안녕하세요

최근 4차 산업혁명 기술이 발전하면서 우리의 식탁을 책임지는 농업과 수산업에도 IoT(사물인터넷) 기술이 활발하게 접목되고 있습니다. 오늘은 초등학생부터 중고등학생까지 방과 후 코딩 교실이나 메이커 스페이스에서 학생들의 흥미를 단숨에 끌어올릴 수 있는 융합형 프로젝트를 소개하고자 합니다.

바로 마이크로비트(Micro:bit)와 오션 코딩 키트를 활용하여 '스마트 양식장 시뮬레이션 장치'를 직접 만들어보는 실습입니다! 빛 센서, 온습도 센서, OLED 디스플레이, 그리고 레인보우 LED 등 다양한 전자 부품을 활용해서 실제 양식장의 생태 환경을 모니터링하고 제어하는 시스템을 그대로 구현해 볼 수 있는 매우 교육적인 코딩 프로젝트입니다.

■ 1. 프로젝트 학습 개요 및 준비물

이번 프로젝트의 핵심 목표는 단순한 장난감 만들기를 넘어, 여러 가지 센서 데이터를 융합하여 실생활의 문제를 해결하는 자동화 시스템을 구축해 보는 것입니다. 데이터를 시각적으로 표현하는 방법과 조건문에 따른 하드웨어 제어 논리를 자연스럽게 습득할 수 있습니다.

프로젝트 준비물로는 두뇌 역할을 할 마이크로비트 본체와 다양한 해양 생태계 시뮬레이션 부품이 포함된 오션 코딩 키트, 그리고 PC와 연결할 USB 케이블이 필요합니다. 실습 소요 시간은 조립과 코딩을 합쳐 약 2시간 내외로, 코딩을 처음 접하는 초보자나 기초 코딩 수업에서도 무리 없이 진행할 수 있는 쉬운 난이도(별 2개)로 구성되어 있습니다.

■ 2. 스마트 양식장 환경 관리의 중요성 이해하기

코딩에 앞서 우리가 만들 시스템이 왜 필요한지 알아보겠습니다.

양식장은 물고기, 조개, 김, 미역과 같은 다양한 수산 생물을 사람이 직접 기르고 관리하는 중요한 식량 생산 시설입니다. 수산 생물들은 서식 환경 변화에 매우 민감합니다. 특히 수온과 빛의 양은 물고기의 면역력과 생장에 직결되는 핵심 요소이기 때문에, 관리자가 24시간 내내 최적의 환경을 유지해 주어야 합니다.

과거에는 사람이 직접 온도를 재고 조명을 껐다 켰지만, 현대의 스마트 양식장은 이번 프로젝트에서 배울 센서 기술을 활용하여 자동으로 데이터를 측정하고 LED 조명과 히터를 제어하는 똑똑한 시스템으로 운영되고 있습니다.

■ 3. 시스템 동작 미리보기 및 핵심 하드웨어 구성

우리가 완성할 프로젝트의 모습입니다. 주변이 밤처럼 어두워지면 센서가 이를 감지하여 자동으로 LED 조명을 켜주고, OLED 디스플레이 화면에는 현재의 온도와 습도가 실시간으로 출력되어 마치 실제 양식장의 중앙 통제실과 같은 완벽한 모니터링 환경을 제공합니다.

이번 실습에 사용되는 5가지 핵심 하드웨어의 역할을 자세히 살펴보겠습니다.

1) 마이크로비트 (Micro:bit): 우리가 작성한 프로그램을 실행하고 각 센서들의 데이터를 종합하여 명령을 내리는 작은 메인 컴퓨터 역할을 합니다.

2) 온습도 센서: 양식장 환경 관리의 핵심인 현재의 온도와 습도를 정밀하게 측정하여 마이크로비트로 전송합니다.

3) 빛 센서: 주변의 조도(밝기)를 측정합니다. 스마트 양식장 내부가 일정 수준 이하로 어두워졌는지 판단하는 기준이 됩니다.

4) 레인보우 LED: 빛 센서의 측정값에 따라 연동되는 출력 장치입니다. 어두워지면 하얀색 LED를 환하게 밝혀 수조 내부의 조명을 시뮬레이션합니다.

5) OLED 디스플레이: 온습도 센서가 읽어들인 복잡한 숫자 데이터를 관리자가 한눈에 알아보기 쉽게 화면에 문자로 출력해 주는 역할을 합니다.

■ 4. 소프트웨어 환경 세팅 및 확장 프로그램

코딩은 마이크로소프트의 웹 기반 블록 코딩 플랫폼인 MakeCode(메이크코드)에서 진행합니다. 다양한 외부 센서와 디스플레이를 세밀하게 제어하기 위해서는 전용 블록 패키지를 불러와야 합니다.

MakeCode의 확장(Extensions) 메뉴에 들어가서 'Nezha2'와 'Planet X' 두 가지 확장 프로그램을 검색하여 추가해 줍니다. 이 설치 과정이 끝나면, 복잡한 텍스트 코딩 없이도 OLED 화면에 글자를 띄우거나 LED 색상을 변경할 수 있는 직관적인 블록들이 생성됩니다.

■ 5. 회로 연결 및 단계별 블록 코딩 설계

하드웨어들을 서로 연결할 차례입니다.

주의사항: 회로 연결도를 반드시 확인하여 온습도 센서, 빛 센서, OLED, LED가 각각 확장 보드의 올바른 포트(Port)에 꽂히도록 합니다. 핀 배열이 어긋나면 센서가 값을 읽지 못합니다.

회로가 완성되었다면 본격적으로 알고리즘을 설계해 보겠습니다.

1) 초기 설정 코딩: 전원이 켜지면 가장 먼저 레인보우 LED와 OLED 디스플레이를 초기화(Initialize)하여 데이터 출력을 준비하는 블록을 배치합니다.

2) 온도 및 습도 출력: 무한 반복 실행 블록 안에 온습도 센서의 값을 읽어와 OLED 화면에 텍스트 형태로 표시하도록 구성합니다. 코드가 완성되면 OLED 패널의 수치가 주변 환경에 맞춰 실시간으로 변하는 것을 볼 수 있습니다!

3) 자동 조명 기능 구현: 논리 조건문(If-else)을 사용할 차례입니다. '만약 빛 센서 값이 특정 기준치보다 작다면(어두워진다면)' 레인보우 LED를 켜고, '그렇지 않다면(밝다면)' LED를 끄도록 코딩합니다. 스마트 시스템의 가장 핵심적인 자동화 원리입니다.

■ 6. 동작 테스트 및 융합 교육 활용 방안

작성한 코드를 마이크로비트에 업로드했다면 최종 동작 확인을 해볼 시간입니다!

확장 보드의 전원을 켠 뒤, 빛 센서 윗부분을 손으로 살짝 가려 밤이 된 것처럼 주변을 어둡게 만들어보세요. 여러분이 설계한 조건문에 따라 시스템이 어둠을 감지하고 레인보우 LED가 자동으로 환하게 켜지는 것을 확인할 수 있습니다. 동시에 OLED 화면에는 주변의 온도와 습도가 정확히 표시됩니다.

이번 오션 코딩 키트 프로젝트는 단순한 부품 제어를 넘어서, 하드웨어가 센서 데이터를 기반으로 스스로 상황을 판단하는 실생활 스마트 시스템의 원리를 깨우쳐 줍니다.

강사님을 위한 수업 추천 포인트:
기초 코딩 수업은 물론이고 메이커 교육, 환경 및 해양 생태계 융합 교육, 스마트팜 체험 수업 등 다양한 커리큘럼으로 확장하여 응용하기에 아주 훌륭한 예제입니다.