수경재배용 전기전도도 및 pH 전극 자동 보상/진단 시스템 = Automatic Compensation and Diagnostic System for Electrical Conductivity and pH Probes in Hydroponics
저자
조우재 ( Woo-jae Cho ) ; 한희조 ( Hee-jo Han ) ; 김학진 ( Hak-jin Kim ) ; 정대현 ( Dae-hyun Jung ) ; 양승환 ( Seung-hwan Yang )
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학술지명
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발행연도
2018
작성언어
-주제어
자료형태
학술저널
수록면
116-116(1쪽)
제공처
수경재배 환경에서 작물은 생육에 필요한 양분을 양액을 통해 공급받으며 이때 작물의 건강한 생육을 위한 적정한 양분의 공급은 양액의 전도도(electrical conductivity, EC)와 산도(pH) 값에 기반하여 조절되기 때문에 EC, pH 센서의 정확한 계측이 요구된다. 관행적인 양액 관리 시스템에 적용되고 있는 전기전도도와 pH 센서는 신호 드리프트에 대한 보정을 실시간으로 수행할 수 없는 구조로 되어 있어 사용자의 경험이나 휴대용 분석기를 통한 간접적인 측정값 비교를 통해 보정이 이루어지는 것이 일반적이다. 본 연구에서는 양액 센서의 정확성과 신뢰성을 확보하기 위해 주기적으로 EC/pH 복합 보정액을 자동으로 주입하여 센서의 드리프트 영향성을 최소화하면서 센서 신호의 보정과 센서의 작동상태를 진단하는 알고리즘을 적용한 자동 보상 및 진단 시스템을 개발하고자 하였다. 개발 시스템은 KIST 강릉분원 u-Farm에 설치된 비순환식 수경재배 시스템에 적용하여 케일 재배 중인 양액 센서에 대한 주기적 보상을 수행하고 정확도 개선 성능을 평가하였다. 또한 교정액 측정에서 발생한 양액 드리프트 값을 기반으로 전극상태를 진단할 수 있는 상태 진단 지수를 설계하였다. 적용 실험에서 1점 보상은 하루 2회, 오전 9시와 오후 5시에 수행되었으며 이때 1점 보상이 적용된 양액 센서값과 적용되지 않은 센서값의 정확도를 비교 평가하기 위해 양액 시료를 농생명과학공동기기원(NICEM)에 분석 의뢰를 수행하여 실제값 대비 양액센서 측정값들의 정확도를 분석하였다. 측정 결과에서 양액에 대해 1점 보상이 적용되지 않은 측정값의 RMSE (평균 제곱근 편차)와 1점 보상이 적용된 측정값의 RMSE를 비교하였을 때, EC는 50 μS/cm에서 28.5 μS/cm로, pH는 0.43에서 0.17로 감소하여 1점 보상 시스템이 양액 센서의 측정 정확도를 개선하였음을 확인하였다. 특히 5~10일 구간에서 미보상 EC센서값의 경우 드리프트가 10% 이상으로 나타나 양액센서 상태 진단 기준에서 ‘관리 필요’로 나타났으나 1점 보상이 적용된 EC센서값은 드리프트를 7% 수준으로 감소시켜 정상 수준의 양액 센서값을 보여주었다. 향후 기존 1점 보상만으로는 평가할 수 없는 감도지수를 획득하고 이에 대한 보상 및 보다 정밀한 양액 센서 진단 평가 알고리즘을 개발하기 위해 2점 정규화 방법을 적용한 양액 센서 자동 보상 및 진단 시스템을 개선하고자 하며 이를 양액 제어 시스템에 적용할 경우 양액 센서의 정확도와 신뢰성을 개선하고 상태 진단 지수를 통해 사용자에게 보다 편의적인 양액 센서 관리를 제공할 수 있을 것으로 기대한다.
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