싱싱한 녹색 상추는 재배 탱크 안의 영양 용액에서 무성하게 자라며, 이 모든 과정은 조용히 작동하는 여러 개의 수질 센서에 의해 제어됩니다.
장쑤성의 한 대학 연구실에서 협대역 IoT 기술 기반의 수경재배 스마트 모니터링 시스템 덕분에 흙 없이도 상추가 왕성하게 자라고 있습니다. 연구원 장징은 이 시스템이 여러 개의 수질 센서를 사용하여 영양액 매개변수를 실시간으로 모니터링하고, 퍼지 제어 방식을 결합하여 작물의 필요에 따라 수질을 자동으로 조절한다고 설명했습니다.
수경재배 기술이 널리 보급됨에 따라, 이러한 눈에 잘 띄지 않는 수질 센서들이 점점 더 중요한 역할을 하고 있습니다. 전문 연구 기관에서부터 일반 가정에 이르기까지, 스마트 수경재배 시스템은 전통적인 농업 방식을 조용히 변화시키고 있습니다.
01 수경재배 기술의 현황
전통적인 토양 재배 방식과 비교했을 때, 수경재배는 작물 생장 속도를 높이고 병충해 문제를 줄여줍니다. 작물은 양액으로부터 지속적으로 영양분을 흡수하기 때문에, 수경재배 양액의 수질 매개변수를 신속하고 정확하게 모니터링하고 필요에 따라 영양분을 보충하는 것이 필수적입니다.
최근 센서 기술의 발전과 비용 절감에 힘입어 스마트 수경재배 시스템이 연구기관에서 일반 가정으로 확산되고 있습니다.
일반적인 스마트 수경재배 시스템은 센서, 컨트롤러, 액추에이터라는 세 가지 주요 구성 요소로 이루어져 있습니다.
이 중 센서는 다양한 수질 매개변수를 수집하는 역할을 하며 시스템의 "눈"과 "귀" 역할을 합니다. 센서의 정확성과 안정성은 전체 수경재배 시스템의 성공 여부를 직접적으로 좌우합니다.
02 핵심 센서에 대한 상세 개요
pH 센서
수경재배에서 pH 값은 작물 성장에 매우 중요합니다. 양식업에 종사하는 사람이라면 누구나 알겠지만, 수역의 최적 pH 범위는 7.5~8.5입니다.
pH 수질 센서는 측정 대상 물질 내 수소 이온 농도를 감지하여 이를 사용 가능한 출력 신호로 변환합니다.
용액 속의 H+ 이온은 센서의 전극과 상호작용하여 전압 신호를 생성하며, 이 전압의 크기는 H+ 농도에 비례합니다. 이 전압 신호를 측정함으로써 용액의 pH 값을 얻을 수 있습니다.
수경재배용으로 설계된 특수 pH 센서가 시중에 판매되고 있으며, 표준 통신 프로토콜을 지원하고 측정 범위가 0~14.00 pH, 해상도가 최대 0.01 pH인 자동 수경재배용 pH 센서를 통해 정밀한 모니터링 및 제어가 가능합니다.
용존산소 센서
용존산소는 수경재배 작물의 건강한 뿌리 성장에 중요한 요소입니다. 산소를 소모하는 물질로 오염되지 않은 수역은 용존산소를 포화 수준으로 유지합니다.
용존산소 센서는 물에 녹아 있는 산소의 양을 측정합니다.
측정 대상 용액의 산소 분자는 센서의 선택적 막을 투과하여 내부의 음극과 양극에서 상응하는 환원 또는 산화 반응을 일으키고, 동시에 전류 신호를 생성합니다. 이 전류의 크기는 용존 산소 농도에 비례합니다.
전문가용 용존산소 센서는 다양한 설계로 제공됩니다. 일부는 열악한 환경 조건에서도 뛰어난 정확도를 제공할 수 있도록 설계되었으며, 다른 일부는 응답 시간에 최적화되어 현장 점검 및 분석 용도에 적합합니다.
이온 농도 센서
이온 농도 센서는 양액 조성을 모니터링하는 데 필수적인 장비입니다. 질산염, 암모늄, 염화물과 같은 특정 이온의 농도는 작물 생장에 직접적인 영향을 미칩니다.
예를 들어, 특수 암모늄 이온 센서는 자연수, 지표수, 지하수 및 다양한 농업 분야에서 암모늄 함량을 측정할 수 있습니다.
농업 대학에서 출원한 수경재배 용액 이온 농도 센서 특허는 이온 전극, 온도 센서 및 pH 센서를 통합하여 수경재배 용액의 이온 농도 변화, 온도 변화 및 pH 변화를 신속하게 파악할 수 있도록 합니다.
전기 전도도(EC) 센서
전기 전도도는 영양 용액 내 총 이온 농도를 측정하는 핵심 지표이며, 영양 용액의 비옥도 수준을 직접적으로 반영합니다.
농업용 관개 및 수경재배에 특화된 자동 EC 트랜스미터는 최대 0~4000 µS/cm의 측정 범위를 제공하며, 표준 출력 프로토콜을 지원하고, 투입 펌프/밸브에 연결하여 펌프/밸브 스위치를 제어할 수 있습니다.
온도 및 탁도 센서
온도는 작물 뿌리의 성장과 신진대사 활동에 영향을 미치며, 탁도는 영양 용액에 부유하는 입자의 양을 나타냅니다.
스마트 온실 수경재배 탱크 프로젝트에서 개발자는 ±0.3℃의 온도 정확도와 0.01℃의 해상도를 갖춘 고정밀 디지털 온도 및 습도 센서 모듈을 사용할 수 있습니다.
특수 탁도 센서는 다중 매개변수 측정기와 함께 사용하여 영양 용액의 탁도 수준을 모니터링하는 데 사용할 수 있습니다.
03 스마트 시스템의 통합 응용 프로그램
개별 센서에서 얻은 데이터만으로는 수경재배 환경 전체를 종합적으로 반영하기에 불충분한 경우가 많으므로, 스마트 수경재배 시스템에서는 다중 센서 융합이 점점 더 중요한 추세가 되고 있습니다.
비용 효율적인 설계를 갖춘 다중 매개변수 프로브는 제어 시스템 및 원격 측정 시스템과 쉽게 통합될 수 있으며 장기적인 배포에 적합합니다.
연구팀은 수경재배 환경 매개변수를 실시간으로 모니터링하기 위한 모바일 애플리케이션 인터페이스를 사용하는 IoT 기반 스마트 모니터링 시스템을 개발했으며, 운영 경험과 작물 요구에 따라 영양 용액 수질 매개변수를 조정하는 지능형 제어 방식을 결합했습니다.
시험 결과에 따르면 이러한 시스템으로 영양 용액을 조절할 경우 pH 및 전기 전도도와 같은 주요 매개변수가 적절한 시간 내에 안정적인 설정값을 유지할 수 있는 것으로 나타났습니다.
04 기술적 과제 및 미래 동향
수경재배 센서 기술은 상당한 발전을 이루었지만, 여전히 몇 가지 과제가 남아 있습니다. 센서의 장기 안정성, 오염 방지 능력, 그리고 교정 빈도는 실제 적용에 있어 주요한 문제입니다.
특히 이온 선택성 전극은 다른 이온의 간섭에 민감하며 정기적인 교정이 필요합니다.
미래의 수경재배 센서는 다기능성, 지능화 및 비용 절감 방향으로 발전할 것입니다.
첨단 센서 시스템은 이미 엽록소, 색소, 형광, 탁도 등 다양한 매개변수를 고성능으로 측정할 수 있도록 해줍니다.
한편, 오픈소스 프로젝트의 발전으로 스마트 수경재배 시스템의 진입 장벽이 낮아지면서 더 많은 사람들이 이러한 농업 혁신에 참여할 수 있게 되었습니다.
오늘날 점점 더 많은 도시 거주자들이 가정용 수경재배를 시도하고 있습니다. 여러 도시의 주택 발코니에서는 인기 있는 마이크로컨트롤러 플랫폼 기반의 스마트 수경재배 탱크에서 잎채소들이 왕성하게 자라고 있습니다.
"수질 센서는 수경재배 시스템의 핵심입니다. 마치 식물의 '미뢰'처럼 어떤 영양소를 조절해야 하는지 알려주는 역할을 하죠."라고 한 애호가가 설명했다.
센서 기술의 지속적인 발전으로 정밀 농업은 이상에서 현실로 바뀌고 있습니다.
또한 다양한 솔루션을 제공해 드릴 수 있습니다.
1. 다중 매개변수 수질 측정용 휴대용 측정기
2. 다중 매개변수 수질 측정을 위한 부유식 부표 시스템
3. 다중 매개변수 수위 센서용 자동 청소 브러시
4. 서버 및 소프트웨어 무선 모듈의 완벽한 세트, RS485, GPRS, 4G, Wi-Fi, LoRa, LoRaWAN 지원
더 많은 물 센서를 보려면 정보,
자세한 사항은 혼데 테크놀로지 주식회사로 문의해 주십시오.
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게시 시간: 2025년 11월 7일