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개인용 식물공장
작성자 : hyunparke 등록일 : 2018-03-21 조회수 : 389

 

Step 1 : 개요/재료 모으기

High Pressure Aeroponic 은 NASA에서 개발한 식물 재배 방식으로 우주인들이 물을 95% 이상 적게 사용하면서 신선한 채소를 기를 수 있도록 연구한, 흙 없이 농경이 가능한 방식입니다.

 

이 방식을 아두이노와 다른 장치들을 이용해 간단히 자동화하고 가정에서도 식물을 손쉽게 기를 수 있도록 만들어봅니다.

 

재료는 아래 링크의 스프레드시트에 있습니다.

https://goo.gl/SYXvFq

 

이 장치는 크게 컨트롤유닛과 재배유닛으로 나뉘는데,

국내에서 모든 재료를 구입하면 약 18만원정도가 들고 2개 재배유닛을 만들 수 있습니다. 

컨트롤 유닛의 가격이 가장 높기 때문에 이후에 재배유닛을 추가하게 되면 저렴한 가격에 지속적으로 추가가 가능합니다.

 

 

알리익스프레스 등의 중국 사이트를 이용하면 상당히 저렴하게 구입할 수 있는 품목(미스트 노즐 등)들이 있습니다.

 

 

Step 2 : 압력탱크, 피팅 연결

병 마다 다르겠지만 탄산음료를 보관하는 용기는 대략 130psi정도의 내부 압력은 큰 무리 없이 보관할 수 있습니다.

예시에서는 초정탄산수 용기를 사용하였는데 음료의 값이 저렴하고 길이가 짧은 편이라 컨테이너 유닛 안에 들어갈 수 있어 선택하였습니다.

 

압력탱크를 사용하는 이유는 펌프의 구동시간을 줄여 수명을 연장하고, 미스트 분사 시 일정한 압력으로 분사해줄 수 있기 때문입니다.

 

제작단계:

병뚜껑에 구멍을 13mm 드릴비트를 이용해 뚫어줍니다.

 

PL 피팅에 PMF의 lock nut을 분리하여 끼워줍니다.

 

PL피팅에 테프론 테입을 감아 뚜껑 바깥쪽에서부터 돌려 끼웁니다.

 

병뚜껑 안쪽에서 PMF 피팅을 돌려 끼웁니다.

 

 

너무 강하거나 약하게 조이면 뚜껑 틈새로 압력이 샐 수 있으니 적당히 힘을 주어 조이고 나중에 테스트를 해 봅니다.

 

 

Step 3 : 미스트 노즐 제작

미스트 노즐의 이상적인 구경은 0.3mm ~ 0.5mm 라고 알려져 있는데, 100psi의 압력에서 재배양액을 50 마이크론의 크기로 분사하는 것이 잔뿌리가 영양분을 흡수하는 데에 좋다고 하기 때문입니다.

 

사진에서는 0.4mm 노즐을 4개 사용하였는데 이 구성은 재배유닛의 크기에 따라 적절히 변경 합니다.

 

중요한 점은 나중에 유닛 작동중에 열어봤을 때 미스트가 유닛 안에 골고루 분사되는 것입니다.

 

 

연결 후 노즐에서 미스트가 균일한 형태로 분사되는지 확인합니다. (영상)

 

 

Step 4 : 컨트롤러 제작

아두이노 나노와 2채널 릴레이모듈을 이용해 5분마다 2초씩 솔레노이드를 개방해줍니다.

 

현재는 1채널 릴레이만 사용해 솔레노이드를 제어(D6핀)해주지만 미래에 다른 센서등을 이용할 것을 생각하여 2채널을 구입했습니다.

 

Momentary switch는 하나는 아두이노 리셋핀에, 하나는 4.7K옴 풀업저항을 연결하여 D7핀에 연결했고 버튼을 누르면 강제로 솔레노이드가 작동하도록 해 압력을 해제하여야 할 경우에 버튼으로 강제작동하도록 했습니다.

 

회로도는 현재 작성중입니다. 현재는 아두이노 코드를 보고 연결할 수 있습니다.

 

 

모든 회로는 만일의 침수에 대비하여 락앤락 통에 넣어두고 글루건을 이용해 물이 들어오지 못하도록 와이어 통과부분을 막아줍니다.

 

 

Step 5 : 재배유닛 제작

어떤 재질의 컨테이너를 사용하냐에 따라 다르겠지만 PVC나 ABS가 아닌 경우는 레이저커터로 작업할 수 있고, 또는 54mm 홀쏘를 이용해 뚜껑에 구멍을 내 줍니다.

 

나중에 식물이 자랐을 때 너무 빽빽하지 않도록 적당히 간격을 둡니다.

 

화분 뚜껑 및 식물을 고정할 검정 EVA폼을 레이저커터를 이용해 잘라줍니다.

 

 

컨테이너 옆면 위쪽을 6mm 드릴로 2 곳을 뚫어줍니다. 물이 넘치지 않도록 충분히 윗쪽에 뚫는 것이 좋습니다.

 

 

Step 6 : 조립

 

재배유닛의 입수구에 메쉬 천을 감아줘 필터역할을 하도록 합니다. 

 

펌프, 압력스위치, 압력탱크, 압력게이지, 미스트노즐 등을 피팅을 이용해 연결합니다.

 

압력탱크는 유닛 개수에 따라 늘려가면 됩니다.

 

튜브가 급격하게 꺾이는 부분은 되도록 엘보 피팅을 이용하면 누수를 방지할 수 있습니다.

 

솔레노이드는 1/4" 규격이므로 6mm 피팅을 끼울 때 많은 힘이 필요하고 한 번 끼우면 피팅 내부가 망가지기 때문에 1회용으로만 사용하여야 합니다. 피팅을 끝까지 힘을 주어 끼워줍니다.

 

 

 

압력스위치는 튜브 내 압력에따라 펌프를 on/off 시켜주는 장치로 윗부분의 무두렌치볼트를 넣으면 on/off 압력이 높아지고 빼면 압력이 약해집니다. 완벽한 물리적인 스위치이므로 실제 펌프의 on/off 상황을 보고 조절하는 것이 필요합니다. 이때 필요한 것이 아두이노에 연결된 솔레노이드 작동 스위치입니다.

 

 

Step 7 : 유닛 안에 모든 장치를 넣고 식물을 키워보자

혹시 모를 침수를 대비해서 컨트롤러 유닛은 중형 컨테이너를 사용하고 아래부분에는 압력탱크 2개를 배치하고 윗부분에 장치들을 배치했습니다. (두번째 사진은 소형 컨테이너를 사용한 실제 침수되기 전 사진)

 

사진에서는 80W 다이아프램 펌프를 사용하였는데 30분마다 2초정도 작동되는 소음이 심하지만 압력이 잘 나오고(130psi) 가격이 저렴합니다. 가정이 아닌 소음이 시끄러워도 상관 없는 세팅에 추천합니다.

 

정수기용 부스트펌프를 사용하게 되면 압력이 약간 낮고(110psi) 50000원 ~ 70000원 정도로 비싼 대신 작동되는지도 모를 정도로 조용합니다. 가정에서 사용시 추천합니다.

 

실제 구동하기 전 압력을 채워놓고 며칠동안 누수가 없는지 추이를 봅니다. 며칠 후에 새는 경우도 있습니다.

약 일주일정도 문제 없이 작동이 되면 발아시킨 모종을 심습니다.

 

T5 조명을 이용하여 하루에 20시간을 비추어주는데 햇볕이 잘 드는 곳이 있으면 꼭 조명을 따로 해주지 않아도 괜찮습니다.

 

양액은 수경재배 양액을 사용하여도 좋고 하이포넥스 하이그레이드를 사용해도 좋습니다.

 

미스트노즐이 잠기지 않을 정도로 재배유닛에 양액을 부어줍니다.

 

 

 

이상 개인용 식물공장 만들기 매뉴얼이었고 아직 완벽하게 완성된 제품이 아니므로 부족한 부분은 앞으로 계속 채워나가도록 하겠습니다.

 

 

감사합니다.
 

 

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