본 절은 [GUVA-S12SD 자외선(UV) 아두이노 센서]를 사용하기 위해 알아야 할 내용과 실습 방법에 대해 설명한다. 센서의 특징, 동작원리, 사양, 연결 핀 배열, 출력 값, 주의사항을 알아본다. 아두이노와 센서를 연결하고, 라이브러리를 이용해 쉽게 실습한다.
목차
GUVA-S12SD 자외선(UV) 아두이노 센서
자외선(UV) 인체에 미치는 영향
햇빛은 1군 발암물질로 지정됐을 정도로 인체에 치명적일 수 있다. 강한 자외선에 바로 노출되는 눈, 피부 등은 광각막염, 각막이나 수정체 피막 하 백내장, 홍반 반응, 일광화상 반응, 색소 반응 등을 일으킬 수 있다.
전 세계의 실명인 약 3천5백만의 절반 가까이는 백내장 때문인데, 이 중 20%가 자외선(UV-B)에 의한 백내장으로 추정된다. 또한, 여름철 30분 이상 뜨거운 태양광선(UV-B)에 노출되면 피부에 홍반이 나타나는데, 혈관이 확장하고, 혈류가 증가하며, 혈관의 투과성이 높아져 피부가 빨갛게 된다
자외선은 2차 대기오염물질을 생성한다.
- 1차 오염물질: 대기로 배출될 때 상태 그대로 존재하는 물질(예: 먼지, 황산화물, 질소산화물, 탄화수소 등)을 말한다.
- 2차 오염물질: 1차 오염물질과 자외선이 대기 중에서 광화학 또는 산화반응을 일으켜 새롭게 생성된 물질을 말한다. 대표적으로 오존과 질산 과산화 아세틸(PAN, peroxyacetyl nitrate)이 있다.
자외선(UV) 간이 측정기
자외선(UV) 간이 측정기는 다음과 같다.
GUVA-S12SD 자외선(UV) 아두이노 센서란?
Genicom 사의 GUVA-S12SD UV 센서는 햇빛의 UV 방사를 감지하며 UV 인덱스 모니터링, DIY 프로젝트, UV-A 램프 모니터링, 식물 성장 환경 모니터링에 사용할 수 있다.
GUVA-S12SD 센서 사양
GUVA-S12SD 센서는 작동 전압 5V, UV 파장 200~370nm, 응답 시간 <0.5s, 작동 온도 -30 ℃~ 85 ℃ 을 지원한다.
다양한 UV 센서 중 프로젝트 용도에 맞춰 센서의 측정 범위를 고려해야 한다. ML8511 은 280~390nm , SI1145는 280~950 nm, GUVA-S12SD는 200~370 nm의 파장 범위를 측정할 수 있다.
GUVA-S12SD 센서 구성
센서 모듈의 구성 요소는 SGMICRO의 Op-Amp IC SGM8521이 포함되어 있다. SGM8521은 저렴한 비용으로 제공되는 레일 투 레일 입력 및 출력 전압 피드백 증폭기이다. 이 Op-Amp는 넓은 입력 공통 모드 전압 범위와 출력 전압 스윙을 가지며 최소 작동 공급 전압을 2.1V로 낮추고 최대 권장 공급 전압은 5.5V이다. 또한 SGM8521은 4.7 µA의 낮은 전류 소비에서 150kHz 대역폭을 제공한다.
센서 모듈에는 UV 센서의 매우 낮은 nA 전류 출력을 증폭시키고 UV 판독 값을 얻기 위해 MCU의 아날로그 입력으로 읽을 수 있는 0 ~ Vcc 출력을 제공하는 온보드 SGM8521 연산 증폭기가 포함되어 있다.
GUVS-S12SD 센서 동작
UV 센서 모듈은 EOC의 유명한 센서 GUVA-S12SD를 기반으로 한다. GUVA-S12SD는 갈륨 질화물(Gallium Nitride) 재료 기반의 쇼트 키 타입 포토 다이오드로 태양 광 모드 작동에 최적화되어 있다.
측정된 자외선 센서의 값은 매우 낮다. 따라서 매우 낮은 nA(나노 암페어) 전류 출력을 증폭시키고 UV 판독 값을 얻어야 한다. MCU의 아날로그 입력으로 읽을 수 있는 출력을 제공하는 온보드 SGM8521 연산 증폭기를 이용해 출력하게 된다. SGM8521은 저렴한 비용으로 제공되는 입력 및 출력 전압 피드백 증폭기이다. 이 Op-Amp는 넓은 입력 공통 모드 전압 범위와 출력 전압을 가지며 최소 작동 공급 전압을 2.1V로 낮추고 최대 권장 공급 전압은 5.5V이다. 또한 SGM8521은 4.7 µA의 낮은 전류 소비에서 150kHz 대역폭을 제공한다.
GUVA-S12SD 센서 감도 곡선
센서는 2.7~5.5 VDC의 전압 및 그라운드를 각각 V+, GND에 연결하고 OUT 핀에서 아날로그 신호를 읽으면 된다.
출력 전압은 Vo = 4.3* 다이오드 전류(µA, microampere 마이크로 암페어)이다. 예를 들어 포토다이오드 전류가 1uA(9mW/cm^2)이라면 출력 전압은 4.3V이다. 출력 전압을 0.1V로 나누어서 전압을 UV 인덱스로 변경할 수 있다.
예를 들어 출력 전압이 0.5V이라면 UV index는 5이다.
| UV Index | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| Vout(mV) | <50 | 227 | 318 | 408 | 503 | 606 |
| Analog Value | <10 | 46 | 65 | 83 | 103 | 124 |
| UV Index | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11+ |
| Vout(mV) | 696 | 795 | 881 | 976 | 1079 | 1170+ |
| Analog Value | 142 | 162 | 180 | 200 | 221 | 240 |
GUVA-S12SD 센서 감도 곡선은 다음과 같다.
A Practical Guide for UV sensor Application 데이터 시트에 따르면, UV 지수와 광전류 (Iph)의 관계는 햇빛 아래에서 선형으로 나타난다.
GUVA-S12SD 자외선(UV) 아두이노 센서 구입하기
[모두의 아두이노 환경 센서] 책에서 사용한 [GUVA-S12SD 자외선(UV) 아두이노 센서]는 알리익스프레스, 네이버 쇼핑몰, 아마존 등에서 센서를 구입할 수 있다
알리익스프레스
네이버
아마존
GUVA-S12SD 자외선(UV) 아두이노 센서 동작 확인
[모두의 아두이노 환경 센서] 책에서 소개하는 [GUVA-S12SD 자외선(UV) 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 : 자외선(UV) 측정 센서
*/
#include <C502_Steam_Air_GUVA-12SD_UV.h> // 내부 라이브러리 헤더파일
#define AoutPIN A1
SteamGUVA12SD uv(AoutPIN); // 인스턴스, 핀 번호를 입력한다.
void setup() {
Serial.begin(9600); // 9600bps의 속도로 시리얼 통신을 시작한다.
uv.begin(); // (1) 센서를 초기화 한다.
}
void loop() {
uv.read(); // (2) 센서의 값을 측정한다.
uv.display(); // (3) 센서의 값을 출력한다.
delay(1000); // 1초 동안 대기한다.
}
03 컴파일 확인
04 아두이노 우노 업로드
05 동작 확인
마무리
본 절에서는 자외선이 인체에 미치는 영향과 기준 농도 및 간이측정기의 측정 범위와 측정기에 사용되는 센서들을 알아보고, 실제 자외선(UV)을 측정할 수 있는 GUVA-S12SD 센서와 아두이노를 이용해 직접 제어해보았다
자외선 4단계 상태에 따라 보통부터 자외선 차단제를 발라주고 나쁨이나 매우 나쁨일 때는 긴소매 옷, 모자, 선글라스 등을 이용해야 한다.
참고문헌
다음과 같이 [모두의 아두이노 환경 센서] 책에서 사용한 [GUVA-S12SD 자외선(UV) 아두이노 센서]의 참고 문헌은 다음과 같다.
[14] 김응식, 자외선의 인체에 대한 영향과 안정성, 조명·전기설비, 2005
[15] 임흥수, 신동업, 햇빛이 인체의 건강에 미치는 영향. 한국 엔터테인먼트 산업학회 학술대회 논문집,2017
[16] 홍기만, 최병철, 기상청에서 운용 중인 지역별 지표 홍반 자외선 (EUV-B) 복사의 특성, 한국 대기 환경 학회지, 2006
[17] 김정은, 김영준, 대기 에어로졸에 의한 자외선 복사 배율 인자 산출, 한국 대기환경학회 학술대회 논문집, 2005
[18] 기상청 날씨 누리, 생활기상정보 자외선,
[19] GUVA-S12SD Datasheet,
[20] Winsen ZE07-CO Datasheet
[21] 3SP_CO_1000 Package 110-109Datasheet
[22] 알리익스프레스 GUVA-S12SD,
[23] 알리익스프레스 ML8511(GY-8511)
[24] 알리익스프레스 SI1145,
[25] GUVA-S12SD-ROITHNER, “Absolute Maximum Ratings”, p1
[26] GUVA-S12SD-ROITHNER, “Characcteristics”, p1
[27] GUVA-S12SD-ROITHNER, “Photocurrent along UV power”, p2
+ 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 > 5장 대기 환경 측정 센서' 카테고리의 다른 글
| 풍속(Wind Speed) 측정 센서들 (QS-FS01) (0) | 2021.05.11 |
|---|---|
| 기류(Air Flow) 측정 센서들 (MD0550) (0) | 2021.05.11 |
| 자외선(UV) 측정 센서들 (GUVA-S12SD) (0) | 2021.05.11 |
| 기압(atmospheric pressure) 측정 센서들 (BME280) (0) | 2021.05.11 |
| C504 QS-FS01 풍속(Wind Speed) 아두이노 센서 [모두의 아두이노 환경 센서] (0) | 2021.03.21 |
| C503 MD0550 기류(Air Flow) 아두이노 센서 [모두의 아두이노 환경 센서] (0) | 2021.03.20 |
| C501 BME280 기압 아두이노 센서 [모두의 아두이노 환경 센서] (0) | 2021.03.19 |
댓글