• 검색 결과가 없습니다.

< 연구 결과요약서 >

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2022

Share "< 연구 결과요약서 >"

Copied!
21
0
0

로드 중.... (전체 텍스트 보기)

전체 글

(1)

< 연구 결과요약서 >

소속학교 세종과학예술영재학교 책임 지도교사 장O

참여학생 경O녕, 최O진

과 제 명 IoT기반 조립형 식물 재배 블록 및 관리 어플리케이션

연구목표

도시 농장(Urban Farming)의 활성화

○ 개인 작물 재배에 대한 관심 증대

○ 식물자원부족문제의 친환경적인 해결, 식물 단지의 활성화 유도, 소비자들의 친환경 식자재 접근성 증대

연구내용

□ 이론적 배경 및 선행연구

○ 대부분의 인구가 농토를 소유하지 않으며, 도시에 거주하는 사람이 많아지면서 ‘도시 농장(Urban Farm)’의 새로운 방향에 대한 연구의 필요성이 증가함. 본 연구를 통하여 사용자 들의 필요를 충족할 수 있는 모듈화 된 가정용 식물 재배 블록을 제작하고자 함.

○ 기존 가정용 식물 재배 키트는 재배 가능한 양에 비해 차지하는 공간이 넓으며, 외부에서 는 내부를 관찰할 수 없었기 때문에 아이들이 식물을 키우며 얻을 수 있는 학습의 기회가 없음. 또한 여러 번 사용하는 것이 어렵고, 원하는 작물을 임의로 재배할 수 없음.

□ 연구 주제 선정(목적 및 필요성)

○ 학교에서 융합과목의 수업을 듣는 과정에서 도시 농장(Urban Farm)에 대한 관심이 생김. 공학과 농업의 융합이라는 주제로 연구의 주제를 “작물 재배 키트 제작”으로 선정함.

○ 건물 내의 벽면과 창문에 밀착해 공간 활용을 최대화하고, 단순 식물 재배 외의 기능도 할 수 있는 식물 재배 장치를 만들고자 함. 단열, 방범, 직사광선 차단 등의 효과를 이룰 수 있고, 주거환경에 따라 자유로운 인테리어가 가능한 “조립형 식물재배블록”을 제작하고 자 함.

□ 연구 방법

○ 식물 블록 제작

- 식물 블록의 본체, 광량조절부, 습도조절부 등을 제작

- LED, CDS 조도 센서를 이용해 광량조절부를 구성하고, 솔레노이드 벨브와 파이프 등을 이용하여 습도조절부의 자동급수시스템을 제작함.

○ 물관 비교실험

- 급수관의 최적화 모델을 결정하기 위하여 다양한 구멍 크기와 간격에서의 물 분출 양상을 비교하는 실험을 진행함.

□ 연구 활동 및 과정

○ 실현 가능성 검증(Proof of Concept)

- 식물 블록에 이용될 아두이노, 아두이노 센서, 그리고 릴레이 등 기기들의 사용법을 익히고 코딩하여 활용하는 활동을 진행함.

○ 식물블록의 본체 및 각 조절부 제작

- 식물을 제배할 본체를 제작하고, 재배 식물을 관리할 습도조절부, 광량조절부 등의

(2)

조절부를 제작 및 본체에 적용함.

연구성과

□ 연구 결과

○ 식물블록 Version 1(육각)

- 기존의 가정용 식물 재배 키트의 단점과 개선 방향에 대한 탐색을 통해 해결방안을 제시함. 온습도 센서, 토양 습도 센서, 조도 센서, 점적관수 시스템을 응용한 급수관 등을 이용하여 식물 생장에 유리한 환경을 지속적으로 유지하는 식물 블록 작동 시스템을 완성함.

- 식물재배 환경 유지의 자동화, 재사용 가능, 다양한 품종의 재배 등의 장점이 있음.

○ 식물블록 Version 2(사각)

- 식물블록의 디자인을 개선하여 다양한 형태의 적재가 가능한 직육면체 블록으로 제작함.

- 각 식물 블록을 하나의 서버에 연결된 각각의 클라이언트로 두어 네트워크를 통해 정보를 주고받고, 식물블록 하드웨어에 접근하면 LCD 내용이 변하고 LED 밝기가 변하는 등 다양한 인터랙티브 요소를 추가하여 사용자와 상호작용할 수 있게 함으로써 IoT기반 재배 시스템을 이룸.

□ 결과 해석 및 논의

○ 식물블록(육각)의 제작을 통해 식물 재배 자동화시스템의 완성과, 규칙적이고 배수를 생략하여 효율적인 급수 시스템을 새로이 제안하였음.

[그림 1] 식물블록(육각)

[그림 2] 식물블록(사각)

○ 식물블록(사각)을 발전시켜 사용자와의 인터랙션과, 서버에 연결된 블록들을 개별적으 로 제어할 수 있는 네트워크가 포함된 어플리케이션을 구현함으로써 IoT기반 조립형 식물 재배 블록 및 관리 어플리케이션 개발이라는 주제에 적합한 식물 블록으로 만들 수 있었음.

□ 결론 및 제언(시사점 및 향후 계획)

○ 식물블록은 건물의 유리 벽면에 설치되어 단열, 채광 조절, 공기 정화, 실내 인테리어 디자인 등 다양한 방면에서 실내 생활환경 조성에 이바지할 수 있음.

○ 향후 어플리케이션의 수정과 하드웨어 형태 변화를 통해 보급형 식물 블록을 제작하여 많은 사용자들로부터 모은 데이터베이스 제작, 조금 더 쉬운 설치와 접근 등 다양한 부분에 서 보완하여 실제 생활에 활용하는 것이 최종 목표임.

주요어

(Key words) 식물 자동 재배, 실내 생활환경 조성, IoT

(3)

< 연구 결과보고서 >

1. 개요

□ 연구목적

○ 도시 농장(Urband Farming)의 활성화

- 유기농 식품에 대한 관심과 여가생활에 대한 욕구가 증가하면서, 개인 작물 재배에 대한 관심이 많아지고 있다. 그러나 대부분의 인구가 농토를 소유하고 있지 않으며 도시에 거주하고 있기 때문에 ‘도시 농장’의 새로운 방향을 필요로 하는 사람들이 많아졌다. 이번 연구를 통하여 이러한 사람들의 필요를 충족할 수 있는 모듈화 된 가정용 작물 재배 블록을 제작하고자 한다.

- 식물 재배 블록 제작을 통해 실내에서 다양한 식물을 재배 가능하게 하여, 식물자원부족 문제를 친환경적으로 해결하고자 한다. 또한 식물 재배 시스템의 자동화를 통해, 도시 식물 단지의 활성화를 유도하고, 소비자들이 친환경 식자재를 이용할 수 있도록 하고자 한다.

□ 연구범위

○ 조립형 식물 재배 블록(이하 식물블록) 제작

<식물블록의 기능>

- 선택한 식물별 생장 환경 및 제어시나리오 연구

- 각 블록별 온도, 습도, 빛의 세기 등을 식물별 독립적으로 조절 - 블록은 실내에서 많이 키우는 식물의 크기에 따라 5~7종 사이즈 - 다른 블록과의 간단한 조립 및 분리 가능 형태

- 공기, 물의 순환 기능 및 광량, 열 제어 기능 - 블록 간 IoT 기반 센싱, 제어, 통신 기능

<식물블록의 구조>

- 온도조절부 : 펠티어 소자를 이용, 계절별 식물의 최적 온도 유지

- 습도조절부 : 배양토가 항시 일정한 습도를 유지하면 물빠짐이 필요 없는 물 공급 배관 구조 연구

- 광량조절부 : 태양빛의 적절한 투광, 차광 및 LED 보조 광량 조절

2. 연구 수행 내용

□ 이론적 배경 및 선행 연구

○ 유기농 식품에 대한 관심과 여가생활에 대한 용구가 증하하면서, 개인 작물 재배에 대한 관심이 많아지고 있다. 그러나 대부분의 인구가 농토를 소유하지 않는다. 또한 도시에 거주하는 사람이 많아지면서 ‘도시농장(Urban Farming)’의 새로운 방향에 대한 연구의 필요성이 증가하였다. 본 연구를 통하여 이러한 사용자들의 필요를 충족

(4)

할 수 있는 모율화된 가정용 식물 재배 블록을 제작하고자 한다.

○ 기존의 가정용 식물 재배 키트는 재배 가능한 양에 비해 차지하는 공간이 넓으며, 외부에서는 내부를 관찰할 수 없다는 단점이 있다. 또한 여러 번 사용하는 것이 어렵고, 원하는 작물을 임의로 재배할 수 없다.

□ 연구주제의 선정

○ 도시 농업의 활성화

- 사시사철 단영재나 커튼으로 가려져 있는 창문의 이점을 활용해 보고자 했다. 또한 최근 미세먼지의 증가로 공기 오염이 극심해져 환기의 목적으로도 활용되지 못하고 있다. 특히 저층에 위치한 세대의 경우 사생활의 공개를 꺼려하여 창문이 가려져 있는 경우가 대부분이다.

○ 기존 가정용 식물 재배 키트의 문제점

- 기존의 가정용 식물 재배 키트는 대부분 하나의 품종에 대해서만 재배를 지원하고, 일회용인 경우가 많다. 또한 소량 재배만 가능하고, 적재가 불가능하기 때문에 공간 활용도가 떨어진다. 따라서 기존 식물 재배 키트의 단점을 보완하는 차별화된 장치를 제작하야 한다.

○ 프로젝트 기반 연구(Urban Farming)

- 학교에서 융합과목의 수업을 듣는 과정에서 도시 농장(Urband Farming)에 대한 관심이 증가하였고, 공학과 농업의 융합이라는 주제로 연구의 주제를 “작물 재배 키트 제작”

으로 선정하였다.

○ 가정용 작물 재배 키트 제작 계획

- 처음에는 특정 작물에 대한 탐구를 통해 작물이 가장 잘 자랄 수 있는 환경을 조사한 뒤, 이에 적합한 식물 인큐베이터 또는 식물 재배 키트를 아두이노를 이용하여 제작하 기로 하였다. 또한 나아가서 이 키트와 연동되는 휴대폰 어플리케이션을 제작해 보고 자 하였다. 그러나 선행연구사례가 많아 연구 방향을 우회하기로 하였다.

○ 아두이노를 이용한 식물재배 블록 구현 가능성 검증

- 온도, 환기, 빛의 세기, LED 제어, 상황 Display 등 구형을 위한 기초 기술 제작을 통하여 검증하였다.

(5)

[그림 3] 구현 가능성 검증(온도센서, 토양습도센서, 조도센서, LCD)

[그림 4] 구현 가능성 검증(솔레노이드 밸브)

○ 조립형 식물 재배 블록의 제작

- 건물 내의 벽면과 창문에 밀착하여 공간 활용을 최대화로 하고, 단순 식물 재배 외의 기능도 할 수 있는 식물 재배 장치를 만들고자 했다. 차별화된 식물 재배 장치의 제작을 위해 관련 논문 조사를 진행하였고, 창문의 불편한 점을 개선하기 위해 다양한 선행 연구를 조사하였다. 따라서 단열, 방범, 직사광선 차단 등의 효과를 모두 이룰 수 있고, 개인 주거 환경에 따라 다양한 배치로 자유로운 인테리어가 가능한 “조립형 식물 재배 블록”을 제작하고자 하는 계획을 세우게 되었다.

□ 연구 방법

○ 본체 제작

- 흙과 식물, 그리고 블록 내부 환경을 조절하는 데 필요한 기기와 회로를 장착할, 식물 블록의 몸체 역할을 하는 본체를 제작한다. 이는 투명하고, 방수가 가능하며, 튼튼한 재질로 제작함으로써 기존의 연구에서 있었던 단점을 보완할 수 있어야 한다. 또한 키트 간 적재와 조립이 가능한 형태여야 한다.

- 적재와 조립이 용이하도록 육각기둥을 눕혀 자른 형태로 제작한다. 사용하는 재료는 아크릴 판으로, 레이저 커터를 이용하여 잘라 조립한다. 본체 대부에 흙이 들어가

(6)

재배가 가능한 공간과, 회로를 부착할 수 있는 분리된 공간이 필요하다.

○ 광량조절부 제작

- 식물블록에는 식물의 생장을 위한 필수 요소 중 하나인 빛에 대한 자동 조절 기능이 포함된다. 채광환경을 분석하여 LED를 작동시키는 광량조절부의 제작이 필요하다.

- 위 기능을 위해 아두이노로 쉬운 조작이 가능한 색상 LED와, 빛 감지 센서가 필요하다.

채광량을 감지하는 센서는 CDS 조도 센서를 이용하기로 결정하였다.

○ 습도조절부 제작

- 식물블록의 가장 중요한 기능인 자동급수시스템, 즉 습도조절부를 제작하여 블록 내 토양 습윤 환경을 판단한다. 기준치 이하의 습도일 경우 자동으로 급수를 시작하고, 기준치 이상이 되면 급수를 중단하도록 한다. 이스라엘 점적농법과 같이

- 급수 조절을 위해 아두이노로 쉽게 제어가 가능한 솔레노이드 밸브를 이용하기로 했다. 급수관은 실리콘 파이프를 이용하였고, 실리콘 관에 일정 간격으로 일정한 크기 의 구멍을 뚫어 이스라엘의 점적농법과 같이 고르고 효율적인 물의 공급이 일어나도록 한다.

○ 급수관의 최적화 모델 결정을 위한 물관 비교실험

- 흙 속에 설치하는 물관의 규격을 결정하기 위해 다양한 구멍 크기와 간격에서의 물 분출 양상을 비교하는 실험을 진행한다.

○ 사용 센서 및 기기

# 제품명 사진

1 아두이노 CdS 광/조도 센서 모듈 [SZH-SSBH-011]

2 Arduino Uno (R3)

(7)

3 흙 (혼합배양토) 10L _텃밭용

4

수분 공급

파이프(실리콘호스(내경X외경)6x8 (200cm)

5 솔레노이드 밸브

6 고정밀 온습도 센서(DHT21)

(8)

□ 연구 활동 및 과정

○ 실현 가능성 검증(Proof of Concept)

- 우리가 식물 블록 제작을 위해 사용할 아두이노와 아두이노 전용 센서, 그리고 릴레이 등 그 외 기기들의 사용법을 익히고 연습하였다.

- AnalogRead() 함수를 이용하여 조도 센서와 토양 습도 센서 및 온습도 센서 값을 읽어 와 시리얼 모니터에 출력하는 방법을 배웠다. 또한 DigitalWrite() 함수 등을 이용하여 출력하는 방법을 배웠다.

- LCD 디스플레이를 활용하여 여러 가지 센서 값을 출력 및 가시화하였다. 조도 센서, 토양 습도 센서, 그리고 온습도 센서에서 읽어 온 데이터를 LCD 디스플레이에 실시간 으로 2초에 한 번씩 번갈아 가며 출력하도록 하였다.

- 읽어 온 센서 값을 바탕으로 환경 판단을 하고 식물에 최적화된 환경으로 조성하도록 코드를 작성하였다. 빛의 양이 충분하지 않으면 LED를 켜고, 건조하면 솔레노이드 밸브를 열어 급수를 시작하게끔 했다.

7 아두이노 토양 습도 센서 모듈

8 파워릴레이 HF49FD-005-1H12

(9)

센서 입력 값에 따른 솔레노이드 밸브 및 LED 제어 (최종 코드)

#include <Wire.h>

#include <LiquidCrystal_I2C.h>

#include "DHT.h"

#define DHTPIN 2 // modify to the pin we connected

#define CDSPIN A1

#define MOISTPIN A2

#define RELAYPIN 13

#define LEDPIN 12

#define DHTTYPE DHT21 // AM2301

DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);

LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2); // I2C LCD 객체 선언

void setup() {

// initialize the LCD

lcd.begin(); // lcd를 사용 시작 lcd.backlight(); // backlight On lcd.setCursor(0, 0);

dht.begin();

pinMode(CDSPIN, INPUT);

pinMode(MOISTPIN, INPUT);

pinMode(RELAYPIN, OUTPUT);

pinMode(LEDPIN, OUTPUT);

}

void loop() {

float h = dht.readHumidity();

float t = dht.readTemperature();

float b = analogRead(CDSPIN);

float m = analogRead(MOISTPIN);

if(m>950) digitalWrite(RELAYPIN, HIGH);

else digitalWrite(RELAYPIN, LOW);

if(b>500) digitalWrite(LEDPIN, HIGH);

else digitalWrite(LEDPIN, LOW);

lcd.print("Humid : ");

(10)

[그림 13] 전체 회로를 본체에 부착한 모습 lcd.print(h);

lcd.setCursor(0,1);

lcd.print("Temp : ");

lcd.print(t);

delay(2000);

lcd.home();

// Clear the screen lcd.clear();

delay(100);

lcd.print("Bright: ");

lcd.print(b);

lcd.setCursor(0,1);

lcd.print("Moist : ");

lcd.print(m);

delay(2000);

lcd.home();

// Clear the screen lcd.clear();

}

(11)

<육각 블록 제작>

○ 본체

- 아크릴을 절단하여 본체가 될 부분을 조립하였다. 아두이노 등 회로와 센서가 들어갈 수 있는 공간을 마련하였다.

[그림 14] 앞쪽 측면

[그림 15] 위쪽

[그림 16] 측면

- 본체는 육각기둥을 세로로 자른 모양으로, 벌집형태의 철골 틀에 설치가 가능하게 제작되었다. 가운데에 칸막이 틈으로 물이 새지 않도록 실리콘으로 마감처리를 하였 다. 마지막 사진에서 칸막이 왼쪽에는 아두이노 회로와 센서 등이 들어가 부착될 것이다. 오른쪽에는 배양토, 물 배관이 설치되고 작물이 자랄 것이다.

○ 습도조절부

- 습도 조절 : 이스라엘 점적농법을 응용하여 흙의 습도를 항상 일정하게 유지한다.

보일러와 같은 배관구조로 흙 속에 관이 묻혀 있어 관에 뚫린 미세한 구멍으로 물이 지속적으로 나오도록 한다. 또한 식물 블록 내부와 그 흙 속에 습도 센서를 설치하여 습도가 부족할 경우 물 공급을 계속하고, 습도가 최적치보다 높을 경우 물탱크로 연결되는 솔레노이드 밸브를 잠가 습도를 조절한다.

- 실리콘 파이프로 관을 제작하고 일정한 간격으로 일정한 크기로 타공하여 최적의 관 형태를 결정하기 위해 아래의 두 가지 실험을 진행하였다.

○ 실험 1) 분류 기준 : 구멍의 간격, 공통 구멍 크기 : 3mm

(12)

- 위 조건 하에 구멍의 간격이 2cm, 4cm, 6cm일 때 물의 분출 양상을 비교 관찰 하였다.

동일한 수압 하에 5초간 관의 한쪽 끝에 물을 공급한 후, 관의 구멍에서 분출된 물을 판에 대고 따라 그려 각 관에 대한 물의 분출 형태를 비교하였다.

[그림 17] 실험 재료 및 준비물

[그림 18] 실험 수행 사진_물관 설치 후

구멍의 간격(cm) 실험 결과 개요

2 물이 관의 끝까지 이동하지 못 하고 앞쪽에서 모두 흘러나왔다.

4 물이 끝까지 고르게 나왔다.

6

물이 관의 끝까지 전달되었으나 구멍 사이 부분에는 물이 거의 전달되지 못하였다.

[표 1] 실험 1 결과

[그림 19] 물이 나오는지 테스트한 모습

[그림 20] 6cm, 2cm 간격 비교실험 결과

(13)

- 실험 1을 수행한 후 관찰된 결과는 구멍의 간격이 약 4cm인 물관이 가장 물이 고르게 분출되었다는 것이다. 2cm 간격의 물관은 수압이 약한 상황에서 관의 끝까지 물이 도달하지 못하였다. 반면 6cm 간격으로 구멍을 뚫은 물관은 물이 관의 끝까지 전달되 긴 하나 구멍의 간격이 넓어 조밀하게 흙의 구석구석 고른 급수가 불가능했다.

○ 실험 2) 분류 기준 : 구멍의 크기, 공통 구멍 간격 : 4cm

- 실험 1과 마찬가지로 위 조건 하에 구멍의 직경이 1mm, 3mm 일 때 각각 물을 분출하는 양상을 비교 관찰 하였다.

[그림 21] 1mm, 3mm 직경 비교실험 결과

- 실험 2를 수행한 후 관찰된 결과는 구멍의 지름이 약 1mm인 물관이 물을 더 멀리 보냈다는 것이다. 실험 1과 실험 2에 의해, 최종적으로 사용할 관의 규격은 4cm 간격으 로 직경 1mm의 구멍이 뚫린 관으로 정했다. 관의 형태를 구부러진 상태로 유지할 수 있는 지지대를 아크릴 판으로 제작하여 연결한 후 설치하였다. 물관의 흙에 묻히지 않는 쪽의 끝에는 전용 물탱크를 만들어서 식물 블록의 본체보다 높은 곳에 설치하였 다. 물탱크의 위쪽 구멍을 페트병의 입구와 같게 만들어 급수의 용이성을 증가시켰다.

구멍의 지름(mm) 실험 결과 개요

1 물이 평균적으로 5cm 정도 분출되었다.

3 물이 3cm 이상 분출되 지 못하였다.

[표 2] 실험 2 결과

(14)

[그림 22] 최적화된 물관을 아크릴 지지대에 엮은 모습

[그림 23] 물관을 본체 속에 설치한 모습

- 흙에 파묻혀 있는 형태이다. 물을 공급하여 흙 내부가 골고루 젖은 것을 볼 수 있다.

○ 광량조절부

- 광량 조절 : CDS 센서와 색깔 LED를 설치하여 식물 별로 최적화된 빛의 환경을 조성한다. 채광 시간, 빛의 세기, 빛의 파장 등 다양한 요소를 조절할 수 있다. 기본으로 LED의 색상은 붉은색과 푸른색이 섞여 있는 색으로 정했다. CDS센서의 입력 값이 500보다 커지게 되면 충분히 어두워 식물이 충분한 빛을 받지 못한다는 것으로, LED를 켜 식물이 받는 빛의 양이 부족하지 않게 했다. 아래 사진과 같이 조도 센서를 손으로 가리면 LED가 켜지는 것을 테스트할 수 있었다.

(15)

[그림 24] 햇빛에 의해 밝아 LED가 꺼져 있는 모습

[그림 25] 조도 센서를 손으로 가려 밝기가 500을 넘어 LED가 켜진 모습

○ 설치 및 완성

[그림 26] 회로 설치 사진

[그림 27] 설치 후 사진

<사각 블록 제작>

○ 본체 제작 및 센서와 아두이노 설치

- 아크릴을 절단하여 본체가 될 부분을 조립하였다. 아두이노 등 회로와 센서가 들어갈 수 있는 공간을 마련하였다.

(16)

[그림 28] 본체 조립 [그림 29] 각종 센서 및 화분 설치

- 본체는 직육면체의 형태로, 본체 내에 사용자의 기호에 맞는 화분을 설치하여 이용하 능하게 하고자 한다. 본체 내에는 온습도 센서, 토양습도 센서, 조도 센서가 설치되었으 며, 재배 환경을 제어할 각종 액추에이터를 설치할 예정이다.

○ 서버 구현(데이터베이스 생성 및 데이터 처리)

- MariaDB, Raspberry pi, 아두이노를 이용하여 데이터베이스를 구현하였다. 이를 통하 여 본체의 센서로부터 인식한 데이터값을 서버에 전송하고 데이터베이스의 table에 삽이하는 활동을 진행하였다. 이후에는 생성된 데이터베이스를 이용하여 사용자에게 식물별로 다양한 환경을 제공하고자 한다.

3. 연구 결과 및 시사점

□ 연구 결과

○ 본 연구에서는 기존의 가정용 식물 재배 키트의 단점과 개선 방향에 대해 탐색하고, 이에 대한 해결방안을 제시하였다. 또한 제시한 해결방안을 바탕으로 하여 온습도 센서, 토양 습도 센서, 조도 센서를 이용해 식물의 생장에 유리한 환경을 지속적으로 유지하는 식물 블록을 개발하였다. 본체에 설치된 물관의 적절한 구멍 크기와 간격을 알아보기 위한 실험을 진행하고 가장 적절한 물관을 식물 블록에 설치하였다. 이를 통해 사용자들이 식물 재배를 할 때 겪는 불편함 중 하나인 규칙적인 급수를 해결하였 다. 또한 기존의 가정용 식물 재배 키트에 비해 식물 재배 환경 유지의 자동화, 재사용 가능, 다양한 품종의 재배 등과 같은 장점이 있다.

(17)

[그림 30] 육각 식물블록 [그림 31] 사각 식물블록

○ 식물블록 Version 1(육각)

- 기존의 가정용 식물 재배 키트의 단점과 개선 방향에 대한 탐색을 통해 해결방안을 제시하였다. 온습도 센서, 토양 습도 센서, 조도 센서, 점적관수 시스템을 응용한 급수관 등을 이용하여 식물 생장에 유리한 환경을 지속적으로 유지하는 식물 블록 작동 시스 템을 완성하였다.

- 식물재배 환경 유지의 자동화, 재사용 가능, 다양한 품종의 재배 등의 장점이 있어 기존의 식물 재배 키트와 차별화를 이루었다.

○ 식물블록 Version 2(사각)

- 식물블록의 디자인을 개선하여 다양한 형태의 적재가 가능한 직육면체 블록으로 제작함 으로써 공간적 활용도를 높인 식물 블록으로 발전시켰다.

- 각 식물 블록을 하나의 서버에 연결된 각각의 클라이언트로 두어 네트워크를 통해 정보를 주고받고, 식물블록 하드웨어에 접근하면 LCD 내용이 변하고 LED 밝기가 변하는 등 다양한 인터랙티브 요소를 추가하여 사용자와 상호작용할 수 있게 함으로써 IoT기반 재배 시스템을 이루기 위한 기초를 구축하였다.

□ 시사점

○ 식물블록(육각)의 제작을 통해 식물 재배 자동화시스템의 완성과, 규칙적이고 배수를 생략하여 효율적인 급수 시스템을 새로이 제안하였다.

○ 식물블록(사각)을 발전시켜 사용자와의 인터랙션과, 서버에 연결된 블록들을 개별적으 로 제어할 수 있는 네트워크가 포함된 어플리케이션을 구현함으로써 IoT기반 조립형 식물 재배 블록 및 관리 어플리케이션 개발이라는 주제에 적합한 식물 블록으로 만들 수 있다.

○ 식물블록은 건물의 유리 벽면에 설치되어 단열, 채광 조절, 공기 정화, 실내 인테리어 디자인 등 다양한 방면에서 실내 생활환경 조성에 이바지할 수 있다.

(18)

○ 식물블록 보급을 통해 개인의 작물재배에 대한 관심과 Urbarn Farming의 활성화가 가능하고, 친환경식자재에 대한 접근성을 높일 수 있다.

○ 향후 어플리케이션의 수정과 하드웨어 형태 변화를 통해 보급형 식물 블록을 제작하여 많은 사용자들로부터 모은 데이터베이스 제작, 조금 더 쉬운 설치와 접근 등 다양한 부분에서 보완하여 실제 생활에 활용하는 것이 최종 목표이자 현재 연구의 개선점이 다.

4. 홍보 및 사후 활용

□ 지역사회와의 지식 공유

○ 세종과학예술영재학교 영재교육원

- 현재 재학 중인 세종과학예술영재학교에서 운영하는 영재교육원의 일부 학생들에게 본 연구 주제를 바탕으로 한 지식 공유 기회를 지원하였다. 영재교육원 학생들의 조별 연구 주제 중 버섯 재배와 관련된 것이 있었고, 버섯을 자동으로 재배하는 장치가 있다면 연구에 많은 도움이 될 수 있다는 것을 해당 조 담당 선생님의 소개를 통해 전해 듣게 되었다. 이에 본 주제로 진행 중인 연구를 소개함으로써 학생들에게 도움이 되고자 하였다.

[그림 32] 영재교육원 학생 대상 교육 모습

- 지식 공유 대상이 초등학생임을 고려하여 교육 계획을 작성하여 진행하였다. 버섯이라는 주제에 적합하도록 자동 버섯 재배 블록을 새로 디자인하여 이번에는 식물이 아닌 버섯에 적합한 환경을 유지하는 기능을 수행하도록 기존 기술 및 새로운 기술을 추가 적으로 적용하였다. 기존 블록에 온도 조절과 습도 조절 기능을 추가해 보는 경험을 통해 연구를 확장 가능성을 확인하는 기회가 되었다.

(19)

- 학생들에게 블록 제작 방법과 그 원리를 설명해 주었다. 아두이노의 기초적인 작동 원리와, 블록 제작에서 이용된 아두이노 부품의 역할, 그리고 회로를 직접 꾸미고 그 이유를 직관적으로 가르쳐 주었다. 아두이노가 작동하기 위해 코딩이 필요하고, 코드의 기본적인 구조와 코드를 다양하게 작성하여 무궁무진한 작품을 만들 수 있다는 것 등을 소개하여 학생들에게 아두이노에 대한 흥미를 유도하는 결과도 가져왔다.

○ 세종시교육청 주최 ‘세종교육축제’ 참가 및 부스 운영

- 세종시교육청에서 주최하여 운영한 ‘세종교육축제’에 ‘We are Makers’프로젝트의 일환 으로 참가하여 부스를 운영하였다. 더 많은 지역주민들에게 ‘도시농장’, 즉 ‘Urban Farming’에 대하여 알리고 본 연구를 소개하면서 도시농장에 대한 흥미를 유발하는데 기여하였다.

- 부스 운영을 통해 실제 주변 환경 센싱과 LCD 디스플레이를 통한 출력 및 확인이 가능한 식물 블록 데모 버전을 제작해 보는 체험을 제공하였다. 추후 데모 버전을 발전시켜 실제 자동화 식물 블록의 완성된 형태를 제작하는 기회를 방학 중에 심화 교육과 함께 제공할 계획 중에 있다.

[그림 33] 세종교육축제 부스 운영 모습

(20)

□ 후속연구 추진 계획

○ 다양한 환경에 서식하는 식물 고려

- 다양한 환경에서 서식하는 식물의 재배가 가능하도록 여러 종류의 식물블록 모델을 제작하고자 한다.

- 보다 다양한 식물의 재배를 위해 토생식물 외에 수생식물용 화분 모델 제작도 고려중이 다. 실제 사용 가능한 센서 조사를 통해 아두이노용 수위센서를 이용하여 수생식물을 위한 물 높이 조절에 활용이 가능하다는 것을 실제 프로토타입을 제작함으로써 확인을 한 상태이다.

□ 사후 활용 방안

○ 특허 출원 및 시중 판매·보급

- 식물블록의 환경 제어 시스템과, 세부 기능과 구조 등을 구체화시켜 특허 출원을 진행하 여 기술을 공개하고, 이를 바탕으로 시중에 실제로 판매 및 보급의 계획이 있다.

- 추후 다양한 기회를 통해 도시농장의 활성화를 위한 홍보를 진행하고, 이에 맞추어 식물블록의 소개와 아두이노 교육을 병행하여 식물 블록의 실질적인 보급이 이루어질 수 있도록 한다.

5. 참고문헌

김정호(2009). 식물공장의 동향과 전망. 농정연구속보 제61권, 한국농촌경제연구원.

박정원, 손장호. (2008). 생명과학 활동 중심의 교실환경이 초등학생의 감성지능에 미치는 영향. 한국실 과교육학회 학술대회논문집, , 125-149.

손은미, 이종범. (2008). 실내 원예활동 프로그램이 초등학생의 감성지능과 성취동기에 미치는 영향. 한 국실과교육학회지, 21(1), 23-35.

홍지완 (2016). 식물공장 광원의 색조합에 따른 광합성활성화에 관한 연구. 한국산학기술학회 논문지, 17(11), 368-375.

김동억, 이혜진, 강동현, 이공인, 김유호 (2013). 식물공장에서 인공광원의 종류가 반결구상추의 광합성, 생육 및 기능성물질 함량에 미치는 영향. 시설원예·식물공장, 22(4), 392-399.

김진아, 이연희, 홍준기, 홍성창, 이수인, 최수길, 문이슬, 구본성 (2013). LED 광원의 다양한 광질이 배 추 유묘의 유전자 발현에 미치는 영향. 원예과학기술지, 31(5), 607-616.

정유진 ( Yu Jin Jung ) , 강대현 ( Dae Hyun Kang ) , ( Maral Tsevelkhoroloo ) , 문준관 ( Jun Kwan Moon ) , 강권규 ( Kwon Kyoo Kang ). (2015). 상추에서 LED광질에 따른 플라보노이드 생합성 관련 유전자들의 발현 및 이차대사 산물의 성분 분석. Journal of Plant Biotechnology(구 식물생명공학회지), 42(2), 104-110.

NDSL. (2018). 지능형 가정용 새싹채소 자동 재배 시스템 개발. [online] Available at:

http://www.ndsl.kr/ndsl/search/detail/report/reportSearchResultDetail.do?cn=TRKO201500011238 [Accessed 15 Mar. 2018].

(21)

<EcoQube Frame: BEST vertical garden for veggies &

succulents>_https://www.kickstarter.com/projects/kevinzl/ecoqube-frame-best-vertical-garden 김중범, 나해영. (2018). 미나리 종자를 이용한 가정용 재배 키트 개발. 시설원예&#183;식물공장, 27(1),

86-93.

참조

관련 문서

펄스 레이저를 이용한 거리 센서 펄스 레이저를 이용한 거리 센서... Gas duct

hasSensorType String 차량 센서 Type을 표현. hasState String 클래스

영상처리 및 컴퓨터 비전 기술은, 인간의 고 차원 시 지각 능력을 컴퓨터에 부여함으로써, 다양한 분야에서 우리 삶의 편의를 제공할 수 있습니다.. (2)

자외선의 파장에 따른 아조벤젠 코팅된 FBG의 중심파장의 이동량을 측정하여 파장 에 따른 민감도를 확인하였다.또한 이를 통해서 여러 파장에서

마이크 외부 소리의 크기를 측정하는 센서 가속도 센서 속력을 감지하는 센서.. 자이로 센서 각 크기를 감지하는 센서 압력 센서

공유활성화 (Enable sharing)를 시키면 아래에 링크가 나옵니다... 대시 보드는 사물인터넷에서

개인의 신원을 인증할 수 있는 여러 방법에 대해 알아보고, 이 방 법들 중에서 최근에 홍채인식 기술을 활용하는 이유와 홍채인식 기술에서 정보를

수중 로봇 위치 추정 연구는 수중환경에서의 여러 가지 불확실성들을 고려하 여 시뮬레이션 센서 측정값들을 생성하고 생성된 센서 측정값에 포함된 불확실 성에 대한