모두의 아두이노 환경 센서 (서문)

모두의 아두이노 환경 센서 서문

이 책은 당신의 숨 쉴 권리, 당신 가족의 건강을 지킬 권리를 찾는데 도움을 주고자 기획되었다. 

 

 

 

목차

 

문제점의

숨을 참고 살 수 없듯 공기는 우리가 살아가는데 밀접한 관계를 맺고 있다. 특히 갈수록 나빠지는 미세먼지 수치와 높아지는 대기 오염 농도는 사회적으로 심각한 피해를 발생시키고 있다. 대기의 상태가 좋지 못해 대기 오염이 발생하면 공기는 우리에게 생명을 주는 역할뿐만 아니라 우리의 생명을 위협하는 무서운 존재로 바뀌게 된다.  따라서 대기 오염은 기후변화와 함께 인류가 해결해야 할 시급한 문제로 다가왔다. 대기오염물질은 대기, 물, 토양 등을 오염시켜 생태계를 변화하게 하고 더 나아가서는 사람이 살아가는 생활환경을 위협하여 사회적으로도 많은 문제를 발생시킨다. 

 

그린피스 동남아시아와 에너지 및 청정 공기 연구 센터 (CREA)는 처음으로 화석 연료로 인한 대기 오염의 전 세계 비용을 정량화하였으며, 하루에 약 미화 80억 달러(한화 약 8조6760억원)에 도달한다고 발표하였다. 또한, 세계 국내총생산(GDP)의 약 3.3%인 2조 9000억 달러(한화 약 3,145조 원/20년 12월 9일 기준)의 경제적 손실이 발생하는 것으로 나타났다. OECD는 한국 대기오염의 사회적 비용을 현재 보수적으로 따져도 10조원대지만, 2060년에는 20조 원에 이를 것이라는 전망을 내고 있다[ ]. 한국의 대기오염은 OECD 회원국 중에서도 가장 나쁜 수준이다. 
또한 대기오염 때문에 2018년 기준 매년 450만명이 조기 사망하며 중국에서는 매년 180만 명, 인도 100만 명, 한국 4만 명 조기 사망한다. 천식, 호흡기 질환 환자가 증가하고 병원 방문과 결근은 수십억 건으로 보고되고 있다 . 

 

미세먼지 등 대기오염으로 인해 발생하는 질병 중, 심장마비와 뇌졸중 등으로 사망하는 사람이 전 세계적으로 매년 880여만 명에 달한다는 연구 결과도 있다. 독일 마인츠 의대와 막스플랑크연구소 연구팀의 발표로는, 유럽만 놓고 볼 때에도 대기오염이 원인이 된 심혈관 질환으로 매년 80여만 명이 사망하는데, 자동차 배기가스, 공장 매연 등에 따른 대기오염은 전반적으로 기대 수명을 평균 2.2년이나 감소한 것으로 나타났다.

현대인들은 하루 일과의 90% 이상을 실내에서 생활한다고 한다. 2021년 트렌드 키워드 중 하나로 '여러 기능의 옷을 입은 집'을 뜻하는 '레이어드 홈(Omni-layerd Homes)'을 발표할 정도로 집콕의 다양한 진화가 이루어 지고 있다. 코로나 때문에 비대면 생활이 활성화되고 집이나 실내에 머무는 시간이 더욱더 길어졌다. 집에 머무는 시간이 길어진다는 것은, 그만큼 집에서 소화해야 할 활동이 많아진다는 것을 의미하다. 예를 들어, 음성, 리모컨을 활용해 쉽게 즐기는 홈트를 할 수 있고, 다급한 업무, 회사 갈 필요 없이 집에서 재택근무를 하기도 한다. 때로는 집은 교실로 변화기도 하고 때때로 영화관으로 변신하기도 한다. 

이렇게 실내에서 많은 활동을 하게 되지만 정작 실내 환경에 대해서는 크게 의식하지 않고 생활하고 있다. 실내 환경이 건강에 미치는 영향은 매우 크다. 주택뿐만 아니라 각종 산업 분야에서 에너지 절감 및 효율을 높이기 위하여 실내공간은 더욱 밀폐화되고, 복합화학물질로 구성된 건축자재의 사용이 증가함에 따라, 새집증후군, 주택의 실내환경오염, 건물 증후군과 같은 각종 실내환경 문제가 제기되고 있다.

 

 

 

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상황분석

매년 봄, 미세먼지와 황사, 스모그 소식이 들려온다. 이제는 우리에게 너무나 당연한 일상이 되어 버린 고질적인 문제가 된 대기오염, 대기오염은 정확히 무얼 뜻하는 것일까? 세계 보건기구(WHO)에서는「대기오염이란 대기 중에 인공적으로 배출된 오염물질이 존재하여 오염물질량, 농도 및 지속시간에 따라 지역 주민의 불특정 대다수에 불쾌감을 일으키거나 해당 지역에 공중보건상의 위해를 미치고 인간이나 식물, 동물의 생활에 해를 미쳐서 인간생활과 재산을 향유할 정당한 권리를 방해받는 상태」라고 규정하고 있다. 미세먼지와 황사 같은 문제는 물론, 보통 대기 오염과는 다른 개념이라 느껴지는 오존층 파괴, 산성비, 지구 온난화도 크게는 대기오염의 범주에 속한다. 
대기 오염물질에는 미세먼지, 초미세먼지, 오존(O₃), 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO2), 포름알데히드, 휘발성유기화합물질(VOCs), 이산화질소(NO2), 아황산가스(SO2) 등이 있다. 이런 가스들은 모두 사람들의 활동으로 인해 인위적으로 배출되는 물질들이다. 

대기오염은 인간이 만들어낸 환경문제이다. 화석연료의 사용이 급증한 산업혁명 이후 대기오염의 문제도 심각해지기 시작했다. 대기 오염은 사람들의 건강에 치명적인 영향을 준다. 예를 들어 폐렴, 천식과 같은 만성 호흡기 질환을 일으키는 주범이며, 나아가 폐암의 원인이 되기도 한다. 또한, 대기오염의 일종인 미세먼지는 심혈관 질환을 악화시킨다는 연구결과도 보고되었다. 활동이 활발히 일어나는 도시 지역에서는 오염의 정도가 상대적으로 심해 이 같은 사실이 더욱 주목을 받는다.

실내 공기오염으로 인한 인체 영향은 오염물질의 개별적 특성, 환경적 요인과 각 개인의 건강, 면역 등의 특성에 따라 광범위하게 발생한다. 따라서 대기 오염에 민감한 사람들은 대기오염으로부터 건강을 지키기 위해 많은 노력을 하고 있다. 공기 상태가 좋지 않을 때는 가급적 외출을 자제하고, 외출 시 보건용 마스크를 착용하고 있다. 외출 후에는 깨끗이 씻고 물과 비타민 C가 풍부한 과일, 야채 등을 섭취하기도 한다. 대기상태가 좋은 날에는 환기 및 실내 물청소 등 실내 공기질 관리를 신경 쓴다. 또한, 공기청정기를 이용해 실내 공기 질 관리를 위해 노력을 한다. 
결국 우리는 이제 숨 쉴 자유가 사라진 것이다. 우리는 맑은 공기를 마시고 싶다.

 

 

 

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방향 설정

침묵의 살인자, 대기 오염으로부터 현재 우리는 항상 위협받으며 살고 있다. 우리는 깨끗한 공기를 호흡할 권리를 가지고 있다. 하지만 누구에게나 당연히 주어져야 할 이 권리를 우리는 제대로 누리지 못하고 있다. 따라서 우리는 이제 맑은 공기를 마실 권리를 찾고 우리의 건강을 지키기 위해 노력해야 한다. 

이 책은 당신의 권리, 당신 가족의 건강을 지킬 권리를 찾는데 도움을 주고자 기획되었다. 

공기질 측정을 위해 아두이노와 공기질 측정 센서를 사용한다. 2장 미세먼지 센서, 3장 실내 공기질 측정 센서, 4장 실외 공기질 측정 센서, 5장 환경 센서를 직접 제어하고 공기질 상태를 확인한다. 
또한 6장 프로젝트에서는 간단한 공기질 측정기 및 웨더스테이션을 직접 만들어 설치할 수 있도록 설루션을 제공한다.  온도와 습도를 측정하는 센서가 각각 있을 경우 효율성이 떨어지듯 센서는 하드웨어나 시스템이 아닌 하나의 설루션으로 제공돼야 한다. 센서를 조합해 사용자에게 최적의 편안함을 줄 수 있는 영역을 찾아주고, 이를 벗어나면 알려주는 방식이 필요하다. 예를 들어 측정된 데이터를 기반으로 사용자에게 좋은, 보통, 나쁨, 매우 나쁨 등의 정보를 직관적으로 알려 주고, 이를 이용해 공기조화나 냉난방 제어에 응용할 수 있다. 프로젝트를 통해 LCD, OLED로 화면에 표시하기도 하고, BT, Wi-Fi, RF 통신을 이용해 홈 IOT 환경을 만들어 우리의 건강을 지키는 데 사용할 수 있다. 

 

 

 

 

 

 

 

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기대효과

4차 산업혁명은 센서의 시대이다. 4차 산업혁명 시대에 가장 기초적인 자원이 빅데이터이다. 이 빅데이터를 기반으로 인공지능(AI, 딥러닝, 머신러닝등)이 학습을 하고, 학습된 결과에 따라 다양한 분야에서 똑똑하게 활용된다. 
빅데이터 시대가 도래한 원인에는 인터넷 환경에서 데이터의 범람에도 이유가 있지만, 각종 센서가 스마트폰을 비롯해 개인과 공장, 건물, 공공기관, 가정에 이르기까지 이용되면서 각종 첨단 센서들이 실시간 엄청난 양의 데이터를 쏟아내고 쉽게 접근할 수 있는 환경이 조성된 이유도 있다. 

Wi-Fi, 블루투스, UWB(초광대역·Ultra-Wideband), 5G 네트워크등 통신속도의 향상으로 더욱더 빠르게 데이터를 수집하고 분석 할 수 있게 되었다.  고속의 통신 환경에 M2M(Machine to Machine), IoT(Internet of Things), IoE(Internet of Everythig) 세상이 도래하는 것과 관련, 이를 실현하기 위해선 방대한 센서가 필요하게 되었다. 센서의 활용은 광범위한 삶의 영역에서 앞으로도 기하급수적으로 증가할 것이며 특히 센서가 인간의 오감을 빠르게 대채해감에 따라 센서 의존도는 더욱많이 증가해 갈 것이다. 센서는 작으면서 가볍고 유연하며 내구성과 함께 부담 없이 사용할 수 있어야 하고 낮은 전력 소모와 저렴한 가격 등을 충족해야만 한다. 

사물인터넷기술의 본격적인 적용에 따라 초연결사회(Hyper Connected Society)가 가까이 오고 있고 가까운 장래에 전 세계적으로 약 1,000억개의 사물이 인터넷으로 연결되어 소통될 것으로 예측되고 있다. 이른 시일안에 1조개의 센서가 도처에 설치되어 트릴리온(trillion)센서의 시대가 될 것이며 다가오는 가까운 미래에는 세계 센서 시장이 220조원에 이를 것으로 예측되고 있다. 4차 산업혁명시대를 맞이해 사물인터넷이 우리 일상에 적용되기 시작하면서 스마트한 도구들이 끊임없이 개발되어 우리의 삶을 편리하게 하고 있는데 이는 정확하고 신속하게 각종 데이터를 측정할 수 있는 센서 개발과 이용에서부터 시작된다.

숨 쉬고 싶은 오늘 우리는 다양한 대기 오염에 노출되고 있으며, 사람, 동물, 식물등 실내, 실외에서 공기에 영향을 받으면서 살아가고 있다. 생활 속에서 늘 함께 하는 날씨(공기질 상태, 온도, 습도, 기압, 풍속 등)가 빅데이터와 만나면 날씨 그 이상의 새로운 가치를 만들 수 있다. 

결과적으로 센서는 4차 산업의 씨앗과 같다. 센서를 이용해 다양한 대기 오염의 빅데이터에 대한 이해를 높이고, 활용 분야를 넓힌다면, 새로운 신사업을 발굴할 수도 있다.  예를 들어, 날씨와 대기오염물질 정보 기반 월별 아토피 피부염 환자 수를 예측할 수 있다. 이를 비즈니스 모델과 연관하여 새로운 시장을 개척할 수 있다. 상상력의 한계는 당신이 가진 생각의 한계이다. 우리의 상상력은 우리의 상상 이상이다.

당신은 이 책에서 다루는 다양한 공기질 및 환경 센서를 활용하여 상상하고, 그 이상을 창조할 수 있을 거라 기대한다. 

 

 

 

 

 

 

 

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모두의 아두이노 환경 센서 책

[모두의 아두이노 환경 센서] 책은 예스24, 인터넷 교보문고, 알라딘, 영풍문고, 반디 앤 루니스 등에서 구입할 수 있다. 이 책에서는 PMS7003, GP2Y1010AU0F, PPD42NS, SDS011 미세먼지 센서, DHT22 온습도 센서, MH-Z19B 이산화탄소 센서, ZE08-CH2O 포름알데히드 센서, CCS811 총휘발성유기화합물 TVOC, GDK101 방사선(감마선) 센서, MQ-131 오존(O3) 센서, MQ-7 일산화탄소, MICS-4514 이산화질소 센서, MICS-6814 암모니아 센서, DGS-SO2 아황산가스(SO2) 센서, BME280 기압 센서, GUVA-S12SD 자외선(UV) 센서, MD0550 기류 센서, QS-FS01 풍속 센서(Wind speed) 를 사용한다.  

모두의 아두이노 환경 센서