smart hydroponic system
This project involves a Smart Hydroponics System designed to monitor and control various parameters like pH levels, water temperature, EC (Electrical Conductivi
Project Overview
This project is a Smart Hydroponics System with MQTT integration, designed to
monitor and automatically control critical environmental parameters for optimal plant growth.
The system measures pH, EC, water temperature, air temperature & humidity, air quality (CO₂ & TVOC), and water level.
Based on these readings, pumps are automatically controlled to maintain proper nutrient balance and pH levels.
All sensor data is published via MQTT to a Raspberry Pi–based local broker and cloud, enabling real-time remote monitoring and control.
Core Hardware Components
| Category | Component | Role |
|---|---|---|
| MCU | Arduino Uno / Mega | Sensor processing & control logic |
| Network | Ethernet Shield | MQTT communication |
| pH Sensor | DFRobot pH Sensor | Measures solution pH |
| EC Sensor | DFRobot EC Sensor | Measures nutrient concentration |
| Water Temp | MAX6675 | Water temperature sensing |
| Air Env. | SHT31 | Air temperature & humidity |
| Air Quality | CCS811 | CO₂ & TVOC measurement |
| Water Level | HC-SR04 | Tank water level detection |
| Display | SSD1306 OLED | Local status visualization |
| Actuators | Pump modules | Nutrient, pH, circulation control |
System Architecture
Sensor Layer
Sensors continuously collect environmental data.
Control Layer (Arduino)
- Decision-making based on sensor thresholds
- Supports time-based and MQTT-driven control
Communication Layer (MQTT)
- Arduino publishes data to Raspberry Pi broker
- Raspberry Pi forwards data to cloud/central server
User Interaction Layer
- Remote monitoring via web/mobile dashboard
- Sensor calibration through cloud commands
Key Features
- 📊 Real-time monitoring of pH, EC, temperature, humidity, air quality, and water level
- ⚙️ Automatic control of pH and nutrient concentration
- 🌐 MQTT-based remote control and data logging
- 🖥 Local OLED display for on-site monitoring
- 🏠 Scalable multi-room architecture
Key Value
- Practical architecture suitable for real hydroponic farms
- Scalable and reliable MQTT communication
- Clear example of Edge + Local Broker + Cloud integration
프로젝트 개요
이 프로젝트는 MQTT 기반 스마트 수경재배(Hydroponics) 시스템으로,
식물 생장에 중요한 환경 요소를 실시간으로 모니터링하고 자동 제어하는 것을 목표로 합니다.
pH, EC, 수온, 공기 온·습도, 공기질(CO₂, TVOC), 수위 데이터를 수집하여
자동 펌프 제어를 통해 영양분, pH, 수분 균형을 유지합니다.
모든 데이터는 MQTT를 통해 Raspberry Pi 기반 로컬 브로커 및 클라우드로 전송되어
원격 모니터링과 제어가 가능합니다.
하드웨어 구성
| 구분 | 구성 요소 | 역할 |
|---|---|---|
| MCU | Arduino Uno / Mega | 센서 데이터 처리 및 제어 로직 |
| 네트워크 | Ethernet Shield | MQTT 통신 |
| pH 센서 | DFRobot pH Sensor | 수용액 pH 측정 |
| EC 센서 | DFRobot EC Sensor | 전기전도도(영양 농도) 측정 |
| 수온 | MAX6675 | 물 온도 측정 |
| 공기환경 | SHT31 | 온도 및 습도 측정 |
| 공기질 | CCS811 | CO₂, TVOC 측정 |
| 수위 | HC-SR04 | 수조 수위 감지 |
| 출력 | SSD1306 OLED | 로컬 상태 표시 |
| 액추에이터 | 펌프 모듈 | 영양분, pH, 물 순환 제어 |
시스템 구조
센서 계층
각 센서는 실시간 환경 데이터를 지속적으로 수집합니다.
제어 계층 (Arduino) + Ethernet(W5500)
- 센서 데이터를 기반으로 펌프 제어 판단
- MQTT 명령을 Arduino → Raspberry Pi MQTT 브로커로 전송
통신 계층 Raspberry Pi (Local MQTT Broker)
- 데이터 수집 및 관리
사용자 계층 Cloud / Dashboard
- 웹 또는 모바일 앱을 통해 원격 제어
주요 기능
- 📊 실시간 환경 모니터링 (pH, EC, 온·습도, 공기질, 수위)
- ⚙️ 자동 pH 및 영양 농도 제어
- 🌐 MQTT 기반 원격 제어 및 데이터 로깅
- 🖥 OLED 로컬 디스플레이 제공
- 🏠 다중 룸 확장 가능한 구조
핵심 가치
- 산업용 수경재배에 바로 적용 가능한 구조
- MQTT 기반 확장성과 안정성
- Edge(Device) + Local Broker + Cloud 구조의 모범 사례