이끼를 이용한 공기청정기(2019년): 준비 단계

서울시 서대문구 인창고등학교에 이끼를 이용한 공기청정기를 설치했습니다. 준비 단계의 내용이 정리되어 소개합니다.

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1.  설계 개요

(1) 이끼를 키우는 방법

양액순환 설계도 {1. 양액순환_modified_2019-11-11_700 size.jpg}

양액순환은 NFT(Nutrient Film Technique)과 점적급액법을 결합한 방법을 사용했다. 양액저장조에 있는 수중펌프에서 윗쪽 재배용기의 PVC파이프로 양액을 보내면, PVC파이프 아래쪽에 뚫려있는 작은 구멍으로 양액이 흘러나온다(점적급액법). 이 양액이 암면블럭을 적시고, 남은 것은 용기의 아래쪽에 모여 튜브를 통해 아래로 흘러간다(NFT). 아래에는 같은 구조의 재배용기가 하나 더 있다. 아래의 재배용기에서 빠져나온 양액은 양액저장조로 되돌아간다. 양액저장조에는 수위센서가 설치되어 있어 양액이 부족할 때 LED가 반짝이고 부저가 울도록 했다.

 

(2) 공기를 정화하는 방법

빛 공급, 공기 흐름 {2. 빛 공급_공기 흐름_modifeid_2019-11-11_700 size}

알루미늄으로 그릴을 만들어 LED바와 팬을 고정하도록 했다. LED바는 이끼가 광합성을 할 수 있도록 빛을 공급한다. 팬은 주변의 공기를 이끼로 불어넣어 이끼가 먼지를 잡도록 도와준다. 팬은 항상 돌아가도록 했고, LED바는 콘센트타이머로 정한 시각에 켜지고 꺼지게 했다. 수중펌프도 콘센트타이머로 켜지고 꺼지게 했다.

 

(3) 제어와 모니터링 관련 기능

1. LED조명과 수중펌프는 타이머를 이용하여 자동으로 ON/OFF된다.

2. 양액이 부족하면 알람 소리가 나고 작은 LED가 반짝인다.

3. 온도, 습도, 미세먼지 농도를 ThingSpeak로 보낸다. ThingSpeak에서 만든 그래프를 컴퓨터나 스마트폰으로 볼 수 있다.

 

2. 각 부분의 설명

(1) 양액 공급 및 양액 부족 알람

제어기의 기능 {제어기의 기능_2022-01-02_700 size.jpg}

양액이 부족하면 작은 LED와 부저가 1초 ON, 1초 OFF 후 다시 수위를 측정한다. 양액이 부족하지 않으면 아무 일도 하지 않고 2초 후 다시 수위를 측정한다.

 

 

수위 알람을 위한 배선도 {nutrient_level_배선도_2019-10-26_700 size.jpg}

위의 기능을 실현하기 위한 회로 배선도이다. LED는 220ohm을 직렬로 연결하여 과전류를 막는다. 부저는 프로그램으로 음 높이를 지정해주는 수동부저를 사용했다. 마이크로콘트롤러는 아두이노 나노를 사용했다. 수위센서는 광학식 수위센서를 사용했다. 액체 수위 레벨 센서 FS-IR02 (Liquid Level Sensor-FS-IR02)라는 이름으로 검색할 수 있다. 아래에 code를 첨부한다.

 

nutrient_level_2019-10-26.ino

0.00MB

 

(다시 살펴보니 부저의 주파수를 2kHz에 코딩해 놓고 옆의 주석에는 1KHz라고 잘못 적어 놓았네요. 2kHz의 주파수로 울립니다.)

 

수위 알람(20219.11.17) { 수위 알람_modified_2019-11-17_700 size.jpg}

회로를 연결하여 시험해 보았다. 문제없이 동작했다.

 

(2) 온습도, 미세먼지 농도를 ThingSpeak로 보내기

온습도와 미세먼지 데이터를 ThingSpeak로 보내야 한다. 온습도 데이터를 보내는 것이 문제 없는지 확인한 다음, 미세먼지 데이터를 보내는 코드를 추가하는 방법으로 진행했다.

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온습도 센서 동작 확인하기

온습도센서 모듈은 DHT11을 사용했다. DHT11을 사용하기 위해서는 라이브러리를 설치해야 한다. DHT11를 이용한 코딩과 라이브러리 설치에 관한 자료를 링크한다.

 

온습도센서모듈이 제대로 작동하는지 확인하기 위해 온습도 값을 시리얼 모니터에서 확인할 수 있는 프로그램을 작성했다. 아래에 첨부한다.

 

DHT_2019-11-16.ino

0.00MB

 

 

온습도 데이터 ThinSpeak로 보내기

  "사물인터넷을 위한 ESP8266 프로그래밍"(허경용 지음, 제이펍) >> Chapter 24 웹 서버: 원격 모니터링 참조

 

온습도 데이터가 ThingSpeak로 제대로 보내지는지를 확인했다. 프로그램은 아래에 첨부한다. (ID와 PW는 지웠다.)

temperature_sending_modified_2019-11-16.ino

0.00MB

 

 

미세먼지 센서 동작 확인하기

다음으로 미세먼지 센서를 시험해 보았다. 미세먼지 농도를 시리얼 모니터에서 간단히 확인하는 프로그램을 작성하여 확인했다. 프로그램은 아래에 첨부한다.

dust_sensor-2_2019-11-17.ino

0.00MB

 

미세먼지 센서의 구입은 "아두이노 미세먼지 측정 센서 PM2.5 GP2Y1014AU"로 검색하면 찾을 수 있다. 

 

미세먼지 농도를 포함하여 ThinSpeak에 보내는 프로그램 작성

온습도 데이터를 ThinSpeak에 보내는 프로그램이 있으므로 이 프로그램에 미세먼지 농도를 포함하도록 하여 새로운 프로그램명으로 작성했다. 이렇게 하여 학교 자율학습실의 온습도, 먼지농도를 ThngSpeak로 보낼 수 있다.. 암호는 ***로 처리했다.

 

temp_moist_dust_sending_2019-11-17.ino

0.00MB

 

 

온습도와 먼지농도 측정(2019.11.17) { 온습도와 먼지농도_modified_2019-11-17_700 size.jpg}

온습도와 먼지농도를 측정하여 와파이를 통하여 ThingSpeak로 보내주는 회로이다.

 

 

PC로 확인 { PC로 확인_modified_2019-11-17_700 size.jpg}

ThingSpeak로 보낸 온도, 습도, 미세먼지농도를 PC로 확인해 보았다.

 

 

스마트폰으로 확인 { 스마트폰으로 확인_modified_광고 지움_2019-11-17_700 size.jpg}

스마트폰으로도 확인해 보았다. 모두 동작이 잘 된다. 이제 학교에 가서 학생들과 다음의 작업을 해야 한다.

 

1. 학교에서 사용할 ThinSpeak의 계정을 만들고 들어가서 채널을 만든다.

2. 아두이노용 프로그램 temp_moist_dust_sending_2019-11-17에 ThingSpeak 채널에 만들어진 API를 입력한다.

3. 학생들의 스마트폰에 ThingSpeak의 그래프를 볼 수 있는 앱을 설치한 후, ThingSpeak의 API를 입력한다.

 

 

제작 준비 { 제작 준비-1_nodified_2019-11-17_700 size.jpg}

학생들이 만들기 쉽도록 부품을 가공했다. 알루미늄 그릴에 LED바를 붙여 이끼에 빛을 공급하고, 팬으로 학습실의 공기를 이끼쪽으로 불어넣는 부분을 준비하는 모습이다.

 

 

이끼를 키울 용기 { 이끼 재배용기_modified_2019-11-17_700 size.jpg}

이끼를 키울 용기이다. 위에 있는 PVC로 양액이 공급되면 PVC 아래에 뚫은 작은 구멍으로 양액이 흘러나와 암면을 적신다. 암면 위에서 자라는 이끼는 암면에 스며든 양액을 흡수한다. 남은 양액은 용기의 아랫부분으로 흘러가 모이고, 튜브를 통해 내려간다. 재배용기에는 알루미늄 그릴을 고정할 수 있도록 테두리에 구멍을 뚫어 놓았다.

 

 

제작 준비 { 제작준비-2_modified_2019-11-17_700 size.jpg}

준비가 끝났다. 차에 싣고 가면 된다.

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