본 절은 [MiCS-4514 이산화질소(NO2) 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
MiCS-4514 이산화질소(NO2) 아두이노 센서
이산화질소(NO2) 인체에 미치는 영향
일산화질소는 공기 중에서 서서히 산화돼 이산화질소가 되는데, 이 이산화질소를 들이마시면 문제가 된다.
이산화질소는 급성 피해와 만성 피해로 구분할 수 있으며, 특히 폐에 큰 영향을 미친다. 급성 피해는 눈과 코 자극, 폐출혈, 폐쇄성 기관지염, 폐렴 등이 발생한다.
만성 피해는 10~40 pppm 고농도에 노출되면 눈, 코 등의 점막에서 만성 기관지염이 발생하고, 장기 흡입 시 폐섬유화, 폐수종 등이 발생한다. 호흡을 통해 인체로 유입된 이산화질소는 폐포까지 깊이 도달하여 헤모글로빈의 산소 운반 능력을 저하시키고, 수 시간 내에 호흡곤란을 수반한 폐수종 염증을 유발할 수 있다.
다음은 이산화질소가 인체에 미치는 영향을 보여 준다.
다음은 이산화질소 농도 기준을 보여준다.
이산화질소(NO2) 간이 측정기
이산화질소(NO2) 간이 측정기는 다음과 같다.
+더 알아보기
MiCS-4514 이산화질소(NO2) 아두이노 센서란?
MiCS-4514는 SGX Sensortech 사에서 제작한, 이산화질소(NO2)를 측정할 수 있는 미세 전자 시스템(Micro Electro Mechanical Systems, MEMS) 센서다.
MiCS-4514는 NO2와 CO를 검출하는 Dual Sensor in One SMD Package 제품으로 리드 타임이 짧으며 대기질 모니터링, 가스 누출 감지, 오염 감지 등에 적합하다.
SGX SENSORTECH
다음은 SGX SENSORTECH 사의 홈페이지를 보여준다.
MiCS-4514 센서 사양
MiCS-4514 센서 사양은 다음과 같다.
MiCS-4514 센서의 민감도(온도/습도)
NO2가 증가함에 따라 RS/R0의 값이 증가하여 Rs의 전압 감소가 증가하며, 따라서 ADC의 카운터가 증가하게 된다.
또한 온도, 습도, 공기압에 따라 센서의 결과 값이 달라질 수 있다.
MICS-4515 센서는 온도/습도에 환경에 따라 센서 측정값이 영향받을 수 있다.
또한 센서는 습도에 영향을 받는다.
주변 습도는 센서의 기준 저항, 감도 및 반응성에 영향을 준다. 물은 민감한 층에 의해 흡수되고 배출 가스로서 반응한다. 그러나 이 효과는 강력하지 않으며 일부 응용 프로그램에서는 무시될 수 있다.
펄스 모드를 사용하여 다른 대상 가스와 습도를 구별할 수 있다. 절대 측정을 제공하려면 이러한 효과를 특성화하고 보정해야 한다.
예를 들어, 40 % RH에서 15 ppm 오존은 80 % RH에서 20 ppm 오존에 해당한다..
활성탄과 같은 필터를 추가함으로써 VOC 또는 오존과 같은 간섭 가스의 영향을 억제할 수 있다
MiCS-4514 센서의 예열 시간
센서의 정확한 측정을 위해서는 센서의 예열시간이 필요하다. 센서는 화학 평형에 도달하려면 약간의 시간이 필요하다. 센서 온도가 변하면 일부 화학 물질이 방출되고 일부 화학 물질은 민감한 표면에 흡수되어 전도도가 안정화된다. 고온에서 작동하면 안정화 속도가 더 빠르다.
이것이 스펙에 명시된 센서가 작동되는 공칭 온도보다 높은 온도에서 예열이 사용되는 이유다.
예를 들어, 이산화질소(NO2) 센서는 사용 전에 30 초 동안 80mW에서 예열된다. 일반적으로 40mW에서 작동된다. 일반적으로 예열 단계가 길수록 정밀도가 향상된다.
MiCS-4514 센서의 [공기 흐름]
센서의 정확한 측정을 위해서는 센서의 공기의 흐름에 대한 영향을 고려할 필요가 있다.
센서는 공기의 흐름에 따라 센서의 측정값에 영향을 받는다. 센서 표면의 직접적인 공기 흐름은 가열된 층 온도를 변경하여 센서의 전도도를 변화시킨다.
그렇기 때문에 SGX Sensortech는 대부분의 응용 분야에서 센서를 테플론 막 뒤에 배치할 것을 권장합니다.
테프론 멤브레인은 기체의 확산을 허용하면서 대기 속도의 영향을 줄인다.
MiCS-4514 센서의 [센서 교정]
센서의 정확한 측정을 위해서는 센서의 교정이 필요하다. 그렇다면 얼마나 자주 센서를 교정해야 할까?
응용 프로그램과 필요한 정밀도에 따라 다르다. 여러 가지 요소가 측정 정확도를 떨어 뜨리는 경향이 있다.
예를 들어 기본 저항 (Ro) 및 감도 (S), 온도, 습도, 간섭 가스의 존재, 센서의 노화 및 시간에 따른 생산 분산 등의 요소를 포함할 수 있다.
위에 나열된 요소 중 하나 이상으로 인해 필요한 정확도를 얻을 수없는 경우 보정이 필요하다.
절대 가스 측정이 필요한 대부분의 응용 분야에 해당된다.
MiCS-4514 이산화질소(NO2) 아두이노 센서 구입하기
[모두의 아두이노 환경 센서] 책에서 사용한 [MiCS-4514 이산화질소(NO2) 아두이노 센서]는 알리익스프레스, 네이버 쇼핑몰, 아마존 등에서 센서를 구입할 수 있다
알리익스프레스
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MiCS-4514 이산화질소(NO2) 아두이노 센서 동작 확인
[모두의 아두이노 환경 센서] 책에서 소개하는 [MiCS-4514 이산화질소(NO2) 아두이노 센서]는 라이브러리를 사용하여 간편하게 동작 확인을 할 수 있다.
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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 : 이산화질소(NO2) 측정 센서
*/
#include <C403_Steam_Air_MICS-4514_NO2.h> // 내부 라이브러리 헤더 파일
SteamMICS4514 mics4514(3, A0, A1); // 인스턴스, 핀 번호(pre, nox, red)를 입력받는다.
void setup() {
Serial.begin(9600); // 9600bps의 속도로 시리얼 통신을 시작한다.
mics4514.begin(); // (1) 센서를 초기화한다.
}
void loop() {
mics4514.read(); // (2) 센서의 값을 측정한다.
mics4514.display(); // (3) 센서의 값을 출력한다.
delay(1000);
}
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 이산화질소가 인체에 미치는 영향과 기준 농도 및 간이측정기의 측정 범위와 측정기에 사용되는 센서들을 알아보고, 실제 이산화질소를 측정할 수 있는 MiCS-4514 센서와 아두이노를 이용해 직접 제어해보았다.
4단계 예보등급에 따라 보통인 경우 민감한 사람들은 실외활동시 특별히 행동에 제약을 받을 필요는 없지만 몸상태에 따라 유의하여 활동해야 한다.
나쁨인 경우 장시간 또는 무리한 실외활동 제한하고, 특히 천식을 앓고 있는 사람이 실외에 있는 경우 흡입기를 더 자주 사용할 필요가 있다. 눈이 아픈 증상이 있거나, 기침이나 목의 통증으로 불편한 사람은 실외활동을 피해야 한다.
매우나쁨인 경우 가급적 실내활동을 하고, 목의 통증과 기침등의 증상이 있는 사람은 실외활동을 피해야 한다.
또한 이산화질소의 대기 농도가 높은 경우 실내로 유입될 수 있다. 음식을 요리할 때 이산화질소가 발생할 수 있다. 따라서 실내공기질 관리법 시행규칙의 실내공기질(제4조 관련)에 따르면 다중이용시설 실내 이산화질소는 0.05ppm 이하 권고기준으로 명시하고 있다. 고농도 상태에서는 열린 창문을 닫고, 외부로부터 이산화질소가 실내로 유입되지 않도록 해야 한다.
MiCS-4514 이산화질소 센서는 실외뿐만 아니라 실내에서 이산화질소를 측정하는 용도로도 사용할 수 있다. 대기에 이산화질소 농도가 높은 경우 실내로 유입될 수도 있고, 요리할 때 이산화질소가 발생할 수도 있다. 이산화질소는 공기청정기로 제거할 수 없으므로 실내에서 이산화질소 농도가 높다면 수시로 환기를 해야 한다.
참고문헌
다음과 같이 [모두의 아두이노 환경 센서] 책에서 사용한 [MiCS-4514 이산화질소(NO2) 아두이노 센서]의 참고 문헌은 다음과 같다.
[23] 에어코리아 실시간 대기정보
[24] 에어코리아 대기환경 기준(해외)
[25] SGX Sensortech, MiCS-4514Datasheet
[26] SEPC SENSORS DGS-NO2Datasheet
[27] Winsen ZE03Datasheet
[28] 알리 익스프레서 MiCS-4514
[29] SEPC SENSORS DGS-NO2
[30] 알리익스프레스 Winsen ZE03-NO2
[31] 0278_Datasheet-MiCS-4514-rev-16, “MiCS-4514 with measurement circuit(top view)”, p3
[32] 0278_Datasheet-MiCS-4514-rev-16, “Parameter RED sensor/OX sensor”, p3
[33] CJMCU-4541原理图. pdf
[34] 0278_Datasheet-MiCS-4514-rev-16, “OX sensor, continuous power ON”, p1
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