LeiR은 꽃을 테마로 한 토양 상태 모니터링 센서 로, 식물 관리를 더욱 개인적이고 창의적이며 상호작용적으로 만들기 위해 설계되었습니다.
이 프로젝트를 통해 공학과 감정을 연결하는 무언가를 만들고 싶었습니다. 토양 센서는 보통 순전히 기능적으로 설계되지만, 제 프로토타입은 의미도 느껴지기를 바랐습니다. 집을 떠나 있는 동안 제 반려견들은 ‘집’이 진정한 집처럼 느껴지게 하는 큰 부분입니다. 향수병을 자주 느끼기 때문에, 프로젝트에 집의 작은 일부를 가져오는 방법으로 제 반려견 Gommi를 본떠 센서를 만들기로 했습니다.
꽃 테마는 개인적인 기억과 하와이에서 레이(lei)가 지니는 문화적 의미 모두에서 영감을 받았습니다. 제 반려견 Gommi는 늘 꽃을 좋아했습니다. 산책하다가 꽃 옆을 지나갈 때면 언제나 멈춰서 꽃 냄새를 맡곤 했습니다. 그 단순한 기억 덕분에 꽃은 집, 위안, 돌봄과 연결된 존재가 되었습니다. 동시에 하와이에서의 경험을 통해 레이는 단순한 장식 이상의 의미를 지닌다는 것을 배웠습니다. 레이는 흔히 사랑, 존중, 환영, 연결을 상징합니다. 센서에 레이에서 영감을 받은 디자인을 적용함으로써, Gommi에 대한 개인적인 기억과 돌봄과 소속감의 상징으로서 레이가 지니는 더 깊은 의미를 연결하고 싶었습니다. 센서의 목적이 토양과 식물을 돌보는 데 도움을 주는 것이므로, 꽃 테마는 개인적이면서도 목적에 부합하는 요소가 되었습니다.
LeiR은 토양 온도와 수분을 측정한 다음, 데이터를 데이터베이스로 전송하여 시간에 따른 측정값을 추적할 수 있도록 합니다. 이러한 측정값은 단순해 보일 수 있지만 식물의 건강 상태를 나타내는 중요한 지표입니다. 토양 수분은 물 주기와 뿌리 상태에 영향을 미치고, 온도는 식물이 자라는 환경에 영향을 줍니다. 이 데이터를 수집함으로써 센서는 식물 관리를 추측이 아닌 관찰에 기반한 활동으로 바꾸는 데 도움을 줍니다. 또한 이 데이터를 데이터베이스로 전송하면 센서는 일회성 측정 도구를 넘어섭니다. 사용자는 시간에 따른 변화를 모니터링하고 식물 관리에 대해 더욱 정확한 결정을 내릴 수 있습니다.
LeiR을 통해 공학이 차갑거나 개인적인 경험과 동떨어진 것으로 느껴질 필요는 없다는 점을 보여주고 싶었습니다. 공학은 유용하고 감성적이며 창의적인 역할을 동시에 할 수 있습니다. 토양 모니터링 장치로 시작한 프로젝트는 집과의 연결, 자연에 대한 사랑, 생명체를 돌보는 데 기술을 활용하고 싶은 관심을 결합하는 방법이 되었습니다.
한눈에 보는 주요 기능:
측정: 토양 수분(%) 및 토양 온도(°C)
연결: captive portal 설정을 통해 기존 WiFi에 연결
표시: 모든 LeiR 노드의 지도가 포함된 실시간 웹 대시보드
외형: 탈착식 카트리지가 포함된 3D 프린팅 및 맞춤형 디자인
전자 부품(카트리지)
케이스 및 본체
도구 및 소프트웨어
로고에서 “LeiR”가 기술, 자연, 개인적인 의미 사이의 균형을 보여 주며 프로젝트의 정체성을 시각적으로 나타내기를 바랐습니다. 센서의 꽃 테마와 어울리도록 부드럽고 유기적이며 자연스럽게 연결되는 느낌의 필기체 스타일 워드마크를 선택했습니다.
레이에서 영감을 받은 세부 요소는 레이가 사랑, 존중, 환영, 연결을 상징하는 하와이와 로고를 연결합니다. 이 의미는 토양과 식물을 돌보도록 설계된 동시에 개인적인 이야기도 담고 있는 이 프로젝트와 잘 맞습니다. 꽃 요소는 장치를 차가운 기술 제품이라기보다 사려 깊고 친근하며 의미 있는 것으로 느끼게 하기 위한 것입니다.
먼저 종이에 “LeiR” 글자를 손으로 대략 스케치한 다음, AI 지원 목업을 사용해 꽃과 레이의 세부 요소를 어떻게 추가할지 탐색했습니다. 여러 버전을 비교한 후, 로고가 개인적인 느낌을 유지하도록 iPad에서 최종 디자인을 직접 다듬었습니다.
이것은 첫 번째 프로토타입입니다. 케이스는 제 반려견 Gommi를 본떠 제작했습니다. 모델을 만들기 위해 Gommi의 이미지를 Mesh AI에 업로드했고, Mesh AI가 3D 모델을 생성했습니다. 원래 모델의 높이는 약 2m였기 때문에 Fusion 360으로 가져와 보다 현실적인 센서 크기로 축소했습니다. 또한 모델이 깔끔하게 출력되도록 폴리곤 수를 줄였습니다. 그런 다음 꽃 테마가 본체 전체에 이어지도록 꽃과 레이의 디테일을 추가했습니다.
처음에는 센서 케이스가 반으로 열리도록 설계하려 했습니다. 그러나 이 방식은 지나치게 복잡해졌고 배터리 유지 관리도 더 어렵게 만들었습니다. 배터리를 교체할 때마다 케이스를 완전히 열어야 한다면 장기간 사용하기에 실용적이지 않았을 것입니다.
이를 해결하기 위해 탈착식 카트리지 시스템을 중심으로 프로토타입을 재설계했습니다. 케이스 전체를 여는 대신 전자 부품을 카트리지 안에 넣고, 이 카트리지를 3D 프린팅 본체에 밀어 넣거나 빼낼 수 있도록 했습니다. 카트리지는 ESP32-C3, Arduino 부품, 토양 수분 센서, 온도 센서, 배터리 팩을 수납하도록 설계되었습니다.
최종 연결부를 납땜하기 전에 Arduino Uno 보드를 사용해 센서가 제대로 작동하는지 테스트했습니다. 이를 통해 모든 부품을 카트리지에 넣기 전에 먼저 수분 및 온도 측정값을 확인할 수 있었습니다. 센서를 따로 테스트한 덕분에 전자 부품과 코드가 제대로 작동하는지 확인하기 전에 부품을 납땜하는 일을 피할 수 있었습니다.
프로토타입 1은 작동합니다. 지도와 센서 값이 올바르게 표시되고, 케이스의 전체적인 크기도 적절해 보입니다. 그러나 아직 개선해야 할 부분이 몇 가지 있습니다.
프로토타입 2를 위한 메모:
전반적으로 이번 첫 번째 프로토타입을 통해 케이스 크기가 적절하고, 데이터를 수집할 수 있으며, 측정값을 성공적으로 전송할 수 있다는 것을 확인했습니다. 다음 단계는 기기를 더 매끄럽고, 내구성이 뛰어나며, 사용하기 쉽게 만들도록 물리적 디자인을 개선하는 것입니다.
프로토타입 2에서는 주로 카트리지가 케이스 안에 더 잘 맞도록 하는 작업을 진행했습니다. 첫 번째 프로토타입에서는 카트리지를 넣고 뺄 수 있었지만, 원하는 만큼 매끄럽지는 않았습니다. 또한 넣거나 뺄 때 소음이 발생했기 때문에 카트리지와 케이스 사이의 간격이 너무 작다는 것을 알게 되었습니다.
이를 해결하기 위해 공차를 0.15 mm에서 0.25 mm로 변경했습니다. 공차가 커지면서 간격도 약간 넓어졌고, 덕분에 카트리지가 더 매끄럽게 미끄러져 들어갈 수 있었습니다. 이를 통해 측정값의 작은 변화도 3D 프린팅 부품의 사용감과 작동 방식에 큰 차이를 만들 수 있다는 것을 배웠습니다.
이 조정 후 카트리지 시스템은 훨씬 더 실용적이고 안정적으로 느껴졌습니다. 물리적 결합 상태가 더 매끄러워지고 의도한 디자인에 가까워졌기 때문에, 이제 프린팅된 부품 테스트에서 실제 전자 부품 테스트로 넘어갈 준비가 되었습니다. 다음 단계는 ESP32 개발 모듈에 코드를 업로드하고 센서 값이 정상적으로 출력되는지 확인하는 것이었습니다. ESP32 개발 모듈에 코드를 업로드하는 방법을 배웠습니다. 보드를 컴퓨터에 연결할 때는 연결하면서 BOOT 버튼을 누르고 있어야 했습니다. 그런 다음 코드 업로드가 완료될 때까지 기다렸습니다.
코드를 업로드한 후 Arduino IDE 대시보드 / 시리얼 모니터를 확인하여 ESP32가 제대로 연결되었는지 살펴보았습니다. 이를 통해 보드가 작동하는지, 센서 값이 올바르게 출력되는지 확인할 수 있었습니다.
프로토타입 2를 통해 프로토타이핑은 단순히 기기를 한 번 작동시키는 것만이 아니라는 점을 배웠습니다. 최종 제품을 더 쉽고 안정적으로 사용할 수 있도록 결합 상태, 매끄러움, 테스트 절차와 같은 세부 사항을 개선하는 것도 프로토타이핑의 중요한 부분입니다.
통신 시스템을 위해 WiFi를 선택하기 전에 여러 옵션을 비교했습니다:
따라서 LeiR은 기존 WiFi를 통해 ESP32-C3 기반으로 구축되었습니다. 펌웨어는 captive-portal 설정을 사용하여 기기의 전원을 켜고, 휴대전화에서 “Leir_Setup” 네트워크에 연결하면 호텔 WiFi에 로그인하는 것처럼 설정 페이지가 자동으로 열립니다. 앱이나 계정은 필요하지 않습니다. 같은 페이지에서 LeiR 대시보드도 바로 열 수 있습니다.
내부적으로 각 노드는 2초마다 측정값을 클라우드 메시지 브로커(MQTT)에 게시하며, 로컬 연결을 위해 Bluetooth LE로도 알립니다. 각 기기는 고유 ID(예: “Leir_F878”)를 생성하므로 여러 센서가 동시에 하나의 대시보드에 데이터를 보고할 수 있습니다.
노드가 연결되면 해당 측정값이 LeiR 대시보드, 즉 통합 환경 모니터링 센터 "환경 통합 관제 센터"에 표시됩니다:
이를 통해 원시 수치가 누구나 빠르게 조치를 취할 수 있는 정보로 바뀝니다. 현재 프로토타입에서는 두 개의 실시간 노드(Leir_F878 및 Leir_B0EC)가 동일한 지도에 데이터를 보고합니다.
이 디자인은 프로젝트의 맞춤 설정 가능성도 높여 줍니다. 앞으로 사용자가 제 반려견 대신 각자 원하는 맞춤형 케이스를 원하더라도 전자 부품을 다시 제작할 필요가 없습니다. 카트리지를 분리해 다른 3D 프린팅 케이스에 삽입하기만 하면 됩니다. 덕분에 기기를 더 쉽게 유지 관리하고, 개인화하고, 확장할 수 있습니다.
개인화를 넘어, 수집된 데이터는 AI와 함께 활용하여 시간에 따른 각 사용자의 식물 상태를 더 깊이 이해하는 데에도 사용할 수 있습니다. 수분, 온도 및 향후 토양 측정값의 패턴을 분석하면 시스템이 물을 줘야 하는 시기, 토양 상태가 변하고 있는지 여부, 재배 환경을 어떻게 개선할 수 있는지 등 각 식물을 더 잘 관리하는 방법을 제안할 수 있습니다.
이 프로젝트는 더 큰 규모의 토양 건강 모니터링 시스템을 향한 초기 단계이기도 합니다. 앞으로 pH, 영양분, 전기 전도도, NPK 수치 또는 광 노출량을 측정하는 추가 센서를 설치할 수 있습니다. 그러나 이번 첫 번째 프로토타입은 개인화된 3D 프린팅 기기가 토양 환경 데이터를 수집하고 장기간 추적을 위해 데이터베이스로 전송할 수 있다는 핵심 아이디어를 입증했습니다.
원문: https://www.instructables.com/LeiR-a-3D-Printed-Smart-Soil-Monitoring-System/
https://www.instructables.com/LeiR-a-3D-Printed-Smart-Soil-Monitoring-…