greentam 님의 블로그

안녕하세요 그린탐입니다.

토양습도 센서를 활용해서 지난 2개월간 식물재배에 사용해본 경험을 얘기해보려고 합니다. 제가 사용하는 토양습도 센서의 종류, 동작원리, 센서값-습도 상관성 조사 등은 아래의 다른 글들에 있으니 참조하세요.

작년 11월 경에 다이소에서 식물을 사왔습니다. 다이소에 가면 식물이 담긴 화분이 많이 있을 줄 알았는데, 막상 가보니 딱 한 종류, 호야 카르노사밖에 없었습니다. 아마 잘 안 팔려서 대부분 치우고 남은 것 같았습니다. 그래서 멀리 가기도 귀찮고 해서 하는 수 없이 그걸 사왔습니다.

용토는 식소남님이 추천하는 통기성이 좋은 적옥토를 사용하고 화분도 밑에 물빠지는 구멍이 있는 플라스틱 화분을 구했습니다.

화분 구매처:

https://www.xplant.co.kr/item/1677652687

적옥토 구매처: (여기 말고도 많이 있어요)

https://www.xplant.co.kr/item/1709194312

사온 화분에 담긴 식물을 꺼내서 원래 흙을 모두 털어내 버리고, 화분에 식물을 넣은 뒤 적옥토로 화분을 가득 채웠습니다. 물만 주면 안되니까 비료로 식물영양제를 사용했습니다.

https://www.xplant.co.kr/item/1730880132

스마트 코트는 흙의 상단부분에 뿌려주었는데 화분의 크기에 따라서 얼마나 투입하는지는 설명에 있어요. 약 6개월정도 비료성분이 천천히 녹아나온다고 합니다.

아래의 사진은 작년 11월에 찍은 사진,  그 아래의 사진은  오늘(25년1월)에 찍은 사진입니다.

보시다시피 아직 안죽었습니다.

그런데 사진의 왼쪽에 있는 화분에도 마찬가지로 몇뿌리 심었는데, 그중 작은 뿌리 몇개는 죽고 그래도 하나는 아직 살아있습니다. 같은 뿌리에 있는 잎 중에서도 어떤것은 말라서 죽고 다른 잎은 멀쩡히 잘 있는게 신기합니다.

아래의 그래프는 그 동안 흙의 수분 변화를 기록한 것입니다.

센서의 일정한 값을 하한선(약 1000 혹은 1300정도)으로 두고, 그 값이 도달할 때마다 물을 줘서 습도를 다시 높여 주었습니다.

이상입니다, 처음 식물기르기에 도전하시는 분들께 도움이 될까해서 올렸습니다.

그린탐입니다.

식물이 죽는 원인으로 과습을 꼽을 수 있습니다. 그런데 단순히 물이 많아서 식물이 질식하는게 아니라 높은 습도로 인해서 산소가 부족해지고, 부족한 산소로 인해서 흙이 혐기성으로 변하고 뿌리가 썩기 때문이랍니다. 아래의 링크는 제가 자주 시청하는 식소남님의 과습에 관한 영상입니다.

https://www.youtube.com/watch?v=mMFwUekcBrI

chatgpt를 이용해서 위의 동영상의 설명을 요약하면,

식물 과습(Overwatering)에 대한 일반적인 오해를 다루며, 과습의 본질과 이를 예방하는 방법에 대해 설명합니다.

1. 과습에 대한 오해:

• 많은 사람들이 물을 많이 주면 식물이 죽는다고 믿지만, 이는 사실이 아닙니다.
• 과습은 물이 많아서 생기는 것이 아니라, 흙에 산소가 부족해서 발생하는 문제입니다.

2. 자연 속의 식물:

• 자연 환경에서는 식물들이 잦은 비에도 아무 문제 없이 자랍니다.
• 재배 환경에서 과습 문제가 생기는 이유는 물의 양이 아니라 흙의 조건 때문입니다.

3. 산소와 뿌리:

• 식물 뿌리는 산소가 필요하며, 이는 물 속에서 숨을 쉬는 물고기와 비슷합니다.
• 흙이 물에 잠기거나 산소가 부족하면 혐기성 상태가 되어 뿌리가 질식하고 썩게 됩니다.

4. 혐기성 환경과 흙의 부패:

• 흙이 혐기성 환경이 되면 유해 미생물이 번성하고, 흙과 뿌리가 부패하게 됩니다.
• 신선한 물을 자주 주면 용존 산소가 공급되어 이러한 문제를 예방할 수 있습니다.

5. 배수력의 중요성:

• 과습을 막으려면 물을 적게 주는 것이 아니라 배수력 좋은 다공성 흙을 사용하는 것이 중요합니다.
• 배수력이 좋으면 흙이 물에 오래 잠기지 않아 썩을 위험이 줄어듭니다.

6. 수경재배와 오해:

• 수경재배에서도 식물이 물에 잠겨 있음에도 건강하게 자랄 수 있다는 사실은, 과습이 물의 양 때문이 아니라 산소 부족 때문임을 보여줍니다.
• 수경재배에서도 물이 썩으면 과습 문제가 발생하므로, 물이 신선해야 합니다.

7. 식물 관리 팁:

• “물을 적게 줘야 한다”는 조언에 스트레스 받지 말고, 흙의 품질을 높이는 데 집중하세요.
• 저렴한 흙이나 재사용한 흙 대신 배수력과 통기성이 좋은 흙을 사용하세요.
• 용토와 화분을 식물의 환경과 생활 패턴에 맞게 선택하세요.

8. 실용적인 조언:

• 흙 수분 측정기 같은 기기에 의존하기보다, 흙 자체의 품질에 신경 쓰는 것이 중요합니다.
• 과습은 물의 양이 아니라 흙의 배수와 통기성 부족에서 비롯됩니다.

9. 마무리:

• 과습을 두려워하지 말고, 식물이 건강하게 자랄 수 있는 환경을 만들어 주세요.
• 화원에서 받은 흙보다 더 좋은 흙으로 분갈이를 하고, 배수와 통기성이 좋은 용토를 사용하세요.

결론:

과습은 물을 많이 줘서 생기는 것이 아니라 흙의 통기성과 배수력이 부족해서 발생합니다. 물을 주는 빈도보다 흙의 품질과 통기성을 개선하는 것이 식물 건강에 중요합니다.

위의 동영상을 보고나서 통기성이 좋은 화분을 제작하면 어떨까하는 아이디어가 떠올랐습니다. 보통 화분의 바닥에는 구멍이 있어서 물이 빠져나갑니다. 그런데 옆면은 그런 구멍이 없어서 수분이 빠져나갈 수 없습니다. 물론 옆으로 구멍이 나있는 화분이 있어서 통기성이 좋기는 합니다만, 한가지 아쉬운건 구멍이 작아서 화분 아래쪽의 흙의 젖은 상태를 눈으로 보기 힘듭니다.

보통 화분 상단의 흙의 상태를 눈으로 보고 흙이 젖은 정도를 판단하여 물을 줄지 말지를 결정합니다. 그렇지만 화분 아래쪽의 상태는 눈으로 확인할 수가 없습니다. 그렇다면 화분에 담긴 흙을 옆에서 볼수 있게 통기성이 좋은 투명한 필름으로 만들면 어떨까하는 생각이 떠올랐습니다. 필름은 얇고 잘 휘어지므로 필름을 받치고 있을 철망같은 것으로 필름을 지탱하고 있어야 합니다.

화분의 최상단, 하단은 3D 프린터로 만들고 그곳에 철망에 붙인 필름을 고정할 구조를 만들면 될 것 같습니다.

그리고 통기성이 있는 필름이 어떤게 있는지 조사해봐야 겠습니다.

동생사의 경우에는 적옥토처럼 초기에 습기를 머뭄고 있다가 전부 방출하면 그 이후부터는 습도가 빨리감소합니다.

위 그래프에서 가로축은 시간이며 단위는 1 시간입니다. (총 155시간 측정)

15 ~ 85시간까지 비교적 고습을 유지하다가 빠르게 감소하고나서 106시간부터 다시 완만히 감소하는 모습입니다.

피트모스는 물을 잘 흡수하고, 물이 흡수되면 부피가 줄어드는 특성이 있습니다.

그리고 시간이 지남에 따라서 습도가 천천히 일정하게 줄어드는 경향이 있습니다.

위의 그래프에서 가로축은 시간으로 1이 한 시간입니다. (총 311시간 측정 기록)

위에서 보이듯이 감소율이 일정해 보입니다. 중간에 변화가 심한 것은 센서가 흔들려서 값이 갑자기 바뀐 탓입니다.

안녕하세요 그린탐입니다

오늘은 코크피트로 실험해 보았습니다. 트레이와 화분 무게를 제외한 순수한 코크피트의 무게는 약 40g입니다. 코크피트의 특징은 넣어주는 물의 양이 많아지면 물이 흡수되는 대신 화분 바닥의 구멍으로 물이 그대로 빠진다는 것입니다. 흘의 무게 대비 약 80% 습도에서 물이 바닥으로 흐릅니다. 피트모스와 달리 부피가 줄어들지 않는 모습입니다.

흘의 물을 주면서 센서의 값을 측정하고 아래의 결과를 얻었습니다. 이번에도 가로축은 상대 습도 (흘의 무게 대비 투입항 물의 질량)입니다.

위의 결과를 직선으로 fit할 경우 아래의 결과를 얻습니다. x는 흘의 질량대비 물의 질량, y는 센서 값입니다.

Fit 결과는

이고 x는 상대습도, y는 센서의 값입니다. 위 식을 뒤집으면,

입니다. 즉, 센서 값 y를 넣으면 상대습도 x를 알수 있습니다.

이번 시간에는 동생사를 이용해서 센서를 교정해 보았습니다.

방법은 적옥토, 피트모스 교정때와 같고 아래는 그 결과입니다. 화분에 담긴 흙의 질량은 약 270g이었습니다.

이번에도 가로축은 흙의 질량대비 투입한 물의 양을 퍼센트로 나타내었습니다.

동생사의 경우에는 습도가 20% 이하, 그리고 40% 이상에서 기울기가 낮게나오고, 그 사이에서는 기울기가 좀 더 큰 모양으로 나타납니다. 이러한 특성은 마치 sigmoid 함수처럼 보이는데, chatgpt에게 sigmoid 함수로 fitting해 보도록하니 아래의 결과가 나옵니다.

fitting 함수는 아래와 같습니다. 여기서 x는 습도, y는 센서값입니다.

이 식의 x와 y를 뒤집으면 아래와 같습니다.

단, y값은 799.78보다 큰 값이라야 합니다. 만약 y가 그 이하이면 흙의 습도는 0%입니다.

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 무척 많은데, 입자의 크기라든가 흡수성의 정도라든가 등등의 이유로 같은 양의 흙이라 하더라도 품고 있을 수 있는 수분의 양이 다릅니다. 그리고 식물이 물을 흡수하거나, 물이 화분 아래로 빠지거나, 공기 중으로 증발하면 수분의 양이 줄어드니, 그에 따라서 흙의 용량도 시간에 따라 달라집니다.

용량의 측정은 보통 아래의 왼쪽 그림처럼 두 개의 전극 사이에 물체를 사이에 두고 측정합니다. 그러나 PCB위에 만들어진 센서는 그렇게 전극을 수직으로 배치할 수 없으니 두 전극이 모두 같은 평면상에 존재하고, 물체가 그 위에 놓입니다.

토양의 습도를 측정하는 방법 중 또 다른 대표적인 방법으로는 저항성(resistive) 센서가 있습니다. 이 역시 두개의 전극을 이용하는데, 두 전극 사이에 일정한 전위차를 가하여, 그 때 흐르는 전류의 크기를 측정하여, 즉 저항값을 측정하여 토양 내의 수분의 정도를 측정하는 방식입니다. 수분의 많고 적음에 따라서 저항이 바뀌는 점을 이용합니다.

다시, 용량성 센서로 돌아와서, 제가 사용하는 센서는 아래에서 구매한 센서입니다.

https://www.amazon.com/dp/B07SYBSHGX?ref=ppx_yo2ov_dt_b_fed_asin_title

이 센서를 사용하려면 아두이노가 필요합니다. 아두이노와 연결 방법은 아래의 그림과 같습니다.

그리고 토양센서의 값을 읽어들이는 아두이노 코드는 아래와 같습니다.

// Define the analog input pin

const int sensorPin = A0;

// Variable to store the sensor value

int sensorValue = 0;

void setup() {

    // Initialize serial communication at 9600 bps

    Serial.begin(9600);

    // Set the ADC resolution to 12-bit

    analogReadResolution(12);

}

void loop() {

    // Read the analog value from the sensor

    sensorValue = analogRead(sensorPin);

    // Map the 12-bit value to a voltage (0-5V)

    float voltage = sensorValue * (5.0 / 4095.0);

    // Print the raw sensor value and the calculated voltage

    Serial.print("Sensor Value: "); 

    Serial.print(sensorValue);

    Serial.print("\tVoltage: ");

    Serial.println(voltage);

    // Wait for a short time before the next reading

    delay(500);

}

위의 코드에서 soil_pin에 센서값이 저장되는데, 이 때 analogReadResolution(12)를 이용해서 ADC의 측정의 정밀도를 12비트로 변경해주면 값이 0에서부터 4095까지 변화합니다. 그리고 analogRead(sensorPin)를 이용해서 센서의 값을 읽어들입니다. 0일 경우, 센서의 출력전압이 0V이며 4095일 경우 5V라는 의미입니다. 여기서 흙의 수분이 많으면 낮은 값이 나오고, 수분이 적으면 높은 값이 나오니, 만약 수분이 많을 때 높은 값이 나오게 하려면, 이 값을 4095에서 빼주면 됩니다.

그런 후, float voltage = sensorValue * (5.0 / 4095.0)를 이용해서 센서의 값을 전압(0 ~ 5V 사이)값으로 변경합니다. (이 것은 선택사항입니다.)

그런 후, 콘솔을 통해서 센서의 값을 출력합니다. -> Serial.print(sensorValue);