본 논문에서는 온실의 상황을 실시간으로 체크하여 온실의 환경을 최적의 상태로 유지하도록 하고, 또한 사용자가 원하는 환경에 대하여 필요한 장비를 수동모드로 변환하여 일시적으로 작동시킬 수 있도록 온실 자동화 시스템을 구현하였다. 온실에서 수집된 환경 데이터는 모니터링 컴퓨터로 전송되는 것은 물론, 웹을 통하여 즉시적인 제어가 가능하도록 웹 기반 시스템이 지원된다. 사용자는 웹 기반 시스템을 이용하여 온실의 상황을 실시간으로 확인이 가능하며, 온실 환경에 대한 조건을 정하여 자동화 기능을 유지할 수 있다.
기존의 인력을 동원하던 거의 대부분의 일들을 기계를 이용한 자동화 시스템으로 대체되고 있으며, 대체된 자동화 시스템은 작업의 효율성과 정확성으로 성능이 평가되고 있다. 본 논문에서는 농업분야에 응용하기 위한 온실제어 자동화 시스템을 개발하였다. 온실 온도제어 자동화 시스템은 보다 정확한 온도 제어와 습도 제어 기능을 가지고 있어야 하며, 오동작으로 농작물의 피해가 발생할 수 있으므로 오차의 최소화 기능도 필요하다. 이러한 모든 기능을 제어하기 위하여 AT89C51이 사용되었다.
우리나라 원예시설은 환경이 열악한 비닐하우스에서 정부의 원예시설에 대한 지원사업으로 자동화 비닐하우스가 설계되면서 농촌의 풍경을 바꾸어 놓게 되었다. '91년 이후 정부의 지원사업에 힘입어 '96년에 유리온실 면적이 250㏊, 자동화비닐하우스가 3,515㏊로 비약적인 발전을 이루었으나 경질판온실은 60㏊로 유리온실이나 자동화 비닐하우스에 비해 상대적으로 보급면적이 떨어지고 있는 실정이다. (중략)
현대화 온실이 농가에 보급 된지 5년째를 맞고 있지만 환경조절을 위한 자동화 설비의 이용현황은 외국으로부터 수입된 일부 유리온실을 제외하고는 당초 목적한 성능과 기술에 이르지 못하고 있어 그 이용율이 아주 저조하다. 이것은 농민의 자동화 장치 이용기술 부족 때문이기도 하지만 자동화 장치의 하드웨어 및 소프트웨어가 농민에 의한 수동스위치 조작보다 제어 성능이 따르지 못한 것이 주된 이유라고 생각된다. 이에 본 연구는 지금까지 외국기술에 의존하거나 이용율이 낮은 원예시설의 환경조절자동제어 시스템을 국내 기술에 의해 생산 보급할 수 있도록 성능이 우수하고 적응성이 높은 시스템 개발을 위하여 수행한 연구결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 온실의 고온관리를 위한 온실내외의 온도차를 함수로하여 창개례순서, 1회 개폐폭, 제어주기 둥을 결정하는 알고리즘을 개발하여, 제어프로그램을 작성하였으며 시스템을 운전하여 본 결과 제어성능이 우수하였다. 2. 파이프비닐온실에는 시스템의 설치 및 A/S의 편리성 등을 감안하여 각 환경요인별로 개별제어 할 수 있도록 시스템화하는 것이 바람직하다고 판단되었다. 3. 시스템의 실용화를 위하여 제어항목 중 관수, 탄산가스 농도, 커덴개폐는 타이머를 이용한 시퀀스제어로 하였다. 4. DSP칩을 이용하여 고온제어를 위한 창개폐제어 시스템을 실용화할 수 있도록 개발하였다. 5. 온실의 자동제어시스템과 연결되어 있는 전화를 통하여 관리자가 부재 중 온실의 과고온, 정전, 고장 둥 비상발생시 관리자에게 무선호출을 할 수 있는 경보시스템을 개발하였다.
현재까지 IoT 관련 기술들은 수많이 발전해왔다. 하지만 IoT 관련 기술들이 농업에 적용된 사례는 많지 않다. 이로 인해 농업에서는 자동화로 대체가 가능한 노동들이 여전히 사람들이 직접 하고 있다. 본 논문은 농업에 종사하시는 분들의 편의성 증대와 함께 농촌의 부족한 노동력을 충족시키기 위해 센서들을 이용하여 자동화된 농업 시스템인 '온실 환경 자동 케어 시스템'을 제안한다. 기존의 사람의 노동력을 이용한 방식이 아닌 컴퓨터가 센서와 상호작용을 하여 데이터를 처리하고 온실을 제어하여 농업 종사자들의 편의성을 증대시켜 나아가 농업의 부족한 노동력을 충족 시킬 수 있다.
1998년말 현재 우리나라의 시설원예 면적은 48,612ha이고 전체의 90.2%인 43,852ha가 단동비닐온실을 비롯한 관행온실이고, 9.8%인 4,760ha만이 자동화 온실이다. 관행의 단동비닐온실은 태양광에 의존하여 무가온으로 재배하고 있으며, 대부분 2중 하우스로 하거나 내부에 터널을 설치하여 보온덮개를 개폐하는 방식의 보온을 위주로 하여 온실의 온도를 관리한다. (중략)
재배시설내의 재배면적은 온실의 경우 벤치의 구성 방법에 따라서 차이는 있으나 바닥 면적의 47-68% 정도로 전체 면적에 비하여 생산에 사용되는 면적의 효율이 높지 못한 편이다(Langhans, 1990). 이러한 재배면적을 최대로 확보하여 단위 면적당 생산량을 높이기 위한 연구가 자동화 온실이나 식물공장을 중심으로 진행되고 있다. 이러한 연구는 많은 성과를 거두고 있으나 인공광을 이용하거나, 부가적인 기계화 장비나 자동화 설비가 필요하여 에너지 비용과 시설비용이 무시 못 할 정도이며, 고도의 제어기술이 요구되고 있어 상업용으로 보급되지 못하고 있다. (중략)
최근에는 웹(Web)을 기반으로 하여 여러 분야에 적용되는 원격 감시, 자동화 제어 시스템 등의 개발에 관한 연구가 활발히 전개되고 있다. 본 논문에서는 기존의 자동화 시스템에 원격 제어 기술을 추가하였다. 오류의 수정과 적용이 쉬운 LabView 그래픽컬 언어를 사용하여 멀티미디어 데이터 처리, 일반적인 통신망(TCP/IP)상의 확장성을 고려한 실시간 모니터링 및 원격 제어를 위한 방법을 제안하고, 온실 환경 제어 시스템에 적용하였다. 적용 결과는 온실의 제어 상황을 원격으로 제어 및 감시하는데 매우 효율적인 것으로 평가되었다.
오프라인에서만 가능했던 일들이 인터넷 속도의 향상으로 온라인을 통한 실시간 제어가 가능해지고 있다. TCP/IP를 기반으로 이루어지는 경우 대개 소켓을 이용한 PC기반에서 해석되어 지고 처리되어 진다. 본 논문에서는 PC기반의 원격제어 시스템을 임베디드화하여 온실시스템에 적용해 봄으로써 시스템의 안정성과 효율성에서 우수한 시스템을 구현하려고 한다. 이를 위하여 임베디드 시스템은 웹서버의 기능을 가진 HelloDevice 1300보드를 이용하였다. 실질적인 제어물의 제어를 위해서 제어기를 HelloDevice 1300보드와 시리얼을 통하여 통신하였다. 이와 같은 시스템을 구현하여 온실시스템의 자동화에 관한 실효성을 검증하였다.
본 논문에서는 온실재배 토마토에서 수분 상태를 고려한 정밀한 관개를 위하여 경직경의 변화에 근거한 자동관개 시스템을 구현하고자 하였으며 이와 같은 작물적 지표에 의한 관개제어시스템을 포트재배(closed feeding system) 조건과 포장재배 조건의 재배에 적용하여 토마토의 수량과 과실의 품질에 대하여 그 적합도를 평가하였다. 작물적 지표에 의한 관개 자동화를 위하여 경직경 측정 센서를 이용하여 측정한 경직경 일증가량(DI)를 관개 개시점의 결정에 이용하고, 동시에 이때의 관개량을 결정하기 위하여 토마토 증산모델을 적용한 마이크로 컴퓨터 자동관개 시스템을 구현하고 그 성능을 평가하였는데, 이 자동 관개 시스템을 이용하여 관개처리한 결과 포트재배에서는 토양수분에 의한 관개방식보다 수량 및 과실의 당도가 증가하였으나 포장조건에서는 관개방법간에 큰 차이가 없었다. 따라서 경직경 증가에 근거한 관개 개시점을 판단하고 관계량을 결정하는 증산모델을 사용하는 컴퓨터 시스템은 특히 closed feeding System에서 유용하며 토양조건에서는 토양의 상태, 작물의 반응 등을 고려하여 적용하여야 할 것으로 판단되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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