아두이노 기반 스마트 돔형 온실: 자동 기후 제어 시스템

프로젝트 개요

온실의 환경 조건은 지속적으로 변화하기 때문에 효율적인 모니터링 시스템이 필수적입니다. 자동화 시스템을 도입하면 노동력을 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 사용자가 PC나 스마트폰을 통해 원격으로 투자 작물의 상태를 실시간으로 확인할 수 있습니다.

데이터베이스에 환경 데이터를 저장하면 작물 재배의 수익성을 판가름하는 중요한 기준이 됩니다. 또한 실시간 제어 시스템 덕분에 문제가 발생하기 전에 즉시 개입할 수 있어 작물 피해를 예방할 수 있습니다.

시스템 아키텍처

자동 모니터링 시스템은 환경 데이터를 읽는 센서와 액추에이터인 '슬레이브(Slave)' 장치들로 구성되며, 이들은 무선으로 중앙 장치인 '마스터(Master)'와 통신합니다. 마스터는 슬레이브에게 임계값 변경 등의 설정을 전송하고, 수집된 데이터를 와이파이를 통해 웹서버로 보냅니다.

주요 구성 요소

1. 마스터 (Arduino MKR1000)

마스터는 '액세스 포인트 모드'로 동작하며 슬레이브의 연결을 대기합니다. 슬레이브로부터 온도와 습도 데이터를 수신하면 이를 처리하여 웹서버로 전송합니다. 데이터 수신 시 새로운 임계값과 CRC(순환 중복 검사)를 포함한 UDP 패킷을 생성하며, CRC는 Dallas-Maxim 알고리즘으로 계산되어 슬레이브 측에서 설정값의 유효성을 검증하는 데 사용됩니다.

슬레이브 통신 완료 후 마스터는 일반 와이파이 네트워크에 접속하여 웹서버로 데이터를 전송하고, 서버에서는 이를 그래프 형태로 시각화합니다.

2. 슬레이브 (Arduino UNO + WiFi Shield 101)

슬레이브는 DHT22 센서로 온도와 습도를 측정하고 5분마다 마스터로 데이터를 전송합니다. UDP 패킷을 생성해 마스터에 연결한 후 데이터를 송신하고, 마스터로부터 새로운 임계값 설정 수신 대기 상태로 전환합니다.

새로운 설정을 수신하면 Dallas-Maxim 공식으로 CRC를 계산하여 수신된 CRC와 비교합니다. 두 값이 일치하면 새로운 설정을 EEPROM에 저장합니다. 또한 측정된 온습도 값에 따라 히터, 가습기, 팬(브러시리스 모터)을 자동 제어합니다.

3. 웹 서버 및 데이터베이스

웹 서버는 PHP 스크립트와 MySQL 데이터베이스로 구성됩니다. 수신된 데이터를 데이터베이스에 저장하고, 두 가지 방식으로 데이터를 제공합니다:

• JPGraph 라이브러리를 이용한 실시간 그래프 시각화
• 안드로이드 앱에서 조회 가능한 JSON 형식 데이터 제공

4. 안드로이드 앱

앱에서는 원하는 기간을 선택하고 'GRAPHIC' 버튼을 누르면 웹 서비스로부터 데이터를 받아 그래프로 표시합니다. 이를 통해 사용자는 언제 어디서나 온실 환경을 모니터링할 수 있습니다.

하드웨어 구성

• Arduino MKR1000 (마스터) × 1
• Arduino UNO (슬레이브) × 1
• DHT22 온습도 센서 × 1
• Arduino WiFi Shield 101 × 1
• DC 모터 제어 쉴드 (BTN8982, Infineon) × 1
• 안드로이드 디바이스 × 1

소프트웨어 도구

• Arduino IDE
• Eclipse

주요 코드 구조

프로젝트는 마스터 코드, 슬레이브 코드, 웹 서버용 PHP 스크립트(그래프 생성, 데이터 저장, 테이블 생성), 안드로이드 앱용 PHP(getdati)로 구성됩니다. 마스터와 슬레이브 모두 CRC-8 알고리즘(Dallas/Maxim 기반)을 사용하여 데이터 무결성을 검증합니다.

회로도

Arduino UNO, DHT22 센서, 릴레이 모듈 간의 연결 회로도가 제공됩니다.