1. 수행배경

• 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% 증가
• 농촌진흥청에 따르면, 식물을 기르게 될 경우 정서적 안정, 행복감 증가, 우울감 감소와 같은 효과를 얻음
• 그러나 1인 가구는 식물을 키우는 데 적절하지 못한 환경이거나, 규칙적으로 식물의 상태를 살피기 어렵고, 관리해주기 어려움
• 이러한 부분에 주목하여, 1인 가구가 부담없이 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 고안
• 추가적으로 실시간으로 식물의 상태를 확인하기 위해 어플리케이션을 연동하였으며, 주기적으로 식물의 모습을 촬영하고 시든 잎 탐지를 하여 사용자에게 어플리케이션의 푸시 알림을 통해 알리는 기능 제작
• 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 함

2. 수행기간

• 2023년 7월 ~ 9월
• 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 조절

  • 이러한 현재 온실 내부 상황을 어플리케이션에서 볼 수 있게 함.

  • 카메라에서 주기적으로 온실 내부를 촬영한 후 직전 사진과 비교하여 시든 잎을 탐지하고 해당 사진과 시든 잎 유무를 확인할 수 있게 함

  • 미세먼지 OPEN API를 가공하여 LCD 패널에 현재 미세먼지 값을 보여주어 사용자에게 환기 여부를 알려줌

• 세부 동작 - 온실
  • 쿨링팬
    • OPEN API에 따른 식물의 적정 온도보다 현재 온실 내부의 온도가 높을 경우 쿨링팬이 작동하고, 그 외의 경우에는 쿨링팬이 멈춤
  • LED
    OPEN API의 정보를 바탕으로 식물의 광도 필요량을 총 3단계로 구분
    • 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 함
  • 물주기 동작

    • 토양 수분 센서로 흙의 수분을 측정한 뒤 퍼센트 별로 단계를 지정하고 OPEN API의 물주기 단계와 비교하여, 값의 차이만큼 물을 공급. 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 구성

  • 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 구현

• 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 알려줌

  • 식물 실시간 보기 탭

    • 식물 실시간 보기 탭에서 현재 식물의 상태를 실시간으로 확인

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

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

  • 푸시 알림
    

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

• 세부 동작 - 이미지 처리

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

4. 활용방안

• 식물의 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 생각