저가형 미세먼지센서(샤프GP2Y1010) 사양 및 사용방법

샤프 GP2Y1010 미세먼지 센서는 이전에 소개한 PMS7003에 비해 4분의1가격의 적외선방식의 저가형 미세먼지 센서이다. 가격이 저렴하고 구조가 단순한 만큼 측정한계가 있으나 적절한 용도가 있다면 용도에 맟추어 활용할 수 있다.

 

 

GP2Y1010 미세먼지 센서 구조 

 

GP2Y1010 미세먼지 센서는 위와 같은 구조로서 1~3번단자까지를 이용하여 적외선LED를 발광시키고, 미세먼지에의해 반사되는 적외선의 양을 4~6번 단자를 통해 측정하는 방식이다.   

 

그런데 적외선 LED를 요건에 맞춰 구동시키기 위해서는 다음과 같이 220uF 짜리 커패시티와 150옴 저항으로 다음과 같이 회로를 구성해 주어야 한다. 따라서 통상 GP2Y1010 미세먼지 센서를 판매할 때에는 이 커패시티와 저항을 함께 포함해서 판매하는데 간혹 제외되어 있는 경우가 있으므로 주의해야 한다.  

 

 

회로를 구성하고 3번 단자에 신호를 주면 미세먼지 농도에 따라 5번단자의 전압이 변화되는데 다음은 제작사에서 제시한 미세먼지 농도별 전압변화 그래프이다. 즉 미세먼지 농도가 0 ~ 500 ㎍/m³ 로 변할 때 5번 단자 전압은 0.6 ~ 3.5V 로 변하므로 5번 단자 전압을 측정하면 미세먼지 농도를 추산할 수 있다는 것이다.  

 

 

아두이노와의 연결

 

 

위와 같이 회로를 구성하고 적외선 LED신호용 3번 단자는 아두이노 디지털출력핀 (여기에서는 10번), 전압을 읽기 위한 5번 단자는 아두이노 아날로그 입력핀(여기에서는 A5)에 연결한다

 

샘플프로그램

 

int dustPin = A5; int ledP = 10; float voMeasured = 0; float calcVoltage = 0; float dustDensity = 0; void setup(){ Serial.begin(115200); pinMode(ledP,OUTPUT); } void loop(){ digitalWrite(ledP,LOW); // power on the LED delayMicroseconds(280); voMeasured = analogRead(dustPin); // read the dust value delayMicroseconds(40); digitalWrite(ledP,HIGH); // turn the LED off delayMicroseconds(9680); // 0 - 5V mapped to 0 - 1023 integer values calcVoltage = voMeasured * (5.0 / 1024.0); dustDensity = 0.17 * calcVoltage - 0.1; dustDensity = dustDensity*1000; // ug/m3 Serial.println(dustDensity); delay(1000); }

 

측정된 값

 

위 샘플프로그램으로 측정된 값을 아두이노 시리얼플로터 챠트로 출력해 보면 다음과 같은데 측정값 변동치가 너무 커서 알아보기가 힘들다.

 

 

 

개선된 프로그램

int dustPin = A5; int ledP = 10; float voMeasured = 0; float calcVoltage = 0; float dustDensity = 0; float smoothDensity = 0; void setup(){ Serial.begin(115200); pinMode(ledP,OUTPUT); } void loop(){ digitalWrite(ledP,LOW); // power on the LED delayMicroseconds(280); voMeasured = analogRead(dustPin); // read the dust value delayMicroseconds(40); digitalWrite(ledP,HIGH); // turn the LED off delayMicroseconds(9680); // 0 - 5V mapped to 0 - 1023 integer values calcVoltage = voMeasured * (5.0 / 1024.0); dustDensity = 0.17 * calcVoltage - 0.1; dustDensity = dustDensity*1000; // ug/m3 smoothDensity = dustDensity * 0.05 + smoothDensity * 0.95; Serial.println(smoothDensity); delay(1000); }

23 line : 20회 이동평균값으로 수치를 smooth시킨다.

 

개선된 샘플프로그램 측정값

 

 

GP2Y1010 미세먼지 센서의 한계

 

위와 같이 이동평균값으로 비교적 안정된 수치를 얻는다 해도 여전히 다음과 같은 한계가 있다.

 

1) 영점보정의 문제 : 각각의 센서는 영점보정이 안된 상태로서 기준점이 애메하여 출력되는 수치를 신뢰할 수 없다. 즉, 미세먼지가 전혀 없는 상태에서 출력값이 0이 되도록 조정하는 영점보정 작업을 센서별로 따로 해 주어야 한다. 

 

2)적외선 간섭문제 : 적외선 반사량을 측정하는 방식이므로 센서에 햇빛이나 다른 센 불빛이 비춰질 경우 측정값이 교란될 수가 있다. 즉 실내에서 측정했을 때와 실외에서 햇빛 아래에서 측정할 때가 각각 달라질 수 있다는 것이다.

 

위와 같은 한계에도 불구하고 가격이 저렴하기 때문에 적당한 용도 예를 들어 담배연기탐지나 납땜연기 탐지 등과 같이 정확한 수치보다는 개략적인 미세먼지 변화를 탐지하기 위한 용도로는 다양하게 활용할 수 있다.