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용량성 토양습도 센서 회로 동작원리

"아두이노를 이용한 토양습도 센서"편에서 용량성 습도센서의 사용법에 대해서 설명했습니다. 그럼 이 센서의 회로는 어떻게 생겼고 어떻게 동작하는 걸까요?​아래의 그림은 용량성 토양습도센서의 회로도와 동작원리입니다.(출처는 https://thecavepearlproject.org/2020/10/27/hacking-a-capacitive-soil-moisture-sensor-for-frequency-output/ 입니다.) ​이 회로는 3부분으로 구성되어 있습니다. 맨 왼쪽은 square pulse (사각형 연속 펄스)를 발생하는 부분이고, 가운데 초록부분은 이 파형을 삼각형으로 변환하고, 맨 오른쪽은 삼각형의 모양에 맞추어 삼각형의 꼭대기 값에 해당하는 전압을 발생하는 부분입니다. TLC555는 일정한 시간..

아두이노를 이용한 토양습도 센서

안녕하세요 그린탐입니다. 토양습도를 측정하는 센서는 여러 종류가 있는데요, 그 중 제가 사용하는 것은 용량성(capacitive) 측정센서입니다. 이말이 무슨 말이냐면, 전극이 두 개가 있고, 두 전극 사이에 어떤 물체가 있으며, 그 물체의 유전율(dielectric constant)에 의해서 전극들사이의 전기용량(capacitance)이 결정된다는 뜻입니다.  그럼 전기용량은 뭐냐고 물어보시면, 쉽게 얘기해서, 어떤 물체가 담고 있을 수 있는 전자의 갯수가 많으냐 적으나입니다. 전자의 갯수가 많으면 용량이 크고, 적으면 용량이 작습니다. 그럼 이게 토양 습도와 무슨 관계냐?, 흙 속에 습기가 많으냐 적으냐에 따라서 흙 속에 저장될 수 있는 전자의 수가 달라진다는 얘기 입니다. 그런데 토양은 그 종류가 ..

토양습도 센서 교정 5(피트모스편)

지난 시간에 이어서 피트모스를 가지고 좀 더 많이 측정하여 아래의 그래프를 얻었습니다. 화분에 담긴 피스모스의 양은 약 66g입니다. 적옥토와 달리 대체로 선형적으로 나옵니다.  마찬가지로 chatgpt에 선형함수로 fitting을 해달라고 하니까,y=9.37x+1010.46 으로 나옵니다. 여기서 x는 투입한 물의 양(g 단위)이고 y는 센서의 값입니다.  이것을 다시 x와 y를 뒤집으면, x=(y−1010.46)/9.37입니다.즉 센서값 y를 알면 피트모스 내 상대습도 x를 알수 있습니다.​

교정1편(적옥토편)과 같은 방법으로 피트모스를 이용하여 측정해 보았습니다.피트모스는 물을 뿌리면 부피가 줄어들고, 적옥토에 비해서 상대적으로 더 많은 물을 흡수하는 성질이 있습니다. 흙의 무게보다도 더 많은 양의 물을 흡수하는 것을 볼수 있습니다.또한 물을 추가하면서 화분 아래로 새어나오는 물이 없습니다. 사용한 흙의 무게는 62g이었습니다. 투입한 물(g)누적 물의 양(g)상대 농도(%, 흙 질량대비)센서 000114014142313301024401490153965측정 불량216096187622821322096 위 데이터를 그래프로 그려보면 아래와 같습니다.적옥토에 비해서 시작값이 높고, 대체로 선형적으로 올라가는 것을 볼수 있습니다. 좀더 데이터를 추가하도록 하겠습니다.

센서(사용한 센서는 '토양습도 센서 교정1(적옥토편)'을 참조하세요)를 이용하여 적옥토의 습도 변화를 기록해 보았습니다. 식물없이 화분에 흙을 담고 센서를 꽂은 후, 흙을 물로 적시고 매 시간마다 변화를 기록해 보았습니다.그 결과는 아래와 같습니다. 처음에 습도가 수직 상승하고부터 그 이후로 점차 감소하는 것을 볼 수 있습니다. 여기서 특이한 부분은 대략 15 ~ 92시간 구간인데, 습도가 천천히 내려오고 있습니다. 이것은 적옥토의 특성상 수분을 포함하고 있다가 조금씩 수분을 방출하면서 습도를 유지하려는 특성이 있기 때문으로 파악됩니다. 92시간 이후에는 적옥토가 머금은 수분이 모두 소진되어 수분이 빨리 감소하네요.

지난번 습도 측정 이후 좀 더 데이터를 모아서 그래프를 다시 그렸습니다.  습도가 0일때 750가량이었다가, 그 이후에 점차 이차방정식 꼴로 점차 늘어나는 것을 볼 수 있습니다.그래서 위의 데이터를 가지고 이차곡선으로 Fitting(데이터값에 가장 근접한 곡선구하기)을 하면 아래처럼 나옵니다.X, Y값을 chatgpt에 넣고 2차 곡선으로 Fitting해 달라고 하니 아래 결과를 출력하네요. 2차 곡선의 값은 Y =0.48X^2−2.25X+748.72 입니다. 하지만, 센서가 출력하는 값 Y로 습도 X를 알고 싶으니까,위시의  X와 Y값을 뒤바꿔서 표현하면, X = 2.34375 + 39.43*SQRT(0.00134Y − 1)​ 입니다.여기서 SQRT는 제곱근을 구한다는 의미입니다.그러니까, 습도센서의 ..

안녕하세요, 그린탐입니다. 지난번에 이어서 이번에도 같은 방법으로 습도센서 교정을 하고, 몇개의 데이터들을 추가했습니다.그 결과는 아래와 같습니다.보다시피 38%에서 지난번보다 낮은 값이 나왔네요.물의 양이 적을 때에는 수분이 토양(적옥토)에 골고루 뿌려지는 것이 아니라 화분 윗부분의 흙에 흡수되다보니 센서에 잘 도달하지 않고, 그래서 낮은 습도에서는 센서의 값이 충분히 오르지 않는 것을 볼수 있습니다. 좀 더 데이터를 많이 축적해 봐야겠네요.

안녕하세요, 그린탐입니다. 화분으로 식물재배에 앞서서 토양습도 센서를 이용해 물주기 관리 방법을 생각해보았습니다.그래서 먼저 아마존에서 판매하는 토양습도 측정센서를 사다가 흙의 습도를 측정해 보았습니다. (실내 온도는 25도, 실내 공기 습도는 51%)흙은 적옥토를 사용했습니다. 적옥토는 입자 크기에 따라 소, 중, 대로 구분하는데 소의 경우 입자 크기가 수 mm 정도 입니다. 센서의 값이 물의 양에 어떻게 변화하는지 알기 위해서 식물 없이 화분과 흙만으로 측정했습니다. 흙(적옥토)를 구매한 곳은 아래와 같습니다.https://www.xplant.co.kr/item/1709194312#detail_detail 적옥토 소립 2kg : 배양토/흙/자갈/돌/모래/바크 - 엑스플랜트배양토/흙/자갈/돌/모래/바크..