센서 네트워크 기반 토양 습도 모니터링 시스템

 

 

관심 있는 글을 보면 빨리 읽어 개념을 이해하려고 한다. 좀 더 봐야겠다는 생각이 들면 제목을 보고 번역하고 인쇄하여 꼼꼼히 살핀다. 포스팅하고 싶다면 제목을 바꾸고 내용을 옮기고, 논문 이미지를 캡쳐해 일부만  인용하여 글을 쓰고, 출처를 밝히고 소감을 적당히 적고 포스팅하면 하나의 논문 검토를 끝낸다. 어려운 것을 하지는 않는데 원래 사람은 보고 싶은 것만 보고, 믿는대로 생각하기 때문이다. 사실은 어려운 것을 해야 성과가 나오는데 말이다. 습관을 들여야 한다. 어렵고 고통스러운 일을 많이 해야 원하는 것을 얻을 수 있다. 되도록 힘든 길을 가라는 말은 틀릴 수가 없다. 그런 길에 사람이 없기 때문이다. 사람이 많은 곳은 늘 쉬운 길이고, 큰 소득도 없고 사실 힘이 더 들수도 있다.

 

 

정밀 농업에서 효율적인 물 관리는 농업 생산성을 크게 향상시킬 수 있다. 현재 세계의 주요 문제 중 하나가 물 부족이고 그럼에도 불구하고 물은 농업에서 효율적으로 관리되지 않고 있다. 따라서 저비용으로 효율적으로 물 관리 를 할 수 있는 시스템의 개발이 필요하다.  

 

최근 정보 기술의 발달로 인해 주요 선진국을 중심으로 물을 효율적으로 관리하기 위한 스마트 관개(smart irrigation)가 활발히 연구되고 있다. 특히 센서를 기반으로 하는 사물 인터넷(internet of things, IoT)의 발달은 시스템과 사용자간의 상호관계를 강화시켰고, 사용자가 좀더 효과적으로 농업용수를 관리할 수 있도록 도와준다. 이런 스마트 관개는 정확한 정보와 의사소통의 부족으로 인한 물의 낭비를 줄일 수 있기 때문에 수자원을 효율적으로 관리할 수 있을 뿐 아니라 무선 자동화 시스템을 통해 인력과 전력 소비 또한 크게 줄일 수 있다. 

 

 

Conceptual diagram of a built real-time smart sensing system

 

IoT 기반 습도 센서는 토양의 수분을 분석하여 사용자에게 원격으로 언제 어디서나 토양의 습도를 체계적으로 알려줄 수 있다. 즉, 토양의 수분 양을 측정한 후, 수분이 특정 값 이하로 떨어지면 무선 통신(wireless communication)을 이용해서 시간과 장소에 제한 없이 사용자에게 경고할 수 있다. 이를 통해 물 공급이 필요하지 않음에도 불구하고 일정 시간 간격에 따라 물을 주기적 공급하거나, 반대로 표면상 물이 일시적으로 말라 보임에 따라 잘못된 판단으로 물 공급을 하는 등의 문제를 해결할 수 있다. 이를 통해 사용자는 객관화된 데이터를 근거로 효과적으로 물을 관리할 수 있으며, 물 손실을 최소화할 수 있다.  

 

• 모바일 앱을 통해 토양의 습도를 실시간 으로 모니터링하고 원거리에서 현장의 관개 시스템을 제 어할 수 있는 NodeMCU 기반의 스마트 관개 시스템
• 측정 데이터는 수치화 되어 주기적으로 이메 일을 통해 사용자에게 전송하여  데이터 축척, 데이터 보정, 데이터 추적가능
• 토양 습도 센서는 부식을 막고 정확성을 높이기 위해 capacitive 타입의 습도 센서를 사용
• 습도 센서는 NodeMCU 에 9 V 베터리와 발광다이오드(light-emitting diode, LED)가 결합
• 측정된 데이터는 실시간으로 Wi-Fi 기반 무선 통신을 통해 smartphone 앱으로 전송
• 데이터는 분석을 위해 Text 파일 형식으로 사용자가 지정한 이메일로 전송, 분석, 보정과정을 거침
• smartphone 앱을 통해 NodeMCU에 연결된 LED에 제어 신호를 보내 관개 시스템에 전원을 공급

 

 

Real-time soil humidity monitoring system

 

토양의 습도를 모바일 앱을 통해 실시간으로 모니터링하고, 얻어진 데이터를 전송/저장/추적/보정할 수 있으며, 모바일을 통해 제어신호를 보낼 수 있는 IoT기반 센서 노드의 개발 및 실증을 보고하였다. 센서 노드는 현장에서 9 V 베터리를 사용해서 약 30시간 동안 동작하였고, 토양의 습도는 평균 23%로 측정되었다. 센서노드에 연결된 LED 전자장치는 모바일을 통해서 on 제어 신호를 보냈을 때 정상적으로 전원이 공급되어 발광 되는 것을 확인하였다. 이를 통해 LED가 water pump에 연결된 릴레이로 대체되었을 때, 물을 공급할 수 있는 가능성을 확인하였다. 이러한 시스템은 저비용으로 스마트 관개 시스템을 구축할 수 있어 물이 부족한 저소득 국가의 농민이 객관적인 습도 데이터를 바탕으로 효율적으로 물을 사용하는데 도움을 줄 것으로 예상된다.  

 

참고 논문

 

IoT를 사용한 센서 네트워크 기반의 실시간 토양 습도 모니터링, Real-Time Soil Humidity Monitoring Based on Sensor Network Using IoT, J. Korean Inst. Electr. Electron. Mater. Eng. Vol. 35, No. 5, pp. 459-465 September 2022 DOI: https://doi.org/10.4313/JKEM.2022.35.5.6 ISSN 1226-7945(Print), 2288-3258(Online)  

 

Keywords: Sensor network, Remote control, IoT, Soil humidity monitoring