한 권으로 끝내는 스마트팜 만들기

스마트팜이 만드는 스마트농업 시대

농업은 인류 역사상 가장 오래된 산업이자 생존에 꼭 필요한 산업이다. 그러나 심화되는 기후변화로 품질과 생산량이 요동치고, 농업 인구 감소에 따라 일손 확보가 어려워지고 있다. 이런 상황을 극복하기 위해 농업은 점차 IoT와 인공지능, 로봇을 이용한 혁신적이고 스마트한 산업으로 변화하고 있다.
대부분 스마트팜이라고 하면 스마트폰으로 농장의 시설을 작동시키는 자동화된 농장이나 작물을 재배하는 기술을 떠올린다. 이는 스마트팜의 한 가지 면일 뿐이다. 스마트팜은 결국 빅데이터를 중심으로 작동되는 농업 시스템이다. 그 기반은 인터넷이다. 스마트팜은 작물을 재배하는 공간의 규모나 형태, 시설의 구성이 모두 다르므로 상점에서 구입할 수 있는 획일화된 제품이 아니다. 사용자가 재배 공간에 맞춰 전문가에게 의뢰하거나 자신이 직접 장비를 주문 제작하여 설치하는 맞춤형 시스템이다.
스마트팜을 운영하려면 기본적으로 작물의 생육에 적합한 공간과 시설이 있어야 하며, 이 공간에는 IoT라는 사물인터넷(Internet of Things) 기반의 전기·전자장치가 필요하다. 따라서 IoT의 개념과 네트워크, 스마트팜에 축적되는 데이터의 가치와 중요성, 스마트팜의 최종 기술 구현 단계인 인공지능의 개념과 기술도 알아야 한다. 더 뛰어난 스마트팜 전문가가 되고 싶다면 스마트팜과 관련된 지식과 기술의 관계를 이해하고, 기초부터 차근차근 단계적으로 기술을 습득해야 한다.
《한 권으로 끝내는 스마트팜 만들기》는 사회 변화와 스마트팜 농업과의 관계부터 스마트팜 및 관련 분야에 관한 개념, 스마트팜 IT 기술과 장치에 관한 상세한 설명에 이르기까지 스마트팜을 만들고 운영하는 데 꼭 필요한 기초 사항의 모든 것을 알려준다.

단순하고 저렴한 부품, 오픈소스 프로그램으로
직접 구축하는 스마트팜

《한 권으로 끝내는 스마트팜 만들기》 저자는 스마트팜 농장을 운영하면서 스마트팜 기술을 개발하고 연구를 하고 있고, 학생과 귀농인들을 대상으로 스마트팜 교육과 컨설팅을 하고 있다. 누구든지 스마트팜을 구축할 수 있도록 유튜브와 인터넷 카페도 운영하고 있다. 저자는 스마트팜과 관련된 다양한 활동을 하면서, 스마트팜에 관심은 있지만 스마트팜을 단순하게 몇 가지 기술로만 알고 있거나 스마트팜을 시작하고 싶은데 무엇부터 해야 할지 잘 모르는 수많은 사람을 만나왔다.
《한 권으로 끝내는 스마트팜 만들기》는 스마트팜을 처음 접하거나 스마트팜을 활용한 귀농·귀촌을 꿈꾸는 사람, 스마트팜 분야로의 진로를 고민하고 있는 사람들이 책의 내용을 따라하면서 직접 스마트팜을 구축할 수 있도록 구성했다.
1장 '초보 농부 스마트팜을 알게 되다'에서는 스마트팜의 정의와 개념, 농업 분야에 스마트팜이 필요한 이유와 스마트팜의 장단점, 스마트팜 준비 과정과 운영 시 주의할 점을 알아본다.
스마트팜에서 키우는 작물도 식물이다. 2장 '스마트팜 작물 재배와 수경재배'에서는 식물이 생장하는 원리는 무엇이며, 식물의 재배 환경을 어떻게 관리해야 할지 설명하고, 현재 스마트팜 에서 가장 널리 이루어지는 재배 기법인 수경재배의 원리를 알려준다.
3장 '스마트팜을 직접 구축하는 법'에서는 이 책의 핵심인 '나만의 스마트팜을 직접 구축'하는 모든 과정과 원리를 상세하게 소개한다. 온실의 종류와 선택하는 법, 전기와 전자 원리 이해하기, IoT 네트워크를 구축하는 법, 각종 센서와 구동기기의 제어 방법을 알아본다. 특히 스마트팜 DIY 따라하기 부분에서는 오픈소스 프로그램인 Tasmota를 설치하고 설정하는 법, ESP32 제어보드에 온습도 센서, 수온 센서 등을 연결하여 제어할 수 있도록 설정하는 법, 이 밖에 여러 기능을 설정하는 법 등을 쉽게 따라할 수 있도록 친절하게 알려준다. 경험이야말로 가장 좋은 선생님이라고 했다. 이 부분만 잘 따라해도 혼자서 스마트팜을 구축할 수 있다는 자신감이 생길 것이다.
마지막으로 4장 '스마트팜의 미래와 진로'에서는 스마트팜 분야별 전문가와 역할, 귀농ㆍ귀촌에 관심 있는 청년들이 스마트팜을 잘 운영하기 위한 조건, 스마트팜에 관심 있는 고등학생과 대학생이 도전할 수 있는 스마트팜 분야의 진로와 직업에 관해 소개한다.

스마트팜의 명암을 정확하게 알아야
실패를 줄일 수 있다

지구온난화의 영향으로 기상변화가 심해지고 있는 현상은 전 세계적인 문제다. 작물은 충분한 광합성을 하기 어렵고, 온도가 너무 급격하게 변화함에 따라 생육이 느려지거나 각종 질병도 늘고 있다. 스마트팜은 온실의 온습도와 일조량 등 센서 값에 따라 시설과 장치가 작동한다. 어떤 기후에도 작물에 적합한 기온과 습도, 일조량 등 작물의 생육 환경을 알맞게 유지해주는 것이다. 이에 따라 작물의 생산량과 상품성을 높이고, 계절에 상관없이 안정적으로 생산할 수 있다.
농촌 인구의 고령화와 인구 감소는 현재 우리나라에서 유독 심하게 나타나고 있는 현상이다. 이 문제에서 가장 중요한 핵심은 두 가지다. 하나는 농촌 일손 확보, 다른 하나는 농산물 수요가 줄어드는 데 따른 생산량 감소에 대비한 농업 경영 방식의 변화다. 농촌 일손을 확보하기 위한 해결 방안은 농업기계의 스마트화(자율주행)와 대규모 경작이다. 또 인공지능과 로봇에 의한 수요 맞춤형 스마트팜으로 생산량과 수요 문제에 대처할 것이다.
이런 면에서 스마트팜은 우리나라 농업의 성장 동력이 되어가고 있다. 요즘 우리나라는 중동 지역에 컨테이너 스마트팜과 식물 공장을 수출하고 있다. 스마트팜 관련 기술을 가진 사람은 전 세계 어디에서나 직업을 찾을 수 있다. 기후변화와 인구 감소가 심각해질수록 스마트팜 관련 분야의 장래성과 직업으로서의 가능성은 계속 성장할 것이다.
그렇다고 해서 장밋빛 미래만 펼쳐진 것은 아니다. 스마트팜을 하면 여유로울 것이라 생각하지만, 작물 재배는 아무리 스마트팜이라도 노동력과 시간을 들여야 하며 수확하기까지 상당한 기다림이 필요하다. 자칫 병충해라도 발생하면 한 해 농사를 망칠 수 있으므로 계속 관찰해야 한다. 스마트팜에 상당한 비용을 투자했는데, 재배 작물이 과잉생산되면 가격이 내려가 처음 예상보다 소득이 줄어드는 문제도 있다. 《한 권으로 끝내는 스마트팜 만들기》는 스마트팜에 처음 도전하는 사람이 이러한 실패 위험을 줄이고, 시행착오를 덜 겪도록 안내한다.

저자의 말

1장 초보 농부 스마트팜을 알게 되다

1 스마트팜이란 무엇일까
스마트팜의 정의
스마트팜 구축에서 가장 중요한 IoT
스마트팜에서 빅데이터, 인공지능, 로봇의 역할
2 스마트팜이 필요한 이유
시간과 노력을 절약하는 스마트팜
기후변화와 이상기후를 극복하는 스마트팜
쓸 만한 데이터를 쌓아주는 스마트팜
3 세상이 바뀌면 스마트팜은 더 많이 바뀐다
농업 환경의 변화
스마트팜은 어떤 방식으로 진화할까
스마트팜 관련 기술 개발
4 스마트팜을 운영하기 위한 준비
스마트팜에 적합한 작물과 수익성이 높은 작물 선택
작물 재배 공부는 기본 중 기본
스마트팜을 설치할 장소와 공간 선택
스마트팜 온실을 직접 설계하는 법
스마트팜 시스템 구축에 필요한 요소
스마트팜 시스템을 직접 구축하는 법
5 스마트팜을 도입하고 운영할 때 주의할 점
스마트팜의 평균 투자비와 수익성
스마트팜 도입과 운영 과정의 문제점
국내 시장에서 스마트팜 온실 시설의 한계
6 스마트팜을 시작할 때 해야 하는 마지막 질문들
자칫하면 애증의 스마트팜이 된다
스마트팜에서 하는 농사도 농사다!
비닐하우스 온실 기반의 스마트팜이 가진 한계
인구 감소 시대에 필요한 스마트팜

2장 스마트팜 작물 재배와 수경재배

1 식물의 생장 원리와 재배 방법
식물의 구성과 기능
광합성작용과 호흡작용의 원리
식물의 생장 과정과 재배 환경 관리
식물이 잘 자라는 최상의 조건
비료와 영양소의 특성
2 스마트팜에서 하는 수경재배
수경재배의 장점과 단점
고형배지경 방식
순수수경 방식
스마트팜에서 수경재배를 할 때 주의할 점
3 IoT 기반의 스마트팜
IoT의 정의와 개념
스마트팜에 IoT가 꼭 필요한 이유
스마트팜 IoT 네트워크 구축 방법
스마트팜 IoT 디바이스
4 스마트팜 데이터의 가치와 중요성
스마트팜 데이터의 의미
스마트팜 데이터의 가치
스마트팜 데이터 축적과 관리 방법
5 스마트팜에서 인공지능 활용하기
프로그래밍과 인공지능의 차이
딥러닝과 머신러닝, 생성형 AI
스마트팜에서 활용하는 인공지능
앞으로 활용하게 될 스마트팜 인공지능
스마트팜에 직접 인공지능 적용하기

3장 스마트팜을 직접 구축하는 법

1 스마트팜 구축 계획 세우기
2 스마트팜 작물의 집, 온실
온실의 정의와 종류
온실의 종류를 결정하기 위한 조건
3 스마트팜의 기본, 전기의 원리 이해하기
스마트팜 장치의 전압과 전류
4 사람의 일을 대신하는 스마트팜 제어와 릴레이
릴레이의 역할과 종류
릴레이 모듈의 역할과 종류
5 본격적인 스마트팜 구축하기
온실 스마트팜 구조와 전기설비
스마트팜 구축에 필요한 재료 준비하기
IoT 스마트팜을 위한 네트워크 구축
펌웨어 설치와 Wi-Fi 설정 방법
Wi-Fi 설정 오류에 대처하는 법
6 스마트팜 DIY 따라하기
7 집에서 스마트팜처럼 수경재배 하기
스마트 홈파밍에 필요한 재료 준비하기
식물재배기 만들기
모종판에 상추 모종 끼우기
식물 생장 LED 설치하기
스마트 홈파밍 시스템 만들기
스마트 홈파밍을 위한 Tasmota 설정하기

4장 스마트팜의 미래와 진로

1 스마트팜 분야별 전문가와 역할
스마트팜 작물 재배 및 관리 전문가
스마트팜 설치 및 시설 전문가
스마트팜 빅데이터 및 인공지능 전문가
2 스마트팜을 잘 운영하는 법
투자비를 회수할 수 있어야 한다
작물과 대화하고 데이터와 친해져라
다양한 재배 기법을 연구하고 도전하라
스마트팜의 기능을 확장하라
3 직업과 진로로서의 스마트팜
미래 직업으로서 스마트팜 관련 분야
전국 대학에 설치된 스마트팜 관련 학과와 진로

김정규 성균관대학교에서 조경학 박사학위를 받은 후 도시 및 지역 개발 분야 연구원으로 일했다. 현재는 창조경제진흥원 원장으로 재직하며 스마트팜 관련 기술 개발 및 연구를 하고 있다. 이와 함께 경민대학교 스마트팜과, 신한대학교 마이크로디그리대학의 겸임교수로 재직하며 IoT 스마트팜, 스마트팜 복합 환경 제어, IoT 스마트팜 시설 관리, 스마트팜 기계 설계, 빅데이터, 창업 과목을 가르치고 있다. 오픈소스 중심의 저비용 스마트팜 시스템 구축에 관심이 많아 유튜브 채널 〈김박사와 함께하는 스마트팜 직접 구축하기〉(www.youtube.com/@philiaa1)를 운영하고 있다. 오픈소스 스마트팜 기술 생태계 구축을 위해 네이버 카페 '스마트팜고'(cafe.naver.com/smartfarmgo)의 운영자로도 활동하고 있다.
메일 philiaa@nate.com