새싹인삼 스마트 재배기

FIELD PHOTOS

전주 현장 기록 — 2020

전라북도 전주시 재배 시설에서 촬영한 실제 개발·운영 사진

2020.02.19 LED 다단 재배 시설

2020.03.02 LED 성장등 다단 선반

2020.05.08 새싹인삼 성장 완료

2020.05.08 인삼 뿌리 배양

2020.05.22 제품 택배 포장

2020.05.29 출하 준비 완료

SYSTEM ARCHITECTURE

시스템 구성도

Arduino Uno 기반 BLE 무선 제어 스마트 재배기

BLE 통신

HC-05 블루투스 모듈, SoftwareSerial(D6/D7), 9600baud JSON 프로토콜

HC-05 9600 baud

환경 센서

DHT22 온도(±0.5°C) 및 습도(±2%RH) 실시간 측정, D2 연결

DHT22 온습도

타이머 제어

DS1302 RTC 모듈, 관수/조명 자동 on/off, EEPROM 설정 유지

DS1302 RTC 자동 스케줄

릴레이 출력

2채널 릴레이, CH1=D8 모터, CH2=D9 조명, Active-LOW 방식

2채널 Active-LOW

HARDWARE

하드웨어 구성

Arduino Uno 핀 배치 및 주변기기 연결

부품	핀 번호	기능	방향	비고
HC-05 RX	D6	BLE 수신	Arduino→BLE	SoftwareSerial
HC-05 TX	D7	BLE 송신	BLE→Arduino	SoftwareSerial
DHT22	D2	온습도 센서	Input	OneWire 데이터
DS1302 SCK	D13	RTC 클럭	Output	Serial Clock
DS1302 IO	D12	RTC 데이터	I/O	Bidirectional
DS1302 RST	D11	RTC 리셋	Output	Chip Enable
릴레이 CH1	D8	모터(관수)	Output	Active-LOW
릴레이 CH2	D9	조명(LED)	Output	Active-LOW

Active-LOW 릴레이 동작 원리

GPIO 출력	릴레이 상태	회로	부하
HIGH (1)	열림 (OFF)	개방	정지
LOW (0)	닫힘 (ON)	통전	구동

릴레이는 Active-LOW 방식. HIGH=OFF, LOW=ON. setup()에서 반드시 HIGH 초기화 → 전원 인가 오작동 방지.

void setup() {
    pinMode(8, OUTPUT);   // Motor Relay
    pinMode(9, OUTPUT);   // Light Relay
    digitalWrite(8, HIGH); // OFF (Active-LOW)
    digitalWrite(9, HIGH); // OFF (Active-LOW)

    btSerial.begin(9600);    // HC-05 BLE
    dht.begin();              // DHT22 센서
    EEPROM_READ();            // 저장된 설정 복구
}
  

전원부

Arduino Uno 보드 자체 전원: USB 또는 DC 5V

릴레이 구동 및 부하 전원: 외부 DC 12V 어댑터

릴레이 NO/COM 단자를 통해 12V 부하(모터, LED)에 전원 공급

Arduino GND와 12V GND 공통 접지 필수

Arduino 5V 외부 12V

통신부

HC-05 모듈: BLE 4.0 무선 통신

SoftwareSerial 라이브러리: D6(RX), D7(TX)

통신 속도: 9600 baud (HC-05 기본값)

데이터 포맷: JSON UTF-8 직렬 통신

BLE 4.0 JSON

CIRCUIT

회로 블록 다이어그램

핀 연결 및 전원 분배 상세 블록도

PROTOCOL

BLE 통신 프로토콜

JSON 기반 양방향 BLE 4.0 통신 — 5개 메시지 타입

Service UUID

FFE0

Characteristic UUID

FFE1

메시지 종결자

__FIN__

Baud Rate

9600

SENSOR_STATUS

매 3초 폴링 READ

앱에서 3초 간격으로 디바이스 상태를 폴링합니다. 온습도 센서값, 모터/조명 설정값, 현재 동작 상태를 일괄 반환합니다.

Request

{"type":"SENSOR_STATUS","values":[0,0]}

Response 필드 명세

필드	타입	예시	설명
`TYPE`	string	`"SENSOR_STATUS"`	메시지 타입 식별자
`DEVICE_NAME`	string	`"TBF_02"`	디바이스 식별자 (BLE 광고명)
`TEMP`	float	`25.5`	현재 온도 (°C) — DHT22 센서
`HUM`	float	`50.0`	현재 습도 (%) — DHT22 센서
`MOTOR_INTERVAL_IN_SEC`	int	`40`	모터 1회 가동 시간 (초)
`MOTOR_TIME_MAX_TICK`	int	`1800`	모터 전체 주기 (초) — 30분 배수
`LIGHT_RUN_INTERVAL`	int	`3600`	조명 점등 시간 (초) — 1시간 단위
`LIGHT_STOP_INTERVAL`	int	`3600`	조명 소등 시간 (초) — 1시간 단위
`MOTOR_STATUS`	int	`1` / `0`	모터 현재 상태 — 1=ON, 0=OFF
`LIGHT_STATUS`	int	`1` / `0`	조명 현재 상태 — 1=ON, 0=OFF

Response 예시

{"TYPE":"SENSOR_STATUS",
 "DEVICE_NAME":"TBF_02",
 "TEMP":25.5,"HUM":50,
 "MOTOR_INTERVAL_IN_SEC":40,
 "MOTOR_TIME_MAX_TICK":1800,
 "LIGHT_RUN_INTERVAL":3600,
 "LIGHT_STOP_INTERVAL":3600,
 "MOTOR_STATUS":1,
 "LIGHT_STATUS":0}__FIN__
        

SET_MOTOR

운영 모드 WRITE

모터의 가동 시간과 전체 주기를 설정합니다. 설정값은 EEPROM에 즉시 저장되어 전원 복구 후에도 유지됩니다.

Request

{"type":"SET_MOTOR","values":[intervalSec, cycleSec]}

제약조건 cycleSec % 1800 === 0 — 30분 단위 필수

파라미터	범위	단위	설명
`values[0]`	10 ~ 120	초	1회 가동 시간
`values[1]`	1800 × N	초	전체 주기 (30분 배수)

Response

{"TYPE":"SET_MOTOR","RESULT":"1"}__FIN__

💾

EEPROM 즉시 저장 — 설정값이 비휘발성 메모리에 기록되어 정전 또는 리셋 후 자동 복원됩니다.

SET_LIGHT

운영 모드 WRITE

조명(LED)의 점등/소등 주기를 설정합니다. 특수값 -1로 상시 ON 또는 상시 OFF를 지정할 수 있습니다.

Request

{"type":"SET_LIGHT","values":[runSec, stopSec]}

제약조건 값 % 3600 === 0 — 1시간 단위 필수 (특수값 제외)

특수값 (Special Values)

runSec = -1

상시 ON (24시간)

stopSec = -1

상시 OFF

파라미터	범위	단위	설명
`values[0]`	3600 ~ 43200 or -1	초	점등 시간 (1~12시간)
`values[1]`	3600 ~ 43200 or -1	초	소등 시간 (1~12시간)

Response

{"TYPE":"SET_LIGHT","RESULT":"1"}__FIN__

TEST_MOTOR

테스트 DEBUG

장비 점검용 단시간 모터 테스트 명령입니다. 운영 설정에 영향을 주지 않습니다.

Request

{"type":"TEST_MOTOR","values":[3,6]}

3초

가동 시간

6초

전체 주기

Response

{"TYPE":"TEST_MOTOR","RESULT":"1"}__FIN__

🔧 장비 점검용 단시간 테스트. 3초 가동 후 3초 정지를 반복합니다. EEPROM 설정값은 변경되지 않습니다.

TEST_LIGHT

테스트 DEBUG

LED 동작 확인용 테스트 명령입니다. 운영 설정에 영향을 주지 않습니다.

Request

{"type":"TEST_LIGHT","values":[3,3]}

3초

점등 시간

3초

소등 시간

Response

{"TYPE":"TEST_LIGHT","RESULT":"1"}__FIN__

💡 LED 동작 확인용. 3초 점등 / 3초 소등을 반복합니다. EEPROM 설정값은 변경되지 않습니다.

에러 처리 및 연결 관리

3-Strike Auto Disconnect Policy

JSON 파싱 실패 시 오류 카운터가 증가합니다. 3회 연속 실패 시 자동으로 BLE 연결을 해제(disconnect)합니다. 정상 메시지를 수신하면 카운터는 즉시 0으로 리셋됩니다.

1

Strike 1

→

2

Strike 2

→

3

Strike 3

→

💀

Auto Disconnect

__FIN__ 메시지 종결자

모든 BLE 메시지는 __FIN__ 종결자로 끝납니다. BLE 4.0의 20바이트 MTU 제한으로 인해 하나의 JSON 메시지가 여러 패킷으로 분할 전송됩니다. 수신 측에서는 __FIN__이 감지될 때까지 내부 버퍼에 데이터를 누적한 뒤, 종결자를 제거하고 완성된 JSON 문자열을 파싱합니다.

{"TYPE":"SEN

+

SOR_STATUS"

+

,"TEMP":25.5

+

...}

+

__FIN__

→

JSON.parse()

메시지 타입	방향	카테고리	EEPROM 저장	설명
`SENSOR_STATUS`	READ	폴링	—	전체 상태 조회 (3초 주기)
`SET_MOTOR`	WRITE	운영	O	모터 가동/주기 설정
`SET_LIGHT`	WRITE	운영	O	조명 점등/소등 주기 설정
`TEST_MOTOR`	WRITE	테스트	—	모터 단시간 점검 (3초/6초)
`TEST_LIGHT`	WRITE	테스트	—	LED 단시간 점검 (3초/3초)

DATA FLOW

데이터 흐름

앱 ↔ BLE ↔ Arduino ↔ 센서/릴레이 간 통신 흐름

통신 시퀀스 SENSOR_STATUS 예시

MOBILE APP

모바일 앱 화면 구성

React Native 기반 크로스플랫폼 앱 (Android / iOS)

React Native 0.61.5 react-native-ble-manager 7.1.1 react-navigation 1.0.0 APK 21MB

블루투스 연결 자동 스캔

TBF Scanner

TBF_01

-45 dBm

연결

TBF_02

-62 dBm

연결

검색된 디바이스 없음

스캔 시작

▶ BLE 4.0 자동 스캔 (5초 타임아웃)

▶ 신호 강도(RSSI) 실시간 표시

▶ TBF_ prefix 디바이스 자동 필터링

▶ 연결/해제 원터치 제어

메인 대시보드

TBF_02

연결됨

온도

25.5

°C

습도

50

%

모터 구동중

30분에 40초씩 구동

조명 정지

24시간 구동 / 0시간 정지

▶ 3초 간격 자동 센서 폴링

▶ 모터/조명 실시간 상태 표시

▶ 설정 화면 원터치 이동

▶ 연결 상태 실시간 모니터링

설정 화면

모터 설정

자동

테스트

가동 시간

10s

15s

20s

30s

40s

1m

반복 주기

30분

1시간

2시간

저장

취소

▶ 모터/조명 독립 설정

▶ 자동/테스트 모드 전환

▶ BLE 명령 즉시 전송

▶ EEPROM 영구 저장

TIMER LOGIC

타이머 제어 로직

모터(관수)와 조명(LED)의 독립적 자동 스케줄링

모터 (관수 펌프)

타이머 의사코드

// 매 1초 실행
MOTOR_TIME_TICK++
if (TICK < MOTOR_INTERVAL(40s)):  MOTOR = ON
if (TICK >= MOTOR_INTERVAL):       MOTOR = OFF
if (TICK >= MOTOR_MAX(1800s)):    TICK = 0  // 리셋

40초

가동 시간

29분20초

대기 시간

30분

전체 주기

조명 (LED 성장등)

타이머 의사코드

// 매 1초 실행
LIGHT_TIME_TICK++
if (TICK < RUN_INTERVAL):              LIGHT = ON
if (TICK >= RUN && < RUN+STOP):  LIGHT = OFF
if (TICK >= RUN+STOP):              TICK = 0  // 리셋

// 수동 모드 (-1)
RUN  = -1:  상시 ON (24시간)
STOP = -1:  상시 OFF

자동 모드 1~12시간 단위 ON/OFF 자동 전환

수동 모드 상시 ON 또는 상시 OFF 고정

테스트 모드 3초 점등 / 소등 반복

듀티 사이클 비교

EEPROM

EEPROM 메모리 맵

전원 차단 시에도 설정값 유지 (4 × float, 16 bytes)

인덱스	주소	변수명	타입	기본값	설명
0	0x00-0x03	`MOTOR_TIME_MAX_TICK`	float	1800 (30분)	모터 전체 주기
1	0x04-0x07	`MOTOR_INTERVAL_IN_SEC`	float	40	모터 가동 시간
2	0x08-0x0B	`LIGHT_RUN_INTERVAL`	float	60	조명 점등 시간
3	0x0C-0x0F	`LIGHT_STOP_INTERVAL`	float	60	조명 소등 시간

EEPROM.get() / EEPROM.put() 사용. float형 4바이트씩 저장. BLE로 설정 변경 시 즉시 EEPROM에 기록하여 전원 복구 후에도 마지막 설정 유지.

EEPROM 읽기 (부팅 시)

EEPROM_READ()

void EEPROM_READ() {
    EEPROM.get(0,  MOTOR_TIME_MAX_TICK);
    EEPROM.get(4,  MOTOR_INTERVAL_IN_SEC);
    EEPROM.get(8,  LIGHT_RUN_INTERVAL);
    EEPROM.get(12, LIGHT_STOP_INTERVAL);
}

EEPROM 쓰기 (BLE 설정 변경 시)

EEPROM_WRITE()

void EEPROM_WRITE() {
    EEPROM.put(0,  MOTOR_TIME_MAX_TICK);
    EEPROM.put(4,  MOTOR_INTERVAL_IN_SEC);
    EEPROM.put(8,  LIGHT_RUN_INTERVAL);
    EEPROM.put(12, LIGHT_STOP_INTERVAL);
}

FIRMWARE

펌웨어 상태 머신

Arduino 메인 루프 기반 상태 전이

상태	트리거	동작	다음 상태
INIT	전원 ON	setup(), EEPROM 읽기, 핀 초기화	IDLE
IDLE	-	메인 루프 대기	BLE_RECEIVE or TIMER_TICK
BLE_RECEIVE	btSerial.available()	JSON 파싱, 명령 분류	SENSOR_READ or RELAY_UPDATE
SENSOR_READ	SENSOR_STATUS 명령	DHT22, RTC 데이터 읽기	BLE_SEND
TIMER_TICK	millis() >= 1000	MOTOR/LIGHT_TICK 증가	RELAY_UPDATE
RELAY_UPDATE	타이머 or BLE 명령	digitalWrite() 릴레이 제어	IDLE
BLE_SEND	응답 준비 완료	JSON 직렬화, btSerial.print()	IDLE

loop() 메인 루프

Arduino loop()

void loop() {
    // 1. BLE 수신 체크
    if (btSerial.available()) {
        parseJSON(received);
        processCommand(type, values);
    }

    // 2. 1초 타이머
    if (millis() - lastTick >= 1000) {
        lastTick = millis();
        MOTOR_TIME_TICK++;
        LIGHT_TIME_TICK++;
        updateRelays();
    }
}

BOM

부품 목록 (BOM)

프로토타입 1대 기준 필요 부품

#	부품명	모델/사양	수량	역할	비고
1	메인보드	Arduino Uno (ATmega328P)	1	중앙 제어	16MHz, 32KB Flash
2	BLE 모듈	HC-05 / HC-06	1	무선 통신 (9600baud)	BLE 4.0
3	온습도 센서	DHT22 (AM2302)	1	온도/습도 측정	±0.5°C, ±2%RH
4	RTC 모듈	DS1302	1	실시간 시계	CR2032 배터리
5	릴레이 모듈	5V 2채널 (Active-LOW)	1	모터/조명 스위칭	NO/COM/NC
6	관수 펌프	DC 12V 미니 워터펌프	1	양액 공급	30분 주기
7	LED 성장등	12V LED 바	다수	광합성 조명	적색+청색
8	전원 공급	5V (Arduino) + 12V (릴레이)	1	이중 전원	DC 어댑터
9	점퍼 와이어	M-M, M-F 세트	1	배선	듀폰 커넥터
10	브레드보드/PCB	400홀 또는 커스텀 PCB	1	회로 구성	양산 시 PCB

양산 시 Arduino Uno → ATmega328P 단독 PCB 전환으로 단가 절감 가능

STATUS

프로젝트 완성도

✅ 완료 항목

✓ Arduino 펌웨어 (456줄, 프로덕션 레디)

✓ BLE JSON 통신 프로토콜

✓ 모터/조명 자동 타이머 (EEPROM 저장)

✓ DHT22 온습도 센서 연동

✓ React Native 앱 (3화면)

✓ Android APK 빌드 (21MB)

✓ 테스트 모드 (모터/조명 개별)

✓ 수동/자동 모드 전환

🚀 향후 계획

→ iOS 앱스토어 빌드 및 배포

→ WiFi 모듈 추가 (원격 모니터링)

→ 다중 재배기 관리 (10대+)

→ 클라우드 데이터 로깅

→ DHT22 실측값 연동 (현재 테스트값)

→ OTA 펌웨어 업데이트

→ 전력 소비 최적화

개발 진행률

펌웨어

완료 100%

모바일 앱

Android 완료 90%

하드웨어

프로토타입 85%

인프라

계획중 40%

456줄

펌웨어

3개

앱 화면

5종

BLE 명령

21MB

APK 크기

TECH STACK

기술 스택

🔧 하드웨어

MCU Arduino Uno (ATmega328P, 16MHz)

BLE HC-05 Bluetooth 4.0

ENV DHT22 (±0.5°C, ±2% RH)

RTC DS1302 Real-Time Clock

PWR 5V 2CH Relay Module

📱 모바일 앱

FW React Native 0.61.5

BLE react-native-ble-manager 7.1.1

NAV react-navigation 1.0.0

UI react-native-elements 1.2.7

OS Android 5.0+ / iOS 10+

📡 통신/프로토콜

RF BLE 4.0 (FFE0/FFE1)

FMT JSON 메시지 포맷

SER SoftwareSerial (9600baud)

EOF __FIN__ 종결자 프로토콜

ERR 3-strike 연결 해제 정책

PROJECT

프로젝트 정보

프로젝트명	새싹인삼 스마트 재배기
의뢰처	(주)더바이오그룹 — 더 좋은 농장
개발 기간	2020.02 ~ 2020.06
개발 범위	하드웨어 설계 + 펌웨어 + 모바일 앱
디바이스 ID	TBF_02

현장	전라북도 전주시
재배 품목	새싹인삼 (스프라우트)
재배 방식	LED 실내 다단 수경재배
관수 방식	자동 타이머 양액 공급
조명 방식	자동 타이머 LED 성장등

개발 타임라인

2020.02

프로젝트 착수
요구사항 분석

2020.03

하드웨어 설계
회로 구성

2020.04

펌웨어 개발
BLE 프로토콜

2020.05

모바일 앱 개발
현장 테스트

2020.06

APK 빌드
납품 완료