1. 수행배경

• 오늘날, 국가지표체계에 따르면 1인 가구의 비율은 2000년 15.5%에서 2021년 33.4%로 증가했으며, 인터넷 쇼핑몰 G마켓에 따르면 식물 관련 매출이 지난 해의 같은 기간에 비해 약 52% 증가했다고 한다.

• 그러나 식물을 키우는 건 상당한 노력이 필요한 일이다. 식물을 키우기 데 적절하지 못한 환경이거나, 규칙적으로 식물의 상태를 살피는 것을 귀찮아하고, 일이 바빠 관리해 줄 시간이 없는 1인 가구의 경우 이러한 취미 생활을 즐기기 어려울 것이다.

• 이러한 부분에 주목하여 1인 가구가 부담 없이 이용할 수 있도록 차지하는 공간이 많지 않고, 온실의 내부 온도, 조도, 토양수분 값 등을 활용해 반려 식물을 키우기에 적절한 환경을 자동으로 제공하는 식물 관리 시스템을 고안했다. 뿐만 아니라 실시간으로 식물의 상태를 확인하기 위해 어플리케이션을 연동하였으며, 주기적으로 식물의 모습을 촬영하고 시든 잎 탐지를 하여 사용자에게 어플리케이션의 푸시 알림을 통해 알리는 기능을 만들었다.

• 그래서 식물을 키우는 것에 자신이 없거나 시간적 여유가 없는, 혹은 식물을 기르기에 열악한 환경에서 생활하는 1인 가구도 어렵지 않게 식물을 키울 수 있도록 도움을 주며, 인테리어의 용도로 개인이 커스텀하여 사용할 수 있도록 자신만의 미니정원을 꾸밀 수 있게 하였다.

  그리하여 위와 같은 기능을 가진 “1인 가구를 위한 식물 관리 시스템”을 개발하였다.

2. 수행기간

• 2023년 3월 2일 ~ 2023년 6월 2일
• 개발 환경 구축 1, 2주차
• 식물 영상처리 2, 3 주차
• 하드웨어 제작 3, 4, 5, 6 주차
• 어플리케이션 제작 및 연동 6, 7, 8, 9 주차
• 기능 테스트 및 수정 10, 11주차

3. 개발작품 설명

• 전체적인 구성

  • 센서로 온실 내부의 환경 값을 측정하고, 식물 OPEN API를 가공하여 DB에 저장 후, 저장된 값으로 특정 식물의 생육 정보에 따라 온실 내부 환경이 자동으로 조절된다.

    이러한 현재 온실 내부 상황을 어플리케이션에서 볼 수 있게 하였다. 또한 카메라에서 주기적으로 온실 내부를 촬영한 후 직전 사진과 비교하여 시든 잎을 탐지하고 해당 사진과 시든 잎 유무를 확인할 수 있게 하였다. 추가적으로 미세먼지 OPEN API를 가공하여 LCD 패널에 현재 미세먼지 값을 보여주어 사용자에게 환기 여부를 알려주었다.

• 세부 동작 - 온실
  • 쿨링팬
    OPEN API에 따른 식물의 적정 온도보다 현재 온실 내부의 온도가 높을 경우 쿨링팬이 작동하고, 그 외의 경우에는 쿨링팬이 멈춘다.
  • LED
    OPEN API의 정보를 바탕으로 식물의 광도 필요량을 총 3단계로 구분하였다. 1번 식물은 9시부터 18시까지 LED를 항상 켜 놓고,
    2번 식물은 9시부터 18시까지 LUX가 800 이하일 경우 LED를 켜고,
    3번 식물은 9시부터 18시까지 LUX가 300 이하일 경우 LED를 키도록 하였다.
  • 물주기 동작

    토양 수분 센서로 흙의 수분을 측정한 뒤 퍼센트 별로 단계를 지정하고 OPEN API의 물주기 단계와 비교하여, 값의 차이만큼 물을 공급해준다. 물 공급 절차는 화분 아래 급수통 있는 물을 워터펌프를 사용하여 비가 내리는 것처럼 물을 주며, 흙에서 흡수되고 빠져나온 물은 아래에 있는 급수통으로 다시 들어가 재사용 할 수 있도록 구성하였다.

  • 신호등 LED

    온실 내부 환경을 직관적으로 확인할 수 있도록 신호등 LED를 통해 온도가 적합하지 않으면 빨간색 신호등 LED를, 조도가 적합하지 않으면 노란색 신호등 LED를, 식물의 적정 온도와 조도를 만족하면 초록색 신호등 LED가 켜지도록 구현하였다.

• 세부 동작 - 어플리케이션
  • 식물 정보 보기 탭
    

    사용자가 원하는 식물을 선택하고, 온실 내부 값을 보여주며, 내부 값이 해당 식물의 적정 생육 환경과 비교하여 어떠한지 직관적으로 알아볼 수 있도록 그래프로 알려준다.

  • 식물 실시간 보기 탭

    식물 실시간 보기 탭에서 현재 식물의 상태를 실시간으로 확인 할 수 있다.

  • 다른 식물 알아보기 탭
    다른 식물 알아보기 탭에서는 데이터베이스에 저장된 식물들의 목록들을 볼 수 있고, 자세히 알아보기를 클릭하면 해당 식물에 대한 상세 웹 페이지로 이동한다.
  • 식물 타임라인 보기 탭

    일정 단위 기준으로 찍힌 온실 내부의 사진을 확인할 수 있다. 사진을 다른 이에게 공유도 할 수 있으며, 만약 현재 사진이 직전 사진과 비교해서 시든(노란) 잎이 증가하였을 때, 푸시 알림이 온다.

  • 푸시 알림
    

    급수통에 물이 떨어짐을 방지하기 위해 물을 5번 주었을 때, 푸시 알림이 오며, 지난 주와 비교해 시든 잎 비율이 증가하면 푸시 알림이 오도록 하였다.

• 세부 동작 - 이미지 처리

  • 라즈베리파이 카메라로 사진을 찍어, 데이터베이스에 저장하고, 직전에 찍은 사진과 비교하여 시든 잎 비율의 증감을 판단한다.

4. 활용방안

• 물의 생육정보에 맞춰 쿨링팬, 워터펌프, led등을 조절한 것과 같이 반려 물고기나 반려 파충류 등 온실에서 키울 수 있는 다양한 생명체에 대해서 그 동물들의 생육정보를 받아온다면 각종 센서에 따라 동물들의 생육환경을 자동으로 조절할 수 있는 시스템으로 응용할 수 있을 것이라고 생각한다.