무성한 녹색 상추는 여러 개의 조용히 작동하는 수질 센서에 의해 제어되는 재배 탱크 내의 영양액에서 잘 자랍니다.
장쑤성의 한 대학 연구실에서는 협대역 IoT 기술 기반의 수경재배 스마트 모니터링 시스템 덕분에 흙 없이도 상추 한 포기가 왕성하게 자라고 있습니다. 장징 연구원은 이 시스템이 여러 개의 수질 센서를 사용하여 영양액 매개변수를 실시간으로 모니터링하고, 퍼지 제어 방식을 결합하여 작물의 필요에 따라 수질을 자동으로 조절한다고 설명했습니다.
수경 재배 기술이 더욱 보편화됨에 따라, 눈에 잘 띄지 않는 이러한 수질 센서의 역할이 점점 더 중요해지고 있습니다. 전문 연구 기관부터 일반 가정까지, 스마트 수경 재배 시스템은 전통적인 농법을 조용히 변화시키고 있습니다.
01 수경재배 기술의 현황
수경재배는 전통적인 토양 재배에 비해 작물 생장을 촉진하고 해충 발생을 줄입니다. 작물은 영양액에서 영양분을 지속적으로 흡수하기 때문에 수경재배 영양액의 수질 지표를 신속하고 정확하게 모니터링하고 필요에 따라 영양분을 보충하는 것이 필수적입니다.
최근 몇 년 동안 센서 기술이 발전하고 비용이 절감되면서 스마트 수경 재배 시스템이 연구 기관에서 일반 가정으로 확대되기 시작했습니다.
일반적인 스마트 수경 재배 시스템은 대개 센서, 컨트롤러, 액추에이터라는 세 가지 주요 구성 요소로 구성됩니다.
이 중 센서는 다양한 수질 매개변수를 수집하여 시스템의 "눈"과 "귀" 역할을 합니다. 센서의 정확성과 안정성은 전체 수경 시스템의 성공 여부를 직접적으로 좌우합니다.
02 핵심 센서의 상세 개요
pH 센서
수경재배에서 pH 값은 작물 생장에 매우 중요합니다. 양식업에 종사하는 사람이라면 누구나 알다시피, 수역의 최적 pH 범위는 7.5~8.5입니다.
pH 수질 센서는 측정 물질의 수소 이온 농도를 감지하고 이를 해당 사용 가능한 출력 신호로 변환합니다.
용액 속의 H+ 이온은 센서 전극과 상호 작용하여 전압 신호를 생성하며, 전압의 크기는 H+ 농도에 비례합니다. 전압 신호를 측정하면 용액의 해당 pH 값을 얻을 수 있습니다.
수경 재배에 적합하게 설계된 특수 pH 센서가 시중에서 판매되고 있습니다. 예를 들어, 측정 범위가 0~14.00 pH이고 분해능이 최대 0.01 pH인 자동 수경 pH 센서가 표준 통신 프로토콜을 지원하여 정밀한 모니터링과 제어가 가능합니다.
용존산소 센서
용존산소는 수경 작물의 건강한 뿌리 성장에 중요한 요소입니다. 산소 소모 물질에 의해 오염되지 않은 수역은 용존산소를 포화 수준으로 유지합니다.
용존산소 센서는 물에 용해된 산소의 양을 측정합니다.
측정된 용액의 산소 분자는 센서의 선택적 막을 통과하여 내부 음극과 양극에서 상응하는 환원 또는 산화 반응을 일으키며, 동시에 전류 신호를 생성합니다. 전류의 크기는 용존 산소 농도에 비례합니다.
전문적인 용존산소 센서는 다양한 디자인으로 제공됩니다. 혹독한 환경 조건을 견뎌내면서도 뛰어난 정확도를 제공하는 센서도 있고, 응답 시간에 최적화된 센서도 있어 즉석 검사 및 분석 용도에 적합한 센서도 있습니다.
이온 농도 센서
이온 농도 센서는 영양액 성분을 모니터링하는 데 필수적인 장비입니다. 질산염, 암모늄, 염화물과 같은 특정 이온의 농도는 작물 생장에 직접적인 영향을 미칩니다.
예를 들어, 특수 암모늄 이온 센서는 천연수, 표층수, 지하수 및 다양한 농업 분야에서 암모늄 함량을 측정할 수 있습니다.
농업대학의 수경재배 용액 이온 농도 센서에 대한 특허는 이온 전극, 온도 센서, pH 센서를 통합하여 수경재배 용액의 이온 농도 변화, 온도 변화, pH 변화를 빠르게 파악할 수 있도록 합니다.
전기 전도도(EC) 센서
전기 전도도는 영양액의 총 이온 농도를 측정하는 주요 지표로, 영양액의 비옥도 수준을 직접적으로 반영합니다.
농업 관개 및 수경 재배용으로 특별히 설계된 자동 EC 송신기는 표준 출력 프로토콜을 지원하고, 투여 펌프/밸브에 연결하고 펌프/밸브 스위치를 제어할 수 있으며, 최대 0~4000 µS/cm의 측정 범위를 제공합니다.
온도 및 탁도 센서
온도는 작물 뿌리의 성장과 대사 활동에 영향을 미치고, 탁도는 영양소 용액에 부유하는 입자의 양을 반영합니다.
스마트 온실 수경 재배 탱크 프로젝트에서 개발자는 일반적으로 ±0.3℃의 온도 정확도와 0.01℃의 분해능을 갖춘 고정밀 디지털 온도 및 습도 센서 모듈을 사용할 수 있습니다.
특수 탁도 센서는 다중 매개변수 계측기와 함께 사용하여 영양소 용액의 탁도 수준을 모니터링할 수 있습니다.
03 스마트 시스템의 통합 애플리케이션
개별 센서에서 수집한 데이터는 수경 재배 환경 전체를 종합적으로 반영하기에 부족한 경우가 많기 때문에 스마트 수경 재배 시스템에서는 다중 센서 융합이 점차 늘어나는 추세입니다.
비용 효율적인 설계를 갖춘 다중 매개변수 프로브는 제어 시스템 및 원격 측정 시스템에 쉽게 통합될 수 있으며, 장기 배치에 적합합니다.
연구팀은 수경 재배 환경 매개변수를 실시간으로 모니터링하기 위한 모바일 애플리케이션 인터페이스를 사용하고, 운영 경험과 작물 요구에 따라 영양소 용액 수질 매개변수를 조정하는 지능형 제어 방법을 결합한 IoT 기반 수경 재배용 스마트 모니터링 시스템을 개발했습니다.
테스트 결과에 따르면 이러한 시스템이 영양소 용액을 조절하면 pH와 전기 전도도와 같은 주요 매개변수가 합리적인 시간 내에 안정적인 사전 설정 값을 유지할 수 있습니다.
04 기술적 과제와 미래 동향
수경재배 센서 기술은 상당한 발전을 이루었지만, 몇 가지 과제가 여전히 남아 있습니다. 센서의 장기 안정성, 방오 성능, 그리고 교정 빈도는 실제 적용에 있어 중요한 과제입니다.
특히 이온 선택성 전극은 다른 이온의 간섭을 받기 쉽고 정기적인 교정이 필요합니다.
미래의 수경재배 센서는 다기능성, 지능성, 비용 절감을 목표로 발전할 것입니다.
첨단 센서 시스템을 이용하면 엽록소, 색소, 형광, 탁도 등 다양한 매개변수를 고성능으로 측정할 수 있습니다.
한편, 오픈소스 프로젝트가 개발되면서 스마트 수경 재배 시스템에 대한 진입 장벽이 낮아지고, 더 많은 사람들이 이러한 농업 혁신에 참여할 수 있게 되었습니다.
오늘날 점점 더 많은 도시 주민들이 가정용 수경 재배를 실험하고 있습니다. 여러 도시의 주택 발코니에서는 인기 있는 마이크로컨트롤러 플랫폼 기반의 스마트 수경 재배 탱크에서 잎이 무성한 채소들이 왕성하게 자라고 있습니다.
"수질 센서는 수경 재배 시스템의 핵심입니다. 식물의 '미뢰'와 같아서 어떤 영양소를 조정해야 하는지 알려줍니다."라고 한 애호가가 설명했습니다.
센서 기술의 끊임없는 혁신으로 인해 정밀 농업은 이상에서 현실로 바뀌고 있습니다.
또한 다양한 솔루션을 제공할 수 있습니다.
1. 다중 매개변수 수질 측정용 핸드헬드 미터
2. 다중 매개변수 수질 측정을 위한 부유 부표 시스템
3. 다중 매개변수 수위 센서용 자동 세척 브러시
4. 서버 및 소프트웨어 무선 모듈의 전체 세트, RS485 GPRS / 4g / WIFI / LORA / LORAWAN 지원
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게시 시간: 2025년 11월 7일