본 절은 [QS-FS01 풍속(Wind Speed) 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
QS-FS01 풍속(Wind Speed) 아두이노 센서
풍속(Wind Speed) 인체에 미치는 영향
풍속은 바람의 속도이다. m/s(미터퍼 세크), km/h(킬로미터퍼 아워, killometer per Hour), mph(마일, Mile Per Hour), knot(노트) 등의 단위를 사용한다. 일반적으로 m/s를 사용하는데, 풍속은 공기가 단위 시간에 이동한 거리를 말하는데, 보통 1초당 이동 거리를 m로 나타낸 단위이다. 예를 들어 17m/s(미터 세크) 는 초속 17m 이다.
기상(whether)은 대기중에서 일어나는 하나하나의 물리적 현상인 반면, 기후(climate)는 대기 상태의 현상을 따로따로 잘라서 생각하는 것이 아니고 종합된 전체를 가리키는 것이다. 기상 현상의 열(기온), 압력(기압), 바람(풍향 및 풍속), 수분(습도)에 따라 다르다. 이 중 바람(풍향 및 풍속)은 대기 오염물질의 분산에 직접적인 영향을 준다. 풍속은 기온, 기압, 풍향만큼 중요한 요인으로, 바람이 얼마나 빠르게 부느냐에 따라 입는 피해가 커지거나 줄어든다.
미세먼지가 심한 날이면 바깥 활동을 할지 말지 고민이 많이 된다. 미세먼지는 개인의 노력만으로 쉽게 해결될 수 없는 문제이기에 일단 발생하면 마스크를 쓰고 외출할 수밖에 없는 현실이다.
그런데 미세먼지 농도가 높은 날과 낮은 날 사이에는 결정적 바람의 세기에 영향을 받는다.
사실 바람은 언제나 불고 있지만 고요바람(0등급, 0~0.2m/s), 실바람(1등급, 0.3~1.5m/s) 등과 같이 그 세기가 약해 체감할 수 없는 경우도 있다. 바람이 불고 있어도 연기가 위로 똑바로 올라가기도 하고, 발람개비가 돌지 않기도 한다.
바람이 불면 공기 중에 있는 대기 오염물질이 흩어진다. 바람이 강하면 대기 오염물질의 농도가 낮아지고, 바람이 약하면 대기 오염물질이 흩어지지 않아 농도는 점점 높아진다.
또한, 바람이 없는 대기 정체 상태에서는 대기 오염물질 배출원(예: 자동차, 공장 등)에서 발생하는 적은 양의 오염물질도 공기 중에 쌓이게 되어 인체에 나쁜 영향을 준다
남실바람(2등급, 1.6~3.3m/s), 산들바람(3등급, 3.4~5.4m/s), 건들바람(4등급, 5.5~7.9m/s)등과 같이 어느 정도 이상의 세기로 바람이 불 때 '바람이 불고 있네!' 하고 알 수 있게 된다. 바람이 얼굴에 느껴지고, 나뭇잎이 흘리며 바람개비에 감지가 된다. 먼지가 일기도 하고 종이 조각이 날리면 작은 나뭇가지가 흔들리는 것도 볼 수 있다.
추위 뒤 미세먼지 올라가는데 바람이 불지 않는 대기 정체 현상 때문이다. 바람의 세기가 강하면 미세먼지 농도가 낮아진다. 반대로 바람의 세기가 약하면 미세먼지 농도는 높아진다. 물론 대기 오염물질이 없다면 바람세기에 관계없이 공기가 깨끗하겠지만, 청정지역에 살지 않는 한 수많은 대기오염물질을 뿜고 있는 현대 사회에서 우리 생활에 대기오염물질이 없기를 기대하는 것은 어려운 일이다.
바람의 강도를 등급으로 나타낸 보퍼트 풍력 계급이라는 것이 있는데, 0등급∼12등급까지 총 13개의 등급으로 나누어져 널리 사용된다. 0등급(풍속 0∼0.2m/s , 고요바람), 1등급(풍속 0.3∼1.5m/s, 실바람), 2등급(풍속 1.6∼3.3m/s, 남실바람), 3등급(풍속 3.4∼5.4m/s, 산들바람), 4등급(풍속 5.5∼7.9m/s, 건들바람), 5등급(풍속 8∼10.7m/s, 흔들바람), 6등급(풍속 10.8∼13.8m/s, 된바람) , 7등급(풍속 13.9∼17.1m/s, 센바람), 8등급(풍속 17.2∼20.7m/s, 큰바람), 9등급(풍속 20.8∼24.4m/s, 큰센바람), 10등급(풍속 24.5∼28.4m/s, 노대바람), 11등급(풍속 28.5∼32.6m/s, 왕바람), 12등급(풍속 32.7m/s 이상, 싹쓸바람) 이다.
지구가 신비로운 것은, 따뜻한 적도와 차가운 극지방의 열 균형을 맞추기 위해 해류와 대기를 순환시키는 시스템을 갖추고 있기 때문이다. 그리고 바로 이 중요한 역할을 바람과 비가 해왔다. 바람은 대기 오염을 희석시키는 역할을 한다. 대기에 오염물질이 대량 배출되었을 때 이들 오염물질이 주변 대기와 혼합되는 속도는 풍속에 좌우된다. 강풍은 대기 오염물질을 확신시켜 그 농도를 감소시킨다. 풍속이 빠르면 대기 오염물질의 농도가 낮아지고, 바람이 약하면 대기 오염 물질은 흩어지지 않고 농도는 점점 높아 진다.
실제로 약한바람(4m/s미만)이 불 때 미세먼지의 농도가 높을 때가 많다. 국립환경과학원에 따르면 2019년 1~3월 서울의 월평균 초미세 먼지 농도는 관측을 시작한 2015년 이래 서울 평균 풍속 1.9m/s로 월평균 미세먼지 최고치를 기록했다. 전문가들은 지구온난화로 대기 정체가 지속될 수 있으며 풍속이 5% 줄면 미세먼지가 10% 늘어날 수 있다고 한다.
약한바람 이상의 세기가 되야 대기의 순환이 원활해지면서 미세먼지 농도가 낮아진다. 강한바람(9~14m/s) 이상으로 바람이 불게 되면 대기 오염 물질이 아닌 사람에게 직접적인 위험이 발생할 수 있다. 풍속이 10m/s 이상이면 우산을 쓰기 어렵고, 15m/s 이상이면 나뭇가지가 꺽이거나 건물 부착 간판이 떨어져 나간다. 20m/s 이상이면 바람을 마주하고 걸을 수 없고 넘어질 수 있다. 25m/s 이상이면 비닐하우스의 비닐이 찢어지고 지붕이나 기왓장이 뜯겨 날아간다. 30m/s 이상이면 허술한 집이 붕괴되고 주행 중인 트럭이 전복된다. 35m/s 이상이면 기차가 전복되고 전봇대와 벽이 쓰러진다. 40m/s 이상이면 사람, 바위 등이 날아간다. 50m/s 이상이면 콘크리트 건축물이 붕괴하게 된다.
풍속(Wind Speed) 간이 측정기
풍속(Wind Speed) 간이 측정기는 다음과 같다.
+더 알아보기
QS-FS01 풍속(Wind Speed) 아두이노 센서란?
QS-FS01 풍속 센서(Three-cup Anemometer Wind Speed Sensor)는 바람의 세기를 측정할 수 있다. 풍속계는 풍속을 측정하는데 사용되는 일반적인 기상 관측 장비다. 3컵 풍속계는 실외에 설치하여 바람의 속도를 쉽게 측정할 수 있도록 디자인되었다.
[QS-FS01] 센서 출력값
QS-FS01 풍속(Wind Speed) 아두이노 센서 구입하기
[모두의 아두이노 환경 센서] 책에서 사용한 [QS-FS01 풍속(Wind Speed) 아두이노 센서]는 알리익스프레스 등에서 센서를 구입할 수 있다.
알리익스프레스
QS-FS01 풍속(Wind Speed) 아두이노 센서 동작 확인
[모두의 아두이노 환경 센서] 책에서 소개하는 [QS-FS01 풍속(Wind Speed) 아두이노 센서]는 라이브러리를 사용하여 간편하게 동작 확인을 할 수 있다.
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개발환경 : WINDOWS 10
아두이노 IDE : 1.8.13
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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 : 풍속 측정 센서
*/
#include <C504_Steam_Air_QS-FS01_WindSpeed.h> // 내부 라이브러리 헤더파일
#define AoutPIN A1
SteamQSFS01 qsfs01(AoutPIN); // 인스턴스, 핀 번호를 입력한다.
void setup() {
Serial.begin(57600); // 57600bps의 속도로 시리얼 통신을 시작한다.
qsfs01.begin(); // (1) 센서를 초기화 한다.
}
void loop() {
qsfs01.read(); // (2) 센서의 값을 측정한다.
qsfs01.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 풍속이 인체에 미치는 영향과 기준 농도 및 간이측정기의 측정 범위와 측정기에 사용되는 센서들을 알아보고, 실제 풍속을 측정할 수 있는 풍속 센서와 아두이노를 이용해 직접 제어해보았다
센서에 측정된 4단계를 기준으로, 만약 “나쁨”, “매우 나쁨”일 때는 가급적 실내에 있어야 한다. 만약 나쁨 이상의 강풍이 몰아친다면, 간판이 떨어지고 가로수가 넘어질 위험이 있으니 외출을 삼가고, 특히 노약자나 어린이는 집 밖으로 나가지 않도록 주의해야 한다.
대피 시에는 나무나 전신주를 피하고 안전한 건물로 대피한다. 창문과 같은 유리창 근처는 유리가 깨지면 다칠 위험이 있으므로 피한다. 공사장은 바람에 날리거나 떨어질 건축자재 등이 많으므로 가까이 가지 않는다. 유리창이 깨졌을 때는 신발이나 슬리퍼를 신어 다치지 않도록 주의합니다. 지붕 위나 바깥에서의 작업은 피해야 한다. 운전 중에는 속도를 줄여 강풍에 의한 사고에 주의해야 한다. 파도에 휩쓸릴 위험이 있으니 해안도로나 바닷가로 나가지 않도록 주의해야 한다. 강풍이 지나간 후 땅바닥에 떨어진 전깃줄에 가까이 가거나 만지지 않아야 한다.
참고문헌
다음과 같이 [모두의 아두이노 환경 센서] 책에서 사용한 [QS-FS01 풍속(Wind Speed) 아두이노 센서]의 참고 문헌은 다음과 같다.
[48] 김경환, 이승복, 우대광, 박보은, 홍승우, 배귀남, 서울 도심의 도로상 대기오염도에 미치는 풍향, 풍속 등의 영향, 한국대기환경학회 학술대회논문집, 2012
[49] 최광운, 이종태, 강우, 풍속 및 건기일수와 대기 먼지 오염량과의 상관성 분석, 대한토목학회 학술발 표회 논문집, 2000
[50] 김인규, 한정대, 서영훈, 감진상, 박기혁, 태풍으로 인한 굴뚝 주변의 풍속변화가 오염물질 배출농도 에 미치는 영향분석, 한국대기환경학회 학술대회논문집, 2007
[51] 기상청, 예보영어해설
[52] DFROBOT SEN0170
[53] HYXC-TD24,
[54] 알리익스프레스 QS-FS01
[55] DFROBOT SKU:SEN0170,
[56] 알리익스프레스 HYXC-TD24,
[57] QS-FS-en datasheet, “Technical parameter”, p3
[58] QS-FS-en datasheet”, “Line color definition”, p7
+ 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
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