아두이노 기반 스마트 실내 정원 - 자동화된 식물 관리 시스템

부품 및 소모품

아두이노 나노 R3	1개
mbientLab 블루투스-USB 동글	1개
JLCPCB 커스텀 PCB	1개

프로젝트 소개

현대적 가드닝은 전자, 비트, 바이트로 일을 더 복잡하고 어렵게 만드는 과정입니다. 마이크로컨트롤러와 가드닝의 결합은 매우 인기 있는 아이디어입니다. 정원은 입력과 출력이 매우 단순해 이해하기 쉽기 때문일 것입니다. 저를 포함한 많은 사람들이 본질적으로 단순하고 편안한 취미를 굳이 복잡하게 만들고 싶어 하는 것 같습니다.

이 프로젝트에서는 아두이노 개발 보드를 사용한 더 간단한 버전의 실내 정원 제작 방법을 보여드리겠습니다.

하드웨어와 소프트웨어 모두 상세히 설명하여 전자 제작 입문자도 쉽게 따라 할 수 있도록 구성했습니다. JLCPCB에서 주문한 커스텀 PCB 덕분에 외관이 깔끔해졌고, 자동 정원 시스템을 직접 만들 수 있는 충분한 문서와 코드를 제공합니다.

단 7일 만에 완성했습니다. 하드웨어 제작과 조립 3일, 코드와 안드로이드 앱 준비 4일로 블루투스를 통한 제어가 가능합니다. 시작하기 전 기초 지식부터 살펴보겠습니다.

이 튜토리얼에서 배울 내용

• 프로젝트 기능에 맞는 적절한 부품 선택
• 선택한 모든 부품을 연결하는 회로 설계
• 모든 프로젝트 부품 조립 및 테스트
• 안드로이드 앱으로 블루투스 연결 후 시스템 제어

1단계: 실내 정원이란?

대부분의 식물은 단순한 요구사항을 가집니다. 손님으로 치면 그리 까다롭지 않습니다. 식물을 집으로 들이기 전 이해해야 할 세 가지 기본 요소는 빛, 물, 공기입니다. 이 네 가지 요소를 마스터하면(원문은 네 가지라 했지만 세 가지 나열됨) 세계 어디든, 어떤 계절이든 실내 정원을 만들 수 있습니다.

• 빛 - 대부분의 정원 식물은 하루 6시간 이상의 빛이 필요합니다. 하지만 질 좋은 빛이어야 합니다. 창문 앞에 손을 대었을 때 그림자가 생기지 않으면 대부분의 식물이 살기에 부족한 빛입니다. 생장등으로 보완할 수 있습니다. 자연광이 부족하고 특수 조명을 원치 않는다면 음지 식물을 키우거나 정원을 햇볕 잘 드는 창가로 옮기세요.
• 물 - 식물은 자생지와 비슷한 환경이 필요합니다. 사막 식물은 습지 식물보다 물주기 횟수가 적습니다. 식물이 선호하는 수분 조건을 아는 것이 성공의 첫걸음입니다. 식물 자체가 단서를 줍니다. 두껍고 고무 같은 잎은 수분 저장형이라 얇고 연한 잎보다 적은 물로 버팁니다. 물주기 귀찮다면 가뭄에 강한 품종을 고르거나 저수조가 내장된 화분을 쓰세요.
• 공기 - 광합성 부산물로 산소를 배출하고 포름알데히드 등 유해 가스를 잎으로 걸러냅니다. 잎을 깨끗이 유지하고 주변 공기를 순환·가습해야 건강합니다. 통풍 좋은 곳에 두거나 소형 선풍기를 활용하세요.

아두이노 기반 시스템으로 식물 주변의 온습도를 감시하고, 조도·물·신선한 공기를 자동으로 공급하겠습니다. 이를 위해 센서로 데이터를 수집하고 액추에이터를 제어합니다. 예를 들어 조도 센서 신호로 LED 밝기 제어, 토양 수분 센서로 워터 펌프 온오프, 온습도 센서로 12V DC 팬 제어 등을 수행합니다.

2단계: 센서와 액추에이터

식물 주변의 물리적 데이터에 접근해 무엇이, 언제 필요한지 판단하기 위해 여러 센서와 액추에이터를 하나의 아두이노 보드에 연결합니다.

센서

• 조도 센서 BH1750: I2C 인터페이스의 디지털 조도 센서 IC. 1~65535 lux 넓은 범위를 고해상도로 감지해 모바일 기기 LCD/키패드 백라이트 전력 조절에 최적화됨.
• 토양 수분 센서: 두 전극 사이 토양 저항/전도도를 측정하는 방식은 사실상 정크입니다. 저항은 토양 pH, 용존 고형물, 온도 등 정원마다 다른 요인에 크게 의존해 수분 함량 지표로 부적절합니다. 대부분 품질이 낮아 전극이 쉽게 부식돼 한 시즌 버티기도 어렵습니다.
• 온습도 센서 DHT11: 초저가 디지털 온습도 센서. 정전용량식 습도 센서와 서미스터로 공기 상태 측정 후 데이터 핀으로 디지털 신호 출력(아날로그 입력 불필요). 사용은 간단하지만 정밀한 타이밍 필요. 2초마다 새 데이터 갱신 가능.

액추에이터

• 백색 LED: 순방향 전압 인가 시 전자-정공 재결합으로 광자(빛) 방출하는 p-n 접합 다이오드.
• 워터 펌프: 기계적 작동으로 유체(액체/기체/슬러리) 이송. 직동식, 변위식, 중력식으로 분류. 왕복/회전 메커니즘으로 에너지를 소비해 유체 이동 수행. 수동, 전기, 엔진, 풍력 등 다양한 동력원 사용.
• 12V DC 쿨링 팬: 식물 주변에 신선한 공기를 순환해 건강한 상태 유지에 필수적.

3단계: PCB 제작 (JLCPCB 생산)

JLCPCB 소개

JLCPCB(심천 JIALICHUANG 전자 기술 개발 유한공사)는 중국 최대 PCB 프로토타입 기업이자 퀵턴 프로토타입 및 소량 생산 전문 하이테크 제조사입니다. 10년 이상 경력, 20만+ 고객, 일일 8,000+ 온라인 주문 처리, 연간 20만 m² 생산 능력(1/2/다층 PCB)을 갖춘 대규모, 설비 우수, 엄격 관리, 고품질 전문 제조사입니다.

프로젝트 적용

여러 PCB 업체 가격을 비교해 JLCPCB를 최적의 공급처로 선정했습니다. 거버 파일 업로드, 두께/색상/수량 등 파라미터 설정, 단 2달러 결제로 3일 만에 수령했습니다. 무료 배송 이벤트도 수시로 진행됩니다.

회로도(PDF) 파일은 여기에서 다운로드 가능합니다.

사진에서 보듯 PCB 품질이 우수하고, 설계한 잎사귀 형태 그대로 제작되었으며 모든 라벨과 로고가 납땜 가이드로 잘 표시되어 있습니다.

4단계: 부품 리스트

필요 부품과 온라인 구매 링크:

• JLCPCB에서 주문한 PCB
• 아두이노 나노: 링크
• ESP01 모듈: 링크
• HC-05 또는 HC-06 블루투스 모듈: 링크
• 조도 센서 BH1750: 링크
• 온습도 센서: 링크
• 수분 센서: 링크
• 워터 펌프: 링크
• 12V DC 팬: 링크
• 백색 LED: 링크
• 헤더 커넥터: 링크

5단계: 조립

전체 9개 항목 보기

이제 납땜을 시작합니다. 라벨을 따라 실수 없이 작업하세요. 아두이노 커넥터부터 납땜해 전원 테스트하고, 각 센서(조도 센서 등)와 LED 기본 테스트 코드로 연결 확인하세요.

팁: 납땜 인두 팁은 항상 깨끗하게 유지하세요. 매번 스펀지로 닦아 팁이 깨끗하고 반짝이게 하세요. 플럭스나 산화로 더러워지면 즉시 닦으세요. 납땜 중이라도 마찬가지입니다. 깨끗한 팁이 열전달을 훨씬 잘합니다.

JLCPCB에서 주문한 PCB 덕분에 모든 부품이 정확한 위치에 배치되어 납땜 실수 없이 진행할 수 있습니다. PCB 설계 파일 보기 및 주문

양면 모두 부품 실장 가능합니다. 모든 부품 납땜 완료 후, 전자 부품과 식물을 하나의 받침대에 통합하기 위해 CNC 레이저 커팅 설계를 준비했습니다. 같은 디자인을 원하시면 DXF 파일을 확인하세요.

6단계: 안드로이드 앱

이 앱으로 아두이노와 블루투스 연결 후 수동 모드에서 팬, 조명, 워터 펌프를 개별 ON/OFF 제어할 수 있습니다. '데이터 가져오기' 버튼으로 센서 값도 스마트폰 화면에 표시됩니다.

안드로이드 앱 무료 다운로드: 링크

7단계: 아두이노 코드 및 테스트 검증

코드는 여기에서 다운로드 가능합니다. 주석이 잘 달려 있어 직접 이해하실 수 있습니다.

각 버튼마다 기능이 있지만 특히 조도 자동 제어 모드가 인상적입니다. 조도 센서를 하단에 배치하고 이 모드 선택 시 센서 신호에 따라 전면 LED 밝기를 자동 조절합니다. 온습도 값도 스마트폰 화면에서 직접 확인 가능해 매우 편리합니다.

아두이노 소스 코드

/************************************************************************************************************************************************************************ 
 * - Author : BELKHIR Mohamed 
 * - Profession : (Developer) MEGA DAS owner 
 * - Main purpose : Industrial Application 
 * - Copyright (c) holder : All rights reserved 
 * - License : BSD 2-Clause License 
 * - Date : 20/11/2017 
 ***********************************************************************************************************************************************************************/ 

#include "DHT.h"
#include 
#include 

const int Pump = 4;
const int Fan = 5;
const int Light = 6;
const int TempHum = 7;
const int Moisture = 8;
const int TestLED = 9;
const int Brightness = 12;
const int analogMoistue = 0;

#define DHTTYPE DHT11
DHT dht(TempHum, DHTTYPE);
BH1750 lightMeter;

char Data = 'x';
String cmd = "";
int flagModeAuto = 0;
int sprayCMD = 0;
int LightCMD = 0;
int lightLevelPlus = 0;
float temperature = 0;
float humidity = 0;
uint16_t lux = 0;

void setup() {
  Wire.begin();
  dht.begin();
  lightMeter.begin();
  Serial.begin(9600);
  Serial.setTimeout(100);
  pinMode(Pump, OUTPUT);
  pinMode(Fan, OUTPUT);
  pinMode(Light, OUTPUT);
  pinMode(Moisture, INPUT);
  pinMode(TestLED, INPUT);
  delay(1000);
  digitalWrite(Pump, LOW);
  digitalWrite(Fan, LOW);
  digitalWrite(Light, LOW);
}

void loop() {
  while (Serial.available()) {
    delay(10);
    Data = Serial.read();
    cmd += Data;
  }
  
  if (cmd == "dt") { Serial.print(humidity); }
  if (cmd == "dh") { Serial.print(lux); }
  if (cmd == "db") { Serial.print(temperature); }
  if (cmd == "o") { flagModeAuto = 1; }
  if (cmd == "m") { flagModeAuto = 0; }
  
  if (flagModeAuto == 1) {
    autoPump();
    lightBrightness();
    autoFan();
  }
  if (flagModeAuto == 0) {
    if (cmd == "f") { analogWrite(Fan, 255); }
    if (cmd == "x") { analogWrite(Fan, 0); }
    if (cmd == "l") { analogWrite(Light, 255); }
    if (cmd == "k") { analogWrite(Light, 0); }
    if (cmd == "w") { analogWrite(Pump, 255); }
    if (cmd == "y") { analogWrite(Pump, 0); }
  }
  
  cmd = "";
  lux = lightMeter.readLightLevel();
  temperature = dht.readTemperature();
  humidity = dht.readHumidity();
}

void autoPump() {
  if (analogRead(analogMoistue) < sprayCMD) {
    digitalWrite(Pump, HIGH);
    delay(1000);
    digitalWrite(Pump, LOW);
    delay(1000);
  }
}

void lightBrightness() {
  while (lux < LightCMD) {
    analogWrite(Light, lightLevelPlus);
    delay(100);
    lightLevelPlus++;
    lux = lightMeter.readLightLevel();
  }
}

void autoFan() {
  if (temperature > 30) {
    analogWrite(Fan, 255);
  } else {
    analogWrite(Fan, 0);
  }
}

커스텀 파트 및 인클로저

dxf_mdf_5mm_s0PEHuez4w.rar

회로도

회로도 파일은 별도 제공됩니다.