윈도우 10 IoT 기반 스마트 식물 모니터링 시스템

부품 및 소모품

앱 및 온라인 서비스

• 마이크로소프트 비주얼 스튜디오 2015
• 아두이노 IDE

프로젝트 소개

프로젝트 개요

식물 모니터링 및 자동 급수 시스템을 만드는 것이 목표입니다. 주요 작업은 서보, 릴레이 제어와 식물 토양 습도 데이터 수집입니다. 많은 센서가 아날로그 출력을 내지만 라즈베리 파이에는 ADC가 없습니다. 이를 해결하려고 외부 ADC 모듈과 내장 ADC가 있는 아두이노 게이트웨이를 사용했습니다. 환경과 상호작용하려면 PWM이 필요한데, 소프트웨어 PWM, 아두이노 게이트웨이, PWM 가능 모듈/IC 사용 등 세 가지 방법이 있습니다. 앞의 두 가지를 구현했습니다(I2C 디바이스 구현 경험 활용). ADC와 PWM은 아두이노에서 흔히 쓰이므로 라즈베리 파이 GPIO 사용 시 적어도 하나는 필요합니다.

애플리케이션

앱은 자동 모드(식물이 물 필요한지 감지)와 수동 모드(서보/릴레이 직접 제어) 두 가지입니다. 서보가 약 180도 회전하므로 하나당 식물 2개를 관리합니다. 기본은 자동 모드. 토양 습도 센서 값을 읽어 5단계로 분류합니다. 가장 건조한 5단계는 빨간색( GUI), 가장 습한 1단계는 초록색. 타이머가 주기적으로 값을 확인해 '식물 A'나 '식물 B' 카테고리가 허용치보다 높으면(너무 건조) 더 건조한 쪽에 물 줍니다. 같은 주기에 '식물 C', 'D'도 비슷하게 처리합니다.

주요 부품 상세

서보 SG90

서보 구동엔 높은 GPIO 클럭 주파수가 필요해 라이트닝 공급자(Lightning Provider)를 사용했습니다. 초기 라즈베리 파이 전원 공급 장치 문제와 서보의 높은 전력 소모로 성능 이슈가 있었습니다. 아이패드 충전기로 바꾸니 훨씬 나아졌지만 가끔 망설입니다. 서보 회로에 외부 전원 공급하면 해결됩니다(공통 그라운드, 서보 Vcc를 외부 5V에 연결, 신호선은 그대로). 이 방법으로 완벽해졌지만, 더 좋은 파이나 소프트웨어 개선으로도 해결 가능할 겁니다.

ADS1115 16비트 I2C ADC

ADS1115의 모든 기능을 구현하려 했으나 아직 개발 중입니다. 임계값 레지스터 미설정 등 별도 프로젝트/튜토리얼감이지만 거의 완전한 ADC 드라이버에 가깝습니다. 논리적 이슈 가능하고 모든 내장 함수가 완전히 테스트되진 않았습니다.

BMP180 I2C 온도/기압 센서

이 프로젝트에서 사용한 BMP180 드라이버와 기본적으로 같습니다. 라이트닝 공급자와의 호환성을 위해 초기화만 수정했습니다. 온도/기압 측정은 기상 관측소, 식물 모니터링 등 유사 프로젝트에 유용합니다.

릴레이

단순 GPIO 조작으로 구동 가능하며 소스 코드로 쉽게 이해할 수 있습니다.

포토다이오드 회로

유사 프로젝트에서 유용할 수 있어 포함했습니다. 증폭 회로는 LTC 1050 문서 참고. 포토다이오드는 주광에 최적화된 Osram BPW 21 사용.

아두이노 게이트웨이

아두이노 듀에를 게이트웨이로 사용한 이유는 3.3V 풀업 I2C 버스 때문입니다. 전압 레벨 컨버터나 자체 풀업하는 다른 I2C 버스(아두이노 2560 등 일부 보드는 풀업 안 된 버스 보유)도 대안입니다. 코드는 단순합니다.

토양 습도 센서

비교기 모듈 달린 중국산 사용.

프로젝트 요약

이 프로젝트는 식물 자동 급수의 기본 아이디어를 제공하며, 다음과 같은 기능을 여러분 프로젝트에 적용할 수 있습니다.

• 아두이노 보드와 I2C 버스 통신 (아두이노 게이트웨이)
• 라즈베리 파이에서 ADC 사용
• 라즈베리 파이에서 PWM 사용 (서보)

향후 계획

• 애저(Azure) 연결
• 자마린(Xamarin) 모바일 앱
• 아두이노와의 I2C 통신을 블루투스로 대체

코드

• 아두이노 코드: 깃허브 저장소
• 라즈베리 파이 코드: 깃허브 저장소

회로도

회로도 이미지 참조 (LTC 1050 문서에도 증폭 회로 있음)