본 절은 [ZE08-CH2O 포름알데히드 센서 ]를 사용하기 위해 알아야 할 내용과 실습 방법에 대해 설명한다. 포름알데히드 센서의 특징, 동작원리, 사양, 연결 핀 배열, 출력 값, 주의사항을 알아본다. 아두이노와 센서를 연결하고, 라이브러리를 이용해 쉽게 실습한다.
목차
ZE08-CH2O 포름알데히드(HCHO) 아두이노 센서
포름알데히드, 폼알데히드(formaldehyde), 옥소메테인(oxomethane), 옥시메틸렌(oxymethylene), 메틸렌 산화물(methylene oxide), 메틸 알데히드(methyl aldehyde), 포르말린(formalin), 포르뮬레이션(formulation), 포르믹 알데하이드(formic aldehyde), 메탈데하이드메탈데하이드(methaldehyde), 메탄알(methanal) 등으로 부른다
포름알데히드가 인체에 미치는 영향
포름알데히드는 인체에 대한 독성이 매우 강한 물질이다.
포름알데히드는 인체에 대한 독성이 매우 강한 물질이다. 인체가 포름알데히드에 노출되면 질병 증상이 나타나기 시작한다. 특히 건축물 내장재에 많이 포함돼 있어, 새집증후군 및 새 빌딩증후군의 주범이기도 하다. 눈, 코, 목 등의 자극 증상, 알레르기 반응, 호흡곤란, 천식, 두통 등의 건강 영향 호흡기계 이상, 피부질환 및 알레르기 증상 악화 가능하다
주위에서 쉽게 접할 수 있는 포름알데히드는 왜 더울수록 심해질까?
미국 워싱턴주립대학교 연구팀 조사 결과[ ] 실내 온도가 올라갈수록 실내 공기에서 포름알데히드 농도가 크게 치솟는 것으로 나타났다. 실내 온도와 포름알데히드 수치가 가장 높았던 시간 사이에 실내와 실외 공기 온도 간의 상관관계 데이터를 보면, 여름철 포름알데히드는 실내 공기 온도가 높아지면서 포름알데히드가 꾸준히 증가하는 것으로 나타났다. 또한 많은 연구결과에서 실내에서의 온도 상승은 포름알데히드의 농도 상승에 영향을 미친다.
“더위 먹은 소 달만 봐도 허덕인다.”라는 속담이 있다. 더운 날씨 때문에 한낮이 너무 뜨겁다 보니 밤에 달만 봐도 놀란다는 말이다. 뉴스를 보면 매년 사상 최대의 폭염이라고 한다. 100년 만의 폭염·이른 장마… 올여름 걱정이네", “더위에 펄펄 끓는 '겨울왕국'… 시베리아 폭염”, “열대야에 잠 못 드는 밤” 의 기사를 볼 수 있다. 여름철 장마가 지나고 폭염이 다가온다.
더운 날씨는 단지 실외만 뜨거운 것이 아니다. 집에 들어가면 집도 뜨겁기는 마찬가지다. 낮 동안 뜨거워진 건물에서 뿜어내는 열기에 숨이 턱턱 막힐 지경이다. 밤에는 바깥보다 오히려 실내가 더 뜨거운 경우도 종종 있다. 뜨겁게 달궈진 건물과 벽, 각종 내장재와 가구 등은 단순히 뜨거운 열기만 뿜어내고 있을까? 더운 날씨 때문에 기온이 올라가고 건물이 뜨겁게 달궈지면서 건물이나 벽, 가구, 내장재에 들어 있던 각종 포름알데히드가 뿜어져 나온다. 뿐만 아니라 겨울철은 펄펄 끊는 난방 때문에 높은 실내 온도가 유지되기도 한다. 실내온도 상승에 따른 실내 포름알데히드 농도 증가 문제는 앞으로 점점 더 큰 문제로 다가올 수 있다.
따라서, 미세먼지를 피하려고 실내환기를 안 하면 오히려 포름알데히드 증가 때문에 인체에 나쁜 영향을 미칠 수 있다. 즉, 실내 공기를 제대로 관리하지 않으면 포름알데히드 등과 같은 대기 오염 물질 때문에 암 또는 호흡기 질환에 걸릴 가능성이 높다는 지적이 나오는 이유이다.
농도가 1ppm 또는 그 이하에서 눈, 코, 목의 자극을 보이며, 발암성 물질이다. 면역력이 약한 아이와 노인에게 특히 치명적이다. 포름알데히드는 새집증후군, 피부염, 아토피 등 각종 질환을 유발 하는등 많은 문제점을 발생시키고 있다. 만약 잘못 마시게 되면 실명이나 사망을 일으킬 수 있고 민감한 사람은 0.1ppm 이하의 농도도 위험하다. 특히 구강, 목, 복부의 맹렬한 고통, 구토, 설사, 현기증, 경련, 의식불명이 발생할 수 있다.
| 신체 부위 | 인체에 미치는 영향 |
| 눈 | 눈이 메마르고, 눈이 가렵다. 염증, 가려움의 원인 |
| 폐 | 흡입하면 치명적이다. 폐포 손상 및 염증 반응, 기관지 천식이 있는 사람에게서 심한 천식 발작, 기침, 폐의 압박, 폐의 염증을 발생시킨다. |
| 코 | 흡입하면 폐포를 통과해 혈액속으로 들어가며, 코, 목, 눈에 자극을 주어 알레르기나 감기 같은 증상 유발한다. |
| 뇌 | 두통, 피로 증가, ADHD(부주의, 과잉행동, 충동성, 학습 장애등) |
| 피부 | 피부발진, 피부와 접촉하면 유독함 |
| 신경계 | 중추신경계, 면역계, 자율신경계, 내분비계를 중심으로 이상반응 |
1981년 쉔커(Schenker)등의 보고에 따르면, 단열재(UFFI)를 사용한 주택에 살고 있는 주민을 조사한 결과, 오랫동안 포름알데히드에 노출되었을 경우 정서적 불안정, 기억력 상실, 정신집중의 곤란 등을 유발한다. 동물실험에서는 폐에 물이 차서 숨쉬기가 힘든 폐수종, 콧물, 재채기, 가려움증 및 코 막힘과 같은 비염의 증상이 나타났다. 포름알데히드에 반복하여 노출될 경우 눈, 코 및 호흡기도에 만성 자극을 일으키며 눈꺼풀에 염증을 유발하는 것으로 알려지고 있다.
새집증후군을 일으키는 포름알데히드가 학생의 인지 기능을 떨어뜨리는 것으로 확인됐다. 포름알데히드와 같은 실내공기 오염물질이 일부의 사람들 혹은 모두의 사람들에게 지적능력, 학습능력, 인지능력 그리고 정신적 건강의 저하와 위해를 가져 올 수 있다.
미국 환경보호청(EPA)의 “실내공기질과 학생의 학업실적” 연구에 따르면, 나쁜 실내공기질은 학생들의 학업성적을 떨어트리게 한다. 즉, 실내 공기 오염물질은 학생들에게 집중력, 계산능력, 기억력 등 등을 직접적으로 감소시킬 수 있다.
또한 도리스 라프 박사( Doris J. Rapp, M.D. )의 실험 결과에 따르면, 실내환경, 실내공기질이 어린이들의 학습능력, 인지능력 등에 영향을 미친다고 결론짓고 있다. 어린이가 공부하는 방은 청정지역 이어야 한다. 이사를 하거나, 새 가구를 들여놓거나, 인테리어를 새롭게 한 후에, 아이의 상태를 관찰해야 한다. 만약 다음과 같은 증상이 나온다면 우리 아이방의 실내 공기질을 의심해 보아야 한다.
- 우리 아이의 학업성적이 떨어진다. 읽기, 쓰기, 셈하기 등 학습능력이 떨어지며, 언어능력도 떨어진다.
- 주의 산만, 과잉 활동, 충동성과 학습 장애, 물건을 잘 잃어버리고, 기억력이 저하되고 물건을 자주 잃어버린다.
- 눈이 메마르다. 눈이 가렵다. 눈물이 나온다, 목이 마르다. 머리가 아프다. 가슴이 답답하다 등을 호소
이러한 증상 다음에는 아이의 신체적인 질환(예 아토피나, 화학 물질 과민증)으로 발전할 가능성도 있다. 도리스 라프 박사는 ADHD(주의력 결핍 과잉 행동 장애:부주의/과잉행동/충동성)의 가장 큰 원인을 실내공기질(예:포름알데히드)로 보고 있다
[포름알데히드까지 제거하는 공기 청정기]
포름알데히드를 파괴하여 자동으로 실내 공기 전체를 정화하고, 헤파필터는 초미세 입자의 99.95%까지 제거하는 다이슨의 공기청정기이다. 실내 장식재, 바닥재 및 분재에서 배출되는 미세먼지와 포름알데히드를 크립토믹 필터가 표면에 선택적 촉매 산화로 흡착하고 파괴하는 원리이다. 또한 3개의 센서가 있어 포름알데히드를 포함한 공기 중 미세먼지와 가스(PM2.5, PM10, VOC, NO2)를 자동으로 감지할 수 있다.
ZE08-CH2O 포름알데히드(HCHO) 아두이노 센서란?
ZE08-CH2O 센서는 포름알데히드를 검출할 수 있는 가스 센서다. 전기화학원리를 이용해 공기 중의 포름알데히드를 검출한다. 또한 온도 센서가 내장되어 있어 센서 값을 교정한다. 출력은 아날로그 출력과 디지털 UART 출력이 있다.
[ WINSEN 사의 제품 ]
WINSEN은 다양한 종류의 포름알데히스 센서를 취급하고 있다. ZE08-CH20, ZE07-CH20, ME3-CH2O의 제품을 제공하고 있다.
[ZE08-CH2O 센서 동작원리]
ZE08-CH2O 포름알데히드(HCHO) 센서는 ME2-CH2O-16X15 를 사용하며, 전기화학식 방식으로 측정한다.
[ZE08-CH2O 센서 사양]
ZE08-CH2O 포름알데히드(HCHO) 센서의 측정 범위는 0~5ppm 이다. 해상도는 ≤0.01ppm이다.
[ZE08-CH2O 센서의 온도와 기압에 따른 측정값 ]
정확한 값을 위해서는 온도와 기압을 보정해야 한다.
샤를의 법칙(Charles’s law)은 기체의 종류에 관계없이 일정한 압력에서 기체의 부피는 절대온도에 비례한다. 즉, 기체의 온도가 ( 1 도) 올라감에 따라 ( 0 도) 때 부피의 ( 1 / 273) 만큼씩 부피가 (증가) 한다.
그림에서 부피가 0이 되도록 각 직선을 연장해 가면 온도가 -273.15 ℃인 점에서 만나게 된다. 절대온도 (0 °K = -273.15 ℃)를 사용하면 기체의 부피와 온도의 관계를 좀 더 간단히 표현할 수 있다
[단위 변환]
기체의 온도 및 기압에 따라 변화는 값을 공식에 적용하면 ㎍/㎥ -> ppm, ppm->㎍/㎥ 의 값을 변환할 수 있다.
[DAC 인터페이스]
DAC 모드에서는 Arduino Analog 포트를 사용하여 값을 읽는다. DAC 모드에서 측정 정확도는 ADC의 비트와 기준 전압의 영향을 받으므로 정확한 전원 공급 장치 또는 기준 전압과 10 비트 ADC가 권장된다.
전압 (V)과 농도 (PPM)의 관계는 선형 0.4V-> 0ppm 2.0V-> 5ppm 따라서 기능 다이어그램은 다음과 같다.
ZE08-CH2O 포름알데히드(HCHO) 아두이노 센서 구입하기
[모두의 아두이노 환경 센서] 책에서 사용한 [ZE08-CH2O 포름알데히드(HCHO) 아두이노 센서]는 알리익스프레스, 네이버 쇼핑몰, 아마존 등에서 센서를 구입할 수 있다
[알리익스프레스]
[네이버]
[아마존]
ZE08-CH2O 포름알데히드(HCHO) UART 연결
[모두의 아두이노 환경 센서] 책에서 설명하지 않은 UART 연결은 다음과 같다.
ZE08-CH2O 포름알데히드(HCHO) 아두이노 센서 동작 확인
[모두의 아두이노 환경 센서] 책에서 소개하는 [ZE08-CH2O 포름알데히드(HCHO) 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
/*
@타이틀 : ZE08-CH2O 포름알데히드 측정 센서
*/
#include <C303_Steam_Air_ZE08-CH2O_HCHO.h> // 내부 라이브러리 헤더파일
SteamZE08CH2O hcho(A1); // dac::인스턴스, 핀 번호를 입력한다.
void setup() {
Serial.begin(9600); // 9600bps의 속도로 시리얼 통신을 시작한다.
hcho.begin(); // (1) 센서를 초기화 한다.
}
void loop() {
hcho.read(); // (2) 센서의 값을 측정한다.
hcho.display(); // (3) 센서의 값을 출력한다
delay(1000); // 1초 동안 대기한다.
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 포름알데히드가 인체에 미치는 영향과 기준 농도 및 간이측정기의 측정 범위와 측정기에 사용되는 센서들을 알아보고, 실제 포름알데히드를 측정할 수 있는 ZE08-CH2O 센서와 아두이노를 이용해 UART, DAC 방식으로 센서를 직접 제어해보았다.
포름알데히드로 꽉 찬 실내공기는 새집증후군, 피부염, 아토피 뿐만 아니라 학생들에게 집중력, 계산능력, 기억력을 직접적으로 감소시키는 등 인체에 나쁜 영향을 미친다.
공기청정기로는 포름알데히드를 제거할 수 없으니 ZE08-CH2O 센서로 포름알데히드 4단계 상태를 확인하고, 나쁨, 매우 나쁨 상태라면 창문을 열고 실내 공기를 환기시켜야 한다.
참고문헌
다음과 같이 [모두의 아두이노 환경 센서] 책에서 사용한 [ZE08-CH2O 포름알데히드(HCHO) 아두이노 센서]의 참고 문헌은 다음과 같다.
[35] Schenker, M. B. and Weiss, S. T., International Symposiumon Indoor Air Pollution, Health and Energy Conservation, Amherst, MA, 1981
[36] EAP, Indoor Air Quality Student performance(2003),
[37] 김대섭, 김선주, 박시영, 전만중, 김규태, 김창윤, 정종학, 백성옥, 사공준, 신축학교 실내공기질이 초등학생들의 인지기능에 미치는 영향, 대한 직업환경의학회지, 19(1), 65-72, 2007
[38] Doris J. Rapp, Is This Your Child's World?: How You Can Fix the Schools and Homes That Are Making Your Children Sick Paperback, 1997
[39] 실내공기질 관리법, [별표2] 실내공기질 유지기준(제3조 관련) [시행 2020. 4. 3.]
[40] 국립환경연구원, 전국 신축공동주택 실내공기질 실태조사, 2004
[41] 박상범, 대나무숯 이용 친환경 건자재. 국집 산림과학원 목재가공과, 2007
[42] ZE08-CH2O Datasheet,
[43] DART WZ-S Datasheet,
[44] DART 2-FE5 Datasheet,
[45] 알리익스프레스, ZE08-CH2O,
[46] 알리익스프레스, DART WZ-S,
[47] 알리익스프레스, DART 2-FE5,
[48] ZE08-CH2O V1.0 Datasheet, “Technical Parameters”, p3
[49] ZE08-CH2O V1.0 Datasheet, “Pin Description”, p4
[50] 코아미세 S4,
[51] MG/M3 TO PPM,
[52] 아마존, DM106C,
+ 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 |
| 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 |
| C301 DHT22 온도/습도 아두이노 센서 [모두의 아두이노 환경 센서] (0) | 2021.03.15 |
댓글