남보공방

미세먼지 문제가 이슈가 된지 오래고 갈수록 문제는 더 심각해 지고 있다. 그래서 미세먼지 제거를 위한 공기정화기를 여러대 구매해서 군데군데 설치해서 사용하고 싶지만 시중의 공기 정화기들은 기능에 비해 가격이 터무니 없이 비싸고 기능들도 맘에 들지 않아 미세먼지 공기정화기기를 하나 자작으로 제작해 보기로 했다.

공기정화기의 기능

사실 공기정화기의 기본 구조와 기능은 아주 단순하다. 즉 FAN을 돌려 공기을 강제로 순환시켜 헤파필터를 통과시키도록 하여 미세먼지를 거르는 기능이 핵심 기본기능의 전부이고  나머지 것들은 부수적인 것들이다. 

헤파필터의 기준

위 표에서 표기되는 것처럼 헤파필터도 여러 등급이 있고 13등급부터 정식 헤파필터라 하고 세미 헤파필터라는 등급과는 성능에서 많은 차이가 나는데 단순히 헤파필터라고만 하면 어떤 등급의 필터인지 구분할 수 없다.

시판되는 공기정화기들의 문제점

-기본 기능 외에 별로 필요로 하지 않은 기능들을 잔뜩 추가해 놓고 가격은 너무 비싸다.

 .화려한 디자인, 스마트폰 연결기능, 헤파필터외에 이외에 항균/부직포/냄새필터 등 부수필터 추가 등등. 

-미세먼지 농도가 표시되는데 이 수치라는 것이  무엇을 의미하는지 애매하고 믿음이 가지 않는다. 

 .공기정화기에 표시되는 수치가 정화되어 깨끝해진 실내공기의 미세먼지 농도라고 생각했는데, 실제로 공기 정화기를 켜면 곧바로 떨어지고 끄면 바로 다시 올라가 버린다. 공기정화기의 성능이 좋다 해도 그렇게 단시간에 실내공기 전체를 정화시켜 버렸는지 의구심이 들고 그렇다면 공기정화기를 꺼도 상당시간 깨끝한 상태가 지속되어야 할텐데 그렇지는 못한 경우가 많다. 즉, 나는 실제로 어떤 농도의 공기를 어느 만큼 정화시키는지를 알고 싶은데 이에 대한 구체적인 수치없이 켜면 마법처럼 단시간에 깨끝해지고 끄면 순식간에 다시 올라가 버리는 수치에 믿음이 가지 않는다.  

구현해 보고자 하는 공기정화기 

1.가장 저렴하게 기본 기능에만 충실한 공기정화기

   -초강력 필터인 H13등급 헤파필터를 사용하고자 한다. 그런데 H13등급은 너무 촘촘해 공기의 흐름이 매우 느려지기 때문에 공기순환을 위한 FAN도 기존의 선풍기 바람 정도로는 너무 부족하다. 따라서 디자인,소음보다는 가격대비 바람의 세기만을 강조하는 무식한(?) 강력 에어서큘레이터를 사용한다.     

   -시중 대다수의 공기정화기들은 H13등급이라 표시하지 않고 단순히 헤파필터라고만 표시하고 있는데 낮은 등급일 때에는 정화능력은 떨어지지만 공기흐름이 원할해 지기 때문에 적은 파워의 FAN을 사용해도 되고 소음도 적어진다. (대부분의 공기정화기들은 특수 모터기술로 제작해서 파워는 강력하고 소음은 아주 적다고  광고하지만....)      

2. 공기 정화기의 효과를 직접 확인해 볼 수 있는 시스템

  -미세먼지 농노 측정센서를 2개 설치하여 필터로 유입되는 공기의 미세먼지 농도와 필터를 통과한 후의 미세먼지 농도를 따로 측정하여 표시한다. 이렇게 함으써 실제 필터가 몇 퍼센트의 미세먼지를 제거하고 있는지 구체적인 수치를 알 수 있으며, 필터로 유입되는 공기의 농도가 현재 실내 전체의 실제 미세먼지의 농도라는 것을 알 수 있다.  

ACS712 전류센서는  Hall Effect(전류가 흐르는 도체에 자기장이 가해지면 전위차가 발생하는 현상)를 활용하여 전류의 세기를 측정하는 센서로서 교류/직류에 관계없이 측정가능하며 순방향 또는 역방향 양쪽으로 측정 가능하다. 그리고 모듈은 측정 범위에 따라  5A용, 20A,30A용 세가지 종류가 있다.

ACS712 전류센서 구조 및 사양  

ACS712 전류센서는 측정된 전류값을 전압값으로 출력하는데 전류가 흐르지 않는 제로상태에는 VCC기준전압의 중간값이 OUT단자에 출력되지만 전류량이 증가하면 다음과 같은 민감도에 따라 OUT단자의 전압이 변한다.

즉 30A용 모듈이고 VCC 기준 전압이 5V일 경우 전류가 흐르지 않는 제로상태에는 2.5V이지만 순방향 전류량이 증가하여 30A가 되면 OUT단자의 전압이 4.48V( 2.5V + ( 66 mV/A * 30A) ) 까지 올라가고 역방향 전류량이 증가하여 -30A이면 0.52V까지 감소한다. 즉 30A용 모듈일 경우 다음과 같은 모양의 그래프가 된다.     

그리고 출력 전압값은 온도에 따라 약간의 변화가 있다. 여기에서 주의 해야 할 점은 OUT출력 전압은 VCC 기준전압에 따라 변하는 것이므로 측정 전류값이 일정하다 해도 만약 VCC기준전압이 5V로 일정하지 않고 불안정하게 4.8V ~ 5.2V로 움직이게 되면  OUT출력값도 불안정하게 계속 변화된다는 것이다.    

아두이노와의 연결

위와 같이 전류 측정단자에 측정하고자 하는 지점의 케이블을 연결하고

VCC-GND에 5V를 공급하면서 OUT단자의 출력 전압을 아두이노 아날로그 입력핀(여기에서는 A0)으로 읽으면 된다.

샘플프로그램

const int analogIn = A0; //아날로그 입력 PIN int mVperAmp = 66; // 아날로그 입력 mV당 전류 값 // 5A 짜리는 185 // 20A 짜리는 100 // 30A 짜리는 66 int RawValue= 0; // 아날로그 값 저장 변수 int ACSoffset = 2500; // 기준 값 0A일때 아날로그 값은 2500mV 이다. double Voltage = 0; // 계산된 아날로그 값 double Amps = 0; // 실제 측정된 전류 값 void setup(){ Serial.begin(9600); } void loop(){ RawValue = analogRead(analogIn); Voltage = (RawValue / 1024.0) * 5000; Amps = ((Voltage - ACSoffset) / mVperAmp); Serial.print(Voltage/1000); Serial.print("\t"); Serial.println(Amps); delay(100); }

위 샘플프로그램으로 측정된 전류 값을 아두이노 IDE 시리얼플로터로 표시해 보면 다음과 같다. 즉 측정된 값을 그대로 사용하기에는 너무 변동이 심한 값이 나온다.

수정된 샘플프로그램

const int analogIn = A0; //아날로그 입력 PIN int mVperAmp = 66; // 아날로그 입력 mV당 전류 값 // 5A 짜리는 185 // 20A 짜리는 100 // 30A 짜리는 66 int RawValue= 0; // 아날로그 값 저장 변수 int ACSoffset = 2500; // 기준 값 0A일때 아날로그 값은 2500mV 이다. double Voltage = 0; // 계산된 아날로그 값 double Amps = 0; // 실제 측정된 전류 값 int cnt = 0; double smoothAmps = 0; void setup(){ Serial.begin(9600); } void loop(){ RawValue = analogRead(analogIn); Voltage = (RawValue / 1024.0) * 5000; Amps = ((Voltage - ACSoffset) / mVperAmp); smoothAmps = Amps * 0.01 + smoothAmps * 0.99; if ( cnt++ > 100 ) { Serial.print(Voltage/1000); Serial.print("\t"); Serial.println(smoothAmps); cnt = 0; } delay(1); }

100 mSec마다 한번 측정하는 대신 1mSec마다측정하여 이에 대한 이동평균값을 구하고 이를 100 mSec마다 표시하는 방법으로 측정값을 구하면 다음과 같이 좀더 안정적인 값을 구할 수 있다.

흉상 3D 촬영시스템 프로토타입2호기가 제작되었으나 원래 이를 필요로 했던 프로젝트가 취소되고 다른 일에 바쁘다 보니 사무실에 그대로 설치되어 있기만 한다. 가끔 시간 날때마다 조금씩 기능을 개선하거나 변경작업을 하다 보니 정상가동 되는 상태 보다 작업 도중에 작동 되지 않는 상태로 방치되는 상태가 많다.  

가끔 운좋게 정상가동될 때 사무실에 방문하는 사람이 있어 무었에 쓰는 물건이냐고 물으면 사무실 방문기념으로 촬영하여 동상을 하나씩 제작해 주곤 한다.

품질이 좋지 않은 자작 3D 프린터로 출력하면 위와 같이 가로줄 무늬가 선명하게 나온다.

크기를 높이 15cm정도로 출력하고 표면을 다듬고 ( 퍼티를 칠한 후에 사포질 ) 난 후

표면코팅(구리분말에 에폭시)하면 가로줄이 모양이 상당히 제거되고 흉상 모양이 된다.