Greenhouse 원격관리시스템 개요 1

 

 

다양한 분야에서 범용으로 사용하는 제품을 한 분야에만 사용할 수 있도록 특정 기능만을 구현하는 일을 보통 커스터마이징이라고 말합니다. 범용으로 사용하는 제품을 원하는 기능만을 사용하면 되지 않느냐? 하는 데 보통 원하는 기능 한 두 가지는 들어 있지 않고, 가격이 맞지 않거나 좀 더 성능을 추가하고자 하는 경우에 커스터마이징을 하게 됩니다. 

 

스마트 팜, 스마트 농장, 스마트 Greenhouse 등 이름은 다르지만 원하는 목적은 다 같습니다. 농사, 원예, 하우스 관리 등과 같은 업무를 사물인터넷 기술을 이용하여 자동화하고 원격 관리가 가능하게 만드는 것입니다. 진행할 포스팅은 이전에 프로젝트를 진행하며 개발한 자료와 제작 과정을 공유하는 데 있습니다. 전체 과정을 보고 나면 다른 분야에 적용하는 일은 쉽게 할 수 있습니다.

 

Greenhouse 원격관리 시스템을 구현하는 전체 포스팅은 아래와 같이 진행합니다. 참고하세요.

Greenhouse 원격관리시스템 개요 1

Greenhouse 원격관리시스템 Hardware 2

Greenhouse 원격 관리시스템 센서와 액츄에이터 3

Greenhouse 원격 관리시스템 액츄에이터 4

Greenhouse 원격 관리시스템 전원부 5

Greenhouse 원격 관리시스템 연결도 6

Greenhouse 원격 관리시스템 소프트웨어 테스트 7

Greenhouse 원격 관리시스템 서버프로그램과 카메라 8

Greenhouse 원격 관리시스템 안드로이드 앱 9

 

빠진 부분은 다른 자료를 통해 메꾸는 일이 필요할 수도 있습니다. 문의 사항은 언제든 질문하시고 도움이 필요하시면 댓글에 요청하시기 바랍니다. 먼 길을 떠날 때 가장 먼저 하는 일은 신발끈을 매는 게 아니라 한 걸음 내딛는 겁니다. 신발끈을 매다 보면 물도 챙겨야 하고, 음식도 준비해야 하고, 배낭도 짊어져야 하고... 내일 떠나게 됩니다. 방향이 정해지면 가장 먼저 출발하는 일, 한걸음 내딛는 일이 우선입니다. ^^

 

 

1. 사업정보 - 생략

 

2.Greenhouse 원격관리시스템 개요 

 

Greenhouse 원격관리시스템은 사물인터넷을 활용한 시스템으로 Greenhouse 관리자가 원격지에서 Greenhouse 상태를 모니터링하고, 관리할 수 있는 시스템이다.

 

사람이 상주하지 않는 비닐하우스에 설치된 Gateway System은 Greenhouse(우리말 비닐하우스) 상단, 하단, 출입구 등에 설치된 센서 -온도.습도센서, 조도센서, 강우 센서- 상태를 실시간 모니터링하고, 여러 개의 CCTV 카메라를 통해 실시간으로 영상을 제공하며, 원격지 모바일 단말기를 통해 Greenhouse에 설치된 액츄에이터 -워터펌프, FAN- 를 제어할 수 있다. Greenhouse 원격 모니터링 및 관리 시스템 개념도를 아래에 나타내었다.  

 

 

Greenhouse 원격관리시스템 개념도. 출처: https://www.yuktix.com/

 

Gateway는 여러 서버 -데이터베이스, 동영상 스트리밍, 데이터베이스, 웹 등 – 기능을 수행하며 사용자 요청에 응답하게 된다. 또한 장기간 데이터를 Gateway 자체에 보관하는 기능을 수행하며, 필요할 경우 클라우드 서버에 데이터를 저장하는 역할을 수행한다.

 

Greenhouse 원격관리 시스템은 ARM11 라즈베리 파이 기반 하드웨어를 갖추고 있으며, 각 센서부는 유선 방식을 사용하거나 향후 LoRa 무선통신 기술을 이용해 데이터를 송수신한다.

 

Greenhouse 원격관리 시스템은 무선 송수신 센서 모듈, 유선 제어에 필요한 UART 통신선, 여러 액츄에이터를 제어하는 스위칭 박스, Gateway 시스템, 디스플레이, 원격 단말기로 구성된다.

 

 

3. Greenhouse 원격관리시스템 개발 일정 - 생략

 

4.Greenhouse 원격관리시스템 구성 

 

4.1 시스템 Block도
Greenhouse 원격관리시스템은 Gateway 시스템과 모바일 프로그램으로 구성되며, 농장 관리 Gateway는 온습도 센서, 조도센서, 강우 센서에서 수집한 데이터를 database에 저장하고, 센서 데이터를 판단하여 다양한 하드웨어(워터 펌프, 순환 Fan, 창문 개폐)를 구동한다. 또한 안드로이드 폰과 연동을 통해 원격지 사용자 요청이 발생할 경우 ethernet이나 wifi를 통해 센서 데이터나 영상 정보를 송신하고, 여러 외부 장비를 작동한다.

 

아래는 Greenhouse 원격관리시스템의 개략적인 구성도를 나타낸다. 시스템은 아래 형태로 구성하였고, 다수 센서 입력을 추가로 사용할 수 있으며, 출력으로 릴레이, 마그네틱 스위치 등을 확장할 수 있도록 설계하였다. 아래 전체 구성도에서 빠진 부분이 라즈베리파이에서 클라우드로 데이터를 전송하고 액츄에이터 전송신호를 수신하는 부분이다. 말하자면 클라우드를 구성하는 부분인데 사실 잘 모르는 부분이라 구현은 되었지만 그림에서는 빠져있다. 추후 보완하여 다시 전체 구성도를 나타내기로 하자.

 

 

Greenhouse 원격관리 시스템 구성도

 

4.2 시스템 주요 기능
Greenhouse 원격관리시스템 주요 기능은 센서 데이터 수집, 액츄에이터 제어 기능으로 요약할 수 있다. 자체적으로 Greenhouse 관리에 필요한 센서 데이터를 수집하고, 센서 데이터에 따라 Greenhouse 액츄에이터를 제어하게 된다. 대표적인 기능을 아래에 나타내었다.

○ 스마트폰을 이용한 Greenhouse System Actuator 원격제어
○ 온 습도 센서 데이터를 수집하여 공기 순환 Fan 자동 제어
○ 온 습도 센서 데이터를 수집하여 급수 펌프 자동 제어
○ 조도센서와 강우 센서 데이터를 수집하여 창문 개폐 자동 제어
○ 조도 상태를 통한 식물용 LED 작동 자동 제어
○ 영상 전송 실시간 모니터링  

 

4.2.1 개폐기/보온덮개 제어
Greenhouse 실내 환경에 따라 자동으로 제어하는 기능으로 아래와 같은 제어를 수행한다.
- 온도에 따라 개폐기, 보온덮개 자동으로 여닫기
- 스마트폰을 통해 온도, 외부환경을 확인 후 직접 여닫기 버튼을 눌러 개폐기 작동 제어
- 온.습도 이상, 정전, 화재 등 유사시 휴대폰으로 SMS 전송 기능

 

4.2.2 온 습도(CO2) 환경 자동제어
Greenhouse 내부 센서를 통해 획득한 데이터를 바탕으로 환경 자동제어 기능을 수행한다.
- 온 습도 이상 시 농장주 휴대폰으로 SMS 통보
- 원격에서 확인/통제가 가능하고, 야간에도 안정적인 재배환경 유지 가능
- 온도에 따른 다양한 냉. 난방 기자재 연동 가능, 환기팬, 보일러, 히트펌프, 관수 펌프 등

 

4.2.3 실시간 영상 감시/녹화
- 주.야간 감시용 카메라로 농작물 도난방지
– 일정 기간 영상 녹화 기능
- 하우스 내부에 설치하여 작물 생장상태 확인 가능  

 

4.3 시스템 구성품
Greenhouse 원격관리시스템 구성품은 Greenhouse Gateway 기능을 수행하며 모든 업무를 처리하는 메인보드와 프로세서, 메인보드와 통신하며 입출력을 담당하는 IO 보드, 인터넷 공유기, 각종 센서들, 액츄에이터, 전원 스위칭 박스, 케이블 배선으로 구성된다. 아래 테이블에는 각 구성품과 기능, 사양을 정리한 테이블이다.  

 

Greenhouse 원격관리시스템 구성품 테이블

구성품	사 양	기 능
라즈베리 파이	Raspberry Pi Model 3B+ Broadcom BCM2835 SoC 700 MHz ARM1176JZF-S CPU	센서 소프트웨어와 액츄에이터 소프트웨어를 실행하며 인터넷 연결 기능을 수행합니다. Embeded H/W 및 Linux 기반 Firmware 실습
IO 보드	Huins IoT IO Board	Raspberry Standard GPIO Headers(40pin) 연동
인터넷 공유기	ipTIMEN704BCM	Ethernet, WIFI 인터넷 연결
센서	온 습도센서	대기 환경 온도와 습도 측정
	조도센서	농장 빛 양을 측정
	우중 센서(강우 센서)	강우를 감지하는 센서
	풍속계	바람 세기를 측정하는 센서
제어 박스	제어시스템 박스	제어시스템 구성품이 장착
스위칭 박스	전원 스위칭 박스	외부 액츄에이터에 전원 제어
액츄에이터	워터펌프	Greenhouse 내부에 물을 공급
	공기 순환 팬	Greenhouse 실내 공기를 순환
	개폐기	그린하우스 덮개를 Open, Close 제어
	조명	그린하우스 조명 ON, OFF 제어

 

아래에 전체 필요한 부품을 리스트 하였고 사용법은 각 개발 항목에 나타낸다. 참고로 확인하기 바란다.

 

센서

조도센서 / AMM-ILLU001   - 3개

우적(강우)센서 / BSR-307   - 3개

"온습도 센서 / RHT-05 구매"  - 3개

풍속센서 [SEN0170]   - 7개

 

액츄에이터

 

온수 순환펌프 PB-53C. 32mm 3개

자동개폐기 / 네오스타 WSM-4035 – 3개

순환팬 / 현대팬 LD-SF102A – 3개

조명 – 방수소켓 10개 400원 

 

기타 부품

 

라즈베리파이 / Raspberrypi3 M B 3개

"파워서플라이(5,12,24V) VSF50-BHW  3개

파워서플라이 RD-125B CH2  3개

SSR(릴레이스위치) / FOTEK SSR-25 DA  12개

Fuse / 한영넉스 HY-F15  16개

"누전차단기 / EBS 52FB 30A 대체 구매" 3개

제어박스 (350*350*180) + 속판추가  3개

"인터넷 공유기 N704BCM" 3개

 

KDS-P2M1 셀렉트 스위치 16개

KDS-P3M2 셀렉트 스위치 3개

 

KH-RS-14N/14N-8 릴레이 소켓 6개

KH-103-2C 8p힌지형 전자계전기 릴레이 2극형 6개

MULTICOMP  2TJ3003-W05100  Sealed Ethernet 10개

케이블 그랜드 KA-PG7 10개

케이블 그랜드 KA-PG9 10개

케이블 그랜드 KA-PG11 20개

 

추가 부품

CV 전선 30미터 

 

여기까지 하고 놀러 나간다. 2편은 Greenhouse 원격관리 시스템 하드웨어 편에서 다룬다.