본 절은 [MiCS-6814 암모니아(NH3) 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-6814 암모니아(NH3) 아두이노 센서
암모니아 가스는 축사, 퇴비, 바이오매스, 정화조, 맨홀시설등에서 주로 발생하는 독성 가스이다. 또한 일상생활에서 화장실, 음식물 부패물 등에서 쉽게 발생한다. 다양한 분야의 산업현장, 세정제, 담배 연기 속의 적은 양의 암모니아, 연료가 연소할 때, 사람과 동물의 대사과정, 소변이나 거름이 분해될 때 암모니아는 발생한다.
특히 암모니아의 80%는 농업분야에서 발생하며, 화학비료 시비와 가축분뇨 보관 및 토양 살포처리 과정에서 발생한다. 외양간(우사)나 돼지우리(돈사)에서 아주 역한 악취 냄새를 유발하는 가스이며 돈사에 들어가기 전에 반드시 측정해야 한다. 암모니아로 인한 가스 중독 사고를 예방해야 하며, 악취 저감을 위해서 반드시 측정해야 할 가스이다.
악취방지법에서는 악취란 암모니아, 황화수소, 메르캅탄류(티올류), 아민류, 기타 자극성 있는 기체상 물질이 사람의 후각을 자극하여 불쾌감과 혐오감을 주는 냄새라고 규정하고 있다. 악취는 대기오염의 기본적인 단서로서 사람들을 감정적으로 불쾌하게 자극한다.
요즘은 도시 생활을 떠나 귀농, 귀촌을 많이 하고 있다. 농업뿐만 아니라 축산업을 할 때 제일 큰 애로사항 중의 하나는 분뇨 처리 문제일 것이다. 특히 요즈음은 환경 문제가 갈수록 중요시되어, 분뇨를 잘못 처리하여 누출되거나 기준치 이상의 악취가 농장 외부로 배출되면, 무거운 법적 제재가 가해질 수 있으므로 특히 조심해야 한다.
암모니아는 악취의 원인이기도 하지만 미세먼지의 원인 중 하나이기도 하다. 가축이 배설한 축사 내 분뇨, 가축분뇨 저장시설, 가축분뇨로 만든 비료의 농경지 살포, 방목된 가축의 분뇨 등에서 발생되는 암모니아 가스가 오염물질 만나면 초미세먼지가 된다. 농촌에서 퇴비와 물거름 형태로 논밭에 뿌린 축산분뇨가 미세먼지 생성을 부채질한다. 미세먼지는 황산염, 암모니아 등의 이온 성분과 금속화합물, 탄소화합물 등 유해물질로 이루어져 있다. 암모니아, 황산화물, 질소산화물은 초미세먼지를 만드는 최악의 조합이다. 암모니아 배출량만 줄여도 초미세먼지 농도를 낮출 수 있다.
미세먼지는 대부분 폐포까지 침투해 심장질환과 호흡기 질병은 물론 사망에도 이르게 할 수 있다고 알려졌다. 암모니아는 자동차에서 발생한 질산화물(NOX) 및 황산화물(SOX)과 반응하면서 미세먼지가 된다. 2014년 런던에서 발생한 스모그는 농업에서 발생한 암모니아가 원인으로 지목됐다. 이렇게 미세먼지가 된 암모니아는 먼 거리를 이동하거나 비나 눈에 섞여 땅이나 물로 유입되면서 대기 중에서 제거된다. 이런 이유로 암모니아는 토양과 식물에 질소를 공급함으로써 예민하게 균형이 유지되는 생태계에 장기적인 환경영향을 초래하게 된다.
암모니아(NH3) 인체에 미치는 영향
악취 때문에 정신적 스트레스가 쌓이고 심리적으로 불안해지면서 짜증, 히스테리, 불면증 등이 생기기도 한다. 또한, 혈압 상승, 호르몬 분비의 변화에 의한 생식계의 이상, 식욕 및 후각 감퇴, 두통, 구토 등의 증상이 나타나고, 눈이나 인후부에 통증이 오기도 한다. 자연적으로 발생하는 암모니아는 농도가 낮기 때문에 인체에 해로운 영향을 주지 않는다.
하지만 농도가 올라갈수록 눈, 피부, 점막을 심하게 자극하고, 눈에 들어가면 충혈되고 백내장, 녹내장, 화상을 일으킨다. 눈의 자극, 화상, 눈물, 통증, 동상, 결막염, 각막 자극과 심하면 조직을 파괴하여 실명할 수 있다. 흡입하면 코 점막을 자극하고, 호흡기 자극, 화상, 흉부 자극, 흉통, 기침, 숨 막힘, 호흡곤란, 인후염, 청색증, 폐부종, 호흡정지, 두통, 메스꺼움, 구토 증상이 나타난다.
[암모니아 농도]
암모니아는 유독성 기체이기 때문에, 세계 대부분의 나라에서는 작업장이나 일상생활에서 허용될 수 있는 농도 기준을 정하여 관리하고 있다. 환경부의 [2020년 시행 대기오염물질 배출허용기준 확정 공포] 기준에 따르면, 대기 유해물질인 암모니아는 기존 20~50에서 12~30ppm으로 39% 강화되었다.
암모니아(NH3) 간이 측정기
암모니아(NH3) 간이 측정기는 다음과 같다.
+더 알아보기
MiCS-6814 암모니아(NH3) 아두이노 센서란?
그루브 멀티채널 가스(Grove Multichannel Gas) 센서 모듈은 Amphenol SGX Sensortech 소형 MOS MiCS-6814 센서를 탑재한 멀티채널 가스 센서다. 세 개의 가스 센서(NH3, CO, NO2)가 하나의 칩에 포함되어 있어 세 가지 유해 가스를 동시에 측정할 수 있다. 여러 가스를 검출하고자 할 때 유용하게 사용할 수 있는 센서다.
Grove 멀티채널 가스 측정 센서 홈페이지
MiCS-6814 암모니아(NH3) 아두이노 센서 응용 분야
MICS-6814 가스 센서의 데이터 시트에 따르면, 센서는 일산화탄소(CO), 이산화질소(NO2), 에탄올(C2 H6 OH), 수소(H2), 암모니아(NH3), 메탄(CH4), 프로판(C3 H8), 이소 부탄(C4 H10)을 측정할 수 있다.
센서는 정밀한 값이 아닌 대략적인 값이 필요로 하는 곳에 응용되어 사용 될 수 있다.
| 구분 | 설명 | 센서 종류 |
| 환경 (Environment) |
산업 배출물 (기상 관측소, 오염 모니터링)으로 인해 대기 중에 존재하는 독성 가스 모니터링 | CO, CH4, humidity, CO2, O3, VOCs, SOx |
| 직장에서 안전 (Safety at work) |
실내 공기질 관리; 작업 환경, 예를 들어 위험한 화학 물질이 사용되는 공장에서 독성 가스 모니터링 | Toxic gases, combustible gases, O2 |
| 국내안전/가정용 (Domestic safety/household application) |
화재 및 폭발과 같은 사고로 인한 가정에서 유독 가스 또는 연기 탐지; 지능형 냉장고 또는 오븐; 화재 경보; 천연가스가열; 누수 탐지; 대기 질 관리; 공기 청정기; 요리 제어 | CO, humidity, CO2, VOCs |
| 자동차 안전 (Safety in car) |
자동차 환기 제어; 가솔린 증기 검출; 알코올 호흡 검사 | CO, LPG, VOCs, CH4 |
| 공공의 보안 (Public security) |
실내 공기질 관리, 일반 대중의 안전에 위험한 물질 탐지 | Toxic gases, combustible gases, flammable gases, explosives, O2 |
| 의료/임상 (Medical/clinical) |
진단 (호흡 분석, 질병 감지); 현장 진료 환자 모니터링; 약물 모니터링; 인공 장기 및 보철; 신약 발견 | O2, NH, NOx, CO2, H2S, H2, CL2, anesthesia gases |
| 농업 (Agriculture) |
식물 / 동물 진단; 토양 및 물 테스트; 육류 / 가금류 검사 이온; 폐기물 / 하수도 모니터링 | amines, humidity, CO |
| 식품 품질 관리 (Food quality control) |
음식이 부패하기 시작할 때 형성되어 더 이상 소비에 좋지 않은 특정 분자의 탐지 | humidity, CO2 |
| 유틸리티/자동차/발전소 (Utilities/automotive/power plants) |
연소 과정의 최고 효율을 보장하기 위해 엔진 및 가스 보일러의 가스 농도 제어. 연소에 의해 에너지가 생성되므로 발전소에도 동일한 개념을 적용 할 수 있습니다. | O2, CO, HCs, NOx, SOx, CO2, H2, HCs |
| 석유화학 철강/수처리/반도체 (Industry: Petrochemical Steel/Water treatment/Semiconductor) |
공정 모니터링 및 제어; 품질 관리; 직장 모니터링; 폐기물 흐름 모니터링; 누출 경보 | HCs, conventional pollutants, O2, H2, O3, CO2, CL2, CH4, H2S |
| 국방/군사 (Defense/military) |
화학적, 생물학적 및 독소 전이 물질의 탐지; 조약 검증 | Agents, explosives, propellants |
| 우주 항공 (Aerospace) |
환경 대기에서 산소 및 독성 및 가연성 가스 모니터링 | H2, O2, CO3, humidity |
| 교통/터널/주차장 (Traffic/tunnels/car parks) |
도시 교통 통제 및 관리; 터널 또는 지하 주차장의 대기 질 모니터링 |
MiCS-6814 암모니아(NH3) 아두이노 센서 사양
센서의 사양은 다음과 같다. Grove 멀티채널 가스 센서의 데이터 시트에 따르면, 센서는 대기 중 일산화탄소(CO), 이산화질소(NO2), 에탄올(C2 H6 OH), 수소(H2), 암모니아(NH3), 메탄(CH4), 프로판(C3 H8), 이소 부탄(C4 H10)을 감지하여 출력할 수 있다.
MICS-4514vs MICS-6814 센서 출력 값 비교
MICS-4514와 MICS-6814를 비교했을 출력 범위는 차이가 없으며, 출력되는 센서의 종류가 추가된다.
MICS-6814 센서의 감도 곡선
MICS-6814 센서의 NH3, NOX, CO 측정값의 전형적인 감도 곡선은 다음과 같다.
• 공기 R0의 감지 저항은 제어된 주변 조건에서 측정된다.
- RED 센서의 경우 23 ± 5 ° C 및 50 ± 10 % RH의 합성 공기에서 측정된다.
- OX 센서의 경우 23 ± 5 ° C 및 ≤ 5 % RH의 합성 공기에서 측정된다.
• 감도 계수는 60ppm 일산화탄소(CO)-RED에서 공기에서 Rs를 Rs로 나눈 값으로 정의된다. 테스트 조건은 23 ± 5 ° C 및 50 ± 10 % RH이다.
• 감도 계수는 0.25 ppm 이산화질소(NO2)-OX에서 Rs를 공기 중 Rs로 나눈 값으로 정의됩니다. 테스트 조건은 23 ± 5 ° C 및 ≤ 5 % RH이다.
• 감도 계수는 공기 중의 Rs를 암모니아(NH3) 1ppm에서 Rs로 나눈 것으로 정의된다. 테스트 조건은 23 ± 5 ° C 및 50 ± 10 % RH이다.
아두이노 센서 구입하기
[모두의 아두이노 환경 센서] 책에서 사용한 [MiCS-6814 암모니아(NH3) 아두이노 센서]는 알리익스프레스, 가치창조기술 등에서 센서를 구입할 수 있다
알리익스프레스
가치창조기술
아두이노 센서 동작 확인
[모두의 아두이노 환경 센서] 책에서 소개하는 [MiCS-6814 암모니아(NH3) 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 : MiCS-6814 암모니아(NH3) 측정 센서
*/
#include <C404_Steam_Air_MICS-6814_MOS.h> // 내부 라이브러리 헤더파일
SteamMICS6814 mics6814; // 인스턴스
void setup() {
Serial.begin(115200); // 115200bps의 속도로 시리얼 통신을 시작한다.
mics6814.begin(); // (1) 센서를 초기화 한다.
}
void loop() {
mics6814.read(); // (2) 센서의 값을 측정한다.
mics6814.display(); // (3) 센서의 값을 출력한다.
delay(3000); // 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 암모니아가 인체에 미치는 영향과 기준 농도 및 간이측정기의 측정 범위와 측정기에 사용되는 센서들을 알아보고, 실제 암모니아를 측정할 수 있는 그루브 멀티채널 가스 센서와 아두이노를 이용해 직접 제어해보았다.
그루브 멀티채널 가스 센서는 축사, 돈사를 위한 스마트 시스템에 사용할 수 있다. 그 외에도 지하를 비롯한 밀폐된 장소, 위험 작업 시설, 생산 라인, 터널 공사, 조선소, 오/폐수 처리시설, 석유화학 공장, 제철소, 정유소 광산 등에 설치할 수 있다.
참고문헌
다음과 같이 [모두의 아두이노 환경 센서] 책에서 사용한 [MiCS-6814 암모니아(NH3) 아두이노 센서]의 참고 문헌은 다음과 같다.
[35] 산업안전보건법 제39조 내지 41조,
[36] “Toxic FAQ Sheet for Ammonia”. Agency for Toxic Substances and Disease Registry (ATSDR). September 2004.
[37] Seeed Grove-Multichannel Gas Sensor,
[38] Winsen MQ137 Datsheet,
[39] Winsen ZE03Datasheet,
[40] 알리익스프레스 Grove Multichannel Gas Sensor,
[41] 알리익스프레스 MQ-131,
[42] 알리익스프레스 Winsen ZE03-NH3,
[43] 1143_Datasheet-MiCS-6814-rev-8-1144828, “MiCS-6814 with recommended supply circuit(top view)”, p3
[44] 1143_Datasheet-MiCS-6814-rev-8-1144828, “Detectable gases”, p1
[45] Grvoe Multichannel Gas sensor Block Diagram,
+ 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.
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