템은 네트워크를 통해 연결되는 복수 개의 식물 재배기(100), 시스템 운용서버(300), 및 사용자 단말기(10)를 포함한다. 본 발명의 사물인터넷 기반 식물 재배 데이터 수집 및 관리 시스템은 복수 개의 식물 재배기들(100)과 시스템 운용서버(300) 사이의 통신을 통해 식물 재배기(100)의 정보를 수집하여 데이터베이스화하고, 식물 재배를 관리하도록 구성된다.
사물인터넷(Internet of Things: IoT)은 우리 주변의 사물에 센서와 통신기능을 부여해 마치 살아있는 유기체처럼 정보를 수집하고 공유하면서 상호작용토록 하는 지능형 네트워킹 기술로, 사물지능 통신(Machine to Machine: M2M)이라고도 한다. 본 발명은 사물인터넷 기반 식물 재배 데이터 수집 및 관리 시스템에 관한 것으로서, 인터넷과 연결된 시스템 운용서버(300), 상기 시스템 운용서버(300)에 연결된 복수의 식물 재배기들(100)을 포함할 수 있다. 상기 시스템 운용서버(300)는 복수의 식물 재배기들(100)과 다양한 통신 방식을 이용하여, 유선 및/또는 무선으로 연결될 수 있다. 어떤 실시예들에서는, 상기 통신 방식들의 예들은, 와이파이(WIFI), 블루투스(bluetooth), BLE(buletooth low energy), 지그비(zigbee), 전력선통신(power line communication), 적외선 통신(infrared transmission, IR) 또는 초음파 통신(ultrasound communication) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 사물인터넷 기반 식물 재배 데이터 수집 및 관리 시스템의 복수의 식물 재배기들은 포터블 하우징 내에 식물 재배를 위한 용기(105)와 물받이(106)를 구비하고, 식물의 광합성에 필요한 빛을 제공하는 광원부(130); 식물에 물을 공급하는 급수부(미도시); 식물 주변의 온도를 조절하는 온도제어부(미도시); 습도 센서가 포함되어 있어서 상기 식물 재배기 내의 습도를 조절하는 습도제어부(미도시); 광량을 조절하는 조도제어부(미도시); 및 토양의 산도를 조절하는 산도제어부(미도시) 등을 포함할 수 있다. 식물의 둘레에는 온습도 제어를 용이하게 하기 위해 아크릴판(103)이 설치될 수 있다. 상기 하우징은 이동이 편리한 포터블 타입으로 구성되거나 고정식으로 구성될 수 있다. 이와 같이 하우징이 포터블 타입일 경우 장소를 옮겨 가며 더 많은 데이터를 수집할 수 있다.
본 발명의 사물인터넷 기반 식물 재배 데이터 수집 및 관리 시스템에는 식물 재배기의 포터블 하우징에 설치되고, 상기 식물 재배기에서 재배되는 식물의 일반 영상과 열화상을 촬영하는 열화상 카메라(110); 상기 포터블 하우징에 설치되어, 상기 식물 재배기의 생육 조건에 대한 데이터를 수집하는 사물데이터 센서(IoT sensor)(120); 상기 포터블 하우징의 상단에 배치되어, 상기 열화상 카메라에서 측정된 재배 식물의 열분포 영상과 사물데이터 센서에 의해서 측정된 생육 조건 정보를 디스플레이하는 모니터(101); 및 통신망에 접속하는 통신인터페이스와 상기 열화상카메라(110)와 무선통신을 통해 촬영된 영상 정보를 수신하는 무선통신부를 포함하고, 상기 사물데이터 센서(120)로부터 데이터를 입력받아 생육 조건 조정을 위해 광원조사나 급수를 제어하고, 상기 데이터를 외부 시스템 운용서버로 유무선으로 전송하며, 상기 시스템 운용서버로부터 식물 재배기의 생육 조건을 제어하기 위한 제어 신호를 유무선 통신 방식을 통해 전송 받도록 구성된 스마트 제어부(200); 및 상기 스마트 제어부로부터 제공받는 상기 식물 재배기의 열화상카메라, 및 사물데이터 센서에 의해서 수득된 식물의 생육 조건과 생장 과정에 대한 종합 정보 분석에 의해 식물 재배 정보 및 생장 데이터를 데이터베이스화하여 빅데이터로 구성하고, 수집된 데이터에 기초하여 식물 재배기(100)를 제어하기 위한 원격제어 명령어를 생성하여 상기 스마트 제어부로 제공함으로써, 상기 스마트 제어부(200)를 통해 상기 원격제어 명령어에 대응하여 식물 재배기에 대한 제어가 수행되도록 하는 시스템 운용서버(300)를 포함한다.
사용자 단말기(10)는 식물 재배기(100)의 관리자가 사용하는 단말기로, 이동단말기 및/또는 고정단말기를 포함한다. 여기서, 이동단말기는 스마트폰, 휴대폰, 태블릿, 노트북 등을 포함하며, 고정 단말기는 데스크탑 컴퓨터를 포함한다. 사용자 단말기(10)는 시스템 운용서버(300)에서 제공하는 서비스를 제공받기 위한 어플리케이션을 사전에 설치한다. 그리고 사용자 단말기(10)는 해당 어플리케이션을 통해 시스템 운용서버(300)에 접속하고, 시스템 운용서버 (300)에서 제공하는 기능을 이용한다.
상기 어플리케이션에는 코드를 부여할 수 있어, 스마트 기기를 통해 여러 사람들이 재배를 통해 얻은 데이터를 공유할 수 있고, 코드를 부여할 수 있어 상기 코드를 어플리케이션에 입력하면, 본인 이외에도 여러 사람들이 함께 식물을 재배하고, 상기 기기 및 센서들을 컨트롤할 수 있도록 구성될 수 있다. 이에 의해 코드를 공유한 사람들끼리 소셜 재배, 공유 재배를 할 수 있다.
상기 시스템 운용서버(300)의 제어부(310)는 열화상 카메라(110) 및 사물데이터 센서(120)에 의해 각각 검출된 데이터를 통신망을 통해 사용자 단말기(10)로 전송하고, 상기 사용자 단말기(10)에는 식물 재배 관리 애플리케이션이 설치되며, 상기 제어부에서 전송되는 상기 데이터를 수신하는 경우, 상기 식물 재배 관리 애플리케이션을 활성화시키고, 상기 식물 재배 관리 애플리케이션의 활성화에 따라 수신된 상기 데이터를 표시하도록 구성될 수 있다.
사용자 단말기(10)는 사용자에 의해 입력되는 제어명령을 시스템 운용서버(300)로 전송하고, 스마트 제어부(200)는 사용자 단말기(10)로부터 전송되는 제어명령에 따라 식물 재배기(100)의 각 구성요소들의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 사용자는 사용자 단말기(10)에서 웹브라우저를 통해 시스템 운용서버(300)에 접속하여 관리할 식물 재배기(100)를 선택하고, 그 선택된 식물 재배기(100)의 식물에 공급되는 물의 양, 광량 등을 변경 또는 조절할 수 있다.
본 발명에서 사물데이터 센서(120)는 토양이나 식물 주변의 생육 조건에 대한 물리량을 계측하거나 식물 재배기(100)의 작동 상태를 감지하여, 계측 또는 감지된 정보를 전기 신호로 변환할 수 있다. 상기 사물데이터 센서(120)는, 예를 들면, 토양산도측정기(121), 온습도센서(122) 및 조도센서(123)를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대체적으로, 사물데이터 센서(120)는 토양의 전기전도도, 토양의 함수율, 및 토양 온도를 측정하기 위한 센서를 등을 포함할 수 있다. 사물데이터 센서(120)는 그 안에 속한 적어도 하나 이상의 센서들을 제어하기 위한 제어 회로를 더 포함할 수 있다.
상기 토양산도측정기(121)는 식물 재배기(100)의 내부에 설치되어, 용기내의 토양의 산도를 측정하여 이를 스마트 제어부(200)로 전송한다. 그리고 상기 온습도센서(122) 및 조도센서(123)는 식물 재배기(100)의 내부에 설치되어, 식물 재배 데이터 수집 및 관리 시스템 내의 온도, 습도 및 조도를 측정하여 이를 스마트 제어부(200)로 전송한다.
본 발명에서 열화상카메라는 적외선을 이용해 식물의 온도와 가뭄 또는 염해와 같은 각종 스트레스 반응을 측정할 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 식물이 광합성을 할 때 잎의 온도가 광합성이 이루어지지 않을 때 보다 높은 온도를 나타낸다. 한편, 도 9를 참조하면, 싱싱한 잎은 광합성이 활발하여 황색을 띄지만, 시들어 버린 잎은 광합성이 활발하지 않아 적청색을 띈다. 이와 같이 본 발명에서는 재배 조건이 서로 다른 다양한 식물들이 생장할 수 있는 생장 및 재배조건을 열화상 카메라로 열분포 및 열분석을 통해 최적화 조건을 확인하여, 이 때 재배할 조건을 데이터베이스화한다.
상기 열화상 카메라 이외에도 RGB카메라, 열화상카메라, 근적외선카메라, 형광카메라, 및 초분광카메라 가운데 하나 이상을 추가로 설치될 수 있다. RGB 메라는 가시광선을 이용해 식물의 형태와 생장률 그리고 엽면적 등을 측정하고, 형광카메라는 엽록소와 광합성 반응 등, 수분공급 이상 유무를 판단할 수 있다. 이러한 특수 카메라를 이용해서 육안으로 판독하기 어려운 식물의 여러 가지 상태들을 정밀하게 측정하며, 시스템 운용서버에서의 대량의 분석과정을 통해 수집된 많은 데이터를 바탕으로 더욱 정확한 분석이 가능하다.
보편적으로 식물이 생육하기 위해서는 여러 가지 광물질로 된 양분들을 필요로 하게 되며, 이러한 양분들은 대부분 그 뿌리를 통하여 토양으로부터 얻게 된다.
오늘날과 같이 많은 양의 비료를 사용하여 작물을 재배하는 경우, 작물재배의 성패는 토양 중에 함유된 양분의 공급능력에 크게 영향을 받는다. 토양 중에 함유된 각종 양분들의 공급능력을 유효도라고 하는데, 이 유효도는 그 토양의 pH와 밀접한 연관이 있다. 토양의 산도가 해당재배작물에 적당하지 못하면 양분의 공급능력 (유효도)이 떨어지거나 양분의 공급과잉으로 인하여 작물의 생육에 오히려 해가 미치게 된다. 일반적으로 식물은 각 식물이 많이 요구하는 특정한 양분이 다르기 때문에 식물들마다 토양의 유효도를 서로 달리하고 있고 또한 그 유효도에 따른 토양의 산도 범위도 달리하고 있다. 본 발명의 시스템에서는 토양산도측정기 (121)에 의해 토양의 산도를 측정하여 각 작물에 적합한 산도를 갖도록 제어 및 관리할 수 있다.
스마트 제어부(200)는 식물 재배기(100)와 시스템 운용서버(300) 사이를 중계하는 중계기 역할을 한다. 즉, 스마트 제어부(200)는 식물 재배기(100)로부터 전송되는 데이터를 수신하여 시스템 운용서버(300)로 전달하고, 시스템 운용서버(300)로부터 전송되는 데이터를 수신하여 식물 재배기(100)로 전달하는 역할을 한다. 시스템 운용서버(300)는 스마트 제어부(200)에 의해 수집된 식물 재배기(100)의 재배환경 상태정보를 분석하고, 그 분석결과에 따라 식물에 공급되는 빛과 물을 조절하기 위한 제어신호를 식물 재배기(100)에 전송한다. 식물 재배기(100)는 시스템 운용서버(300)로부터 전송되는 제어신호를 수신하고 그 수신된 제어신호에 따라 광원부(미도시), 급수부(미도시) 등을 제어한다.
상기 모니터(101)는, 예를 들면, 액정 디스플레이 (LCD), 발광 다이오드 (LED) 디스플레이, 유기 발광 다이오드 (OLED) 디스플레이, 또는 마이크로 전자기계 시스템 (microelectromechanical systems (MEMS)) 디스플레이, 또는 전자종이 (electronic paper) 디스플레이를 포함할 수 있다.
상기 모니터(101)는 각 기기에 정보를 표시해주고 스마트 제어부(200)와 연동되어 손가락 터치로도 컨트롤이 가능하게 해주는 터치스크린으로 구현될 수 있다. 상기 모니터(101)에는 도 6에 도시된 바와 같이, 시스템을 제어하기 위한 각종 버튼이 표시되는데, 조도, 온도, 산도를 제어할 수 있도록 버튼(212)이 형성되어 있고, 제어가 되면 수치화된 데이터를 표시해 준다. 상기 모니터(101)에는 도 7에 도시된 바와 같이 열화상 카메라에 의해서 촬영된 열분포(13), 열분석 및 일반 영상(14)이 표시된다.
상기 스마트 제어부(200)는 통신 인터페이스를 포함하는데, 스마트 제어부(200)와 식물 재배기들(100)과의 통신을 연결할 수 있다. 예를 들어, 상기 통신 인터페이스는 하나 또는 그 이상의 무선 통신 또는 유선 통신 프로토콜, 또는 이들의 조합을 통해서 네트워크에 연결되어 외부 장치와 통신할 수 있다.
무선 통신은, 근거리 통신 또는 원거리 통신을 포함할 수 있다. 원거리 통신은, 예를 들면, 셀룰러 통신 프로토콜을 이용할 수 있다. 예를 들면, 셀룰러 통신 프로토콜은, LTE(long term evolution), LTE-A(advanced), CDMA(code division multiple access), WCDMA(wide-CDMA), UMTS(universal mobile telecommunication system), WiBro, 또는 GSM(global system for mobile communication) 등 중 적어도 하나를 사용할 수 있다. 근거리 무선 통신은, 예를 들면, 와이파이(WIFI), 블루투스, BLE, 지그비, 적외선 통신(IR) 또는 초음파 통신 등 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
유선 통신은, 예를 들면, USB (universal serial bus), HDMI (high definition multimedia interface), RS-142 (recommended standard 142), 전력선통신, 또는 POTS (plain old telephone service) 등 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
스마트 제어부(200)의 메모리(210)는 내장 메모리 또는 외장 메모리를 포함할 수 있다. 상기 내장 메모리는, 예를 들면, 휘발성 메모리(예를 들면, DRAM(dynamic RAM), SRAM(static RAM), SDRAM(synchronous dynamic RAM)등) 또는 비휘발성 메모리(non-volatile Memory, 예를 들면, OTPROM(one time programmable ROM), PROM(programmable ROM), EPROM(erasable and programmable ROM), EEPROM(electrically erasable and programmable ROM), mask ROM, flash ROM, NAND flash memory, NOR flash memory 등) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
시스템 운용서버(300)는 상기 수집된 재배환경 상태정보를 분석하여 재배환경을 분석하고 그 분석 결과를 사용자 단말기(10)로도 전송할 수 있다. 예를 들어, 시스템 운용서버(300)는 수집된 재배환경 상태정보를 분석한 결과 식물이 물 부족상태이면 이를 알리는 메시지 등을 사용자 단말기(10)로 전송할 수 있다.
도 5를 참조하면, 시스템 운용서버(300)는 상기 열화상 카메라(110), 사물데이터 센서(120)에 의해서 수집된 식물의 열분석, 열분포 데이터와 생육 조건 정보를 실시간으로 수신하거나, 수신된 정보를 지역 및 작물 특성과 비교 매핑하거나, 수집된 정보를 컨텐츠화하도록 시스템 운용서버의 제반적인 동작을 제어하는 제어부(310);
상기 제어부(310)의 제어신호에 따라 상기 열화상카메라(110) 및 사물데이터 센서(120)의 통신인터페이스에서 전송되는 온도, 습도, 조도, 토양의 산도 데이터를 수신하여 메모리부(350)로 전송하는 데이터수집부(320);
상기 제어부(310)의 제어신호에 따라 데이터수집부(320)를 통해 전송되는 열화상카메라의 열분석, 열분포 데이터와 사물데이터 센서에 의해서 측정되어 온도, 습도, 조도, 토양의 산도 데이터를 기존에 저장된 관련 정보와 비교하여 각 식물별, 조건별 데이터를 서로 매핑하는 데이터 매핑부(330);
상기 제어부(310)의 제어신호에 따라 반응하여 식물 재배기(100)로부터 수신한 식물 재배 정보 및 식물 생장 데이터를 저장하고, 상기 데이터 매핑부(330)에서 매핑된 정보를 저장하는 메모리부(340); 및
상기 시스템 운용서버(300)에 연결된 다수의 식물 재배기들(100)에 대해 측정된 온도, 습도, 조도, 토양의 산도, 열분석, 열분포 등의 데이터와 각 식물별, 조건별 식물 재배 정보 및 식물 생장 정보를 교육용 또는 연구용으로 컨텐츠화하는 컨텐츠 생성부(350)를 포함하여 구성된다.
상기 시스템 운용서버(300)의 제어부(310)는 열화상 카메라(110)에서 촬영한 이미지와 기 저장되어 있는 각 성장 단계별 식물의 표준 이미지를 비교하여 이를 기초로 이미지에 차이가 있다고 판단된 경우 이상 신호를 출력하는 영상분석부(360)를 추가로 포함할 수 있다. 이상 신호는 식물 재배기(100)의 모니터(101)에 표시되거나, 사용자 단말기(10)의 디스플레이부에 표시될 수 있다.
상기 시스템 운용서버(300)는 다양한 식물 재배기들(100)과 다양한 통신 방식을 이용하여, 유선 및/또는 무선으로 연결될 수 있다. 어떤 실시예들에서는, 상기 통신 방식들의 예들은, 와이파이(WIFI), 블루투스(bluetooth), BLE(buletooth low energy), 지그비(zigbee), 전력선통신(power line communication), 적외선 통신(infrared transmission, IR) 또는 초음파 통신(ultrasound communication) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
다른 실시예들에 따르면, 상기 시스템 운용서버(300)는 적어도 하나의 클라우드(cloud)와 연결될 수 있다. 상기 클라우드에서는, 상기 시스템 운용서버(300)와 유사한 다른 장치들로부터 수집한 데이터를 이용하여 빅데이터(big data)를 형성할 수 있다. 상기 수집된 데이터는 특정 목적(예를 들어, 교육)을 위해 사용될 수 있다.
시스템 운용서버(300)에서 스마트 제어부(200)의 구동을 제어하여, 상술한 광원부 및 급수부의 구동을 제어할 수 있다. 역으로, 식물 재배기(100)가 구동되는 경우, 도시되지 않은 센서들은 상기 식물 재배기(100)가 정상적으로 작동하는 지의 여부를 센싱하고, 비정상 적인 작동을 하는 경우, 이를 스마트 제어부(200)로 전달하고, 스마트 제어부(200)는 유무선 통신 방식을 통해 시스템 운용서버 (300)로 정보를 전달할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 시스템 운용서버(300)를 예로 설명하였지만, 스마트 폰과 같은 사용자 단말기(10)를 통해 스마트 제어부(200)로 구동 제어 신호 전송 및 모니터링이 가능할 수 있다.
상기한 바와 같이 사물인터넷 기반 식물 재배 데이터 수집 및 관리 시스템에 있어서, 식물 재배를 하기 위해 필요한 조건(광도, 용토, 온습도 등)을 맞추어주는 여러 기기를 부착하여 조건을 확인 및 제어하기 위해 IT기술을 이용한 컨트롤러를 이용해 작물마다 다른 재배 조건에 맞게 제어를 하고, 이 때 설정한 조건을 데이터베이스화하여 저장해, 식물을 심을 때마다 재배조건을 일일이 수동으로 맞추는 것이 아니라 저장된 데이터를 꺼내 사용하여, 정확한 재배조건을 맞추면서 동시에 재배자의 편의성을 향상하여, 식물재배에 정확한 정보 제공과 꾸준한 관심을 유도한다.
따라서 본 발명은, 식물 재배 데이터 수집 및 관리 시스템에 있어서. 조도, 토양의 산도, 온습도를 통합제어를 통해 일괄 컨트롤 할 수 있어, 식물 마다 다른 재배조건을 알맞게 조절 할 수 있으며, 열화상 카메라를 통한 열분석으로 식물의 생장상태 및 이상, 변화 등을 확인 후 최적화하여, 식물이 성장하는 과정을 열화상과 일반 영상으로 기록을 할 수 있다. 또한 스마트폰이나 IT기기와 연동이 가능하여 실외에서도 식물의 상태를 체크, 제어할 수 있어 식물을 재배하는 사람이 꾸준한 관심을 유도하고, 이러한 과정에서 수집된 데이터를 빅데이터화하여 저장하고 콘텐츠로 연결하여, 교육용 교구, 연구용 데이터 등으로 활용할 수 있는 효과를 갖는 것이다.
본 발명에서 다양한 실시예에 따른 장치의 적어도 일부는, 예컨대, 프로그램 모듈의 형태로 컴퓨터로 읽을 수 있는 저장매체 (computer-readable storage media)에 저장된 명령어로 구현될 수 있다. 명령어는, 프로세서에 의해 실행될 경우, 하나 이상의 프로세서가 명령어에 해당하는 기능을 수행할 수 있다.
컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체는, 하드디스크, 플로피디스크, 마그네틱 매체 (magnetic media)(예: 자기테이프), 광기록 매체 (optical media)(예: CD-ROM (compact disc read only memory), DVD (digital versatile disc), 자기-광 매체 (magneto-optical media)(예: 플롭티컬 디스크 (floptical disk)), 하드웨어 장치 (예: ROM (read only memory), RAM (random access memory), 또는 플래시 메모리 등) 등을 포함할 수 있다. 또한, 프로그램 명령에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함할 수 있다. 상술한 하드웨어 장치는 다양한 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지다.
다양한 실시예에 따른 모듈 또는 프로그램 모듈은 상술한 구성요소들 중 적어도 하나 이상을 포함하거나, 일부가 생략되거나, 또는 추가적인 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다. 다양한 실시예에 따른 모듈, 프로그램 모듈 또는 다른 구성요소에 의해 수행되는 동작들은 순차적, 병렬적, 반복적 또는 휴리스틱 (heuristic)한 방법으로 실행될 수 있다. 또한, 일부 동작은 다른 순서로 실행되거나, 생략되거나, 또는 다른 동작이 추가될 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 따라서 본 발명의 범위는 전술한 실시예에 한정되지 않고 특허청구범위에 기재된 내용 및 그와 동등한 범위 내에 있는 다양한 실시 형태가 포함되도록 해석되어야 할 것이다.
100: 식물재배기
200: 스마트 제어부
300: 시스템 운용서버 10: 사용자 단말기
101: 모니터 110: 열화상 카메라
120: 사물데이터 센서 105: 용기
106: 물받이 107: 광원부
300: 시스템 운용서버 10: 사용자 단말기
101: 모니터 110: 열화상 카메라
120: 사물데이터 센서 105: 용기
106: 물받이 107: 광원부
Claims (8)
- 식물 생장에 관련된 제반 조건을 조절할 수 있는 식물이 식재된 복수 개의 식물 재배기들과 이를 관리하는 시스템 운용서버로 구성되는, 사물인터넷 기반의 식물 재배 데이터 수집 및 관리 시스템으로서, 상기 식물 재배 데이터 수집 및 관리 시스템은,
상기 복수의 식물 재배기들의 식물 생장에 관련된 제반 조건을 다양하게 변화시키면서, 식물의 생장 상태, 영양 상태, 병충해 감염상태, 및 생육단계별 최적 성장을 위한 정밀 데이터를 수득할 수 있도록 재배 식물의 일반 영상과 열화상을 촬영하여 열분석 및 열분포 데이터를 생성하는 하나 이상의 열화상 카메라;
상기 식물 재배기들의 생육 조건들에 대한 데이터를 수집하는 하나 이상의 사물데이터 센서로서, 토양의 전기전도도, 토양의 함수율, 및 토양 온도를 측정하기 위한 토양 센서를 추가로 포함하는 사물 데이터 센서;
상기 열화상 카메라에서 측정된 재배 식물의 열분포 및 열분석 영상을 디스플레이하는 모니터;
상기 열화상 카메라로부터 영상 정보를 수신하는 무선통신부;
상기 시스템 운용서버로부터 식물 재배기의 생육 조건을 제어하기 위한 제어 신호를 전송받아서, 생육 조건 조정을 위해 식물 재배기들의 광원 조사 또는 급수를 제어하는 스마트 제어부;
시스템 운용서버의 제반적인 동작을 제어하는 제어부로서, 열화상 카메라에서 촬영한 이미지와 기 저장되어 있는 각 성장 단계별 식물의 표준 열화상 이미지를 비교하여 이를 기초로 열화상 이미지에 차이가 있다고 판단된 경우 이상 신호를 출력하는 영상분석부를 포함하는 제어부;
상기 열화상 카메라로부터 전송되는 열분석, 열분포 데이터와 사물데이터 센서로부터 전송되는 식물의 생육 조건 데이터를 수신하여 메모리부로 전송하는 데이터 수집부;
상기 데이터수집부를 통해 전송되는 열화상 카메라의 열분석, 열분포 데이터와 사물데이터 센서로부터 수신한 식물의 생육 조건 데이터를 기존에 저장된 관련 정보와 비교하여 각 식물별, 각 재배 조건별 데이터를 서로 매핑하는 데이터 매핑부;
복수의 식물 재배기들로부터 수신한 식물 재배 정보 및 식물 생장 데이터를 저장하고, 상기 데이터 매핑부에서 매핑된 정보를 저장하는 메모리부; 및
상기 복수의 식물 재배기들에 의해서 측정된 열분포 및 열분석 영상과 사물데이터 센서에 의해서 수득된 다양한 식물들의 생육 조건과 생장 과정에 대한 종합 정보 분석에 의해 식물의 생장 상태, 영양 상태, 병충해 감염 상태, 스트레스 반응을 포함하는 식물 재배 정보 및 생육 단계별 최적 생장을 위한 정밀 데이터를 수집하여 재배 조건이 서로 다른 다양한 식물들의 최적화된 생장 및 재배조건을 도출해서 각 식물별 최적화 재배 정보를 데이터베이스화하여 컨텐츠화하는 컨텐츠 생성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 사물인터넷 기반의 식물 재배 데이터 수집 및 관리 시스템. - 제1항에 있어서, 상기 사물인터넷 기반의 식물 재배 데이터 수집 및 관리 시스템은, 상기 제어부가 열화상 카메라 및 사물데이터 센서에 의해서 수집된 데이터에 기초하여 특정 식물에 최적화된 조건으로 식물 재배기를 제어하기 위한 원격제어 명령어를 생성하여 상기 스마트 제어부로 제공함으로써 식물 재배기의 생육 조건을 해당 식물에 최적화된 조건으로 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 사물인터넷 기반의 식물 재배 데이터 수집 및 관리 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 생육 조건들에 대한 데이터는 온도, 습도, 조도, 토양의 산도, 토양의 온도, 토양의 전기전도도, 토양의 함수율에 대한 데이터임을 특징으로 하는 사물인터넷 기반의 식물 재배 데이터 수집 및 관리 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 열화상 카메라는 열화상 카메라 이외에 RGB카메라, 근적외선카메라, 형광카메라, 및 초분광카메라 가운데 하나 이상을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 사물인터넷 기반의 식물 재배 데이터 수집 및 관리 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 식물 재배 데이터 수집 및 관리 시스템은 장소이동이 가능한 포터블 장치로 구성되는 것을 특징으로 하는 사물인터넷 기반의 식물 재배 데이터 수집 및 관리 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 식물 재배 데이터 수집 및 관리 시스템은,
식물의 광합성에 필요한 빛을 제공하는 광원부; 식물에 물을 공급하는 급수부; 식물 주변의 온도를 조절하는 온도제어부; 습도 센서가 포함되어 있어서 식물 재배기 내의 습도를 조절하는 습도제어부; 광량을 조절하는 조도제어부; 및 토양의 산도를 조절하는 산도제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 사물인터넷 기반의 식물 재배 데이터 수집 및 관리 시스템.
- 제6항에 있어서, 상기 식물 재배 데이터 수집 및 관리 시스템은,
상기 시스템 운용서버로부터 상기 광원부와 급수부를 구동시키기 위한 구동 제어 신호를 유무선 통신 방식을 통해 전송 받되, 상기 광원부와 급수부의 이상 작동 여부가 감지되면, 유무선 통신 방식을 통해 알람 발생기로 알람을 발생시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 사물인터넷 기반의 식물 재배 데이터 수집 및 관리 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
열화상 카메라 및 사물데이터 센서에 의해 각각 검출된 데이터를 사용자 단말기로 전송하고, 사용자 단말기에는 식물 재배 관리 애플리케이션이 설치되며, 상기 식물 재배 관리 어플리케이션은 동일한 코드를 공유한 사람들이 상기 컨텐츠생성부에 의해서 생성된 컨텐츠를 참조하여 함께 식물을 재배할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 사물인터넷 기반의 식물 재배 데이터 수집 및 관리 시스템.
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