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효서 창
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1 Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society Vol. 16, No. 12 pp , ISSN / eissn 임순자 1* 1 원광대학교전자공학과 Design and implementation of agriculture system for Internet Of Things Soon-Ja Lim 1* 1 Dept. of Electronic Engineering, Wonkwang University 요약최근한국에서는다양한분야의직업군을가지게되면서우리나라의 20대부터 40대젊은인력들이대거도시로몰리는현상이발생하고있으며, 우리국내농업분야의생산인구가감소되고고령화가빠르게진행되고있다. 또한 WTO, FTA와같은세계적인농업시장의개방화를통하여전세계의농작물과의경쟁을해야하는어려움에직면하고있다. 본논문에서는오픈소스하드웨어인라즈베리파이와오픈소스프로젝트를활용하여누구나쉽게환경을구축할수있도록하여제안하는기술을농업산업에빠르게적용시킬수있는기술을소개한다. 즉, 생산지의환경을모니터링할수있는디바이스를구성하게함으로써누구나쉽게사물인터넷기술을이용하여농업분야에활용하고직접적용시켜생산과정의자동화를통해농촌의일손부족상황을대치하면서실시간으로농작물의상태를체크하고, 여러상황에맞게대응을하면서농작물의품질을향상시키고, 가격경쟁력을확보하여전세계농작물과의비교에서도경쟁력을갖게될것이다. 또한사물인터넷을활용하는과정에서발생하는데이터수집및분석을통하여다른여타비즈니스에활용하는방안을모색하고자한다. Abstract Recently, various career paths draw young workers from twenty to forty to the metro city in Korea. The korea's agriculture sector has decrease in population and productivity which result a threat for it to become an aging society. Also, our country has a difficulty in a tough competition with other countries through agricultural market-opening such as WTO and FTA. In this paper, we introduce a technology using open-source project including Raspberry that easily accessible and applicable to an agricultural industry. In other words, as we build a device monitoring the production environment, everyone can use agricultural sector through an IoT technology, solve the problem with a labor shortage through production process automation, check the condition of the agricultural environment in real time, enhance the quality of the agricultural product by corresponding a certain condition, and improve the competitiveness through a competitive price comparing to the worldwide farm product. Also, we find a way to use data to the other business through data collection and analysis in a process of using the IoT. Keywords : IOT(Internet Of Things), Agriculture 1. 서론 UN기후변화협약 (UNFCCC:United Nations Framework Convention on Climate Change) 에따르면온난화로인해고온과가뭄, 홍수가급증하여 2030년부터국제식량난이본격화될전망이다. 한국도기온이 1 도오르면벼생산량이 10.1% 줄고, 품질도 30% 떨어지 는걸로조사되고있다. 현재대한민국의농촌은 WTO(World Trade Organization), DDA(Doha Development Agenda) 협상, FTA (Free Trade Agreement) 추진등범세계적시장통합이가속화되어국내생산품뿐만아니라세계적인생산품과도품질및가격경쟁이심화되고있다. 이런상황에서농촌의인구는 2012년 291만명으로지속적으로감소되고있고, 생 본논문은 2015년원광대학교교비지원에의해수행되었음. * Corresponding Author : Soon-Ja Lim(Wonkwang Univ.) Tel: lsj633@wku.ac.kr Received November 24, 2015 Revised (1st November 30, 2015, 2nd December 2, 2015, 3rd December 3, 2015) Accepted December 4, 2015 Published December 31,

자동화를통해농업생산인구의감소와노령화로인해발생되어지는생산비용을감소시키고실시간으로생산지의문제를파악하고대응하여농작물의생산량과품질을높여야한다.

2 산인구의연령은증가되어한국의농업분야는빠르게고령화가진행되고있다.[1] 농업선진국인네덜란드는위와같은문제점을인식하고농작물재배에적합한환경연구, 위성을통한농작물각사이클별데이터수집과제공을통해인건비를절감하고있는등정보통신기술과의융합을통해자동화된생산기술을활용하고있다 [2] 앞에서언급한농업분야의문제를해결하기위해서는네덜란드의농업처럼한국의농업도정보통신기술을활용하여농작물생산과정을자동화시켜야한다. 자동화를통해농업생산인구의감소와노령화로인해발생되어지는생산비용을감소시키고실시간으로생산지의문제를파악하고대응하여농작물의생산량과품질을높여야한다. 본논문에서는현재활발하게기술개발중인사물인터넷 (IOT:Internet of Things) 기술과 [3][4] 오픈소스 H/W(Open Source Hardware) 인라즈베리파이 (Raspberry Pi) 를활용하여농업분야에쉽게적용할수있는방안을모색함으로써농업분야에서발생되어지는여러문제점에대하여해결하는방안을제시하고자한다.[5] 또한사물인터넷의개념적용을통해생성되는빅데이터를수집하고가공하여만들어진정보를다른산업과연계할방안에대하여고려해본다.[6] 본논문의구성은다음과같다. 2장에서는사물인터넷적용을위한농장시스템의구성에대하여설명한다. 3장에서는제안시스템을설계하고, 4장에서는설계한시스템을구현하도록한다. 마지막으로 5장에서는본연구에대한결론을정리한다. Fig. 1. Agriculture IoT model 하고, 저장된데이터는사용자별로권한을부여하며, 클라이언트에서사용될수있도록제공한다. 쿨러를가동시켜온도를조절하거나양수모터를작동시켜습도를맞추는등의농작물재배에관한명령과사이렌등의경보장치를이용하여도둑이나짐승으로부터농작물을보호한다. 클라이언트모듈은서버로부터농장생산지의영상과온도 습도정보, 유관기관들의데이터를결합하여만들어진데이터를서버로부터전달받아현재농장의상태를모니터링할수있도록한다. 또한시간과장소에관계없이실시간으로농장을제어할수있다. 2. 사물인터넷적용을위한 농장시스템구성 본연구에서제시하는사물인터넷적용을위한농장시스템의구성은다음과같다. 시스템은센서모듈, 서버모듈, 클라이언트모듈, 빅데이터모듈로구성되어있다. [ 그림 1] 은구성도를나타내었다. 센서모듈은생산지에부착된센서를통해데이터를수집하고, 수집된데이터의전송을담당한다. 센서에서측정하는온도, 토양습도, 대기압, 영상정보등의실시간상태정보를수집하게되고수집된데이터는수치로변환되어서버로전송된다. 서버모듈은서버로전송된데이터를분류하여저장 Fig. 2. Area of Production 빅데이터모듈은서버와클라이언트에서처리되는과정을데이터화하여형성되는빅데이터를클라우드서버에저장한다. 클라우드서버에서는저장된여러사용자의데이터처리과정을분석하여가장좋은농사법을선정하게된다. 선정된농사법은실시간으로여러사용자에게공유되어추후똑같은상황이발생하게되면사용자명령없이시스템에서온도, 습도, 조명등등자동으로 8897

한국산학기술학회논문지제 16 권제 12 호, 2015 처리되어사용자에게는결과만통보하게된다. [ 그림 2] 는생산지에서센서에의해데이터를수집하는과정을나타내었다. 수집된데이터는사용자에게전달되어농장의상황을실시간으로점검할수있도록한다. 3. 사물인터넷적용을위한농장시스템설계 3.1 농장센서설계본논문에서제안하는사물인터넷적용농장의시스템은센서부분과응용부분으로구성하였다.

Farm_view 클래스는농장상황의뷰를담당하는클래스이다. 농장의상태는 House_State() 메소드를통해서현재의온도, 습도, 가스, 거리를알수있으며, House_ State() 메소드를통해서 Db_Control 클래스의 DB_ Operation_State() 메소드를호출하여알수있게된다.

3 한국산학기술학회논문지제 16 권제 12 호, 2015 처리되어사용자에게는결과만통보하게된다. [ 그림 2] 는생산지에서센서에의해데이터를수집하는과정을나타내었다. 수집된데이터는사용자에게전달되어농장의상황을실시간으로점검할수있도록한다. 3. 사물인터넷적용을위한농장시스템설계 3.1 농장센서설계본논문에서제안하는사물인터넷적용농장의시스템은센서부분과응용부분으로구성하였다. [ 그림 3] 은데이터센싱부분을나타낸다이어그램이다. 마이크로컨트롤러에와이파이쉴트를탑재하였고, 센서부분은온도센서, 습도센서, 초음파센서, 가스센서로구성하였다. 센서에의해데이터를생성하기위한센서부분과응용부분으로활용하여디바이스를제작한다. 제작된디바이스는농산물생산지에설치하여운영한다. 스의 DB_Farm_Login() 메소드를호출하여인증검사를수행한다. Farm_view 클래스는농장상황의뷰를담당하는클래스이다. 농장의상태는 House_State() 메소드를통해서현재의온도, 습도, 가스, 거리를알수있으며, House_ State() 메소드를통해서 Db_Control 클래스의 DB_ Operation_State() 메소드를호출하여알수있게된다. 하드웨어로제어를실행할때는 Farm_Hardware 클래스를통하여 Write() 메소드를호출한다. 호출한메소드에서는설정값을바이트단위로하드웨어로전송한다. Farm_Hardware 클래스는논리적인제어값을물리적으로하드웨어를제어할수있도록연결해주고있다. 사용자로부터연결에필요한정보를입력받고, 해당포트로연결시켜준다. 하드웨어와동일한포트로연결이된경우 Read() 메소드를통하여각각의값을데이터베이스에저장한다. Db_Control 클래스에서는데이터베이스로부터데이터를얻거나수정, 삭제를할때그기능을수행하는클래스이다. 농장에서의온도, 습도, 조도값을확인할수있다. Fig. 3. Data Sensing Diagram 3.2 데이터교환을위한모듈설계모바일시스템과의데이터교환은자바서버프로그램을만들어자바서버와안드로이드클라이언트소켓통신을이용하였다. [ 그림 4] 는데이터베이스에연동을위한제어시스템다이어그램을나타내었다. 시스템은인증절차를거쳐접속해야하므로 Farm_ Login 클래스는아이디와비밀번호를검증한다. 인증에성공하면 Farm_View() 클래스가호출되며, 입력한아이디가매개변수로전달된다. 인증은 Db_Control 클래 Fig. 4. Control System Class Diagram 8898

4. 사물인터넷적용을위한농장시스템구현본논문에서제안한사물인터넷적용농장시스템은생산지에서추출된데이터를기반으로하고있다. [ 그림 5] 는데이터를서버에서제어하는과정을나타내었다. 서버로전송된데이터와이미지를모바일로전송받아실시간제어가가능하다. LED와생산지의웹캠을연결하여실시간으로영상정보를전송해주고있다.

현재시스템구현을위해메인서버, 사용자간의데이터송수신에관하여테스트를진행하였고향후빅데이터관련오픈소스프로젝트를활용하여데이터수집및가공에관한시스템구현을진행할예정이다. 5. 결론본논문에서제시한방안을활용하여소규모및대규모농장에적용하여생산자에게편리성을제공하고인력문제또한해결할수있다. 신속한대응으로시간과비용을절감할수있으며더나아가농촌의경쟁력을확보할수있다.

또한생산지에서상태정보를전달하고사용자로부터명령을받아처리과정을데이터화하여생성되는빅데이터를저장하고공유하는과정을통해반복되어지는농사업무를디바이스가인식하여자동화함으로써고령화되고감소되어지는농업인구를대체하면서생산량의증대를가져올것이다. 그리고생성된빅데이터들은여러사업분야에공유되어지고지속적인사업의확장이가능하게된다. References Fig. 5.

4 4. 사물인터넷적용을위한농장시스템구현본논문에서제안한사물인터넷적용농장시스템은생산지에서추출된데이터를기반으로하고있다. [ 그림 5] 는데이터를서버에서제어하는과정을나타내었다. 서버로전송된데이터와이미지를모바일로전송받아실시간제어가가능하다. LED와생산지의웹캠을연결하여실시간으로영상정보를전송해주고있다. 모니터링화면은 WebIOPi(The Raspberry Pi Internet of Things Framework) 를이용하여구성하였다. 사용자는스마트폰, 컴퓨터등의웹브라우저를이용할수있는모든디바이스에서접속하여실시간영상을확인하고버튼을눌러시스템을제어할수있다. 현재시스템구현을위해메인서버, 사용자간의데이터송수신에관하여테스트를진행하였고향후빅데이터관련오픈소스프로젝트를활용하여데이터수집및가공에관한시스템구현을진행할예정이다. 5. 결론본논문에서제시한방안을활용하여소규모및대규모농장에적용하여생산자에게편리성을제공하고인력문제또한해결할수있다. 신속한대응으로시간과비용을절감할수있으며더나아가농촌의경쟁력을확보할수있다. 그리고사물인터넷기술을농업분야이외의모든분야에활용하는방안에시발점이될것으로전망된다. 오픈소스하드웨어인라즈베리파이와오픈소스프로젝트를활용하여생산지의환경을모니터링할수있는디바이스를구성하게함으로써누구나쉽게환경을구축할수있어농업산업에빠르게적용시킬수있다. 또한생산지에서상태정보를전달하고사용자로부터명령을받아처리과정을데이터화하여생성되는빅데이터를저장하고공유하는과정을통해반복되어지는농사업무를디바이스가인식하여자동화함으로써고령화되고감소되어지는농업인구를대체하면서생산량의증대를가져올것이다. 그리고생성된빅데이터들은여러사업분야에공유되어지고지속적인사업의확장이가능하게된다. References Fig. 5. Experimental works (a)hardware Configuration (b)remote control (c)source code [1] J. Y. Lee, J. H. Hwang, H. Yeo, Agriculture ICT fusion technology trends and development direction, Journal of The Korean Institute of Communication Sciences, Vol.31, No.5, pp , 2014 [2] J. Y. Lee, S. H. Kim, S. B. Lee, H. J. Choi, J. J. Jung, A Study on the Necessity and Construction Plan of the Internet of Things Platform for Smart Agriculture, Journal of Korea Multimedia Society, Vol. 17, No. 11, pp , 2014 DOI: [3] J. J. Kim, The advent of the Internet of Things era: Present and Future, International Trade & Business Institute, Vol.106, No.0, pp , 2015 [4] J. J. Kang, H. J. Kim, M. S. Jun, Market and Technical Trends of internet of things, The Korea Contents 8899

5 한국산학기술학회논문지제 16 권제 12 호, 2015 Assoiation, Vol.13, No.1, pp , 2015 [5] S. A. Son, S. C. Park, J. H. Kim, Design and Implementation of Smart Gardening System Using Sensing Technology in IoT Evironment, Koeran Society for internet information, Vol.16, No.1, pp , 2015 [6] S. L. Kim, M. M. Kang, The Trends and Prospects In Cloud-based Bigdata Technology, Communications of KIISE, Vol. 32, No. 2, pp , 20 임순자 (Soon-Ja Lim) [ 정회원 ] 1985 년 2 월 : 원광대학교전자공학과 ( 공학사 ) 1991 년 8 월 : 원광대학교대학원전자공학과 ( 공학석사 ) 2001 년 8 월 : 원광대학교대학원전자공학과 ( 공학박사 ) 2007 년 8 월 ~ 현재 : 원광대학교전자공학과조교수 < 관심분야 > 마이크로프로세서응용, 임베디드시스템, 사물인터넷 (IoT) 8900

인문사회과학기술융합학회

인문사회과학기술융합학회 Vol.5, No.5, October (2015), pp.471-479 http://dx.doi.org/10.14257/ajmahs.2015.10.50 스마트온실을 위한 가상 외부기상측정시스템 개발 한새론 1), 이재수 2), 홍영기 3), 김국환 4), 김성기 5), 김상철 6) Development of Virtual Ambient Weather Measurement