KR20140052284A

KR20140052284A - 농축산 원격관리를 위한 스마트형 유에스엔 시스템, 방법 및 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체

Info

Publication number: KR20140052284A
Application number: KR1020120118221A
Authority: KR
Inventors: 최조천; 장철우; 김연옥
Original assignee: 목포해양대학교 산학협력단; (주) 싱크펄스
Priority date: 2012-10-24
Filing date: 2012-10-24
Publication date: 2014-05-07

Abstract

본 발명은 USN(Ubiquitous Sensor Network) 시스템에서 농축수산, 환경, 선박 플랜트 등의 생육 환경을 센싱하고, 이를 분석하여 최적의 상태로 유지할 수 있도록 제어하기 위한 농축산 원격관리를 위한 스마트형 유에스엔 시스템에 관한 것으로, 특히 엔드 디바이스의 온도, 습도, 조도 중 적어도 하나의 값을 센싱하는 적어도 하나의 엔드 디바이스 센서부; 상기 엔드 디바이스 센서부에 의해 센싱된 데이터로 조명, 환풍기, 개폐기, 보일러 중 적어도 하나를 제어하는 엔드 디바이스 제어부; 상기 엔드 디바이스를 호출하여 각각의 센서값 정보를 수집하고, 미리 설정된 값과 비교하여 설정값을 초과할 경우 상기 각 엔드 디바이스를 제어하는 코디네이터; 및 각 엔드 디바이스로부터 수집된 데이터를 원격지의 관리자 단말로 전송하는 RF 통신 모듈;을 포함한다.

Description

농축산 원격관리를 위한 스마트형 유에스엔 시스템, 방법 및 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체{SMART UBIQUITOUS SENSOR NETWORK SYSTEM, METHOD AND COMPUTER READABLE RECORDING MEDIUM FOR MANAGING AGRICULTURE AND STOCKBREEDING REMOTELY}

본 발명은 USN(Ubiquitous Sensor Network) 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 농축수산, 환경, 선박 플랜트 등의 생육 환경을 센싱하고, 이를 분석하여 최적의 상태로 유지할 수 있도록 제어하기 위한 농축산 원격관리를 위한 스마트형 유에스엔 시스템, 방법 및 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 관한 것이다.

농축산 분야는 계절에 관계없이 필요한 식량을 지속적으로 얻기 위하여 비닐하우스 및 전용 시설물을 이용하고 있으며, 품종에 따라 각기 다른 생육방법과 생산성과 방재를 위한 과학적, 기술적 전문성이 요구되는 산업이므로 이에 대한 연구와 기술 개발이 지속적으로 수행되고 있는 분야이다.

특히, 농축산에 관련되는 시설은 내부의 온도, 조도, 습도, 통풍 등에 의한 실내환경과 양분 및 먹이의 공급을 항시 정확하게 지켜보면서 일정하고 규정된 정도로 유지시켜 주는 모니터링 및 관리기술이 우선적이며 필수적이다. 만약 이러한 관리가 소홀해져서 실내환경이 부적합한 상태로 한계치에 미달되거나 초과하게 되면 예상치 못한 막대한 재해로 이어지는 경우가 종종 발생하게 된다.

그러나 이러한 시설은 대부분 거주지역으로부터 멀리 떨어져 외진 곳에 위치하기 마련이므로 24시간 계속해서 시설을 감시하고 관리하기는 결코 쉬운 일이 아니다.

예컨대, 현재 제품화되어 있는 온실자동화 장치는 실내환경의 모니터링과 제어를 대부분 현장의 제어기에서 운용하는 방식으로 구성되어 있으므로 원격으로 운용하는 USN과는 다른 점이 많이 있다. 즉, 관리자가 현장에서 자동제어시스템을 직접 확인하는 형태로 구성되어 있으므로 관리자는 시설물의 안전을 확인하기 위하여 일정한 시간으로 순회하며 실내환경, 제어동작, 전원 및 보안상태를 확인해야 하는 문제점이 있다.

따라서, 원격지에서 농축산 시설 또는 환경들을 효과적으로 감시하고 관리할 수 있는 기술이 요구되고 있는 실정이다.

따라서, 본 발명의 목적은 시설에 대한 관리를 원격으로 전화선 또는 무선 데이터 통신기술 등의 PSDN(Public Switching Data Network, 공중데이터교환망)을 이용하여 자택 및 이동중에도 PC와 스마트폰을 통하여 항상 감시하고 자동제어가 가능한 농축산 원격관리를 위한 스마트형 유에스엔 시스템, 방법 및 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체를 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 목적은 시설의 내부환경이 악화되는 경우에는 사업자에게 경보신호를 발생함으로써 사전에 재해를 예방할 수 있는 예보기능은 물론, 시설의 보안기능을 부가하여 보다 안정적으로 관리가 이루어지는 저가형의 USN(Ubiquitous Sensor Network) 기술을 연구, 개발하여 농축산 사업자에게 제공할 수 있는 농축산 원격관리를 위한 스마트형 유에스엔 시스템, 방법 및 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체를 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 목적은 엔드 디바이스(ED)에서 소비되는 전류를 검출하는 센서를 설치하여 코디네이터(CD)에서 피드백으로 검증하는 알고리즘을 부가함으로써 각 ED의 오작동을 확인할 수 있는 농축산 원격관리를 위한 스마트형 유에스엔 시스템, 방법 및 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체를 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하고, 후술하는 본 발명의 특유의 효과를 달성하기 위한, 본 발명의 특징적인 구성은 하기와 같다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 농축산 원격관리를 위한 스마트형 유에스엔 시스템은, 엔드 디바이스의 온도, 습도, 조도 중 적어도 하나의 값을 센싱하는 적어도 하나의 엔드 디바이스 센서부; 상기 엔드 디바이스 센서부에 의해 센싱된 데이터로 조명, 환풍기, 개폐기, 보일러 중 적어도 하나를 제어하는 엔드 디바이스 제어부; 상기 엔드 디바이스를 호출하여 각각의 센서값 정보를 수집하고, 미리 설정된 값과 비교하여 설정값을 초과할 경우 상기 각 엔드 디바이스를 제어하는 코디네이터; 및 각 엔드 디바이스로부터 수집된 데이터를 원격지의 관리자 단말로 전송하는 RF 통신 모듈;을 포함한다.

바람직하게는, 상기 코디네이터는, 상기 엔드 디바이스를 유니캐스트 방식으로 호출한다.

바람직하게는, 각 엔드 디바이스는, 상기 각 엔드 디바이스에서 소비되는 전류를 검출하는 센서를 더 포함한다.

바람직하게는, 상기 각 엔드 디바이스는, 상기 센서에 의해 검출된 실시간 전력 소비 데이터를 상기 코디네이터로 전송한다.

바람직하게는, 상기 각 엔드 디바이스는, 상기 센서에 의해 검출된 실시간 전력 소비 데이터를 디지털 데이터로 변환하여 상기 코디네이터로 전송한다.

바람직하게는, 상기 센서는, 션트 저항 또는 전류 센서를 이용하여 기기 내의 전류를 검출하고, 상기 검출된 전류를 전압으로 변환시킨다.

바람직하게는, 상기 코디네이터는, 상기 각 엔드 디바이드 센서부로부터 취득한 값과 미리 설정된 데이터를 비교하고, 비교된 값의 차이에 따라 제어를 수행한다.

바람직하게는, 상기 엔드 디바이스와 상기 코디네이터 지그비 프로토콜에 의해 통신한다.

바람직하게는, 상기 지그비 프로토콜은, 스타 토폴로지 또는 매쉬 토폴로지에 의해 구성된다.

바람직하게는, 상기 코디네이터는 미리 설정된 주기에 따라 상기 각 엔드 디바이스를 제어한다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 농축산 원격관리를 위한 스마트형 유에스엔 방법은, 적어도 하나의 엔드 디바이스 센서부에서 엔드 디바이스의 온도, 습도, 조도 중 적어도 하나의 값을 센싱하는 단계; 코디네이터에서 상기 엔드 디바이스를 호출하여 각각의 센서값 정보를 수집하는 단계; 상기 코디네이터에서 상기 수집된 값을 미리 설정된 주기에 따라 미리 설정된 값과 비교하여 설정값을 초과할 경우 상기 각 엔드 디바이스 제어부로 제어 신호를 전송하는 단계; 및 상기 엔드 디바이스 제어부에서 상기 엔드 디바이스 센서부에 의해 센싱된 데이터로 조명, 환풍기, 개폐기, 보일러 중 적어도 하나를 제어하는 단계;를 포함한다.

한편, 상기 농축산 원격관리를 위한 스마트형 유에스엔 방법을 제공받기 위한 정보는 서버 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 저장될 수 있다. 이러한 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있도록 프로그램 및 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록매체를 포함한다. 그 예로는, 롬(Read Only Memory), 램(Random Access Memory), CD(Compact Disk), DVD(Digital Video Disk)-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 케리어 웨이브(예를 들면, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함된다. 또한, 이러한 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.

본 발명에 따르면, 최근 농산물 및 식품안전사고가 빈발하면서 EU와 미국, 일본 등 선진국은 농축산물 생산과 유통경로 투명성 확보를 위해 재배환경에서부터 생산관리, 유통물류에 이르기까지 모니터링 시스템을 구축하고 확인하는 추세에서 생산과정의 신뢰성 제공할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 스마트 USN 시스템을 통해 안정된 경영을 지원하며, 초보자가 식물재배에 참여할 때의 경험 부족에 따른 리스크를 해소함으로써 귀농현상으로 파생되는 영농 일자리 창출의 활성화에 기여할 수 있는 효과가 있다.

아울러, 다양한 패턴으로 작물을 재배하는 DB구축과 재배기술의 노하우를 결합하여 초보자에게 농축산 웹어플리케이션의 제공으로 과학 영농에 따른 농축산 생활의 매력화에 기여할 수 있다.

또한, 본 발명에 따라 ED에서 소비되는 전류를 검출하는 간단한 센서를 설치하여 피드백으로 검증하는 알고리즘을 부가함으로써 ED의 오작동을 확인할 수 있는 장점이 있으며, 제어장치를 원격으로 운용하는 시스템에서 신뢰성을 배가할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 스마트형 USN 시스템을 개념을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 농산물 양식시설의 환경 제어 시스템의 개념을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 통신망의 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 Work Area의 구성 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 Remote Area 구성을 나타내는 도면이다.
도 6은 종래의 CD 명령에 대한 ED의 동작 상태 미확인을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 전류 센서의 동작 영역을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 스마트형 USN 시스템에서의 자동 동작 절차를 나타내는 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 코디네이터에서의 버튼 동작 절차를 나타내는 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 작업 영역의 MCU에서의 수신 데이터 처리 절차를 나타내는 흐름도이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 센서부의 처리 절차를 나타내는 흐름도이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 조명 제어 장치의 처리 절차를 나타내는 흐름도이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 개폐기의 처리 절차를 나타내는 흐름도이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 환풍기의 처리 절차를 나타내는 흐름도이다.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 적절하게 설명된다면 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 감시 및 제어장치는 도 1에서와 같이 임베디드의 시리얼통신 기능을 이용하여 관리실에서 모니터링과 제어가 가능함은 물론, 원거리에 거주하는 관리자에게는 PSDN을 이용하여 시설물의 상태를 가정의 PC나 스마트폰으로 접속하여 모니터링하며, 정전사고 등에 의한 최악의 샹태에서는 긴급경보를 울리도록 한다.

따라서, 본 발명은 도 2에 도시된 바와 같이 그 목적에 따라 식물의 재배시설에 적용되는 시스템으로 구성될 수 있다. 도 2를 참조하면, 농산물 양식 시설의 경우, 기상 센서, 천정 구동 모터, 비닐 권취 모터, 스크린, 온, 습도센서, 측창 권취 모터 등을 포함하여 구성될 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따라 비닐 하우스 내의 각종 센서 및 모터를 네트워크로 연결하여 센서를 통해 센싱된 정보에 따라 각 모터를 제어함으로써 비닐하우스 내의 온도, 조도, 습도, 통풍 등을 자동 조절하고 원격에서 이를 감시 및 제어할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 시스템의 통신기반은 도 3에 도시된 바와 같이 2부분으로 구분될 수 있다. 즉, 온실 내부와 관리자의 자택 또는 다른 원격지 간의 통신으로 구분될 수 있다. 된다. 이때, 온실을 작업 영역(Work Area), 원격지를 원격 영역(Remote Area)이라고 했을때 지그비 통신(Zigbee)을 기반으로 하는 작업 영역에서는 환경 센싱과 국지적인 제어시스템을 운영하고, 그 결과 값이나 갱신 값들을 원격 영역으로 전송한다. 원격 영역에서는 데이터 값을 수신하여 컴퓨터를 통해 정보값을 디스플레이하며 웹을 구성하여 스마트폰과 서로 연동되도록 최종적으로 구현한다.

상기, 도 3의 작업 영역의 구체적인 구성은 도 4와 같이 구현될 수 있으며, 지그비 망을 통하여 데이터 값을 취득하거나 제어 값을 전송하는 역할을 하게 된다. 한편, 지그비의 모델의 구조는 스타 토폴로지(Star Topology)로도 구성이 가능하며, 엔드디바이스(END-Device; 이하, ED라 함)와 코디네이터(Coordinator; 이하, CD라 함)간의 거리가 멀어지게 되면 라우터(router)를 삽입하여 메쉬 토폴로지(Mesh Topology)로 전환하여 사용할 수 있다.

상기 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따라 CD는 상측의 ED센서부와 하측의 ED제어부 그리고 CD의 3부분으로 나누어지며 명령어 호출방식은 CD에서 각각의 ED를 호출하는 방식을 사용할 수 있다. 이때, 호출방법은 멀티캐스트(Multicast) 방식으로 사용할 경우에 PAN ID가 동일한 다른 ED도 중복 수신을 하기 때문에 수신 소비전력의 효율성이 낮아지게 되므로 오동작을 줄이고 중복 수신을 방지하기 위하여 유니캐스트(Unicast) 방식으로 설정할 수 있다. CD는 일정한 주기를 가지면서 능동 또는 수동으로 각각의 ED를 제어한다.

예를 들어 관리자가 CD에 온도, 습도 및 조도값을 설정하면 CD는 설정치를 저장하고, 차례로 ED 센서부를 호출하여 각각의 센서값 정보를 취득하여 관리자가 설정한 값과 비교하여 ±의 한계치 이상으로 초과하게 되면 제어하도록 설계된다.

또한, 도 5를 참조하면, 관리자는 CD로부터 원격지의 컴퓨터를 통하여 모니터링이 가능하도록 MCU에서는 체크섬(checksum)을 확인하고 메시지 파싱(parsing)을 거친 후에 다시 송신과 관련된 통신 방식에 맞추어 재프로토콜하여 447Mhz RF통신 모듈을 통하여 원격 영역의 컴퓨터로 전송하게 된다.

반대로, 작업 영역의 개폐기나 환풍기를 제어할 경우에는 MCU는 인터럽트 형식으로 수신을 대기하고 원격 영역의 컴퓨터로부터 입력된 정보를 파싱하여 다시 RF통신으로 송신하게 된다. 수초 후에는 제어명령에 대한 응답으로 작업 영역에서 갱신된 환경정보를 컴퓨터에서 모니터링으로 확인할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 실시예에 따른 알고리즘 설계를 상세히 설명한다. 기존의 USN 방식 중 홈네트워크계통은 지그비를 표준으로 하고 있으며, 메쉬의 형태로 매우 다각적인 경로를 통하여 CD에 정보를 수집한다. 이는 스마트 그리드 인프라의 한 부분으로 피드백에 의한 전력량의 계산과 PAN(Personal Area Network) 기술을 접목하여 적절한 전력공급과 인간생활의 윤택함을 위하여 발전하고 있다. 그러나 기존의 지그비로 운용되는 시스템들은 통신에 기반을 두고 있을 뿐 하드웨어적인 디바이스들의 실제적인 동작에 대한 2차적인 검증은 부재한 상태이다.

예를 들어 도 6과 같이 CD에서 ED에 어떠한 동작을 명령하였을 경우, 동작에 대한 응답이 아닌 통신상의 ACK 응답으로 디바이스를 온 오프(on-off) 제어하는 스위치의 동작에 따른 결과만을 응답하게 되어 있다. 이 부분은 정확도를 필요로 하는 제어시스템 대부분의 문제점이라고 할 수 있다. 또한, CD에서 보낸 명령을 ED에서 수신은 하였으나, 실제 스위칭 소자가 오동작하는 경우가 종종 발생하며, 이러한 현상은 ED의 인터페이스나 스위치의 결함 등의 문제로 판단할 수 있다.

그러므로, 본 발명에 따라 ED에서 소비되는 전류를 검출하는 간단한 센서를 설치하여 피드백으로 검증하는 알고리즘을 부가하면 ED의 오작동을 확인할 수 있는 스마트형 USN으로 되며, 제어장치를 원격으로 운용하는 시스템에서 신뢰성을 배가할 수 있게 된다.

따라서, 본 발명의 실시예에 따라 소비전력을 검출하는 센서를 이용하여 동작 여부를 판단하고 실시간 전력소비 데이터를 CD로 전송하여 2차적인 검증과 분석이 가능하며, 스마트 그리드에서 추구하는 소비전력에 대한 피드백 역할을 병행하므로 개선된 시스템을 구현하는 것이 가능하다.

한편, ED의 제어부 시스템들은 전류센서를 이용하여 CD의 명령에 대한 실제적인 동작 유무를 소비전력이나 ADC의 형태로 판단하여 알려주기 때문에 기존의 ACK 응답만으로 확인하는 방법보다 시스템의 신뢰성을 확실하게 보장할 수 있다.

예컨대, 본 발명의 실시예에 따라 센서는 LEM사의 HX-SP2를 사용할 수 있으며, 이때 소비되는 최대 전류를 구하기 위하여 션트 저항이나 전류 센서를 이용하여 전기기기에 흐르는 전류를 도 7에서와 같이 -9A ~ +9A의 범위에서 검출하고, 코일의 홀 효과(Hole-effect) 현상을 이용하기 때문에 전류값이 전압으로 변환되어 출력신호를 ADC와 연결한다. 코일은 전원 220V와 쉴드(shield) 된 상태이므로 전기적으로 안전하다.

특히, 전류센서는 DC는 DC로 AC는 AC로 검출전압을 출력하기 때문에 사인파의 전류가 입력되면 센서의 출력도 사인파 형태로 되므로 전류의 피크치를 구할 수도 있다. 기본적인 전류의 크기는 전압의 형태로 나타나게 되므로 출력되는 전류에 비례하며, 전류 zero 에서의 센서의 출력전압은 2.5V가 나타난다. 여기에서 최대 9A까지 전류를 검출하므로 비례식을 이용하여 실제 소비되는 전류값을 구할 수 있다.

한편, 관리자는 시스템의 동작을 자동과 수동의 형태로 설정할 수 있다. 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 자동 동작 알고리즘을 나타내는 도면이다. 자동 동작은 관리자가 설정한 온도, 습도 등의 환경에 맞도록 온실창문 개폐, 환기팬, 조명제어, 온풍기 등의 동작이 자동으로 이루어지는 알고리즘이다. 센서모듈로부터 온도, 습도, 조도 등의 환경을 취득한 값과 관리자가 설정한 값의 데이타를 비교하고, 두 값의 차이 정도에 따라 각각의 제어기는 하기 <표 1>과 같은 비교치에 대하여 제어동작을 자동으로 수행한다.

제어 동작	온습도 제어			조도 제어
설정값-센서의 취득치	환풍기	창문 개폐	온풍기	조명(백열등)
-3이하(설정값>>취득값)	OFF	1단계 Close	1단계 UP	1단계 UP
-3미만(설정값>취득값)	OFF	상태 유지	OFF	상태 유지
3이상(설정값<<취득값)	ON	1단계 Open	OFF	OFF
3미만(설정값<취득값)	OFF	상태 유지	OFF	1단계DOWN

상기 도 8을 참조하면, 먼저 RF 통신 모듈이 오프(S801)되고, 온도/습도/조도 센서를 호출(S802)한다. 이때 온도 차이 값이 -2와 2 사이 값일 경우(S803) 취득 습도와 설정 습도의 차이값을 습도 갭(Gap Value)으로 설정(S807)한다. 상기 습도 갭이 -2와 2 사이일 경우(S808) 취득 조도와 설정 조도의 차이값을 조도 갭(Gap Value)으로 설정(S812)한다. 상기 습도 갭이 -2와 2 사이일 경우(S813) 30초 지연 후 다시 센서 호출 과정을 진행(S817)한다.

한편, 상기에서 온도 차이 값이 -2와 2 사이 값이 아닐 경우(S803), 온도 갭이 0보다 크면(S804) 개폐기 1단을 열고(S805), 0보다 크지 않으면 개폐기 1단을 닫는다(S806). 또한, 상기에서 습도 차이 값이 -2와 2 사이 값이 아닐 경우(S808), 습도 갭이 0보다 크면(S809) 환풍기를 온 시키고(S811), 0보다 크지 않으면 환풍기를 오프시킨다(S812). 또한, 상기에서 조도 차이 값이 -2와 2 사이 값이 아닐 경우(S813), 조도 갭이 0보다 크면(S814) 조명 제어기를 1단 상승시키고(S816), 0보다 크지 않으면 조명 제어기를 1단 하강시킨다(S815).

한편, CD의 하드웨어는 여러 개의 입력버튼, 버튼 각각의 동작을 표시하는 LED, 환경 데이터를 수치로 표시하는 LCD 그리고 통신모듈을 포함하여 구성될 수 있다. 상기 CD의 전반적인 운용은 시스템의 중심적인 역할을 하므로 메인보드로 설계할 수 있으며, 2개의 MCU(Atmega128)를 사용하여 구현 가능하다. 이때, 하나의 MCU는 작업 영역 용으로 다수의 ED에 대한 지그비 통신 및 LCD를 지원하며, 다른 하나는 원격 영역 용으로 원거리 RF통신과 버튼 및 LED의 동작을 제어한다.

한편, 원격 영역과의 통신에는 2가지 종류의 메시지가 있다. 하나는 ED 제어부에 대한 명령 메시지이며, 다른 하나는 CD의 설정값 변경과 동작(자동/수동)을 설정하는 메시지이다. 상기 2가지의 메시지는 명령어의 형식으로 각각 구별될 수 있으며, ED 제어부의 명령 메시지는 작업 영역 용 MCU에 우선적으로 전달되어 처리하도록 하는 것이 바람직하다.

도 9는 상기 CD의 버튼 동작 알고리즘을 나타내며, 도 10은 작업 영역의 MCU의 수신 데이터 처리 절차를 나타낸다.

도 9를 참조하면, 먼저 메인 함수를 대기(S901)하고, 버튼이 눌러질 경우(S902), 명령 프로토콜을 생성하여(S903) 명령 데이터를 전송하며(S904), 상태 정보값을 갱신하여(S905) 상태 LED를 제어한다(S906). 한편, 상기 메인 함수 대기 중 UART 0 또는 UART 1을 통해 인터럽트 서비스 루틴을 수신하면(S907, S910) 각각 체크섬을 확인하여(S908, S911) 명령 데이터를 파싱(S909, S912)하고, 이를 전송(S904)함으로써 상태 정보값을 갱신한다(S905).

도 10을 참조하면, 상시 업무 처리중(S1001), 수신 인터럽트가 발생할 경우, 수신값을 파싱하고(S1002) 명령어를 처리한다(S1003). 이때, 즉각적으로 처리할 명령일 경우(S1004), 지그비용 프로토콜을 생성(S1005)하여 체크섬을 추가(S1006)하고 송신(S1007)한다. 상기 송신에 따라 수신이 될 경우(S1008) 체크섬을 확인(S1009)하여 체크섬에 이상이 없을 경우(S1010) 데이터를 파싱하여(S1011) 제어부로 송신(S1012)한다. 한편, 상기에서 즉각적으로 처리할 명령이 아닐 경우 또는 제어부로부터 응답이 있을 경우(S1013), 현재 상태 표시값을 갱신(S1014)하고 LCD에 디스플레이한다(S1015).

이하, 도 11 내지 도 14를 참조하여 엔드 디바이스의 운영 절차를 상세히 설명한다.

먼저, 센서부의 ED는 CD로부터 명령 메시지가 없는 유지상태에서는 파워다운 슬립모드로 전환되어 CD의 명령을 대기한다. 센서부의 MCU는 슬립모드로 전환시에는 먼저 릴레이를 차단하여 온습도 및 조도센서의 전원을 오프시킨 다음 슬립모드로 들어가게 된다.

즉, 도 11을 참조하면, 먼저 딜레이를 오프시키고(S1101), 슬립모드(S1102)에서 외부 인터럽트를 감지(S1103)한다. 이때, 명령이 수신될 경우(S1104) 포트를 초기화(S1105)시키고, 릴레이를 온(S1106) 시킨다. 그런 다음, 온습도 센서를 시작(S1107)하고 명령어를 쓰며(S1108), 온도 데이터를 취득(S1109)한다. 또한, 조도 센서를 시작(S1110)하고 명령어를 쓰며(S1111) 조도 데이터를 취득(S1112)한다. 다음으로, 온습도, 조도값을 연산(S1113)하고 프로토콜을 조합(S1114)하여 코디네이터로 전송(S1115)한다.

다음으로, 조명제어 장치는 온실내부의 밝기를 제어하거나 부분적인 기능으로 백열등을 이용하여 온도를 높이는 역할을 한다. 도 11을 참조하면, 조명제어부의 MCU는 메인함수에 계속하여 대기하는 상태이며, 풀링방식은 적용되지 않고 외부의 인터럽트가 수신되거나 CD로부터 명령어가 수신되면 타이머나 수신인터럽트가 서비스 루틴으로 점프하도록 구성할 수 있다. 이때, CD로부터 수신된 명령어에 대한 응답은 체크섬을 거친 후, 수신된 명령 설정값을 포함하여 한 번만 응답하게 하였고, 가장 최근에 수신되는 명령 설정값으로 제어부의 설정치를 갱신하게 된다.

전력측정은 계속 운용되지 않고 명령 메시지의 수신시 한번만 응답하며, 전력을 측정하는데 필요한 변수를 취득하여 처리하도록 설계할 수 있다. 조명제어장치는 SCR을 이용하여 밝기를 제어하며, AC전원에 동기되어 발생되는 트리거 펄스의 위치를 변화시키므로써 공급전력의 위상을 제어하는 방식으로 설계할 수 있다.

도 12를 참조하면, 메인 함수 이동 및 대기 상태(S1201)에서 수신 인터럽트가 발생할 경우, 수신 인터럽트 서비스 루틴으로 이동(S1202)하여 체크섬이 맞는지 검사(S1203)한다. 체크섬이 맞을 경우 데이터값을 파싱하고(S1204) 설정값을 획득(S1205)한 후, 수신 상태값을 1로 설정(S1206)한다.

한편, 타이머 인터럽트가 발생할 경우, 타이머 인터럽트 서비스 루틴으로 이동(S1207)하여 샘플링값과 설정값이 같은지를 판단(S1208)한다. 상기 판단 결과, 다를 경우 샘플링 값을 1 증가시킨 후(S1209) 샘플링값을 0으로 갱신(S1219)한다. 상기 판단 결과, 같을 경우 SCR에 파형을 입력한 후(S1210), 수신 상태값이 1이면(S1211), 수신된 설정값을 갱신(S1212)하고, 전력을 측정한 후(S1213), 최대 전류 및 최대 전압값을 획득(S1214)한다. 상기 획득한 값으로부터 전력을 연산(S1215)하고 프로토콜을 조합(S1216)한 후 코디네이터로 송신(S1217)한다. 마지막으로 수신 상태값을 0으로 설정(S1218)한다.

개폐기는 온실의 창문이나 비닐하우스의 측면 비닐창을 말아올려 환기를 시키는 역할을 하는 장치로 실내온도가 설정치보다 높을 경우 개방되게 된다. 개방의 정도는 3단계로 나누어 부분적으로 열고 닫기를 가능하게 하였고, 단계별로 A, B, C, E로 나누어 A는 완전 개방 그리고 E는 완전 폐쇄로 구동되는 명령어이다.

일반적으로 하우스나 창문의 개방 각도는 제품에 따라 모두 다르기 때문에 처음 전원이 인가되었을 때, MCU는 비닐하우스의 측면문을 A 와 E 단계로 완전히 개방하여 폐쇄하는데 걸리는 시간을 스스로 측정하여 시간을 3등분하는 방법으로 설계하였다. 시간측정 이후에는 계속 메인함수에서 대기하고 사용자의 명령메세지가 수신되면 수신된 명령 설정값에 따라 제어동작을 수행하고, 변경된 현재의 단계를 설정치로 저장과 동시에 CD에도 설정치를 전송하게 된다. 개폐기 모터의 동작중에 MCU는 전류센서에 의한 소비전력을 검출하여 모터가 정상적으로 동작되는가의 여부를 판단하여 불량한 상태이면 경보 메시지를 CD에 전송하도록 설계할 수 있다.

도 13을 참조하면, 최초 상태(First_state)를 1로 설정(S1301)하고 메인 함수로 이동(S1302)한다. 최초 상태가 1이면(S1303) 다시 최초 상태를 0으로 설정(S1304)하고 오른쪽 끝까지 회전(S1305)시킨다. 이때 걸린 시간값을 A에 저장(S1306)하고, 다시 오른쪽 끝까지 회전(S1307)시킨 다음 걸린 시간값을 B에 저장(S1308)한다. 상기에서 A와 B 중 더 큰 값을 절대값 MAX_TIME으로 지정(S1309)한다. 그런 다음, MAX_TIME/4의 값을 Share 변수에 저장(S1310)한다. 다음으로, 현재 레벨을 0으로 지정한 다음 상기 절차를 반복한다.

한편, 수신 인터럽트 서비스 루틴으로 이동(S1312)하면 체크섬이 맞는지 검사(S1313)하고, 맞을 경우 명령 값을 파싱(S1315)한 후 타이머 인터럽트 서비스 루틴으로 이동(S1316)한다. 그런 다음, 새로운 명령값을 Renew_Level 변수에 저장(S1317)한다. 이때, 명령이 수신(S1318)되면 회전하지 않으며(S1319) 응답값을 전송(S1311)하며, 현재 레벨이 새로운 레벨보다 크면(S1320) (Renew_Level-Current_Level)*Share 시간만큼 오른쪽으로 회전시킨다(S1322). 반면, 현재 레벨이 새로운 레벨보다 크지 않으면 (Renew_Level-Current_Level)*Share 시간만큼 왼쪽으로 회전시킨다(S1321). 마지막으로, 전류값을 체크한 후(S1323), 새로운 레벨 변수값을 현재 레벨에 저장한다(S1324).

환풍기의 제어는 메인함수에서 대기하고 있다가 인터럽트에 의한 명령메시지가 수신되면 체크섬을 확인 후 포트제어를 통하여 팬을 구동한다. 현재의 동작상태는 래치되어야 하며, 개폐기와 마찬가지로 환풍기의 동작중에 MCU는 전류 센서에의한 소비전력을 검출하여 모터의 동작이 불량한 상태로 판단되면 경보 메시지를 CD에 전송하도록 할 수 있다.

즉, 도 14를 참조하면, 먼저 메인 함수로 이동(S1401)하여 포트 A, B, C를 0으로 저장(S1402)한다. 메인 함수 대기(S1403) 중 수신 인터럽트가 발생하면, 수신 인터럽트로 이동(S1404)하여 체크섬이 맞는지를 검사(S1405)한다. 체크섬이 맞을 경우 명령값을 파싱(S1406)하고 포트 A, B, C를 갱신(S1407)한다. 그런 다음, 팬을 동작(S1408)시키고 동작 상태에 응답(S1409)하여 동작 상태를 래치(S1410)시킨다.

여기에서 다양한 방법들에 관해 설명된 바와 같은 다양한 동작들 및 기능들은 특정 프로세싱 기능부 및/또는 그 안에 구현된 프로세싱 기능부, 및/또는 그 안의 다른 구성요소들과 같은 많은 유형의 기능부들 중 어느 것 내에서 수행될 수 있다. 예를 들면, 그러한 기능부들은 여기에 설명된 바와 같은 다양한 동작들 및 처리들, 또는 여기에 설명된 바와 같은 어느 다른 동작들 및 기능들 등 또는 그 각 등가물들을 수행하는 것뿐만 아니라 여기에 설명된 바와 같은 그러한 정보들을 생성하고 그러한 동작들, 처리들 등을 수행할 수 있다.

본 발명은 특정 기능들 및 그의 관계들의 성능을 나타내는 방법 단계들의 목적을 가지고 위에서 설명되었다. 이러한 기능적 구성 요소들 및 방법 단계들의 경계들 및 순서는 설명의 편의를 위해 여기에서 임의로 정의되었다. 상기 특정 기능들 및 관계들이 적절히 수행되는 한 대안적인 경계들 및 순서들이 정의될 수 있다. 임의의 그러한 대안적인 경계들 및 순서들은 그러므로 상기 청구된 발명의 범위 및 사상 내에 있다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

410 : 엔드 디바이스 센서부 420 : 코디네이터
430 : 엔드디바이스 제어부 440 : RF 통신 모듈

Claims

엔드 디바이스의 온도, 습도, 조도 중 적어도 하나의 값을 센싱하는 적어도 하나의 엔드 디바이스 센서부;
상기 엔드 디바이스 센서부에 의해 센싱된 데이터로 조명, 환풍기, 개폐기, 보일러 중 적어도 하나를 제어하는 엔드 디바이스 제어부;
상기 엔드 디바이스를 호출하여 각각의 센서값 정보를 수집하고, 미리 설정된 값과 비교하여 설정값을 초과할 경우 상기 각 엔드 디바이스를 제어하는 코디네이터; 및
각 엔드 디바이스로부터 수집된 데이터를 원격지의 관리자 단말로 전송하는 RF 통신 모듈;을 포함하는, 농축산 원격관리를 위한 스마트형 유에스엔 시스템.
청구항 1에 있어서, 상기 코디네이터는,
상기 엔드 디바이스를 유니캐스트 방식으로 호출하는, 농축산 원격관리를 위한 스마트형 유에스엔 시스템.
청구항 1에 있어서, 각 엔드 디바이스는,
상기 각 엔드 디바이스에서 소비되는 전류를 검출하는 센서를 더 포함하는, 농축산 원격관리를 위한 스마트형 유에스엔 시스템.
청구항 3에 있어서, 상기 각 엔드 디바이스는,
상기 센서에 의해 검출된 실시간 전력 소비 데이터를 상기 코디네이터로 전송하는, 농축산 원격관리를 위한 스마트형 유에스엔 시스템.
청구항 3에 있어서, 상기 각 엔드 디바이스는,
상기 센서에 의해 검출된 실시간 전력 소비 데이터를 디지털 데이터로 변환하여 상기 코디네이터로 전송하는, 농축산 원격관리를 위한 스마트형 유에스엔 시스템.
청구항 3에 있어서, 상기 센서는,
션트 저항 또는 전류 센서를 이용하여 기기 내의 전류를 검출하고, 상기 검출된 전류를 전압으로 변환시키는, 농축산 원격관리를 위한 스마트형 유에스엔 시스템.
청구항 1에 있어서, 상기 코디네이터는,
상기 각 엔드 디바이드 센서부로부터 취득한 값과 미리 설정된 데이터를 비교하고, 비교된 값의 차이에 따라 제어를 수행하는, 농축산 원격관리를 위한 스마트형 유에스엔 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 엔드 디바이스와 상기 코디네이터 지그비 프로토콜에 의해 통신하는, 농축산 원격관리를 위한 스마트형 유에스엔 시스템.
청구항 8에 있어서, 상기 지그비 프로토콜은,
스타 토폴로지 또는 매쉬 토폴로지에 의해 구성되는, 농축산 원격관리를 위한 스마트형 유에스엔 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 코디네이터는 미리 설정된 주기에 따라 상기 각 엔드 디바이스를 제어하는, 농축산 원격관리를 위한 스마트형 유에스엔 시스템.
적어도 하나의 엔드 디바이스 센서부에서 엔드 디바이스의 온도, 습도, 조도 중 적어도 하나의 값을 센싱하는 단계;
코디네이터에서 상기 엔드 디바이스를 호출하여 각각의 센서값 정보를 수집하는 단계;
상기 코디네이터에서 상기 수집된 값을 미리 설정된 주기에 따라 미리 설정된 값과 비교하여 설정값을 초과할 경우 상기 각 엔드 디바이스 제어부로 제어 신호를 전송하는 단계; 및
상기 엔드 디바이스 제어부에서 상기 엔드 디바이스 센서부에 의해 센싱된 데이터로 조명, 환풍기, 개폐기, 보일러 중 적어도 하나를 제어하는 단계;를 포함하는, 농축산 원격관리를 위한 스마트형 유에스엔 방법.
청구항 11에 있어서, 상기 코디네이터는,
상기 엔드 디바이스를 유니캐스트 방식으로 호출하는, 농축산 원격관리를 위한 스마트형 유에스엔 방법.
청구항 11에 있어서, 각 엔드 디바이스는,
상기 각 엔드 디바이스에서 소비되는 전류를 검출하는 센서를 더 포함하는, 농축산 원격관리를 위한 스마트형 유에스엔 방법.
청구항 13에 있어서, 상기 각 엔드 디바이스는,
상기 센서에 의해 검출된 실시간 전력 소비 데이터를 상기 코디네이터로 전송하는, 농축산 원격관리를 위한 스마트형 유에스엔 방법.
청구항 13에 있어서, 상기 각 엔드 디바이스는,
상기 센서에 의해 검출된 실시간 전력 소비 데이터를 디지털 데이터로 변환하여 상기 코디네이터로 전송하는, 농축산 원격관리를 위한 스마트형 유에스엔 방법.
청구항 13에 있어서, 상기 센서는,
션트 저항 또는 전류 센서를 이용하여 기기 내의 전류를 검출하고, 상기 검출된 전류를 전압으로 변환시키는, 농축산 원격관리를 위한 스마트형 유에스엔 방법.
청구항 11에 있어서, 상기 코디네이터는,
상기 각 엔드 디바이드 센서부로부터 취득한 값과 미리 설정된 데이터를 비교하고, 비교된 값의 차이에 따라 제어를 수행하는, 농축산 원격관리를 위한 스마트형 유에스엔 방법.
청구항 11에 있어서,
상기 엔드 디바이스와 상기 코디네이터 지그비 프로토콜에 의해 통신하는, 농축산 원격관리를 위한 스마트형 유에스엔 방법.
청구항 18에 있어서, 상기 지그비 프로토콜은,
스타 토폴로지 또는 매쉬 토폴로지에 의해 구성되는, 농축산 원격관리를 위한 스마트형 유에스엔 방법.
컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 있어서,
청구항 11 내지 청구항 19 중 어느 한 항의 방법을 실행하기 위한 프로그램이 기록되어 있는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.