하우스 조도 유지 시스템

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서명원 (토론 | 기여)님의 2021년 9월 5일 (일) 17:56 판 (→‎설계 구상)
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개요

농작물 생육 시설에 사용될 수 있는 조도 유지 시스템 설계

조건

  • 기준 조도 변경 가능해야 함.
  • 어두워지면 조명을 켜서 기준 조도를 유지하도록 하고, 밝아지면 조명을 최대한 끄도록 함. (전력 소모 최소화!)
  • 원격지에서 동작 상태 모니터링 가능해야 함.

설계 구상

  1. 조명
    • LED 등 사용 -> 실험을 통해 최적 파장 찾아야 할 필요 있음.
      ☞ 「식물용 조명」에서 정리 함.
      '표고버섯' 기준, 520~540㎚(초록색), 150~350㏓ 임.
    • 전원은 24Vdc 사용 -> 전류량 검토 필요 함.
    • 일부 회로 손상되어도 최대한 기능 유지할 수 있어야 함 -> 병렬 구성 필요.
    • 고장 상황을 파악할 수 있어야 함 -> 심야시간대 최대 밝기 가동시 조도량 파악으로, 고장 상황 추측 가능. Software로 해결할 수 있어 보임.
    • 제어기에서의 제어 방법 확정 필요 -> 조명이 먼저 확정되어야, 제어 방법을 확정할 수 있음.
  2. 센서
    • 상용품 사용 -> 초기 물량은 상용품 사용하고, 추이를 봐서 자체 제작을 할지 검토해 봐야 함.
    • 방수 기능 필요 -> 실내 가습으로 인한 물방울 튐 발생해도, 문제 없이 동작해야 함.
    • 하우스 내부/외부 각각 설치 필요 -> 외부 조도 확인을 통해, 내부 조명 사용을 최소화 할 수 있음.
  3. 제어기
    • Raspberry-Pi 사용 : 상용품이므로 수급이 쉽고, 필요한 모든 기능이 내장되어 있으므로, 개발기간 단축에 지대한 영향을 미침.
  4. 전원
    • 24Vdc to 5Vdc 3A converter : 자체 제작할지 검토 필요.
  5. 원격 연결
    • 제어기에서 Internet-Server로 지정된 주기마다 정보 전송.
    • Viewer는 Server에서 데이터 읽어와서 표시해줌.
    • 실시간 제어가 필요하면, topology를 변경해야 함.
  6. 보조 기판
    • 조명의 갯수가 많을 것이므로, 어느 정도를 어떻게 구분지어서 제어할지 고민해야 함.

기초 설계

조명

센서

조건 : 조도 측정하여 Lux 단위로 반환 하는 module 형태 사용.
케이스 : 소형 투명 케이스 사용.
참고 :
https://www.eleparts.co.kr/goods/view?no=4310126 / https://wiki.dfrobot.com/Gravity__I2C_VEML7700_Ambient_Light_Sensor_SKU__SEN0228
http://item.gmarket.co.kr/DetailView/Item.asp?goodscode=2211824566&GoodsSale=Y&jaehuid=200002673
https://www.eleparts.co.kr/goods/view?no=3217894 / https://www.mouser.com/datasheet/2/348/bh1750fvi-e-186247.pdf

제어기

  • 본체
    설명 : Raspberry-Pi 사용.
    장점 : Linux OS 사용으로, 보안성 높음.
    단점 : SD-Card 탈취하여 복제하는 경우에 대한 보안 강화 필요.
    참고 : https://www.eleparts.co.kr/goods/view?no=3693203
  • 화면
    설명 : HDMI 연결 방식의 LCD Touch-screen 사용.
    장점 : 별도의 키보드/마우스 없이 조작 및 네트워킹 설정 등 가능.
    단점 : 방수 기능 없으므로, 플라스틱 상자 내부에 넣는 형태로 제작해야 할 필요 있음.
    참고 : https://www.eleparts.co.kr/goods/view?no=3147896

전원

  • 제어기 전원
    사양 : 5V 2A
    방법 : 5V 3A Adaptor 사용
  • 터치스크린 전원
    사양 : 5V 240mA
    방법 : 본체 USB 단자에서 전원 공급 가능
  • 조도센서 전원
    사양 : 5V 0.045mA
    방법 : 별도 전원??
  • 전등 전원
    사양 : ??V ??A
    방법 : 전등 제어기에서 공급
  • 전등 제어기 전원
    사양 : 220Vac
    방법 : 220Vac 일반 전원 사용

원격 연결

  • 내장 화면에 기본 데이터 표시
    사용 언어 : C# + Mono
  • 자체 Web-Server 구동하여, 실시간 정보 표시.
    사용 언어 : python
  • 외부 DB 연결 기능은 추후 고려...

보조 기판

동작

  • 단어 정의
    내부 조도값 : 하우스 바닥면에 설치된 조도센서에서 읽어온 값.
    외부 조도값 : 하우스 천정면에 설치된 조도센서에서 읽어온 값.
    기준치 : 사용자가 설정한 기준 조도값. (온도 15℃, 습도 61%RH, 조도 170 ㏓)
  • 동작 Algorithm
    1. 내부 조도값이 기준치 이상인 경우
      외부 조도값이 기준치 이상이면
      조명을 어둡게 함
      외부 조도값이 기준치 이하이면
      변경폭 < (내부조도값-기준치) 인 경우, 조명을 어둡게 함
      (내부조도값-기준치) < 변경폭 인 경우, 현 상태를 유지 함
      추가 : 이 경우, 외부 조도 센서에 이물질 있는지 판단할 필요 있음.
    2. 내부 조도값이 기준치 이하인 경우
      외부 조도값이 기준치 이상이면
      조명을 밝게 함
      추가 : 이 경우, 내부 조도 센서에 이물질 있는지 판단할 필요 있음.
      외부 조도값이 기준치 이하이면
      조명을 밝게 함
  • 조명 변경 : 〔 새밝기 = 이전밝기 + (기준치 - 내부조도값) * 변경상수 〕
    '변경상수' 는 내부에서 자동으로 tuning되는 값 임.
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