[스마트팜] 흙을 이용한 하이브리드형 아쿠아포닉스 아이디어

4월 29, 2025

아쿠아포닉스는 일반적으로 흙을 배제하고 물고기 배설물로부터 발생한 질산염 등을 식물이 흡수하는 무토양 재배 시스템입니다. 하지만 최근에는 ‘흙을 필터처럼 활용하는 하이브리드 아쿠아포닉스 시스템’이 주목받고 있습니다. 이번 글에서는 흙을 이용한 아쿠아포닉스 구성 방식, 흙 유실 방지 아이디어, 그리고 이를 기반으로 한 드립 시스템 자동화 제어(아두이노/파이썬) 설계까지 함께 소개합니다.

1. 흙 기반 아쿠아포닉스란?

흙을 사용하는 아쿠아포닉스는 일반 수경재배처럼 물고기의 배설물이 식물에게 양분으로 전달되는 과정은 동일하지만, 중간에 흙 필터 역할을 하도록 배양지를 설계합니다.

흙은 여과층과 생물학적 반응층의 역할을 하며,
식물 뿌리와 미생물 활동을 통해 질소 순환 과정을 더욱 풍부하게 만듭니다.

2. 흙 유실 방지를 위한 설계 방법

흙이 물에 섞여 시스템을 오염시키거나 배관을 막는 것을 방지하려면 다음과 같은 방식이 필요합니다:

✅ 다층 구조 플랜터

상단: 흙
중단: 부직포 (Geotextile)
하단: 자갈 + 출수 필터망

이 구조는 흙이 떠내려가지 않도록 물리적 장벽 역할을 합니다.

3. 점적관수(Drip System) 방식의 장점

흙 위로 **물이나 양액을 흐르게 하지 않고, ‘떨어뜨리는 방식’(드립)**으로 공급하면 다음과 같은 장점이 있습니다:

흙 유실 최소화: 물의 힘으로 흙이 쓸려나가는 것을 방지
정밀한 양분 공급: 필요한 위치에만 물 공급
배관 막힘 방지: 지속적인 흐름이 없어 퇴적물 발생 줄임
pH 및 EC 모니터링이 쉬움

4. 드립 시스템 자동화: 아두이노 or 파이썬 설계

🎛 아두이노 기반 제어 시스템

구성 요소:

수분 센서 (토양 수분 감지)
릴레이 모듈 (펌프 on/off)
펌프 (드립 노즐에 연결)
RTC 모듈 (정해진 시간에 작동)
전원: 태양광 패널 + 배터리

#include <RTClib.h>
RTC_DS3231 rtc;

int soilSensor = A0;
int pumpRelay = 8;

void setup() {
  pinMode(pumpRelay, OUTPUT);
  rtc.begin();
}

void loop() {
  DateTime now = rtc.now();
  int moisture = analogRead(soilSensor);

  if (moisture < 500 && now.hour() >= 6 && now.hour() <= 18) {
    digitalWrite(pumpRelay, HIGH);  // 물 공급
    delay(5000);
    digitalWrite(pumpRelay, LOW);
  }
  delay(60000);  // 1분 간격 체크
}

🐍 파이썬 + 라즈베리파이 기반 제어 (GPIO + ADC)

필요 구성:

MCP3008 (아날로그 수분 센서용 ADC)
릴레이 모듈
GPIO 라이브러리

import time
import RPi.GPIO as GPIO
from Adafruit_GPIO.SPI import SpiDev
import Adafruit_MCP3008

PUMP_PIN = 17
GPIO.setmode(GPIO.BCM)
GPIO.setup(PUMP_PIN, GPIO.OUT)

CLK, MISO, MOSI, CS = 18, 23, 24, 25
mcp = Adafruit_MCP3008.MCP3008(clk=CLK, cs=CS, miso=MISO, mosi=MOSI)

def get_moisture():
    return mcp.read_adc(0)

try:
    while True:
        moisture = get_moisture()
        print(f"Soil moisture: {moisture}")
        if moisture < 500:
            GPIO.output(PUMP_PIN, True)
            time.sleep(5)
            GPIO.output(PUMP_PIN, False)
        time.sleep(60)
except KeyboardInterrupt:
    GPIO.cleanup()

5. 보완 아이디어: 태양광과 자동 제어 통합

태양광 패널 → 배터리 → 릴레이/펌프로 구동
전압 센서를 통해 배터리 잔량 감지
잔량이 일정 이하로 떨어지면 펌프 구동 제한

이를 통해 외부 전기 없이도 자급자족형 아쿠아포닉스 시스템이 가능합니다.

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