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수경재배 | 자동관수시스템

by 숨마 posted Jul 04, 2021
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[목표]

수경재배에서 자동관수시스템을 만들어 놓으면 꽤 오랫동안 신경쓰지 않아도 물이 식물에게 자동으로 공급되도록 할 수 있기 때문에 대단히 편리하고, 많은 수경재배배드들을 적은 인력으로 관리가능하게 된다.

문제는 센서들이 제대로 동작하지 않았을때 물넘침으로 인한 홍수 또는 물부족이 발생하게 된다는 것이다. 물부족은 그렇다 쳐도 일단 넘침이나 누수가 발생하면 참사 수준이 되기 때문에 자동화가 몹시 조심스러운 것도 사실이다. 그렇기 때문에 자동관수시스템은 센서와 장비들의 안정성에 큰 영향을 받게 된다. 또한 처음부터 양액 공급과 연동되도록 설계를 하지 않는 경우 양액은 여전히 수동으로 조절해줘야 한다.

 

[가이드라인]

다음과 같이 몇가지 가이드라인을 만들었다.

1. 스마트싱스 환경에서 동작하는 것을 전제로 한다. 인터넷 망에 연결되어 있지 않거나, WIFI 망을 사용하는 경우 여러 제약요소들이 있어 고려하지 않는다. 다만, 이 경우 아두이노나 esp32를 사용하기 위해서는 다소 복잡한 과정이 필요하게 된다.

2. 따로 수조를 만들지 않고, 수도에서 직결되는 관수체계를 채택하도록 한다. 이러한 경우 양액 공급과 연동되도록 설계하는 것이 어렵게 되는 단점이 있는 반면, 수조 관리상의 어려움이 줄어들고, 따로 워터펌프 등은 필요없게 되는 장점이 있다. 물론, 물 순환 시 양액이 가령 링거처럼 일정 비율로 들어가게 하는 장치를 따로 만들 수는 있겠다.

3. 12V 전원을 기본으로 채택했다. 220V 고전압 전원은 아무래도 위험성이 있어서 배제한다. 수경재배에 필요한 LED 등에 12V 전원을 채택했기 때문에 이와 연동되는 것이 필요하기도 하였다.

 

[시나리오]

시나리오는 다음과 같다.

1. 수분 센서에서 수분을 감지하면 정상상태이다. 솔레노이드 밸브는 닫혀있는 상태를 유지한다.

2. 수분 센서에서 수분이 감지되지 않으면 물공급이 필요한 상태이다. 솔레노이드 밸브에 열림 명령을 내리고, 30초간 열려 물공급을 한다.

3. 바닥에 있는 누수센서에서 물기가 감지되면 모든 솔레노이드 밸브에 닫힘 명령을 내린다.

 

[확인된 문제점들]

실제 구현 결과 시나리오의 문제점들

1. 처음에는 아두이노용 저렴이 수분센서 -> 아두이노 -> 지그비 통신 -> ST 허브로 연결해서 정보를 보냈는데, 저렴이 수분센서는 양액에서 사용 불가능이었다. 양액에 있는 여러 성분들이 저렴이 수분센서의 전극에 달라붙어서 2~3일이면 못쓰게 된다.

> 결국, 저렴이 수분센서는 포기하기로.

2. 다음으로 투야 누수감지센서로 전환하기로 결정했다. 수분이 마를때까지 시간이 소요되지만 나름대로 안정적인 동작을 보여주긴 하는데, 가장 큰 문제는 수분이 감지되고 있는 동안 배터리 소모가 너무 컸다. 약 4일 정도면 AAA 배터리 2개의 전원이 다 나가버리는 것. 아마 수분미감지 상태 시에는 동면 상태 등 최소전력을 소모하지만, 수분 감지 상태 시에는 계속적인 알림 등을 이유로 깨어 있는 듯.

> 결국, 3V 전원 망을 추가로 도입해, 투야 누수감지센서에 직결하기로.

 

[준비물]

1. 물공급을 위해 위해 밸브형 수도-정수호스 연결부속, 6mm 정수호스, 12v 솔레노이드 밸브, 그외 연결부속들

2. 수분감지 및 자동 동작을 위해 수분감지센서, 지그비 4포트 릴레이 스위치

3. 누수 확인을 위해 원형 수분감지센서

4. 그외 12V 및 3V 아답터들과 스마트싱스허브 등 스마트싱스 환경

 

[연결과정]

1. 수도와 밸브형 수도-정수호스 연결부속을 연결

통상 각링 고무패킹이 있는데, 만약에 없는 경우 테프론 테이프를 감아야 한다. 테프론 테이프 감는 것도 전문적인 기술이 필요하니 유튜브 영상을 꼭 참조해야 한다. 밸브가 있는 것으로 하는 이유는 센서 등이 불안전할때, 테스트 등등의 이유로 솔레노이드 밸브가 열려도 물이 공급안되도록 차단할 필요가 있기 때문에 반드시 밸브가 있는 부속으로 하는 것이 좋다.

2. 관수배드와 솔레노이드 밸브 연결

수도와 연결된 6mm 정수호스를 끌어와 솔레노이드 밸브와 연결한다. 지그비 릴레이로부터 12V 전원을 공급받는데, 전원이 들어가면 밸브가 열리고, 전원이 차단된 상태에서는 밸드가 닫히는 노멀닫힘Normal Close 형 솔레노이드 밸브를 선택하는 것이 안전하다. Normal Open 형을 선택하는 경우 잘못하면 정전 시 홍수가 날 우려가 있다.

3. 지그비 4포트 릴레이 스위치 연결

스위치는 잠깐 켜지는 모드, 신호가 들어올때까지 켜지는 모드를 선택할 수 있는 버튼이 있다. 허브에서 오프 명령을 줄때까지 켜지는 모드를 선택했다. 12V 전원을 공급받고, 릴레이에 공급되는 전원도 12V이므로 회로 구성은 전압이 달라지는 경우에 비해 단순하다. 처음에는 센서로 공급하는 전원을 통합하기 위해 3V로 강압하는 회로를 달았는데, 그냥 3V 아답터를 사용하기로 결정했다.

4. 수분감지센서 설치

양면테이프는 수직으로 힘을 받는 상황에 굉장히 약하다. 결국 고무줄로 고정 ㅎ 3V 전원을 공급하기 위해 감지센서 회로에 바로 납땜을 했다. 물이 공급되는 수위에 적절하게 맞춰 수분센서를 고정했다.

5. 수개의 누수감지센서 설치 및 스마트싱스 앱에서 자동화 등 설정

베드 바닥에 4개의 원형 누수감지센서를 설치했다. 이 센서는 수분을 감지하는 경우 모든 솔레노이드 밸브를 차단하는 것이 주요 임무다. 베드에 설치된 수분이 없다고 감지되는 경우 솔레노이드 밸브를 켜주는 자동화와, 솔레노이드밸브 켜짐이 감지되는 경우 30초 후에 닫힘 명령을 내려주도록 설정했다.

 

센서 불안정 등으로 홍수가 발생할 위험에 대한 걱정이 아직 충분히 해소되지 않은 부분만 빼면 매우 만족스럽다. 

 

이상 간단한 자동관수시스템 정리 끝.

 


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