성동50플러스센터에 그린월 설치(2023년): 제어부 및 전력 공급

성동50+센터에서 도시농부양성과정으로 수경재배를 강의했습니다. 이후 수강생들이 커뮤니티를 만들어 활동하고 있습니다. 센터로부터 그린월 설치를 의뢰받았고, 커뮤니티 회원들과 함께 그린월을 설치했습니다. 그린월의 제어부 및 전력 공급에 대해 소개합니다.

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1. 제어 내용

1. 물이 부족하면: LED를 점멸하고 다른 동작은 하지 않는다.
2. 물이 충분하고, 수온이 15℃ 미만이면: 5분 동안 히터를 ON한다.
3. 물이 충분하고, 수온이 26℃ 초과이면(나중에 28℃ 이상으로 고침): 5분 동안 쿨러를 ON한다.
4. 물이 충분하고, 수온이 적당하면: 1시간 마다 10분 동안 수중펌프를 ON한다. (나중에 24시간마다 10분 동안 ON하도록 바꾸었다.)

 

2. 사용한 부품

(1) MCU(Microcontroller Unit) 보드

 

{ {성동50플러스센터_아두이노_나노_modified_2023-01-08}

 

MCU로는 아두이노 나노 호환보드를 사용했다.

 

(2) 방수 온도 센서 모듈

 

{방수 온도 센서_modified_2023-01-08}

 

DS18B20을 사용했다.

 

참고 자료

아두이노 DS18B20 온도센서 사용하기 / 1-Wire 통신이란?

[매드정] 아두이노 강좌 - 14. DS18B20 온도 센서 동작

Arduino와 DS18B20 1-Wire 디지털 온도 센서 인터페이스, 온도표시

 

(3) 수위 센서 모듈

 

{ 정전방식 비접촉 수위센서_modified_2023-01-08}

 

수위센서는 정전방식의 비접촉 수위센서를 사용했다. 용기의 바깥쪽에 양면테이프로 붙일 수 있어 설치가 아주 편하다. 혹 위치를 잘못 잡았더라도 떼어낸 후 다시 붙일 수 있다. 무엇보다도 비접촉식이므로 센서의 금속 부분이 부식되는 문제를 피할 수 있어서 좋다. SEN0204라는 키워드로 찾을 수 있다.

 

(4) 릴레이 모듈

{ relay module_modified_2023-01-08}

 

히터와 쿨러를 ON/OFF 하는 데에 릴레이가 각 1개씩 들어가므로 2개의 릴레이로 되어 있는 모듈을 사용했다.

 

(5) 열전소자 냉수기 모듈

 

{A6E 열전소자 냉수기 모듈}

 

더울 때 물을 식히기 위해 열전소자 냉수기 모듈을 사용했다.

 

(6) 쿨러용 펌프

 

{쿨러용 펌프}

 

열전소자 냉수기 모듈에서 식힌 물을 순환시키기 위해 펌프를 사용했다. 이물질로 인한 끼임에 강한 임펠러 방식을 사용했다. 

 

(7) 쿨러용 고전류 릴레이

 

{쿨러용 30A 릴레이_modified_2023-01-12}

 

쿨러의 소비전력이 150W이고, 정격 전압이 12V이므로 12.5A의 전류가 흐른다. 이 정도 전류를 아두이노용 릴레이만으로 제어하기에는 불안하여 자동차용 25A 릴레이를 추가했다. 아두이노용 릴레이는 이 릴레이를 구동하고, 이 릴레이는 쿨러를 구동하게 했다.

 

3. 제어부 제작

(1) 시험하기 위한 제어부 배선

 

{프로그램 동작 확인_modified_2023-01-14}

 

제어부를 시험하기 위해 점퍼선으로 연결했다. 수중펌프를 구동하는 릴레이는 별도로 사용했다. 방수 온도 센서를 따뜻한 물에 넣었을 때 쿨러의 릴레이가 동작하는지 확인했고, 찬 물에 넣었을 때 히터의 릴레이가 동작하는 것을 확인했다. 물통에 물을 반쯤 채우고 수위센서를 수면 위로 올렸을 때 LED가 점멸하고, 수면 아래로 내렸을 때 LED가 꺼지는 것을 확인했다.

 

(2) 쿨러 시험

 

{제어기 제작 중_modified_2023-01-13}

 

쿨러는 처음 사용해보고, 별도의 릴레이를 사용하는 것이라 확인이 필요해서 직접 구동해 보기로 했다.

 

쿨러용 릴레이

 

{30A 릴레이 연결_스케치_modified_2023-01-14}

 

아두이노로부터 5V 릴레이의 신호를 보내고, 5V 릴레이는 12V의 전원을 제어한다. 5V의 릴레이로 제어받는 12V의 전원은 12V 릴레이의 코일에 연결된다. 이렇게 하여 아두이노에서 쿨러를 켜는 신호를 보내면 5V 릴레이와 12V 릴레이가 동작하여 쿨러에 전력을 공급한다.

 

쿨러 시험

{cooler_시험_2023-01-14}

 

쿨러를 시험하여 정상적으로 동작하는 것을 확인했다.

 

(3) 제어부 제작

 

012

{제어부_릴레이_2023-01-15 ; 제어부_아두이노 나노_2023-01-15 ; 제어부_엔클로저 내부_2023-01-15}

 

엔클로저 내부의 모습이다. 왼쪽이 아두이노 보드와 브레드보드, 중앙에 2CH 릴레이 모듈, 오른쪽에 수중펌프용 릴레이 모듈을 배치했다. 위 왼쪽은 방수 온도계 모듈, 위 오른쪽은 수위센서 모듈을 글루건으로 붙였다.

 

{제어부 제작 완료_2023-01-15}

 

SMPS까지 포함한 제어부의 전체 연결 모습이다.

 

01

{엔클로저에 넣은 제어부_modified_2023-01-14; 제어부_커넥터_modified_2023-01-14}

 

뚜껑을 닫은 제어부의 모습이다. 쿨러용 12V 릴레이는 바깥으로 뺐다.

 

4. 제어부 설치

 

{방수 온도 센서_설치_modified_2023-01-25}

 

방수 온도 센서를 물저장조에 설치했다.

 

01

{방수 히터_modified_2023-01-25 ; 방수 히터 배선_modified_2023-01-25 }

 

수족관용 방수 히터를 바닥에 고정하고, 제어부와 연결했다. 

 

{엔클로저와 SMPS_modified_2023-01-25}

 

SMPS를 엔클로저 위에 얹어 플라스틱 상자에 넣었다.

 

{제어부 위치_modified_2023-01-25}

 

제어부는 물저장조 가까이 두었다. 물저장조에 온도센서, 수위센서, 히터, 수중펌프가 있어 제어부와 연결할 것이 많다.

 

{쿨러_넣은 곳_modified_2023-01-25}

 

쿨러는 통풍이 중요하기 때문에 구멍이 많은 용기에 넣었다.

 

{쿨러_배선_물 순환_modified_2023-01-25}

 

쿨러는 2개를 모아서 가운데에 배치했다.

 

{ 성동50플러스센 그린월_냉각수 펌프_modified_2023-02-02}

 

쿨러용 펌프는 제어부 위에 고정했다. 접착제로 고정 후 알루미늄 테이프로 한 번 더 고정했다.

 

{ 성동50플러스센터 그린월_쿨러_전원 배분_modified_2023-02-02}

 

쿨러를 한 곳에 모았고, 전원은 좌우 대칭으로 분배했다.

 

{ 성북50플러스센터_멀티탭_덮개_modified_2023-02-02}

 

멀티탭 위에 물이 떨어지는 것을 막기 위해 덮개를 덮었다.

 

5. 전력 공급

성동50플러스센터에 설치할 그린월의 전기부와 관련하여 확인한 내용은 다음과 같다.

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1. 전기는 화장실에서 끌어다 쓴다. 거리는 약 3m이다.
2. 그린월에 전등을 단다.
3. 전등의 ON/OFF는 직원이 수동으로 한다. 출근시 ON, 퇴근시 OFF.

 

(1) 배선 설계

{성동50플러스센터_개념설계_전기부_2022-12-03}

 

전원 계통이 간단한 것이라 손으로 그렸다. 전원은 왼쪽에 있는 화장실에서 끌어와서 스위치 달린 2구 멀티탭에서 나누어진다.

 

(2) 스위치

 

{ 성동50플러스센터 그린월_스위치_modified_2023-02-02}

 

위쪽 스위치는 조명을 ON/OFF하는 스위치이다. 직원이 출근할 때 ON하고, 퇴근할 때 OFF한다.

아래쪽 스위치는 나머지 모든 곳의 전기를 ON/OFF한다. 평소에 항상 ON되어 있어야 한다.

 

(3) 조명

 

{성동50플러스센터_조명 ON_2023-02-03}

 

조명은 50W 투광기 4개를 사용했다. 앞 뼈대의 위쪽 보에 식물을 내려다보도록 비스듬히 설치했다. 위 사진은 조명을 켠 모습이다.

 

(4) 마무리

 

{ 성동50플러스센터 그린월_제어부 설치 완료_modified_2023-02-02}

 

제어부 설치가 완료되었다. 평상 앞에 통풍이 잘 되면서 내부를 가릴 수 있는 가림이 필요하다.

 

{ 성동50플러스센터_그린월_아래 선반 가리개_modified_2023-02-08}

 

평상 앞 부분은 마끈을 이용하여 통풍이 잘 되면서 가릴 수 있도록 했다. 성동50플러스센터 스마트수경사랑 커뮤니티가 회원들이 마끈을 가공하여 만들고 부착했다.

 

{ 성동50플러스센터 _그린월_완성된 모습_modified_2023-02-08}

 

식물까지 심어서 완성한 모습이다. 식물 심는 일은 스마트수경사랑 회원들과 함께 했다. 식물 배치는 이진 선생님이 설계하고 주문하는 등 큰 도움을 주셨다.

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성동50플러스센터에 그린월 설치(2023년): 요약: 링크

성동50플러스센터에 그린월 설치(2023년): 개념 설계: 링크

성동50플러스센터에 그린월 설치(2023년): 기구부: 링크

성동50플러스센터에 그린월 설치(2023년): 순환부: 링크

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이상으로 성동50플러스센터에 설치한 그린월의 제어부 및 전력공급에 대해 소개드렸습니다.