SmartFarm Project

🍀위 '에코 스마트 팜:IoT'을 활용하여 진행할 수 있는 교육의 형태

1)기술, 공학교육:  라즈베리 파이 피코 W모델을 사용한 피지컬 컴퓨팅의 기본적 원리를 배울 수 있으며, 완성되어 제공되는 것이 아닌 설계도면과 부품이 제공되는 형태로 '메이커 활동(Maker Acitivity)'관련 교육을 진행할 수 있습니다. 직접 제작하고, 색을 칠하며 커스터마이징을 할 수 있으며, 전자회로에 대한 지식이 있는 교사 및 학생은 관련 센서를 커스터마이징 할 수 있습니다.

2)인공지능 및 코딩 교육: 하드웨어로 라즈베리 파이 피코W 혹은 아두이노 모델를 사용합니다. 기존에 교구로 제공되는 다양한 스마트팜의 기능은 '와이파이'가 연결되는 제품이 아니기 때문에 관리를 해는데 어려움이 있었습니다. 하지만 본 스마트팜은 간단한 어플리케이션으로 조작 및 관리할 수 있으며 나아가 다른 학교 및 학생, 사람들의 스마트팜 활용 데이터를 '에코맵(가제)'을 통하여 모두 확인할 수 있었습니다. 그런 과정에서 파이썬을 활용하여 작동되게 하며, 관련 IDE프로그램을 사용하며 인공지능 및 코딩 수업을 연계할 수 있습니다.

3)과학 및 실험교육: 제품을 제작하는데 끝나는 것이 아닌 제품에 달려있는 조도센서, 온도센서, 선풍기, 급수 시스템, 태양광 패널 및 충전 시스템 등을 활용하여 다양항 식물을 길러볼 수 있으며, 그 성장 데이터를 기록하며 생물 및 생명공학 관련 실제적 실습을 진행할 수 있습니다. 예를 들어 에코 스마트팜을 활용하여 성장시킨 식물과 일반적인 자연환경에서 성장시킨 식물을 비교하여 실험조건과 통제조건을 구분하여 실험을 진행해 볼 수 있습니다. 

4)생태전환 및 탄소중립 교육: '에코 스마트 팜(가제)'의 가장 큰 특징은 자체적으로 전기를 생산하는 시스템입니다. 기존의 다른 가정용 스마트 팜은 전기를 직접 제공해 줘야 하지만, 본 교구는 일조량이 좋은 조건에서 태양광 패널을 활용하여 낮에 충전하고 밤에 식물생장용 LED 및 급수펌프를 활용하여  24시간 동안 다른 전기 없이 자체 생산하는 전기를 바탕으로 식물을 성장시킬 수 있습니다. 이는 탄소 중립을 '기술공학'적으로 실천하는 가장 고도화된 방법을 학생들에게 인식시키는 계기가 될 것입니다. 

🍀스마트팜이란?

스마트 팜(Smart Farm)은 IoT 기술을 활용하여 농업 생산성과 효율성을 높이기 위해 개발된 농업 시스템이다. 센서, 빅데이터 분석, 인공지능 등의 기술을 활용하여 작물의 생장 상태, 토양의 영양 상태, 날씨 등을 측정하고 분석하여 자동으로 물을 주거나 영양제를 주입하는 등의 작업을 수행한다. 이를 통해 농작물의 품질을 향상시키고 농업 생산성을 높이는 것이 목적입니다. 

🍀스마트팜이 기술공학 , 메이커, 코딩교육에 도움이 되는 5가지 요소

1)하드웨어(라즈베리 파이 Pico W)와 소프트웨어(파이썬 IDE 프로그램: Thonny)를 함께 다룰 수 있습니다.

2)실제 산업에서 사용되는 기술(오픈소스 하드웨어, 코딩, 사물인터넷:IoT, 빅데이터 등)을 익힐 수 있습니다.

3)문제해결 과정을 익히고 시스템 사고를 할 수 있으며, 프로그래밍과 자동화 등의 개념을 적용해 시스템을 개발할 수 있습니다.

4)데이터 수집, 분석 및 처리 기술을 배울 수 있다. 추후, 인공지능을 활용하여 예측을 할 수 있는 데이터로 활용할 수 있습니다.

5)실제적 현장 경험을 통해 문제 해결 능력과 창의성을 키울 수 있습니다.

🍀 스마트팜이 환경교육에 도움이 되는 5가지 요소

1)효율적인 자원 사용: 스마트 팜은 IoT(사물인터넷) 기술을 활용하여 작물의 상태를 모니터링하고, 필요한 시기에 적절한 양의 물과 비료를 공급함으로써 자원의 낭비를 줄일 수 있습니다.

2)농약 사용량 감소: 스마트 팜은 자동화 기술을 활용하여 작물의 생육과 질병 발생 상황을 파악하고, 필요한 경우에만 적정한 양의 농약을 사용하여 농약 사용량을 줄일 수 있습니다.

3)탄소 배출 감소: 스마트 팜은 전력, 가스, 수도 등의 에너지를 효율적으로 사용하여 탄소 배출량을 감소시킬 수 있습니다.

4)농산물 우수성 향상: 스마트 팜은 작물의 상태를 실시간으로 모니터링하고 적절한 관리를 제공함으로써 작물의 생육을 개선하고 품질을 향상시킬 수 있습니다.

5)식량 안정 공급: 스마트 팜은 인공지능 기술을 활용하여 작물 생산 과정을 최적화함으로써 식량 생산의 안정성을 향상시킬 수 있다. 이를 통해 식량 공급에 대한 안정성을 높이고, 식량 안보를 유지할 수 있습니다.

🍀 스마트팜이 기술, 공학, 과학교육에 도움이 되는 5가지 요소

1)센서 및 IoT 기술: 스마트 팜에서는 센서와 IoT 기술을 사용하여 작물의 생장 상태, 온도, 습도 등을 모니터링하고, 이를 데이터화하여 분석할 수 있습니다. 이러한 기술을 이용하면 과학 교육에서 센서 및 IoT 기술의 응용 분야를 학습할 수 있습니다.

2)식물 생태계 이해: 스마트 팜에서는 식물 생태계를 이해하고, 작물의 성장과정을 관찰하며 이를 토대로 작물의 재배 및 유지에 필요한 조건을 제공합니다. 이러한 과정에서는 식물의 생태계와 관련한 과학적 이론과 지식을 학습할 수 있습니다.

3)자원관리 기술: 스마트 팜에서는 자원관리 기술을 이용하여 물, 영양소, 에너지 등의 자원을 효율적으로 관리합니다. 이를 통해 자원의 낭비를 줄이고 환경 보호에 기여할 수 있습니다.

4)빅데이터 분석: 스마트 팜에서는 수많은 데이터를 수집하고, 이를 분석하여 작물의 성장과 건강 상태를 예측하고, 재배 환경에 대한 최적의 조건을 설정합니다. 이를 통해 빅데이터 분석에 대한 이해와 능력을 배울 수 있습니다.

5)로봇 및 인공지능 기술: 스마트 팜에서는 로봇 및 인공지능 기술을 활용하여 작물의 자동화된 재배 및 관리를 수행합니다. 이를 통해 로봇 및 인공지능 기술에 대한 이해와 능력을 향상시킬 수 있습니다.

🍀 에코 플랜트 스마트팜 교육운영계획서 예시(탄소중립)

🍀 에코 플랜트 스마트팜 교육 8시간(4시간: 피코 기본 교육+4시간: 스마트팜 하드웨어)

• 에코 플랜트 스마트팜 탄소중립 캠프가 끝난 후 2일 뒤 아이들이 점심시간에 인공지능 공학실에 방문하여  지속적으로 스마트팜을 수정하고 연구하는 모습을 보였습니다. 우리의 목적은 '탄소중립'을 '기술공학'으로 해결하려는 목적을 가지고 있습니다.

• 1개 추가 받은 키트로 교사용 스마트팜 제작을 하였습니다. 추후에 마이크로 비트로 보드를 전환하여 제작할 예정입니다. 

• 약 3일 뒤 실험 및 제작을 계속하였습니다. 5V Input 태양광 모듈을 활용하여 작동 테스트를 실험하였습니다. 식물은 다육이 선인장으로 선정하였습니다.