본 절은 DHT22 온도/습도 아두이노 센서를 사용하기 위해 알아야 할 내용과 실습 방법에 대해 설명한다. 온도/습도 센서의 특징, 동작원리, 사양, 연결 핀 배열, 출력 값, 주의사항을 알아본다. 아두이노와 온도/습도 센서를 연결하고, 라이브러리를 이용해 쉽게 실습한다.
목차
DHT22 온도/습도 아두이노 센서 [모두의 아두이노 환경 센서]
인체에 미치는 영향
온도/습도는 대기 순환 및 대기오염 물질이 공기 중에 머무는 시간이 늘어나, 인체에 영향을 준다.
빅데이터를 이용한 미세먼지 건강영향 평가 및 적응 대책 연구에 따르면, 국내 미세먼지 건강영향 분석 시 보정한 기상 변수는 주로 기온과 습도인 것으로 나타났으며, 분석 지역의 특성상 기온, 습도 이외 기압, 해면기압, 강수량, 풍향 등의 기온 변수를 보정 변수로 사용한다.
즉, 열(기온), 압력(기압), 바람(풍향 및 풍속), 수분(습도)은 대기오염에 영향을 주는 매우 중요한 4가지 환경 요소이다. 온도 및 습도에 영향을 받는 대기 오염물질은 먼지, 연소가스(CO, NO2, SO2 등), 포름알데히드, 라돈 등이 있다. 온도 및 습도로 인해 대기 순환 및 대기 오염 물질이 공기 중에 머무는 시간이 늘어나, 인체에 나쁜 영향을 주게 된다.
국립환경과학원의 “국민 일일 시간활동 양상에 따른 개인노출 평가 연구” 및 통계청의 “생활시간조사 결과” 조사 결과에 따르면 한국인(전 국민 10세 이상)은 1일 중 20 시간 이상을 실내에서 생활하고 있다. 그중 14 시간 이상을 주택 내에서 생활하고 있는 것으로 보고되었다. 이렇게 많은 시간을 보내는 실내공간에서 발생되는 실내공기 오염물질 문제는 실외 대기오염 문제 못지않게 우리의 일상생활과 건강에 많은 영향을 미치고 있다. 예를 들어 새집 증후군과 건물 증후군은 눈 ㆍ코 ㆍ입 자극, 인후 건조, 피로, 피부 발작, 현기증, 기억력 감퇴, 정신적 피로를 유발한다. 이런 문제점의 원인인 실내공기 오염물질은 온도/습도의 영향에 민감한 것으로 나타났다.
온도/습도가 인체에 미치는 영향은 인체에 직접적인 영향과 간접적인 영향으로 구분할 수 있다. 또한 실내, 실외로 구분할 수 있다.
|
구분 |
인체에 미치는 영향 |
|
직접적인 영향 (인체) |
· 습도가 낮아 실내가 건조할 때는 코 막힘 현상이 발생하고, 알레르기, 천식 등 각종 질병 증상이 악화된다. 특히 기조 점막이 건조해지고 기도의 세균감염 예방작용이 악화되어, 감기, 독감과 같은 호흡기 질환 등이 발생한다. · 겨울철 실내 온도가 28 ℃ 에선 두뇌 활동이 느려지고 피부는 습진처럼 건조해진다. |
|
간접적인 영향 (실내공기 오염물질) |
· 온도는 실내공기 오염물질 배출량을 늘어나게 하고, 습도는 오염물질 농도를 증가시켜 공기 중에 머무는 시간이 늘어나게 한다. 실내공기 오염물질은 호흡을 통해 흡수하게 되며 인체에 영향을 미치게 된다. · 실내공기 오염물질은 먼지, 연소 가스(CO, NO2, SO2 등), 포름알데히드, 라돈(Rn) 등이 있다. · 실내공기 오염물질은 천식, 만성폐쇄성 폐질환, 호흡기 질환, 두통, 비염, 후두염, 아토피, 피부질환, 폐기종, 기관지염, 폐렴, 폐암, 만성폐질환, 기도저항증가, 두통, 현기증, 졸림, 눈, 코, 목 자극증상, 어지러움, 기침, 설사, 피부질환, 정서불안증, 기억력 상실, 폐암 등 인체에 영향을 준다. |
온도/습도가 인체에 미치는 직접적인 영향은 다음과 같다.
온도/습도가 인체에 미치는 간접적인 / 직접적인 영향은 다음과 같다.
실내 온도/습도 상태에 따른 인체의 영향과 피부온도, 실내 습도의 적절한 기준은 다음과 같다.
[온도가 대기오염 물질에 주는 영향]
온도는 실내공기 오염물질에 어떤 영향을 줄까? 다음과 같이 온도는 실내공기 오염물질의 배출에 영향을 준다.
|
실내오염물질 |
설명 |
|
이산화탄소 (CO2) |
· 실내 적정 온도는 가정 내 탄소 배출되는 사용량을 줄 일 수 있다. 냉방온도는 1도씩 높이고, 난방온도는 1도씩 낮추면 가구당 연간 231kg의 CO2가 감소한다. (연간 46.2그루) [1] |
|
포름알데히드 (Hcho)
|
· 포름알데히드의 성질상 온도 의존성이 높아서 온도가 상승하면 방출량이 급속히 늘어난다. [2] · 봄여름은 기온이 높아지며 건물 전체의 온도가 아주 고온으로 상승하므로, 내부의 건축자재나 제품들이 열을 받아서 방출량이 늘어나게 되고, 겨울은 창문을 닫고 실내 난방을 하기 때문에 인위적 방출량이 늘어나다. · 실내온도가 1℃ 상승할 경우 평균 농도가 5.4ug/m3 만큼 높아 진다. 온도가 올라가는 더운 여름철일 경우 35.2 ug/m3 만큼 평균 농도가 높아진다. [4] |
|
스틸렌(Styrene) |
· 실내 온도가 1℃ 상승할 경우 평균 농도가 8.3ug/m3 높아진다. [4] |
|
휘발성유기화합물 (VOCs) |
· 건축자재에서 발산되는 VOCs는 일반적으로 실내 온도/습도에 영향을 받는다. [3] · 여름철 뜨겁게 달궈진 건물과 벽, 각종 내장재와 가구 등은 단순히 뜨거운 열기만 뿜어 내지 않고, 폭염으로 기온이 올라가고 건물이 뜨겁게 달궈지면서 건물이나 벽, 실내 가구 내장재에 들어 있던 벤젠과 같은 오염물질이 뿜어져 나온다. [2] |
|
라돈 (Randon) |
· 실내 온도 증가는 라돈의 방출량을 증가시키므로, 실내의 온도를 적정 온도로 유지하는 것이 좋다. 겨울철에는 토양과 실내의 온도 차이로 건물 바닥이나 갈라진 틈으로 실내에 유입된다. 라돈의 유입률은 높고 환기율은 낮아 실내 농도가 더욱 높게 나타날 수 있다. [5] · 라돈은 온도별, 습도별, 시간대별, 계절별로 변동성이 큰 특징을 가지고 있다. |
[1] 기후변화센터, 기후변화에 대응하려면 어떻게 해야 할까?
[2] Diel variation of formaldehyde levels and other VOCs in homes driven by temperature dependent infiltration and emission rates, Building and Environment, 2019
[3] 유복희. (2010). 신축 공동주택에서의 온도 및 습도 변화에 따른 VOC 및 포름알데히드 방산 관계성 규명. 대한 건축학회 논문집 - 계획계, 26(5), 383-391.
[4] 국립환경과학원, 2010, 주거 공간별 실내공기질 관리 방안 연구(II)
[5] 환경부, 2014, 건축자재별 방출 라돈의 실내 공기 농도에 미치는 영향 연구
[습도가 대기오염 물질에 주는 영향]
습도는 공기 중에 있는 오염 물질의 농도를 높인다.
습도가 높은 날 미세먼지가 나쁜 이유는 습도로 인해 공기 중에 있는 오염 물질의 알갱이가 커지기 때문이다. 습도가 높아지면 실내공기 오염물질(예: 미세먼지)이 습기를 흡수하여 크기가 커지고 무거워진다. 결과적으로 오염 물질을 정확히 측정할 수 없다. 또한, 습기를 잘 흡수하는 황산염과 질산염 같은 흡습성 입자상 물질의 성장을 증가시켜 질량 농도를 증가시키고, 대기 에어로졸(공기 중에 떠 있는 작은 고체 및 액체 입자들)의 성장에 영향을 준다.
습도가 낮아 실내가 건조할 때는 기조 점막이 건조해지고 기도의 세균 감염 예방 작용이 악화되어, 감기, 독감과 같은 호흡기 질환 등이 발생한다. 또한, 알레르기, 천식 등 각종 질병 증상이 악화된다.
습도가 높으면 다양한 미생물들이 번식하게 된다. 특히 곰팡이 등 세균이 서식하며, 천식, 알레르기, 비염 증상을 유발하게 된다. 습도가 높으면 곰팡이 등 세균 서식이 활발해지고, 습도가 낮으면 실내 공기가 건조하고 호흡기 질환에 나쁜 영향을 준다. 그렇다면 습도는 실내공기 오염물질에 어떤 영향을 줄까?
|
실내오염물질 |
설 명 |
|
미세먼지 (PM) |
· 미세먼지는 상대습도가 증가하면 PM 농도가 증가하고, 상대습도가 감소하면 PM 농도가 감소한다. [2] · 미세먼지 상대습도가 20% 미만 구간을 제외하고 전반적으로 상대습도가 높아질수록 PM10 농도가 상승한다. 증가율은 상대 습도 40%부터 10%씩 습도가 증가할 때마다 미세먼지의 농도가 평균 4.3㎍/㎥ (6.7%) 상승한다. [1] · 봄에서 여름으로 계절이 바뀌면서 습도의 증가로 인해 PM10의 농도가 상승한다. [3] |
|
에틸벤젠(Ethylbenzene) |
· 실내습도가 1% 상승 할 경우, 0.6 ㎍/㎥ 만큼 농도가 상승한다. [1] |
|
부유세균(TAB) |
· 실내습도가 1% 상승 할 경우, 16.4 CFU/㎥만큼 농도가 상승한다. [1] |
|
부유 곰팡이(Mold) |
· 실내습도가 1% 상승 할 경우, 42.5 CFU/㎥ 만큼 농도가 상승한다. 여름철보다 봄, 가을, 겨울 경우에 501.8 CFU/㎥ 만큼 농도가 상승한다. [1] |
[1] 국립환경과학원, 2010, 주거 공간별 실내공기질 관리 방안 연구(II)
[2] 이창호, 오승남, 2020, 대기 습도가 광 산란 미세먼지 측정에 미치는 영향
[3] T.-J. Cho et al., “The Study of Indoor Air Quality at Schools in Chung-Nam Area,” Journal of the Environmental Sciences, vol. 17, no. 5, pp. 501–507, May 2008
습도가 높은 날 미세먼지가 나쁜 이유는 습도로 인해 공기 중에 있는 오염 물질의 알갱이가 커지기 때문이다. 습도가 높아지면 실내공기 오염물질(예: 미세먼지)이 습기를 흡수하여 크기가 커지고 무거워진다. 결과적으로 오염 물질을 정확히 측정할 수 없다. 또한, 습기를 잘 흡수하는 황산염과 질산염 같은 흡습성 입자상 물질의 성장을 증가시켜 질량 농도를 증가시키고, 대기 에어로졸(공기 중에 떠 있는 작은 고체 및 액체 입자들)의 성장에 영향을 준다.
습도가 높아지면 미세먼지가 습기를 흡수하면서 크기가 커지고 무거워진다. 결과적으로 미세먼지의 측정 수치에 영향을 주어 정확한 대기 오염 물질 값을 측정할 수 없게 된다.
예를 들어, 광산란 방식으로 측정하는 미세먼지 센서인 경우, 습도로 인해 계산하는 농도(무게)는 정상적인 경우에 비해 무려 8배 늘어나게 된다. 따라서 전 세계의 공인된 미세먼지 측정 방식에는 반드시 히터를 사용하도록 되어 있다. 상대습도 40% 이상일 때 히터를 켜서 습기를 제거한 미세먼지의 크기를 측정하도록 하고 있다.
미세먼지 입자상 물질의 농도는 습도와 밀접한 연관을 갖고 있다. 특히, 고농도 사례의 경우 황사 등 외부적 원인에 의한 고농도 사례 이외에도 주로 안개 발생일에 고농도 발생이 높고 이러한 안개 발생 일의 경우 습도가 높은 날이 많다.
일반적으로 습도가 높은 경우 대기 중의 수분의 양이 증가하여, 습기를 잘 흡수하는 황산염과 질산염과 같은 흡습성 입자상 물질의 성장을 증가시키게 되어 입자의 질량 농도를 증가시키는 역할을 하게 된다. 하지만 습도가 낮아져도 커진 미세먼지 입자의 크기는 바로 원래 크기로 돌아오지 않고 천천히 완만하게 줄어든다. 따라서 상대습도는 실제 대기 에어로졸(공기 중에 부유하고 있는 작은 고체 및 액체 입자들)의 성장에 영향을 미친다.
온도/습도 간이 측정기
온도/습도 간이 측정기는 다음과 같다.
+더 알아보기
DHT22 온도/습도 아두이노 센서란?
DHT22 온도/습도 센서는 AM2302 센서를 사용한다. 센서는 제품 생산 시 정확한 보정을 위해 챔버에서 온도와 습도를 보정하여 출시된다. 센서 내부의 마이컴이 센서가 감지되면 메모리에 저장된 교정 계수 값을 사용, 정확한 온도와 습도 값을 제공하여 신뢰성과 안정성을 보장한다.
다음은 DHT22(AM2302)의 사양이다.
다음과 같이 DHT11과 DHT22의 온도/습도 센서를 비교해 보았다. DHT22가 온도/습도의 측정 범위에서 차이가 있다.
[싱글 버스 통신 프로토콜]
싱글 버스 통신 프로 토토 콜 동작은 다음과 같다.
(1) 아두이노가 시작 신호를 DHT22로 보내면 DHT22 가 응답신호를 아두이노로 보낸다.
(2) DHT22가 아두이노에 데이터를 전송하는 경우 모든 비트 전송은 50㎲의 저전압 레벨에서 시작한다. 입력되는 신호의 0과 1의 구분은 Pulse width로 결정을 한다. 1개의 구형파 주기에서 high 구간이 26~28 ㎲라면 0으로 인식하고 70㎲라면 1로 인식한다.
(3) DHT22가 데이터들을 보내는데 이 데이터들은 1바이트(8비트) 데이터들 총 5개가 연속적으로 아두이노에 전송된다.
(4) 아두이노에서 40비트의 데이터를 1바이트(8비트)씩 묶어서 계산을 한다.
(5) 클럭 타이밍에 따라 측정값이 반복되어 데이터가 DHT22에서 아두이노로 전송된다.
[출력 데이터]
데이터는 습도 16bit + 온도 16bit + 체크섬 8bit로 구성된다.
습도는 16bit 바이너리 0000 0010 1000 1100을 프로그래머 계산기로 확인 시 DEC 652로 변환된다. 상대습도 RH는 652/10으로 나누면 65.2% 로 값을 구할 수 있다.
온도는 16bit 바이너리 000 0001 0101 1111을 프로그래머 계산기로 확인 시 DEC 351로 변환된다. 온도는 351/10으로 나누면 35.1℃ 로 값을 구할 수 있다.
[센서 주의사항]
|
상태 |
주의사항 |
|
운영 및 보관 |
· DHT22 센서는 액체 안에 넣으면 안 된다. 물이나 다른 액체가 센서를 수리 불가능한 상태로 손상을 입힐 수 있다. 또한, 물방울과 안개는 꼭 피해야 한다. 이러한 환경은 습도 센서의 규격에 명시된 범위(0~100%)를 초과할 수 있다. 센서는 비정상적으로 작동시킨 뒤 다시 복구할 수는 있지만 빠르게 노화될 수 있다. · 수족관 온도, 냉장고, 에어컨, 다리미 등에 부착되어 사용하는 용도라면, 방수 온도 센서를 사용해야 한다. |
|
화학 물질 |
· 산업화학물질을 취급하는 작업장 또는 실내에서 화학물질((H2, CO, O2, CO2, NOx, 독가스, 휘발성 유기 가스, 암모니아, 톨루엔 등)은 직접적인 증기는 다양 한 형태로 센서에 영향을 줄 수 있다. · DHT22 센서의 센서 감도(측정 저항)를 떨어뜨려 오차를 발생시키는 원인이 될 수 있다. |
|
온도 |
· 충격이나 급격한 온도 변화를 피하도록 주의해야 한다. · 온도를 측정하는 경우, 설치 장소에 주의해야 한다. 열을 발생시키는 발열체(예: 난로 등) 근처나 공기의 흐름이 나쁜 좁은 밀폐된 공간에서는 정확한 측정값을 얻기 힘들 수 있다. · 공기의 흐름이 많은 곳은 정확한 온도/습도 측정값에 영향을 줄 수 있다. |
|
조명 |
· 강한 빛과 자외선에 장시간 노출되면 DHT22 센서의 성능이 저하될 수 있다. |
|
연결 선 |
· 연결 선은 통신 품질과 거리에 영향을 미치므로 고품질 연결선을 권장한다. |
|
기타 |
· 납땜 온도는 260 ℃ 이하여야 한다. · DHT22 센서를 안전 및 비상 정지 장치 등과 관련되어 위험에 노출될 수 있는 환경에서 사용하지 말아야 한다. |
DHT22 온도/습도 아두이노 센서 구입하기
다음과 같이 [모두의 아두이노 환경 센서] 책에서 사용한 [DHT22 온도/습도 아두이노 센서]는 알리익스프레스, 네이버 쇼핑몰, 아마존 등에서 센서를 구입할 수 있다.
[알리익스프레스]
[네이버]
[아마존]
DHT22 온도/습도 아두이노 센서 동작 확인
[모두의 아두이노 환경 센서] 책에서 소개하는 [DHT22 온도/습도 아두이노 센서]는 라이브러리를 사용하여 간편하게 동작 확인을 할 수 있다.
------------------------------------------------------
개발환경 : WINDOWS 10
아두이노 IDE : 1.8.13
------------------------------------------------------
01 라이브러리 복사
libraries\Steamedu123_Sensor-master 폴더는 아래 폴더에 복사
* 아두이노 설치 후 자동으로 생기는 폴더
C:\Users\s\Documents\Arduino\libraries
02 *. ino 파일 실행
- 아두이노와 PC 연결
- 아두이노 IDE 실행
- 메뉴 → 툴 → 보드:아두이노 UNO 확인
- 메뉴 → 스케치 → 확인/컴파일
03 컴파일 확인
스케치>확인/컴파일(CTRL+R) 를 선택해서 컴파일을 진행한다.
04 아두이노 우노 업로드
컴파일이 이상없이 완료되면 스케치>업로드(CTRL+U) 를 선택해서 컴파일 파일을 업로드 한다.
05 동작 확인
다음과 같이 동작을 확인할 수 있다.
마무리
본 절에서는 온도/습도가 실내 오염물질에 미치는 영향, 인체에 미치는 영향, 기준 농도에 대해 살펴보고, 간이측정기의 측정 범위 그리고 측정기에 사용되는 센서들을 알아보았다. 또한 온도/습도를 측정할 수 있는 DHT22 센서와 아두이노를 이용해 직접 제어해보았다.
실내 공기 오염물질은 온도/습도가 높아질수록 농도가 높아진다. 온도에 영향을 받는 실내 공기 오염물질인 이산화탄소, 포름알데히드, 스틸렌, VOCs, 라돈 등이 있고, 습도에 영향을 받는 미세먼지, 에틸벤젠, 부유세균, 곰팡이 등이 있다. 따라서 건강한 실내 생활을 위해 적정 온도와 습도를 유지하는 것이 중요하다.
실내 온도는 냉ㆍ난방기 사용으로 쉽게 조절할 수 있으나, 습도는 냉ㆍ난방기만으로는 조절이 어렵다.
따라서 DHT22 센서로 측정된 온도/습도 4단계 상태를 확인하고, 나쁨, 매우나쁨 상태라면 창문을 열어 신선하고 깨끗한 공기가 집안에 충분히 들어오게 하는 강제 환기, 가습기, 숯, 제습기 및 식물 등 다양한 습도 조절 방법을 사용하여 실내 습도를 유지하기 위한 노력이 필요하다. 그러나 이러한 방법도 관리하지 않으면 오히려 실내 공기 질을 더 오염시키는 원인이 된다.
참고문헌
다음과 같이 [모두의 아두이노 환경 센서] 책에서 사용한 [DHT22 온도/습도 아두이노 센서]의 참고 문헌은 다음과 같다.
[1] 국립환경과학원, 국민 일일 시간활동 양상에 따른 개인노출 평가 연구, 2010
[2] Diel variation of formaldehyde levels and other VOCs in homes driven by temperature dependent infiltration and emission rates, Building and Environment, 2019
[3] 유복희, 신축 공동주택에서의 온도 및 습도 변화에 따른 VOC 및 포름알데히드 방산 관계성 규명, 대한 건축학회 논문집, 383-391, 2010
[4] 기후변화센터, 기후변화에 대응하려면 어떻게 해야 할까?
[5] 환경부, 적정 실내 온/습도, 주택 실내 공기질 관리를 위한 매뉴얼, 12p
[6] BME280Datasheet
[7] SHT20Datasheet
[8] HDC1080Datasheet
[9] DHT22(AM2302) Datasheet, “Technical Specification”, p1
[10] DHT22(AM2302) Datasheet, “Operating specifications”, p3
[기타] LCD16X2 동작 확인 - DHT22 온도/습도 아두이노 센서
[모두의 아두이노 환경 센서] 책에서 설명하지 않았지만, LCD16X2 아두이노 쉴드를 이용해 실시간으로 [DHT22 온도/습도 아두이노 센서]의 측정값을 화면에 표시할 수 있다.
+ 이 글도 읽어보세요.
모두의 아두이노 환경 센서 책
[모두의 아두이노 환경 센서] 책은 예스24, 인터넷 교보문고, 알라딘, 인터파크도서, 영풍문고, 반디앤루니스 , 도서11번가 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
아두이노와 센서로 내 건강을 지킬 수 있다!다양한 환경 센서를 실생활 프로젝트에 응용해보자!시중에 판매되고 있는 간이측정기도 센서로 값을 측정합니다. 똑같은 센서를 아두이노에 연결하
book.naver.com
'모두의 아두이노 환경 센서 > 3장 실대 대기 측정 센서' 카테고리의 다른 글
| 이산화탄소(CO2) 측정 센서들(MH-Z19B) (0) | 2021.05.07 |
|---|---|
| 온도-습도 측정 센서들 (DHT22) (0) | 2021.05.07 |
| C305 GDK101 방사선(감마선) 아두이노 센서 [모두의 아두이노 환경 센서] (0) | 2021.03.18 |
| C304 CJMCU-8128 TVOC 아두이노 센서 (0) | 2021.03.18 |
| C304 CCS811 TVOC 아두이노 센서 [모두의 아두이노 환경 센서] (0) | 2021.03.18 |
| C303 ZE08-CH2O 포름알데히드(HCHO) 아두이노 센서 [모두의 아두이노 환경 센서] (0) | 2021.03.17 |
| C302 MH-Z19B 이산화탄소(CO2) 아두이노 센서[Node js] (0) | 2021.03.17 |
| C302 MH-Z19B 이산화탄소(CO2) 아두이노 센서 [모두의 아두이노 환경 센서] (0) | 2021.03.17 |
댓글