KR20220022060A - 블루투스 5.0기반 센서와 제어장치를 포함하는 클라우드 공유작물관리 시스템 - Google Patents

Abstract

크라우드 네트워크를 기반으로 작물생육환경 측정을 위한 블루투스 5.0무선 센서들과 제어장치를 블루투스와 LTE를 사용한 스마트폰 또는 게이트웨이를 통하여 다수가 공용으로 사용할 수 있는 시스템에 연동한 공유작물관리 시스템으로서 웹을 사용한 시설 설치 없이 작물관리 제어가 가능하도록 하여 생산성을 향상하도록 지원하는 것이다.
사용자, 블루투스를 사용하는 센서장치, 제어장치를 등록하고, 승인된 접속승인번호에 따라, 사용자와 그 접속권한이 부여된 센서와 제어장치 자동으로 시스템에서 연결되어 사용자가 재배하는 작물의 성장환경 데이터를 실시간 수집하여 작물의 최적 성장환경 데이터와 비교분석하여 성장환경요소(공기, 물, 양분등)를 적기에 보충하여 작물 생산성을 향상시키기 위한 시스템이다. 특히 본 시스템은 전세계가 일반적으로 널리 사용되는 블루투스와 LTE를 표준화 호완성 기준으로 삼고, 블루투스에 연동된 다양한 종류의 센서와 블루투스로 작동되어 제어 장치를 핵심으로 하여, 시스템을 크라우드 망을 통한 공유방식으로 사용하게 함으로서 저가격, 확산성, 사용자위주의 구축이라는 작물관리 시스템에 관한 것이다.

Description

블루투스 5.0기반 센서와 제어장치를 포함하는 클라우드 공유작물관리 시스템 {cloud plant growth management system including sensors and controllers based on bluetooth 5.0}

본 발명은 블루투스 5.0기술 접목 무선 센서들과 무선 제어장치들, 스마트폰 앱 또는 블루투스 통신을 LTE통신으로 상호전환 시켜 주는 게이트웨이를 중계형태로 시스템 서버와 호환 연동을 시켜 수집된 작물의 실제 환경 데이터와 기존 데이터 베이스에서 가져온 작물의 최적환경 정보를 분석하여 사용자인 농부, 화초, 작물 재배자에게 그 차이점을 알려주고, 부족한 작물생육요소(물,양분,공기,빛 등)를 제공하도록 공급장치를 작동 제어하여 생산성을 극대화 시킬 수 있도록 원격에서 작물의 생육 환경을 최적화 주는 시스템 기술이다.

유선포함 WiFi, LTE, 블루투스 등 무선기술에서 블루투스5.0과 mesh network 기술이 적용된 센서들과 on/off스위칭 제어장치들을 WiFi, LTE, 블루투스 등 무선통신기술과 연결 구성된 클라우드 네트워크 기술에 연동하고, 응용프로그램인터페이스( Application program Interface)기술로 다양한 데이터 베이스를 연결하여 등록된 사용자인 농부가 작물재배 환경을 이해하기 쉽게 그래픽을 사용한 사용자인터페이스(User Interface)기술로 작물최적 생육환경과 실제 작물환경을 비교분석하여 보여주고, 조치할 수 있도록 빅데이터, 인공지능을 융합한 기술이 이 고안의 배경기술이 된다.

10-2017-0097054

20-2019-0000344

기존의 작물재배관리 시스템, 스마트팜은 센서, 모니터와 제어장치가 전용으로 일괄적으로 설치되는 방식이다. 즉, 센서, 제어장치의 호완과 연동을 위하여 제조회사가 동일하거나, 연동을 위한 전문기술진이 설치를 해 주어야 하고, 관리제어를 위한 관리제어 시스템을 사용자 개별로 설치하고 운영함에 따라, 초기부터 고비용 투자가 되어야 하고, 설치이후에도 지속적 관리비용이 발생되는 시스템이었다. 이 경우 사용자는 작물재배 면적이나 양을 확대하기 위하여 추가 센서나 제어장치를 설치하려하면 초기설치 동일 센서나 제어장치를 설치하여야 하는 한계적 선택만이 존재하므로, 다른 센서나 제어장치 또는 향상된 장치를 사용하거나 추가할 수 있는 자유로움이 없었다. 이는 실제 사용에 따른 손익 판단 기회없이 일방적으로 이루어지며, 한 번 설치가 되어 지속적으로 사용하기 위한 시설보수유지 역시 설치한 업체만 가능한 비효적이고, 제한적 문제가 있다.

결국 사용자 입장에서는 초기 높은 비용과 선택의 제약이 있어, 작물관리의 도입 및 확장 설치에 대한 부담감이 가중 됨에 따른 생산성의 극대화를 위한 기술 도입에 장애가 되고 있다. 또한 시스템이 한 지역에 고정 설치되어 관리제어에 대하여 지역적 제한은 대량 생산농업을 제한하고 있다. 관련 센서와 제어장치 제조사, 설치업자는 시스템으로 일괄 설치및 판매를 하여야 함에 따라 기술인력보유 또는 제품개발의 어려움 등으로 원가상승과 개발기간에 따른 상품화나 판매에 난관에 봉착하는 경우가 많고, 실질적으로 농업 현대화를 위한 사용자와 공급자간 이윤 충돌지점 있어, 산업 전체적으로 성장을 저해하고 있었다.

작물재배 환경 상태 파악을 위한 센서들을 세계적으로 널리 일반화된 블루투스무선을 이용하여 스마트폰이나, 블루투스를 LTE로 전환 연동하는 게이트웨이를 통하여 수집하도록 하게되면 장치가 저렴하게 개발될 수 있다. 또한 이러한 스마트폰과 게이트웨이를 통한 환경조절 장비들( 수분공급기, 양액공급기, 보일러, 가림막 등) 역시 블루투스 on/off장치에 연결하여 무선으로 제어가 가능하도록 함으로서 작물관리 환경인 스마트팜을 사용자인 농부의 편익에 따라 자동화를 쉽게 구축할 수 있도록 지원이 가능하게 된다. 즉, 일반화된 블루투스 통신으로 표준화와 호완성을 확보하고, 핵심적 무선 센서와 제어장치를 제공하여 자동화된 작물관리 환경 구축을 지원하는 것이다. 작물관리에서 온도, 수분농도, 토양양분 같은 다양한 지표가 있고, 이를 단순하게 수치적으로 보여주는 것은 일반 사용자관점에서는 이해하기 힘들기 때문에 이러한 데이터를 복합적이고, 일목요연하게 쉽게 사용자가 이해할 수 있도록 그래픽으로 보여 주고, 시스템 역시도 크라우드 기반의 공유 플랫폼방식으로 사용하도록하게 하면, 센서나 제어장치 업체는 데이터 로거나 수집데이터 화면에 대한 개발 투자비를 줄이고, 사용자는 전용모니터를 위한 시스템설치나 보수유지를 위한 시설투자를 할 필요가 없게 되어 쉽게 저렴한 비용으로 스마트팜에 접근이 가능하게 된다. 또한 공유 플랫폼 방식 시스템은 많은 데이터를 수집이 가능하므로, 데이터 수집을 통한 빅데이터가 가능하고, 이런 데이터를 인공지능을 적용 분석함으로서 저렴한 비용투자대비 농업생산성에 획기적 기여가 가능할 수 있는 토대가 마련될 수 있다.

블루투스 무선 통신 기반의 다양한 제조사의 센서와 제어장치가 어플리케이션프로그램인터페이스(API)로 연동이 되고, 다수의 사용자가 동시접속 함으로서 제조사와 사용자가 공유 연동되어 사용가능한 작물관리제어 시스템

도1은 센서와 제어 장치들, 스마트폰 또는 게이트웨이, 클라우드 공유 작물관리제어 전체적인 시스템을 나타낸 것이다.
도2는 센서와 제어 장치들과 사용자 등록, 시스템의 자동연결 연결되어 실제작물 환경과 최적환경을 비교 분석하여 조치하는 흐름을 나타낸 것이다.
도3은 센서와 제어장치가 스마트폰 또는 게이트웨이를 통하여 시스템과 연동, 데이터 수집과 비교에 따른 시스템 자동제어로 작물환경을 최적유지 하는 것을 나타낸 것이다.

본 발명은 사용자가 센서로부터 작물재배환경에 대한 데이터를 수집하여, 제어장치를 통하여 작물성장 최적환경을 유지하도록 함에 따라, 작물재배 수확 또는 성장을 최상을 유지하도록 하기 위한 것으로, 여기서 센서는 온도, 습도, 양분 상태등 작물의 성장과 관계되는 환경을 측정하는 장치를 말하는데, 블루투스 통신과 LTE통신을 통하여 서버와 연결되고 서버는 응용프로그램밍인터페이스를 통하여 데이터를 수집이 가능하도록 되어 있어, 실제작물의 환경데이터와 수집된 최적 환경데이터 비교 분석이 가능하다. 이러한 데이터를 기반으로 제어장치와 연결된 선풍기, 보일러, 양액기, 물공급기 등 환경제어기기 들을 작동하여 작물성장을 최적화 시킬 수 있는 시스템에 관한 것이다.

도1은 크라우드 기반으로 스마트폰(300)이나 블루투스, LTE 게이트(400)의 중계방식의로 구축된 작물관리제어 시스템으로 다수의 사용자와 다수의 센서(200)나 제어(100)장치가 공유 연결이 되도록 하여, 등록된 장치(100,200)들과 등록된 사용자가 권한에 따라 연결되어 연결된 센서(200)들로부터 데이터를 수집하거나 원격으로 제어기기를 제어하는 것이 가능하도록 하여 최적의 작물 생육환경을 구축하는 것을 보여준다. 그리고, 연결되는 장치(100,200)나 연결 가능한 사용자의 수가 무한정 늘어날 수 있는 전체적인 공유네트워크를 보여주는 것이다.

도2는 흐름도로서 작물관리제어 시스템에 사용자정보를 등록하고 서비스 가입을 하고 센서와 제어장치를 등록한(S10)후에 작물관리제어 시스템에 승인요청(S20)을 하게 되면, 사용자가 작물관리제어 시스템에 접속이 가능한 승인번호(S30)와 동시에 사용자를 센서와 제어장치가 연동이 될 수 있는 승인번호(S30)을 발행하게 된다. 부여된 승인번호만 있으면, 클라우드 공유 시스템이므로, 인터넷이 가능한 웹으로 전세계 어디에서든 접속하여 센서 데이터와 제어장치를 작동이 가능하게 된다. 사용자는 블루투스무선이 적용된 모든 종류의 기기를 작물관리제어 시스템에 허가가 되어 등록이 되면 접속 사용이 가능하다. 등록을 하기 위하여 센서 장치의 고유정보인 제조자, 모델명, 연번 과 사용자가 계획한 설치예정위치 정보를 입력한 후에 등록 승인요청(S20)을 하게 된다. 승인요청을 받은 시스템에서는 승인번호(S30)를 발급하게 되는데, 등록승인번호는 장치가 서비스에 연결되면, 장치와 사용자 연결를 시켜주는 중요한 역할을 하게 된다. 승인번호가 발급된 장치를 스마트폰앱이나 게이트웨이를 통하여 시스템에 접속하게 되면 시스템에서는 장치의 접속을 감지하게 되고, 이후 장치가 접속이 허가되었는지 확인하기 위하여 장치 고유정보인 제조사, 모델명, 연번을 확인하게 됨과 동시에 사용자와 연결을 자동으로 시도하게 된다(S40). 승인번호 연결은 1인 이상이 동시에 불가능하며, 시스템에서 장치의 정보를 확인하여, 사용자 승인번호와 비교하여 장치정보가 승인번호와 일치하게 되면, 연결을 허가되게 되고(S50) 결론적으로, 등록승인번호에 매개로 하여, 접속허가를 되어 등록한 사용자만이 센서와 제어장치 사용이 가능하게 되는 것이다. 장치에 대한 승인번호를 최초 신청할 때, 설치 위치를 입력을 하는데, 처음으로 장치가 사용자와 연결이 되면, 센서 설치위치에 재배할 작물입력을 서비스에서 사용자에게 요청하게 된다.(S60) 이는 설치될 위치의 토양 포함 환경정보와 실제 재배될 작물을 비교하기 위한 것으로, 작물입력이 되게 되면 시스템에서는 연결된 데이터베이스를 통하여 작물의 최적생육환경을 보여줌(S70)과 동시에 설치위치의 장치가 현재의 토양정보를 실시간 분석하여 표시하게(S80)된다. 실시간 처리된 토양의 상태와 작물의 이상적인 최적 생육환경과 비교 분석(S90)이 되어 그 차이가 정해진 오차범위를 넘어서서 현격한 차이가 발생하게 되면 시스템에서는 그 차이를 보여주게 되고, 이를 기초로 자동제어 장치를 가동하여(S100)를 필요한 성장환경요소(물, 양분, 공기질 등)를 보충해 준다. 이러한 보충 조치이후에 일정시간 이내에 다시 현재 생육환경정보와 작물 최적 생육환경을 비교하여, 동일한 상태가 될 때까지 반복을 하게 됩니다.

도3은 블루투스 센서장치, 제어장치, 스마트폰앱(300) 또는 게이트웨이(400)와 서버시스템 간의 상호작용을 어떻게 하는지 보여주는 것으로, 센서(200)에서 검출된 작물의 성장 환경 데이터(S80-1)를 스마트폰앱(300) 또는 게이트웨이(400)를 통하여 시스템(500)에 전달을 하게 되고, 이 데이터를 사용자는 확인이 가능하게 됩니다. .사용자 역시도 재배할 작물을 입력 함으로서(S60-1) 시스템은 재배작물의 이론적 최적생육조건과 센서(200)에서 수집한 실제 작물성장환경 데이터(S80-1)를 시스템에서 비교하게 되고(S90-1), 이런 비교와 분석(S90-1)을 통하여, 시스템(500)은 사용자에게 알려줌과 동시에 조치를 위하여 환경자동제어를 작동(S100-1)시켜 모자라는 환경요소(물,비료,공기)를 채워주게 된다. 이 후에 다시 작물성장환경 데이터(S80-2)를 수집하여 조치가 제대로 이루어 졌는지 평가(S90-1)를 하게 된다.

사용자가 시스템에 등록 하게 될 경우, 사용자의 국가에 대한 것도 입력을 하기도 하는데, 이는 사용자가 장치를 설치할 위치가 동일한 국가이내인지를 확인하기 위한 것이다. 동일한 국가가 아닐 경우에는 동일한 국가 지역이외에 장치가 설치될 이유를 증명함으로서 승인을 받아야 하는 추가적인 절차도 있게 된다. 이는 서비스를 전 세계적으로 할 경우에 필요한 조치도 되며, 때로는 해외농장을 관리하는 경우에도 이루어지는 승인조건이 되기도 한다.

또한 시스템에서 지원하는 비교방식에는 2가지 추천 서비스 유형이 가능한데, 하나는 센서 위치의 토양의 과거에 재배된 작물을 파악하여 추천하여 주는 방식이 있고, 또 다른 하나는 현재의 토양센서의 분석에 따른 가장 적합한 재배작물을 추천하는 방식이 있을 수 있다.

100 : On/Off 제어장치 들
200 : 센서 장치 들
300 : 스마트폰 앱
400 : 게이트웨이
500 : 서버
600 : 클라우드 망
S10 : 장치와 사용자 등록
S20 : 등록에 따른 승인요청
S30 : 승인요청에 따른 승인번호 발행
S40 : 사용자와 장치 상호 연동
S50 : 연동
S60 : 작물명 입력
S70 : 입력 작물명의 최적 생육환경 데이터 수집
S80 : 센서로부터 데이터 수집
S90 : 최적생육환경(S70)와 센서데이터(S80) 비교
S100 : 제어장치 가동
S60-1 : 스마트폰과 게이트웨이에서 확인되는 위치데이터
S80-1 : 센서에서 측정된 작물환경 데이터
S80-2 : 센서에서 측정된 작물환경 데이터
S90-1 : 센서에서 측정된 환경데이터와 데이터베이스에서 받은 최족 생육환경데이터 비교
S100-1: 비교된 데이터를 기반으로 자동 발생하는 제어명령

Claims (4)

1. 블루투스5.0 무선과 메시네트워크 기능이 적용한 온도, 습도, 비옥도, 조도와 같은 환경 측정이 가능한 1개 이상의 센서들와 전원 on/off제어 가능한 1개 이상의 장치들과
   무선 환경측정 센서들에서 측정된 데이터를 수신하여 서버시스템에 전달하고에서 서버시스템의 무선 on/off 제어명령을 송신하여 제어장치에 전달하도록 하는 중계기능을 하는 블루투스와 LTE이 통신이 되는 스마트폰 또는 블루투스 통신과 LTE통신을 상호연결 전환시키는 게이트웨이가 포함되고,
   환경측정 센서와 on/off 제어장치를 등록시키고; 사용자가 가입하여 신청하면 접속 가능한 승인번호를 부여하고; 이 승인번호에 의하여 등록된 사용자와 사용자가 접속권한 받은 환경측정 센서와 on/off제어장치를 연동을 시켜줌과 동시에 관리제어 시스템 접속이 허가되어; 등록된 센서장치로부터 스마트폰 또는 게이트웨이를 통한 데이터를 수집하고, 수집된 데이터를 그래픽으로 사용자에게 보여주고, on/off제어장치에 연결된 기기들을 스마트폰 또는 게이트웨이를 통하여 제어명령을 할 수 있도록 하는 서버시스템이가 포함된 공유 작물관리 제어 시스템
2. 제1항 있어서,
   재배 작물을 입력하면 입력된 작물의 최적성장환경, 즉, 온도, 습도, 토양비옥도, 조도, 공기 중 CO2상태 등을 데이터베이스에서 검색하여 보여주고; 입력 작물 최적성장환경 과 센서장치가 파악한 현재 토양상태를 비교 분석하여 차이점을 보여주고 사용자에게 조치하여야 할 내용을 알려주고, 이후 조치된 사항이 입력되면, 조치사항에 대하여 평가하는 작물관리 제어시스템
3. 제1항 있어서,
   입력된 재배작물의 최적성장환경 데이터를 보여주고, 환경센서장치에서 파악한 현재 환경 상태를 비교 분석하여 차이점을 보여주고, 이러한 차이를 해소하기 위하여, 연결된 물, 양분, 조도, 공기등 공급장치를 자동제어 시켜서 차이점을 제거하는 스마트 작물관리 제어시스템
4. 1항에 있어서,
   이용자의 스마트폰 또는 설치된 게이트웨이 장치를 통하여 서버시스템과 접속 되고, 센서장치 데이터가 서버에 전달되는데, 이때 스마트폰 GPS나 게이트웨이 IP주소를 서버시스템이 확인하여, 국가와 센서장치의 설치위치가 스마트폰 또는 게이트에이 사용지역인지 확인하고, 만약 센서장치 설치위치가 스마트폰 또는 게이트웨이의 위치의 국가 이외 인 경우 사용승인 허가를 추가로 받아야 하는 것을 포함하는 작물관리 제어 시스템
   

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