토양습도 센서 교정1 (적옥토편)

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

 

제가 식물제배에 대해서 아무것도 몰라서 흙에 대해서 공부하다보니, 식소남 님의 '초간단 최고의 흙배합 공유:초심자편'에서 초보자용 흙으로 적옥토를 추천해 주셨습니다. 그래서 100% 적옥토 만으로 측정했습니다. (아래 관련 영상)

https://www.youtube.com/watch?v=kVvVziciqo4

 

적옥토를 화분에 담고 저울에 올려놓은 뒤 물을 화분에 주면서 물의 양을 기록하고, 센서의 습도 값을 읽어보았습니다. 센서는 아마존에서 판매하는 아래의 제품을 사용하였습니다. 이 제품은 용량(capacitace)형 센서로 센서 주위의 흙의 수분함량에 따라서 유전율(dielectric property)이 달라짐을 이용하여 측정하는 방식입니다.

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

 

이 습도센서를 아두이노의 아날로그 입력핀에 연결하고, 아날로그 측정의 해상도(resolution)을 12비트로 놓을 경우, 센서의 값은 0에서 4095(2의 12승)까지 출력됩니다. 흙의 수분이 높을 수록 낮은 값이 나오는데, 직관적으로 습도가 높을 수록 큰 값이 나오도록 센서의 값을 4095에서 빼서, 수분이 증가할 수록 높을 값이 나오도록 아두이노의 코드를 변경하였습니다.

 

이제 이 제품을 아두이노에 연결하고, 센서의 값을 ADC를 이용하여 측정하였습니다.

아마존 판매 토양습도 센서

센서의 값과 습도 연관성을 재기 전, 화분에 물을 준 후 몇 분후 센서의 값이 안정해지는지 그것을 먼저 확인해보았습니다. 그래서 화분에 물을 준 후 센서의 값의 변화를 시간에 따라 기록해 보았습니다. 흙에 물을 주기 위해서 컵에 담긴 물을 조금씩 센서주위로 뿌려주었습니다.

(참고로 센서의 값은 흙이 건조할 때 높은 값을 나타내며, 흙이 젖어 있을때 낮은 값을 나타냅니다. 습도가 높을 수록 높은 값을 출력하기 위해서, 4095에서 센서의 값을 뺐습니다. 4095는 ADC의 12bit 분해능에 따른 최대값입니다.)

물을 준 시점은 약 50분 정도이고, 이후 약 110분까지 센서의 값이 계속 증가하는 것을 볼 수 있습니다. 아마도 흙에 들어간 물이 흙입자들을 젖게 만들면서 물이 퍼지는데 시간이 걸리는 것 같습니다. 그 이후에는 수분의 증발로 센서 값이 천천히 줄어드는 것을 볼 수 있습니다. 따라서 센서의 값이 안정해 질때까지 약 60분 정도 걸리는 것을 알 수 있습니다.

 

그 다음으로 습도센서의 값을 토양 수분으로 환산하는 실험을 하였습니다. 트레이 무게는 95g, 화분의 무게는 43g, 물을 주기 전 흙(물에 젖지 않은 새 흙)의 무게는 약 222g입니다. 매번 물의 양을 측정하기 위해서 저울을 켠 후, 위 사진의 상태를 0g으로 놓고 순수하게 물의 양만 측정하였고, 물이 화분 밑으로 흘러내린 경우에는 흘러내린 물의 양을 따로 측정했습니다. 매번 물을 준 후 안정화 시간인 1시간을 기다렸다가 센서의 값을 읽었습니다. 그 결과 아래의 표와 같습니다.

추가 물의 양(g), 흘러나온 물의 양 제외	누적 물의 양(g) (흙무게 대비 %)	흘러나온 물 (g)	센서 값
0	0	0	730
17	17 (7%)	0	750
18	35 (15%)	0	802
18	53 (23%)	0	830
15	68 (30%)	0	1160
18	86 (38%)	0	1385
23(-10) = 13	99 (44%)	10	1600
22(-17) = 17	104 (46%)	17	1704

 

습도는 아래의 식처럼 계산했습니다. 여기서 습도란 흙의 무게 대비 투입된 물의 양을 의미합니다. 물론 화분 밑으로 흘러내린 물의 양은 빼주었습니다.

 

습도 = (준 물의 양 - 흘러나온 물의 양) / (흙의 양)

 

그 결과 물의 양 대비 센서 값의 변화는 아래와 같습니다.

 

생각과 달리 습도의 양 변화에 대해서 센서의 값이 비례하지 않음을 발견했습니다. 아마도 물의 양이 적은 경우, 흙에 골고루 묻지 않아서 센서에 제대로 반영이 되지 않은 것 같습니다. 그러나 30%부터는 제대로 증가함을 알수 있습니다.

 

아직 1번만 측정을 해서 위의 결과가 얼마나 반복적으로 그리고 정확히 나오는지 알 수 없습니다. 그래서 향후 좀 더 반복해서 측정할 생각입니다.