IoT 부유물 청소 보트

19년도 하반기 캡스톤디자인

춘천에 위치하고 있는 댐이나 하천들을 가보면 수면 위를 부유하는 쓰레기나 악성 부유물을 발견 할 수 있다. 이러한 부유물 제거를 위해 노력을 하고 있지만 쉽게 접근할 방안이 없어 처리에 곤란을 겪고 있으며, 내버려 두면 부패하여 수질오염을 유발한다. 특히 댐이나 상수도 구역의 부유물은 식수원 오염의 주된 요소가 되고있어 주기적으로 제거가 필요하다.

이와 같은 수질오염 문제를 해결하기 위해 춘천시를 비롯한 지자체들은 사람이 배를 타고 나가 뜰채로 직접 부유물을 수거하거나 수거장치가 탑재된 바지선을 사용하여 부유물을 건져 올리는 방식들을 사용하고 있다. 하지만 이러한 방식들은 처리 용량 또는 비용의 효율에 한계를 가지고 있다.

춘천에서 생활하는 학생으로서 이러한 지역 환경 문제해결 방안에 대해 관심을 가지게 되어 본 프로젝트 주제를 선정하게 되었다.

개발 동기

아이디어 선정단계에서 안전, 환경, 생활 분야 위주로 주제를 탐색하던 중, 춘천사회혁신센터에서 진행하는 “2019, 의암호 되살림 프로젝트”라는 주제의 모바일 기반 IoT 청소보트를 제작하는 프로젝트를 발견하게 되었고, 위에 언급한 경험을 바탕으로 춘천에서 생활하는 학생으로서 이러한 지역 환경 문제에 관심을 가지고 해결 방안을 제시하고자 본 프로젝트 주제를 선정하게 되었다.

기능 명세

통신 거리에 제약이 없도록 인터넷을 통한 명령 송/수신 (LTE 통신 모뎀을 장착 - 스마트폰 테더링으로 대체)
부유물 감지시 해당 방향으로 자세 보정
쓰레기 이탈을 막기위한 포집망

제약 사항

보트 내부 사이즈인 500400300mm 이상의 부유물을 수거 불가능
그물 사이즈 한계로 인해 10L 이상의 부유물 수거 불가능
가동시간 : 요구 전력 / 공급 전력 = 사용 시간, 최대출력 → 31.68W / 72W = 0.44H, 26.4분 일반출력 → 31.68W / 22.8W = 1.389H, 83분
모터 토크 : Kg.m : {(975 * Power) / Rpm} * 모터 2대 일반출력 → {(975 * 11.4)/5000} *2 = 4.446kg.m 최대출력 → {(975 * 36)/11600} *2 = 6.051kg.m

시스템 플로우차트

컨트롤 프로세스
초음파 프로세스

통신 방식

MQTT 메시지 큐 서버를 응용한 통신

[Paho link] : https://github.com/eclipse/paho.mqtt.javascript

하드웨어 블록도

프로젝트 결과

기대효과 및 개선점

댐이나 하천에 존재하는 작은 생활 쓰레기나 부유물을 제거하기 위해 많은 인력과 자원이 소모된다. 수심이 깊은 곳은 사람이 직접 접근하기가 어렵고, 보트를 이용해 건지기엔 너무 넓은 범위에 산개 되어 있기 때문에 처리에 쉽지 않은 실정이다. 따라서 소규모 단위에 부유물 군을 효과적으로 제거하기 위해 IoT 청소보트를 활용한다. 기대효과로는 부유물 제거로 인한 댐이나 하천의 조경 향상될 것이며, 방문하는 관광객이나 시민한테 보여지는 하천의 이미지도 더 좋아질 것이다. 또한, 수거하지 못한 부유물과 쓰레기로 인해 발생되는 수질오염, 환경문제도 개선 가능하다.

수시로 부유물을 IoT청소보트를 이용해 수거하여 부유물이 쌓이는 것을 사전에 방지하면, 쌓여진 부유물을 한번에 제거하기 위한 인력과 자원 소모량의 축소를 기대할 수 있다. 나아가 오락적 부분으로 보트를 관광객이나 아이들이 직접 보트를 조종해 부유물을 제거하면서, 환경문제 해결의 생각과 하나의 관광상품으로 보여 질 수 있을 것으로 기대한다.

Hyeon-Kang/IoT_USV_unmaned_surface_vehicle