문제 해결 & 개선 – 소규모 농업 자동화 초기 오작동 사례와 해결 방법

소규모 농업 자동화 프로젝트를 처음 시작하면 누구나 기대하는 건 버튼 하나로도 모든 게 매끄럽게 작동하는 농장입니다.
하지만 현실은 조금 다릅니다. 자동화 장치와 센서, 제어 프로그램은 실험 환경에 따라 얼마든지 오작동할 수 있고,
이 문제를 방치하면 작물 성장에 직접적인 피해로 이어질 수 있습니다.

이번 글에서는 소규모 농업 자동화 실험 초기에 실제로 겪었던 오작동 사례와,
이를 문제 해결 & 개선 과정을 거쳐 안정적인 시스템으로 발전시킨 경험을 상세히 기록합니다.
이 내용은 향후 같은 분야를 시도하는 분들에게 중요한 참고 자료가 될 것입니다.

 

1. 자동 급수 시스템의 과다 관수 문제

발생 상황

소규모 농업 자동화에서 자동 급수는 가장 먼저 구현하는 기능 중 하나입니다.
저 역시 토양 수분 센서를 설치하고, 일정 기준 이하로 수분이 떨어지면 자동으로 물을 주도록 설정했습니다.
하지만 초기에는 센서 민감도가 너무 높아, 표면이 살짝만 건조해져도 바로 급수가 시작되는 현상이 나타났습니다.

이로 인해 하루에도 4~5번씩 물을 주는 상황이 벌어졌고, 토양이 장시간 과습 상태를 유지하면서
일부 작물의 뿌리가 산소 부족으로 부패하는 문제가 생겼습니다.
특히 상추와 같은 잎채소는 과습에 매우 취약해 성장이 더뎌지고 잎이 노랗게 변하기 시작했습니다.

해결 방법

1. 센서 임계값 재설정 – 기존보다 건조 기준을 5% 낮춰, 표면 건조에 덜 민감하게 반응하도록 조정했습니다.
2. 급수 주기 지연 타이머 추가 – 센서가 급수 신호를 보내더라도, 최소 2시간 간격으로만 작동하게 제어 로직을 변경했습니다.
3. 심층부 수분 측정 – 토양 표면뿐만 아니라 10cm 깊이의 수분도 측정해, 실제 뿌리 부근의 상태를 기준으로 급수를 결정했습니다.

💡 문제 해결 포인트
소규모 농업 자동화에서 자동 급수는 단순히 센서와 펌프를 연결하는 것이 아니라, 작물별 생육 특성에 맞춘 데이터 기반 로직 설계가 핵심입니다.

2. 온도·환기 제어기의 반복 작동 오류

발생 상황

비닐하우스 환경에서는 온도·환기 제어가 작물 건강에 직결됩니다.
하지만 초기에는 작은 온도 변화에도 환기 팬이 자주 켜졌다 꺼졌다를 반복하는 문제가 있었습니다.
외부 바람이나 구름 이동 등으로 온도가 순간적으로 떨어졌다 올라가는 상황이 반복되면,
팬이 수십 초 간격으로 작동하면서 전력 낭비와 모터 과열이 발생했습니다.

해결 방법

1. 히스테리시스(Hysteresis) 제어 도입 – 예를 들어 환기 시작 온도를 28°C, 종료 온도를 26°C로 설정해,
   온도가 조금만 변해도 팬이 꺼졌다 켜지는 문제를 해결했습니다.
2. 소프트 스타터 장착 – 모터 구동 시 순간 부하를 줄여, 전력 소모와 장비 마모를 방지했습니다.
3. 외부 기류 센서 추가 – 강풍이 부는 날에는 환기 속도를 자동으로 낮추는 보조 로직을 적용했습니다.

🌱 개선 효과
전력 소모량이 15% 감소했고, 팬 모터의 과열 빈도가 현저히 줄어들었습니다. 무엇보다 제어 시스템이 더 ‘침착하게’ 반응하게 되었습니다.

3. 데이터 로깅 오류와 기록 누락

발생 상황

소규모 농업 자동화 실험에서는 데이터 기록이 필수입니다.
토양 수분, 온도, 습도, 조도 데이터를 장기간 축적하면, 이를 기반으로 급수·환기 패턴을 최적화할 수 있습니다.
그런데 ESP32 기반 데이터 로깅 장치에서, 며칠씩 작동하다 보면 특정 시간대 데이터가 누락되는 문제가 발견됐습니다.

조사 결과, SD카드의 파일 시스템 버퍼가 가득 차거나 전원이 순간적으로 차단되면 기록 중인 파일이 손상되는 경우가 있었습니다.

해결 방법

1. 주기적 서버 백업 – 1시간마다 로컬 데이터와 동시에 Wi-Fi를 통해 원격 서버에 백업하도록 변경했습니다.
2. 전원 안정화 회로 추가 – 대형 콘덴서를 넣어 순간 전압 강하 시에도 기록이 중단되지 않도록 했습니다.
3. 데이터 형식 변경 – CSV에서 바이너리 형식으로 전환해 저장 속도를 높이고 파일 크기를 줄였습니다.

📊 문제 해결의 의미
데이터 안정성은 장기적인 농업 자동화 성과 분석의 기반이 됩니다. 작은 기록 누락이 나중에는 큰 오판으로 이어질 수 있습니다.

 

4. 앱과 장치 간 통신 지연 문제

발생 상황

Blynk 앱을 통한 원격 제어를 도입했지만, 실제로 명령을 내려도 장치 반응까지 5~10초가 걸리는 문제가 있었습니다.
원인을 분석해 보니, Wi-Fi 신호 약화와 클라우드 서버 지연이 복합적으로 작용한 것이었습니다.

해결 방법

1. Wi-Fi AP 재배치 – 농장 내 AP 위치를 변경하고 외장 안테나를 추가해 신호 세기를 개선했습니다.
2. 로컬 MQTT 브로커 도입 – 내부 네트워크에서만 처리 가능한 명령은 로컬 브로커를 통해 1초 이내로 처리했습니다.
3. 명령 분리 구조 – 긴급 제어(펌프·팬 ON/OFF)와 일반 데이터 조회를 분리해, 실시간성을 높였습니다.

📡 개선 효과
긴급 명령 응답 속도가 평균 1.2초로 단축되었고, 네트워크 혼잡 시에도 기본 제어 기능이 정상적으로 작동하게 되었습니다.

 

5. 결론 – 문제 해결이 만든 안정성

소규모 농업 자동화 실험 초기에는 오작동이 잦았지만, 하나씩 원인을 찾아내고 개선하면서 시스템은 점점 안정화되었습니다.
센서 보정, 제어 로직 최적화, 데이터 저장 안정화, 통신 속도 개선이라는 네 가지 큰 축이 완성되자,
작물 생육 환경이 훨씬 균일하게 유지되었고 관리 효율도 크게 향상되었습니다.

최종 교훈
"자동화 시스템은 처음부터 완벽할 수 없다.
그러나 문제를 기록하고 분석하며 개선하는 과정이 시스템을 완벽에 가깝게 만든다."