KR100929476B1 - Environmental management system using wireless sensor network, GPS, mobile robot - Google Patents

Environmental management system using wireless sensor network, GPS, mobile robot Download PDF

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Abstract

본 발명은 무선 센서네트워크, GPS(Global Positioning System), 이동로봇 기술을 이용한 농작물 재배 관리시스템에 관한 발명으로서, 로봇이 GPS를 이용하여 농작물 재배 단지 내를 주행하면서 해당 농작물의 재배를 위한 각종 환경정보를 수신하며, 수신된 정보를 다시 메인 서버로 전송하여 메인 컴퓨터에서 재배 단지의 상태 환경에 따라 고속의 이더넷 네트워크를 통하여 단지 내의 각종 액추에이터 들을 가동함으로서 농작물의 재배환경을 관리 및 제어하는 시스템이다.The present invention relates to a crop cultivation management system using a wireless sensor network, a global positioning system (GPS), and a mobile robot technology, wherein the robot travels in a crop cultivation complex using GPS, and various environmental information for cultivating the crops. It is a system that receives and transmits the received information back to the main server and operates various actuators in the complex through the high-speed Ethernet network according to the state environment of the cultivation complex from the main computer to manage and control the cultivation environment of the crop.

본 발명의 기술적 특징은 GPS 기술을 이용하여 농작물 재배단지 내에서 주행 및 재배환경을 감지하는 감지로봇 : 감지로봇과 무선 센서 네트워킹을 실시하는 환경정보 전송기: 환경정보 전송기 상에 탑재되어 환경 감지로봇과 무선 네트워크를 통하여 환경정보를 수신하는 무선 네트워킹 모듈; 환경 감지 로봇이 센싱하지 못하는 특정된 환경 정보의 센싱을 담당하는 센서모듈; 수집된 환경 정보를 고속의 제어용 이더넷 네트워크로 변환하여 메인 컴퓨터로 전송하는 통신 게이트웨이 : 통신 게이트웨이를 통하여 수집된 환경정보를 데이터베이스화하고 네트워크상에 연결된 액추에이터 들을 가동하여 환경을 제어하는 메인 컴퓨터를 포함하는 것이다.The technical feature of the present invention is a sensing robot for sensing the driving and cultivation environment in the crop cultivation complex using GPS technology: environmental information transmitter for performing a wireless sensor networking with a sensing robot: mounted on the environmental information transmitter and environmental sensing robot and A wireless networking module for receiving environmental information through a wireless network; A sensor module that is responsible for sensing specific environment information that the environmental sensing robot cannot sense; Communication gateway that converts the collected environmental information into a high-speed control Ethernet network and transmits it to the main computer. The communication gateway includes a main computer that controls the environment by operating database-connected environmental information and operating actuators connected on the network. will be.

무선센서 네트워크, GPS, 환경감지로봇, 통신 컨버터, 제어용 이더넷 Wireless sensor network, GPS, environmental sensing robot, communication converter, control Ethernet

Description

무선센서 네트워크, 지피에스, 이동로봇을 이용한 환경관리 시스템 {Environment management system using USN, GPS and mobile robot}Environmental management system using wireless sensor network, GPS, mobile robots {Environment management system using USN, GPS and mobile robot}

본 발명은 무선 센서네트워크와 GPS 기능이 구현된 환경 감지로봇이 농작물 재배 단지 내를 주행하여 해당 농작물들의 각종환경 정보를 센싱하며, 수집된 환경 정보들은 상위의 메인 컴퓨터로 전송되어 해당 농작물들의 재배환경이 파악되며 최종적으로 고속의 제어용 이더넷 네트워크를 통하여 해당 환경을 제어하는 액추에이터들을 가동하여 농작물에 대한 재배 환경을 관리하는 시스템에 관한 것이다.The present invention senses the environmental information of the crops by driving the environment sensor robot with a wireless sensor network and a GPS function implemented, the collected environmental information is transmitted to the main computer of the higher level to grow the environment of the crops And finally, a system for managing a cultivation environment for crops by operating actuators controlling the environment through a high-speed control Ethernet network.

로봇기술과 각종 무선 네트워크 기술을 이용한 환경관리 시스템은 적용 사례가 거의 없으며, 이와 비슷한 맥락으로서 자동화된 장치에 의한 환경제어 시스템에 대한 많은 응용이 이루어지고 있다. 현재 국내 특허실용 10-2001-0020589 ‘온도, 습도, 환기 자동제어장치’과 같이 시설재배 단지의 전자 팬을 활용한 공조 장치와 같은 기술이 개발되었다.Environmental management systems using robot technology and various wireless network technologies have few application cases, and many similar applications have been made to environmental control systems by automated devices. At present, technologies such as air conditioning devices using electronic fans in facility cultivation complexes have been developed, such as 10-2001-0020589 “Temperature, Humidity, and Ventilation Automatic Control System”.

그러나, 상기의 특허실용 시스템의 경우 소규모 형태의 단일 지역에 대한 환경제어는 가능하나 넓은 지역의 경우 많은 수의 시스템이 필요하게 되는 부담을 가지게 되며, 또한 해당 환경에 대한 별도의 센싱 장치들이 없음으로 인하여 정확하 고 효율적인 제어가 사실상 어렵다는 문제점을 갖는다.However, in the case of the above patent practical system, it is possible to control the environment of a small area in a small form, but in the case of a large area, a large number of systems are required, and there is no separate sensing device for the environment. This has the problem that accurate and efficient control is virtually difficult.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 하나의 환경 감지로봇과 로봇의 주행기술을 이용하여 전 농작물 재배지역의 환경정보를 센싱하여 센싱 장치의 수를 감소하며, 로봇을 통하여 수집된 환경 정보는 상위 메인 컴퓨터로 전송하여 네트워크 기반 통합 환경관리를 가능하게하며, 메인 컴퓨터에서는 설정된 재배 환경에 따라 고속의 제어용 이더넷 네트워크를 이용하여 재배 단지 내에 설치된 각종 장치들을 자동으로 가동하여 해당 장치들을 고속으로 제어하는 최적의 농작물 환경관리 및 제어 시스템을 제공하기 위한 것이다.The present invention is to solve this problem, the present invention is to reduce the number of sensing devices by sensing the environmental information of the entire crop growing region using the driving technology of one environmental sensing robot and robot, collected through the robot The environmental information is transmitted to the upper main computer for network-based integrated environment management. The main computer automatically operates various devices installed in the cultivation complex using a high-speed control Ethernet network according to the cultivated environment. To provide an optimal crop environment management and control system to control the

상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 환경감지로봇의 특징은 농작물 재배 지역 내의 주행 및 환경정보를 수집하여 상위 컴퓨터로 전송하는 환경 감지로봇에 있어서; 농작물 재배 단지 내에서의 감지로봇의 위치를 파악하기 위한 GPS 정보 수신모듈; 수신된 GPS 정보를 기반으로 재배 단지 내를 주행하기 위한 구동모듈; 농작물에 대한 환경정보를 실시간으로 센싱하는 환경 감지센서; 수집된 정보를 전송하기위한 무선 센서네트워크 모듈: 감지로봇의 전체 처리를 담당하는 제어모듈을 포함하는 것이다.Features of the environmental sensing robot of the present invention for achieving the above object is an environmental sensing robot for collecting the driving and environmental information in the crop growing area and transmits to the upper computer; GPS information receiving module for detecting the position of the sensing robot in the crop cultivation complex; A driving module for driving in the cultivation complex based on the received GPS information; An environmental sensor for sensing environmental information about crops in real time; Wireless sensor network module for transmitting the collected information: Contains a control module for the overall processing of the sensing robot.

또한 감지 로봇에서 수신된 환경정보를 메인 시스템에 전송하는 기능을 담당하는 환경정보 전송기에 있어서; 감지로봇과의 정보 교환을 실시하는 무선 센서 네트워크 모듈; 무선 네트워크를 통하여 수신된 환경정보들을 고속의 제어용 이더넷 네트워크로 연결된 메인 컴퓨터로의 전송을 위한 통신 게이트웨이; 제어용 이더넷 네트워크를 통하여 수집된 정보를 기반으로 농작물의 재배 환경을 관리 및 제어하는 메인 컴퓨터를 포함하는 것이다.In addition, the environmental information transmitter for the function of transmitting the environmental information received from the sensing robot to the main system; A wireless sensor network module for exchanging information with a sensing robot; A communication gateway for transmitting environmental information received through a wireless network to a main computer connected to a high-speed control Ethernet network; It includes a main computer that manages and controls the growing environment of crops based on information collected through a control Ethernet network.

상기의 목적과 구성을 갖는 본 발명에 따르면, 기존과 같이 소규모 단일 지역에 의존된 환경 관리구조의 문제점 및 다량의 환경 센서들의 소모에 대한 문제를 해결하여 본 발명은 적은 수의 센서와 하나의 감지로봇 및 제어 컴퓨터만의 구성을 통하여 방대한 지역에 대한 환경 관리 및 제어가 가능하다. According to the present invention having the above object and configuration, the present invention solves the problem of the environmental management structure and the consumption of a large number of environmental sensors, which are dependent on a small single area as before, and thus, the present invention provides a small number of sensors and a single sensor. The unique configuration of robots and control computers enables environmental management and control over vast areas.

또한, 수집된 정보들은 메인 컴퓨터상에서 일정 주기별로 데이터베이스화 되기 때문에 년도별, 주기별 환경 상태에 따른 농작물의 재배 환경을 파악하는 통계 자료로서의 사용도 가능하다.In addition, since the collected information is databased at regular intervals on the main computer, it can be used as a statistical data to grasp the cultivation environment of crops according to the environmental conditions by year and period.

또한, 파악된 농작물의 환경 상태에 대한 각종 장치들의 제어는 메인 컴퓨터 상에서 하나의 제어용 이더넷 케이블만으로 농작물 재배 단지 내의 모든 구동장치들을 네트워크화 및 제어할 수 있다는 장점을 가진다.In addition, the control of the various devices for the identified environmental conditions of the crop has the advantage that all the drives in the crop cultivation complex can be networked and controlled with only one control Ethernet cable on the main computer.

이하, 첨부된 도면에 따라서 본 발명의 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, an embodiment of the present invention according to the accompanying drawings will be described in detail.

도 1은 본 발명은 전체적인 시스템의 구성 및 환경 감지로봇의 내부 구성을 설명하는 블록도이다.1 is a block diagram illustrating the overall configuration of the system and the internal configuration of the environmental sensing robot.

농작물 재배 단지 내에서 환경 감지로봇(100)은 GPS 정보와 환경 재배 단지 바운더리 정보를 기반으로 재배 단지 내에서 주행을 실시하게 되며, 주행 간 일정 주기 및 구간별로 해당 농작물의 재배 환경 정보(온도, 습도, 풍량, 등)들에 대한 센싱을 실시한다. 환경정보 센싱 과정을 통하여 수집된 환경 정보들은 무선 센서 네트워크를 통하여 환경 정보 전송기(200)로 전송된다. 환경 정보 전송기에서는 수신된 농작물 환경 정보를 상위의 메인 컴퓨터(300)에서 사용하는 고속의 제어용 이더넷 네트워크로의 변환을 실시하여 메인 컴퓨터로 전송한다. 메인 컴퓨터에서는 수집된 환경 정보를 분석 및 데이터베이스화 하며, 해당 농작물의 설정 조건과 비교하여 동작 요건 발생 시 제어용 이더넷 네트워크 상에 통합되어 연결된 농작물 재배 관련 액추에이터(방상팬, 스프링클러 등)(400)들을 가동하여 농작물의 재배 환경을 관리한다.In the crop cultivation complex, the environmental sensing robot 100 performs driving in the cultivation complex based on GPS information and environmental cultivation complex boundary information. , Air volume, etc.). The environmental information collected through the environmental information sensing process is transmitted to the environmental information transmitter 200 through the wireless sensor network. The environmental information transmitter converts the received crop environment information into a high-speed control Ethernet network used by the upper main computer 300 and transmits it to the main computer. The main computer analyzes and databases the collected environmental information, and compares the set conditions of the crops, and operates the crop cultivation-related actuators (floor fan, sprinkler, etc.) 400 integrated on the control Ethernet network when operational requirements arise. To manage the growing environment of crops.

환경 감지로봇(100)은 GPS 신호를 수신하는 GPS 정보 수신모듈(101)과, 설정된 주행 바운더리 정보및 주행정보를 기록하는 데이터베이스(105)와 GPS 정보 수신모듈과 데이터베이스로부터 전송된 정보를 기반으로 로봇의 현재 위치 및 주행 영역을 판단하고 로봇의 주행을 지시하는 메인 제어모듈(103)과 메인 제어모듈의 제어 명령에 따라 실제 환경 감지로봇의 주행을 실시하는 구동모듈(102)과 주행간 일정 주기 별로 해당 농작물의 환경정보를 수신하는 환경정보 센싱 모듈(104)을 구비한다.The environment sensing robot 100 receives a GPS signal based on a GPS information receiving module 101, a database 105 for recording set driving boundary information and driving information, and a GPS information receiving module and information transmitted from a database. The main control module 103 for determining the current position and the driving area of the robot and instructing the robot to travel, and the driving module 102 for driving the actual environment sensing robot according to a control command of the main control module, for each predetermined period of driving. It is provided with an environmental information sensing module 104 for receiving the environmental information of the crop.

도 2는 본 발명의 일실시예에 적용되는 환경정보 전송기의 내부 구성을 나타내는 블록도이다.2 is a block diagram illustrating an internal configuration of an environment information transmitter applied to an embodiment of the present invention.

환경정보 전송기(200)는 환경 감지로봇과의 무선 센서 네트워킹을 통하여 환경 정보를 수신하는 무선 네트워킹 모듈(201)과 환경 감지 로봇에서 수집하지 못하는 추가적인 농작물의 환경정보를 수신하는 센서모듈(202)와 환경 감지 로봇의 환 경정보와 센서모듈의 환경정보를 메인 컴퓨터에서 사용하는 고속의 이더넷 네트워크로의 변환을 통하여 메인 컴퓨터로 전송하는 통신 게이트웨이 모듈(203)을 구비한다.The environmental information transmitter 200 includes a wireless networking module 201 for receiving environmental information through wireless sensor networking with an environmental sensing robot, and a sensor module 202 for receiving environmental information of additional crops not collected by the environmental sensing robot. The communication gateway module 203 transmits the environmental information of the environmental sensing robot and the environmental information of the sensor module to the main computer through conversion into a high-speed Ethernet network used by the main computer.

도 3은 본 발명의 일실시예의 동작과정을 설명하는 순서도이다.3 is a flowchart illustrating an operation of an embodiment of the present invention.

환경 감지로봇(100)은 농작물 재배 단지 내에서 GPS 신호를 수신하여 재배 단지 내에서 로봇은 현재 위치를 파악하며(A1), 데이터베이스에 기 정의된 재배 단지 바운더리 정보를 로딩하여 주행 영역을 확인한다(A5). 위치 파악 및 영역 확인 작업이 완료되면 재배 단지 내의 주행을 실시한다(A2). 환경 감지로봇은 주행간 일정 주기 및 주행 구간별로 내부에 탑재된 환경정보 센싱 모듈을 통하여 농장물 재배 환경 정보들에 대한 센싱을 실시하며(A3), 수집된 정보를 무선 센서 네트워크를 통하여 환경정보 전송기(200)로 전송한다(A4).
환경정보 전송기는 무선 센서 네트워킹을 통하여 환경 감지로봇으로부터 환경정보를 수신하며(B1), 추가적인 환경 정보 센싱을 실시한 후(B2), 수집된 정보와 기존의 환경정보를 고속의 이더넷 네트워크로의 변환하고(B3), 메인 컴퓨터(300)로 전송한다(B4). 메인 컴퓨터는 이더넷 네트워크를 통하여 전송된 환경정보를 수신하며, 실제 환경데이터로의 판독과정을 거친 후(C2) 해당 정보를 데이터베이스에 저장한다(C3). 또한, 판독된 정보와 실제 설정 정보와의 비교 후 조건 발생 시 이더넷 네트워크를 통하여 연결된 재배 단지 내의 각종 액추에이터(400)들을 가동 및 제어한다(C3). 농작물 재배 단지 내의 액추에이터들은 메인 컴퓨터의 제어 명령에 따라 가동 및 제어를 실시함으로서(D1) 농작물의 재배 환경이 상황에 관리 및 제어가 된다.The environment sensing robot 100 receives a GPS signal in the crop cultivation complex, and the robot detects the current position in the cultivation complex (A1), and loads the cultivation complex boundary information predefined in the database to check the driving area ( A5). When the positioning and the area confirmation work are completed, driving in the cultivation complex is performed (A2). The environmental sensing robot senses farm plant cultivation environment information through the environmental information sensing module mounted in each cycle for a certain period and driving period (A3), and collects the collected information through the wireless sensor network. And transmits to 200 (A4).
The environmental information transmitter receives environmental information from the environmental sensing robot through wireless sensor networking (B1), performs additional environmental information sensing (B2), and converts the collected information and existing environmental information into a high-speed Ethernet network. (B3), and transmits to the main computer 300 (B4). The main computer receives the environmental information transmitted through the Ethernet network, and after reading the actual environmental data (C2) and stores the information in the database (C3). In addition, when the condition occurs after the comparison between the read information and the actual setting information, various actuators 400 in the cultivation complex connected through the Ethernet network are operated and controlled (C3). The actuators in the crop cultivation complex operate and control according to the control command of the main computer (D1) so that the crop cultivation environment is managed and controlled in the situation.

도 1은 본 발명은 전체적인 구성을 설명하는 블록도이다.1 is a block diagram illustrating the overall configuration of the present invention.

도 2는 본 발명의 일실시예에 적용되는 환경 감지로봇의 구성 블록도이다.2 is a block diagram illustrating an environment sensing robot applied to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 일실시예의 전체 동작과정을 설명하는 순서도이다.Figure 3 is a flow chart illustrating the overall operation of an embodiment of the present invention.

Claims (4)

농작물 재배 단지 내에서 자신에 장착된 GPS모듈에 의한 GPS 정보와, 기 저장된 주행 바운더리 정보를 이용하여 주행을 실시하고 농작물의 환경정보(온도, 습도, 풍량)를 주기적으로 센싱하여 무선 센서네트워크를 통하여 상위의 메인 컴퓨터로 전송하는 환경 감지로봇;In the crop cultivation complex, driving is performed using GPS information mounted on the GPS module mounted on the farm and previously stored driving boundary information, and the environmental information (temperature, humidity, air volume) of the crop is periodically sensed through a wireless sensor network. An environmental sensing robot that transmits to the upper main computer; 상기 환경 감지로봇과의 무선 네트워킹을 통하여 상기 환경정보를 수신하고,상기 환경 감지 로봇에서 수집하지 못하는 추가적인 농작물의 환경정보를 센싱한 뒤, 상기 환경정보 및 추가적인 환경정보를 고속의 이더넷 네트워크로의 변환을 통하여 전송하는 환경정보 전송기; 및The environmental information is received through wireless networking with the environmental sensing robot, and after sensing the environmental information of additional crops that the environmental sensing robot cannot collect, the environmental information and the additional environmental information are converted into a high-speed Ethernet network. Environmental information transmitter for transmitting through; And 상기 환경정보 전송기와의 제어용 이더넷 통신을 통하여 수집된 환경정보를 분석 및 데이터베이스화 하고 분석된 농작물 재배 환경 정보를 기반으로 제어용 이더넷 통신을 통하여 연결된 단지 내에 장치들을 가동하는 메인 컴퓨터; 를 포함하며, A main computer configured to analyze and database the environmental information collected through control Ethernet communication with the environmental information transmitter, and to operate devices in a complex connected via control Ethernet communication based on the analyzed crop cultivation environment information; Including; 상기 주행 바운더리 정보는, 농작물 재배 단지 경계 영역에 존재하는 전송기들의 절대 좌표정보를 수신하여 인지되며, 바운더리 좌표 정보는 사전에 상기 로봇 내부에 상기 데이터베이스화 되어 설정된 정보를 기반 또는 상기 환경정보 전송기와의 센서 네트워킹 과정에서 전송되는 정보를 수신하는 것을 특징으로 하는 환경관리 시스템.The driving boundary information is recognized by receiving absolute coordinate information of transmitters existing in a border area of a crop cultivation complex, and boundary coordinate information is previously based on the database-configured information set in the robot or with the environmental information transmitter. Environmental management system, characterized in that receiving information transmitted during the sensor networking process. 제1항에 있어서, 상기 환경 감지로봇은, According to claim 1, The environmental sensing robot, GPS 정보를 수신하는 GPS 모듈;A GPS module for receiving GPS information; 기 설정된 주행 바운더리 정보 및 자신의 주행정보를 기록하는 데이터베이스;A database for recording preset driving boundary information and own driving information; 상기 GPS 정보와 상기 기 설정된 주행 바운더리 정보 및 자신의 주행정보를 기반으로 자신의 현재 위치 및 주행 영역을 판단하고 주행을 지시하는 제어 명령을 출력하는 제어모듈;A control module configured to determine a current position and a driving area of the vehicle based on the GPS information, the preset driving boundary information, and the own driving information, and output a control command for instructing driving; 상기 제어모듈의 상기 제어 명령에 따라 주행을 실시하는 구동모듈;A driving module for driving in accordance with the control command of the control module; 상기 주행간 일정 주기 및 구간별로 해당 농작물의 재배 환경 정보들에 대한 센싱을 실시하는 센싱모듈; 및 A sensing module configured to sense the cultivation environment information of the crop for each predetermined period and period between the driving; And 상기 수집된 환경 정보를 메인 컴퓨터로 전송하는 무선 센서네트워크 모듈; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 환경관리 시스템.A wireless sensor network module for transmitting the collected environmental information to a main computer; Environmental management system comprising a. 제1항에 있어서, 상기 환경정보 전송기는,The method of claim 1, wherein the environmental information transmitter, 무선 센서 네트워킹을 통하여 상기 환경 감지로봇으로부터 환경정보를 수신하는 무선 네트워크모듈;A wireless network module for receiving environmental information from the environmental sensing robot through wireless sensor networking; 상기 환경 감지 로봇에서 수집하지 못하는 추가적인 농작물의 환경정보를 센싱하는 센서모듈; 및A sensor module for sensing environmental information of additional crops not collected by the environmental sensing robot; And 상기 환경 감지 로봇의 환경정보와 상기 센서모듈의 환경정보를 메인 컴퓨터에서 사용하는 고속의 이더넷 네트워크로의 변환을 통하여 상기 메인 컴퓨터로 전송하는통신 게이트웨이; 를 포함하는 환경관리 시스템.A communication gateway for transmitting the environmental information of the environmental sensing robot and the environmental information of the sensor module to the main computer through conversion into a high-speed Ethernet network used by the main computer; Environmental management system comprising a. 삭제delete
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