스마트 토양 수분 센서: 농장 효율성과 작물 수확량 증대

식물은 토양에서 물과 대부분의 영양분을 모읍니다. 이 토양 영양분은 식물의 뿌리에 의해 흡수되어 "목질부(Xylem)"라고 불리는 관다발 조직을 통해 잎으로 전달되며, 그곳에서 광합성이 일어납니다. 토양은 식물뿐만 아니라 다른 생물체를 위한 먹이 생성을 위한 초기 플랫폼 역할을 하여 전체 먹이 순환을 지원합니다.

농학자와 농부는 작물 성장을 촉진하기 위해 토양의 최적 영양분과 수분 수준을 유지하는 것의 중요성을 알고 있습니다. 비료와 퇴비 사용은 토양 품질을 개선하고, 강력한 관개 시스템은 수분 함량을 제어하는 데 도움이 됩니다.

사물인터넷과 센서 기술의 발전으로 다양한 토양 수분 감지 시스템이 등장했습니다. 이러한 장치를 사용하면 농부는 자신의 토양 품질을 모니터링하고 관리하며, 자신의 밭에 재배하기에 적합한 작물을 선택할 수 있습니다. 이 센서들이 토양 수분 함량을 결정하기 위해 사용하는 메커니즘은 다양합니다. 따라서 토양 수분과 관련된 다양한 용어를 숙지하는 것이 중요합니다.

토양 수분과 관련된 주요 용어:

다음은 토양 수분 측정과 관련된 몇 가지 용어입니다:

• • 토양 수분 함량(Soil Water Content): 토양 수분 레벨이라고도 하며, 특정 시점에 알려진 양의 토양에 존재하는 물의 양입니다. 일반적으로 인치/피트(인치 물/피트 토양) 또는 토양 중량 또는 부피 대비 % 물로 표현됩니다.
• • 포화(Saturation): 토양의 모든 기공이 물로 채워진 상태의 토양 수분 함량을 말합니다. 중력의 영향으로 여분의 물이 토양에서 배수되므로 일시적인 상태입니다.
• • 보수력(Field Capacity): 중력이 기공에서 여분의 물을 제거한 후의 토양 수분 함량을 말합니다. 다른 말로 하면 토양이 보유할 수 있는 물의 양입니다.
• • 토양 수분 장력(Soil Moisture tension): 토양 기질 전위라고도 하며, 물이 토양에 달라붙는 힘입니다. 일반적으로 바(bar) 단위로 표현됩니다.
• • 영구 시듦점(Permanent Wilting Point - PWP): 식물이 시들지 않기 위해 토양에 필요한 최소 물의 양을 말합니다. 토양 수분 함량이 PWP보다 낮으면 식물은 팽압을 회복할 수 없습니다.
• • 유효 수분 용량(Available Water Capacity): PWP와 토양의 보수력 사이의 식물 성장을 위해 존재하는 물의 양입니다. 식물 가용 수분(Plant Available Water - PAW)이라고도 하며, 피트당 인치 가용 수분으로 측정됩니다.

이 용어들은 일반적으로 토양의 수분 함량을 결정하는 동안 사용됩니다. 다양한 토양 수분 감지기는 이러한 용어를 사용하여 토양에 존재하는 수분 양을 나타냅니다. 토양 수분 센서 작동은 일반적으로 센서가 사용하는 메커니즘에 따라 달라집니다.

다양한 유형의 토양 수분 센서:

1) 반사계(Reflectometers):

반사계를 사용하는 토양 수분 센서는 토양에 반사된 후 특정 매개변수의 변화를 측정하여 수분 함량을 결정합니다. 반사계에는 일반적으로 토양 깊숙이 삽입되는 두 개 또는 세 개의 금속 막대가 있습니다. 알려진 매개변수의 파동이 이 막대를 통해 통과합니다. 센서는 반사된 파동을 포착하고 매개변수의 변화를 기반으로 토양에 존재하는 수분 양을 결정합니다.

반사계에서 사용하는 매개변수를 기반으로 세 가지 유형으로 분류됩니다:

• • 시간 영역 반사계(TDR): 매개변수는 전자기파의 속도와 강도
• • 주파수 영역 반사계(FDR): 매개변수는 파동의 주파수
• • 진폭 영역 반사계(ADR): 매개변수는 임피던스 신호의 유전 상수와 토양 전기 전도도

2) 시간 영역 전송(TDT):

시간 영역 전송계는 TDR과 유사하지만, 양쪽 끝이 전기 소스와 연결된 완전한 루프로 구성됩니다. TDT는 펄스가 토양 깊숙이 묻힌 완전한 루프를 통해 전파되는 데 걸리는 시간을 측정합니다. 펄스 전파 시간은 습한 토양에서 건조한 토양보다 더 깁니다. 펄스가 걸리는 시간을 고려하여 토양에 존재하는 수분 양을 추정합니다.

3) 텐시오미터(Tensiometers):

텐시오미터는 토양 수분 장력을 사용하여 토양의 수분 함량을 결정합니다. 물로 채워진 유리관으로 구성되며, 관 끝은 토양 깊숙이 삽입되는 다공성 팁으로 마감됩니다. 토양 수분이 감소하면 토양이 관에서 물을 토양 수분 장력으로 인해 추출합니다. 이는 관에 진공을 생성하여 토양 수분 함량의 변화를 반영합니다.

4) 입상 매트릭스 센서(Granular Matrix Sensors):

이 센서는 전기 저항을 측정하여 토양의 수분 수준을 결정합니다. 석영으로 구성된 입상 매트릭스에 둘러싸인 전극으로 구성됩니다. 이 장치는 금속 케이스에 채워진 석고 용액에 갇혀 있습니다. 작은 전하가 전극을 통해 통과하고 그들을 통한 전기 저항이 측정됩니다. 토양 수분이 감소하면 센서에서 물이 토양에 의해 추출되어 저항이 증가합니다. 이 저항 수준의 변화는 토양 수분 함량을 추정하는 데 사용됩니다.

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IoT 기반 토양 수분 관리 시스템:

토양 수분은 식물 성장을 촉진하는 중요한 특성입니다. 토양에 존재하는 다양한 영양분의 용매 역할을 하고 광합성의 주요 성분으로 작용합니다. 토양 온도를 조절하여 새로운 식물의 개화를 보장합니다.

토양 수분 함량 측정은 작물 수확량을 극대화하고 품질을 보장하기 위해 중요합니다. 다양한 메커니즘으로 작동하는 토양 수분 센서가 등장하여 농부가 농장 토양 품질에 대해 업데이트된 상태를 유지하도록 돕고 있습니다.

IoT 기반 토양 수분 감지 시스템은 농업 IoT의 많은 애플리케이션 중 하나입니다. 수분 센서를 통해 수집된 데이터는 게이트웨이를 통해 중앙 집중식 플랫폼으로 전송되며, 이는 농부를 위한 명령 센터 역할을 합니다. 이 플랫폼의 데이터를 사용하여 원격으로 다양한 농업 작업을 모니터링하고 관리하며 작물의 품질과 건강을 보장할 수 있습니다.

사용 하드웨어:-

가격: $70

Intellia INT G01 - 토양 수분 센서

Intellia INT G01 - 토양 수분 센서(송신기)는 고정밀, 고감도 토양 수분 측정 기기입니다. 이 제품은 금속 외피, 높은 압축 강도, 우수한 밀봉 성능을 가지며, 전자기 펄스 원리를 사용하여 토양의 겉보기 유전 상수를 측정합니다.

빠른 사양

모델 번호: INT G01
모니터링 원리: FDR
구조: 4핀 타입
출력 신호: 4-20mA
전원 공급: DC12-24V
응답 시간: <1초