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아두이노 & GPRS/GPS 실시간 수질 모니터링 시스템

부품 및 소모품

부품 수량 비고
아두이노 우노 1 또는 아두이노 제누이노 101
A7 GPRS/GPS 모듈 1 SIM900보다 저렴, GPRS+GPS 통합
수질 센서들 1세트 온도, pH, 용존산소(고장), 탁도 센서 포함

필요 도구

앱 및 온라인 서비스

프로젝트 소개

도입부

2016년 9월, 오염된 물이 정수장으로 유입돼 정수장 가동 중단 사태 발생. 수자원 공사가 오염원을 특정하지 못해 심각한 급수 차질 초래. 대학 과제로 지역사회 문제 해결 시스템 구축 요구 → 자동 수질 모니터링 시스템으로 오염원 추적 용이화 목표.

시스템 개요

아두이노 & GPRS/GPS 실시간 수질 모니터링 시스템
시스템 블록 다이어그램

4개 센서를 아두이노 제누이노 101에 인터페이스. 모두 전류 출력형이라 인터페이스 회로 필요. 아두이노가 주기적으로 측정 데이터 수집, GPS 좌표 획득, GPRS 데이터 링크로 데이터베이스 업로드. 사용자는 웹사이트에서 결과 확인.

아두이노 & GPRS/GPS 실시간 수질 모니터링 시스템
웹 대시보드 - 구글 맵에 측정 위치 마커 표시

센서 프로브

아두이노 & GPRS/GPS 실시간 수질 모니터링 시스템
글로벌 워터(Global Water)사 센서들 (지도교수 제공)

사용 센서: 온도, pH, 용존산소(DO), 탁도. 불행히도 DO 센서 고장. 탁도 센서는 부유 고형물 양에 비례하는 전압 출력.

아두이노 & GPRS/GPS 실시간 수질 모니터링 시스템
탁도 센서

센서-아두이노 인터페이스

아두이노 & GPRS/GPS 실시간 수질 모니터링 시스템
전류 출력을 전압으로 변환하는 저항 회로

전류 출력 센서는 저항을 통해 측정 가능한 전압 레벨로 변환.

A7 GPRS/GPS 모듈

아두이노 & GPRS/GPS 실시간 수질 모니터링 시스템
A7 GPRS/GPS 모듈

SIM900보다 저렴하고 GPRS+GPS 통합 패키지라 선택. 하지만 단점도 있음:

아두이노 & GPRS/GPS 실시간 수질 모니터링 시스템
A7 모듈 라이브러리 구조

모듈 전원 제어 회로 필요: RESET 핀, PWR_KEY 핀 제어. PWR_KEY에 2초 이상 전압 인가로 부팅, RESET 핀을 GND로 풀면 리셋. 그 외엔 RESET을 5V로 풀업. 코드에서 먼저 리셋 후 파워업으로 확실한 시작 보장.

전원 공급

전류 출력 센서들은 최소 10V 필요 (아두이노 5V보다 높음). 원격 동작 시연 위해 리튬이온 배터리 채택.

아두이노 & GPRS/GPS 실시간 수질 모니터링 시스템
전원 공급 회로

리튬이온 배터리 2개 직렬 → 7.4~8.4V. 벅 컨버터로 5V 강압 (아두이노, A7용), 부스트 컨버터로 11V 승압 (수질 센서용). 프로토타입이라 장시간 구동은 비목표.

보드 및 인클로저

시제품 보드에 구성. 아두이노 제누이노 101과 함께 인클로저에 수납.

아두이노 & GPRS/GPS 실시간 수질 모니터링 시스템
시제품 보드

지도교수가 이전 학생들 프로젝트용으로 구멍 뚫린 오래된 인클로저 제공. 센서 커넥터가 GX16 타입이라 호환 커넥터 수급. 범용성 좋아 향후 프로젝트에도 유용.

아두이노 & GPRS/GPS 실시간 수질 모니터링 시스템
인클로저 및 GX16 커넥터

웹사이트

가장 시간이 많이 걸린 부분 (수주 소요). 서버, 웹 지식이 전무한 상태에서 PHP, SQL, JavaScript, CSS, HTML 독학.

코드 및 회로도

제조공정

  1. 라즈베리 파이 제어 아쿠아포닉스 시스템: 빌드 가이드 & 코드
  2. 아두이노와 파이썬으로 OpenSensors를 활용한 공기질 측정 가이드
  3. 스마트 실내 공기질 및 폐기물 모니터링 시스템: IOTA 탱글 연동
  4. K30 CO2 센서: 실시간 실내 공기질 모니터링
  5. SERENA: TFT LCD 터치스크린 탑재 아두이노 메가 2560 커스텀 알람 시스템
  6. 아두이노 나노로 만든 스마트 모션 감지 물총
  7. 비접촉 체온 측정 게이트: 아두이노 MKR1000으로 구현하는 자동 발열 검사 시스템
  8. 실시간 산불 감시 시스템 - SMS 알림 기능 포함
  9. 스마트 지하실 환기 시스템: 아두이노 기반 습도 제어
  10. IoT 기반 실외 공기질 모니터링: 안전, 생산성, 지속가능성 강화