[Raspberry Pi] 토양 수분 센서(FC-28) 이용해보기(2)
🔧 개발환경
Python 3.9.2
Firebase
Raspberry Pi 4 8GB RAM
Rasberry Pi OS (64-bit) (Debian Bullseye)
FC-28 (Soil Moisture Sensor)
MCP3008 I/P for ADC
BreadBoard (400 tie-point)
🌼 방향
방향을 조금 바꾸어야할 것 같다.
분명 어제 실험을 했을 때는 잘 나왔던 측정값이, 오늘은 제대로 나오지 않았다.
오차 범위가 좀 컸고 1초마다 측정 자체가 잘 안되는 현상을 발견하였다.
원래 계획
bouncing value를 삭제하기 위해 상위 하위 index들을 잘라낸다.
그리고 평균을 낸 수분 함량을 firebase에 upload
이 계획은 측정이 잘 되었을 때의 것이다.
바뀐 계획
실험을 하며 2가지의 문제점이 있었다.
1. 하드웨어적인 문제.
선을 건드리기 전까지 1초마다 측정값이 오지 않았다.
아예 측정값이 10분동안 1개인 경우도 존재하였음.
하지만 선을 조금만 건드리면 1초마다 측정이 잘 되는 모습을 보였다.
-> 선 연결에 문제가 있어보임. 혹은 빵판의 문제
-> 긴 선들이 많이 연결되어있고 + 빵판에 들어간 선들이 헐렁하다.
현재로선 빵판 재구매 혹은 선을 자를 수 없기 때문에 hold.
2. , 값의 측정(오차, bouncing)의 문제도 있다.
내가 측정하고 있는 값이 신뢰할만한 값인지 잘 모르겠고, 센서가 정확한지 알아볼 필요가 있었다.(사실 측정되는 값만 봤을 때 센서를 못믿겠음)
이 상황에서 수분함량을 구해서 워터펌프를 작동시킨다고 해도, 언제 워터펌프 가동을 멈출지 등의 문제가 있을 것이다.
따라서 DB에 올리는 값은 본래 list의 상하위 20%정도를 삭제한 뒤 남은 list의 중간값을 측정값이라 간주하고 진행할 것이다.
-> 이렇게 되면 오차가 아주 커지는 상황은 막을 수 있지만, 중간값을 단순히 쓴다는 것은 작은 오차를 막을 순 없다.
지금은 가지고 있는 장비에서 결과물을 뽑아내보고, 후에 더 좋은 장비를 구매하여 재시도할 필요가 있어보인다.
🌼 Python Code
우선, python 코드를 작성하겠다.
온습도, 카메라, 토양 수분 함량 측정 등의 다양한 작업들이 python code로 돌아갈 것이다.
하지만 이 기능들을 모두 합친 코드가 아닌 nohup을 이용하여 background로 각각 돌려줄 것이기 때문에, 토양 수분 함량 측정에 대한 부분만 신경써서 코드를 짜면 되겠다.
import spidev
import time
import threading
import firebase_admin
from firebase_admin import credentials
from firebase_admin import firestore # For cloud
cred = credentials.Certificate("./Key/serviceKey.json")
firebase_admin.initialize_app(cred)
farmId = "UW62BfvIjSLGGlinjkwx"
db = firestore.client()
max_index = 24 # 가지고 있을 list 최대 갯수
delay = 1 # 측정 딜레이 (1초마다)
wait_time = 300 # 처음 기다리는 시간(이 시간에도 측정은 함)
timer_time = 600 # 타이머가 도는 시간(총 600초)
measure_time = 280 # 측정 시간 total 280초
slicing_percent = 15 # 앞 뒤로 자를 percentage (15%씩 자름)
# Open Spi Bus
# SPI 버스 0과 디바이스 0을 열고
# 최대 전송 속도를 1MHz로 설정
spi = spidev.SpiDev()
spi.open(0,0) # open(bus, device)
spi.max_speed_hz = 1000000 # set transfer speed
# To read SPI data from MCP3008 chip
# Channel must be 0~7 integer
def readChannel(channel):
val = spi.xfer2([1, (8+channel)<<4, 0])
data = ((val[1]&3) << 8) + val[2]
return data
# 0~1023 value가 들어옴. 1023이 수분함량 min값
def convertPercent(data):
return 100.0-round(((data*100)/float(1023)),1)
def list_update(li, element):
global max_index
if (len(li) >= 24):
li.pop(0)
if (len(li) <= 23):
li.append(float('$0.2f'%element))
return li
def measure_soil_moisture():
global wait_time, timer_time, delay, measure_time, slicing_percent
t = threading.Timer(timer_time, measure_soil_moisture) # 정해준 타이머마다 반복
t.daemon = True # 데몬쓰레드 설정 (메인 쓰레드가 죽으면 죽음)
t.start()
print(f'Waiting First {wait_time} min...')
start = time.time()
while True:
if (time_diff(start, wait_time)):
break
val = readChannel(0)
time.sleep(delay)
li = []
print("Measuring...")
start = time.time()
try:
while True:
if(time_diff(start, measure_time)):
break
val = readChannel(0)
if (val != 0):
percent = convertPercent(val)
print(val, "/", percent, "%")
li.append(percent)
time.sleep(delay)
upload_soil_moisture(li)
except KeyboardInterrupt:
spi.close()
print("Key Interrupt!")
def upload_soil_moisture(li):
global farmId
ref = db.collection(u'farmInformation').document(f'{farmId}')
ref_data = ref.get().to_dict()
li.sort()
s_per = int(len(li)*slicing_percent/100)
result = li[s_per:len(li)-s_per]
print(result)
if (len(result) != 0):
measured_value = result[int(len(result)/2)]
print(measured_value)
measured_list = list_update(ref_data['soil_moisture'], measured_value)
ref.update({
u'soil_moisture' : measured_list
})
print(f'{measured_list} upload complete')
# 시간 차 계산 함수
def time_diff(start, target_time):
diff = int((time.time()) - start)
return True if diff >= target_time else False
measure_soil_moisture()
while True:
time.sleep(10) # For loop
아래는 결과 사진이다.
함량은 53% 혹은 76% 둘 사이서 오차범위 +-0.4 정도를 가지는 것 같았다. (bouncing value 무시)
이것 역시 list로 가지고, 앱에서 그래프로 보여줄 것이다.
다른 센서로 실험을 해보고 싶었으나, 여건이 되지 않았기 때문에 이정도에서 테스트는 마무리해보도록 하자.
🙂 끝으로…
일단은 유의미한 값이 나오긴 했다.
그래도 물을 주었을 때 토양에서 수분 함량을 측정하니 말이다.
하지만 어떠한 문제(코드의 문제 ex:readChannel 함수, 선 연결의 문제, 센서의 문제 등)로 아주 기대했던 값은 나오지 않았으나 그래도 만족스러운 실험이었다.
끝으로 내가 실험해봤으면 하는 것들을 나열해보고 마무리하겠다.
아마 아래 후보들을 실험하면 accuracy를 많이 높일 수 있을거라 생각한다.
1. python code의 문제.
이건 소프트웨어적 문제다.
readChannel 부분의 함수에서 식의 오류 가능성.
2. fc-28 센서의 문제
센서가 불량이라 수분 함량을 제대로 측정하지 못함.
실험했을 때, 센서의 금속 부분을 물에 푹 담궜음에도 max값은 100이 나온적이 없음.
-> 센서를 사는 것이 방법.
3. 선 연결 or 빵판의 문제
점퍼 선이 현재 긴 것 뿐이다.
이것들을 빵판에 연결하였을 때 연결 부분이 붕 뜨게 되는 현상을 발견하였다.
아마 선이 긴 것 혹은 빵판의 문제라고 본다
-> 이 역시 짧은 선 교체 혹은 빵판 교체로 해결 가능할 것으로 보임.
4. 아예 python 코드 통 편집
RPI.GPIO 패키지를 이용하는 예제를 많이 보았다.
그것을 이용해야할까?
5. 아두이노 우노 보드 사용
검색해보니 아두이노 보드를 사용해서 (아두이노는 AO, DO가 있음) 쉽게 수분 함량을 측정할 수 있는 것으로 보였다.
아두이노 보드를 사용해보는 것도 좋을 것 같다.
이렇게 되면 아두이노 보드에서 데이터를 라즈베리파이로 전송해야하기 때문에 일부러 하지는 않았다.
다양한 환경에서 실험하며 위 5가지를 추려보았고, 아쉽게도 지금은 5가지 전부를 하지 못한 채 실험을 마무리해보겠다.
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