1. 활동 및 제작 과정
아두이노를 이용한 침수 위험 경고 시스템은 DHT11 온습도센서, 우적센서, 수위센서, I2C LCD 모듈, 그리고 HC-05 블루투스 모듈을 유기적으로 결합하여 제작하였다. 초기 단계에서는 각 센서를 아두이노에 연결한 뒤 개별적으로 정상 작동 여부를 확인하였다. DHT11 센서는 주변의 온도와 습도를, 우적센서는 강우 여부를 감지하며, 수위센서는 물의 높이를 측정하도록 역할을 분담하였다. 수집된 모든 센서 데이터는 아두이노 코드를 통해 LCD 모듈에 실시간으로 출력되도록 시스템을 구축하였다.
제작 과정에서 시리얼 모니터로 데이터를 실시간 점검하던 중 수위센서의 측정값이 일정하지 않고 불안정하게 흔들리는 현상을 발견하였다. 이는 센서에 전류가 지속적으로 흐르면서 발생하는 전기적 노이즈와 전극 부식 현상 때문이었다. 이를 해결하기 위해 수위센서의 전원 핀을 아두이노의 디지털 출력 핀에 연결하고, 데이터 측정이 필요한 순간에만 전원을 공급한 뒤 다시 차단하는 방식으로 코드를 수정하였다. 이를 통해 센서의 전력 소모를 줄이고 측정 데이터의 안정성을 크게 향상시킬 수 있었다.
단순히 비가 오거나 물이 고이는 개별 상황에서 발생하는 오작동을 방지하기 위해 우적센서와 수위센서의 값을 동시에 활용하는 이중 조건 판별 알고리즘을 구현하였다. 비가 내리는 상태에서 수위가 일정 기준치 이상으로 상승하는 두 가지 조건이 모두 충족될 때만 실제 침수 위험 상황으로 판단하도록 설정하였다. 이를 통해 불필요한 경고를 줄이고 실제 대피나 대처가 필요한 침수 가능성을 보다 정확하게 판단할 수 있도록 하였다. 또한 침수 위험이 감지되면 LCD에 경고 문구가 표시되도록 구현하였다.
여기에 시스템의 활용성을 높이기 위해 HC-05 블루투스 모듈을 추가로 연동하였다. 아두이노가 측정한 온도, 습도, 강우 정보, 수위 데이터와 함께 침수 위험 경고 메시지를 무선 신호로 변환하여 스마트폰으로 전송하도록 프로그래밍하였다. 사용자는 전용 스마트폰 애플리케이션을 통해 현장에 직접 가지 않고도 원격에서 실시간으로 환경 데이터와 재난 경고 알림을 확인할 수 있도록 하였다.
최종적으로 시스템의 성능을 검증하기 위해 우적센서에 물방울을 떨어뜨려 강우 상황을 만들고, 동시에 수위센서를 물에 담가 수위를 높이는 방식으로 모의 실험을 진행하였다. 실험 결과 두 가지 조건이 동시에 만족되었을 때 LCD 화면과 스마트폰 애플리케이션 양쪽 모두에서 침수 위험 경고 메시지가 지연 없이 정상적으로 출력되었다. 이를 통해 이번에 제작한 아두이노 기반 침수 위험 경고 시스템이 실제 환경에서도 침수 위험을 효과적이고 신뢰성 있게 감지할 수 있음을 확인하였다.
2. 결과물 소개 하기: (외형, 기능 등)
우적센서와 수위센서를 이용해 침수 위험을 감지하고, LCD와 블루투스를 통해 사용자에게 실시간으로 정보를 제공하는 시스템이다.
4. 핵심 과학/기술 원리
1. DHT11 온습도센서의 원리
DHT11은 내부의 서미스터(Thermistor) 와 정전용량식 습도 센서를 이용하여 온도와 습도를 측정한다. 서미스터는 온도에 따라 저항값이 변하는 성질을 이용하여 온도를 측정하며, 습도 센서는 공기 중 수증기 양에 따라 정전용량이 변하는 원리를 이용하여 상대습도를 측정한다. 측정된 값은 디지털 신호로 변환되어 아두이노에 전달된다.
2. 우적센서의 원리
우적센서는 센서 표면에 배열된 도체 패턴 사이의 전기 저항 변화를 이용한다. 센서가 건조한 상태에서는 저항이 크지만, 빗물이 떨어져 도체 패턴 사이를 연결하면 전류가 더 쉽게 흐르게 되어 저항이 감소한다. 이를 통해 강우 여부와 빗물의 양을 감지할 수 있다.
3. 수위센서의 원리
수위센서는 물에 잠긴 면적에 따라 전도성의 변화가 발생하는 원리를 이용한다. 물이 센서의 전극에 많이 닿을수록 전류가 흐를 수 있는 경로가 늘어나 전기 신호의 크기가 변한다. 아두이노는 이 변화를 아날로그 값으로 읽어 물의 높이를 판단한다.
4. I2C LCD의 원리
LCD는 액정 분자의 배열을 전기 신호로 조절하여 문자와 숫자를 표시한다. I2C 모듈은 SDA와 SCL 두 개의 통신선을 이용하여 아두이노와 데이터를 주고받으므로 적은 수의 핀으로 LCD를 제어할 수 있다.
5. HC-05 블루투스 모듈의 원리
HC-05는 2.4GHz 대역의 전파를 이용하는 블루투스 통신 모듈이다. 아두이노가 보내는 디지털 데이터를 무선 신호로 변환하여 스마트폰에 전송하고, 반대로 스마트폰의 데이터를 수신할 수도 있다. 이를 통해 별도의 유선 연결 없이 원격으로 데이터를 확인할 수 있다.