(공기정화기 자작) 시스템제작

 

공기정화시 본체

 

공기정화기의 본체는 제작이라고 할 것도 없이 강력 에어서귤레이터와 헤파필터를 구매해서 부착시키기만 하면 된다.

 

 

 

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마침 위 두가지를 한꺼번에 판매하는 사이트가 있어 일괄로 구매했는데 비용은 12만원 정도 소요된다. 구매할 때 당시 에는 헤파 필터가 사각형 밖에 없었는데 최근에는 원형으로 된 헤파필터도 있어 좀 더 깔끔하게 에어 서큘레이터에 부착할 수 있게  되었다.   

구매한 사이트 :  https://smartstore.naver.com/mdhong/products/2649155354

 

 

 

시스템 제작

 

공기정화기 자체는 위와 같이 간단히 구성되었지만 원하는 기능을 구현하기 위해 다음과 같은 제어 판을 구성하였다.

 

1. ON-OFF 자동제어용 기능  

 

  -공기정화기를 가동시킬 FAN의 POWER를 ON시키는 기준이 될 미세먼지 농도 수치 그리고 이 수치를 조정할 수 있는 UP/DOWN용 스위치 

 

 -공기정화기를 가동시킬 FAN의 POWER를 OFF시키는 기준이 될 미세먼지 농도 수치 그리고 이 수치를 조정할 수 있는 UP/DOWN용 스위치 

 

 -즉, ON 기준 수치가 50이고 OFF 기준 수치가 20이라면 실내공기 미세먼지 농도가 50 uG이상이 되면 FAN이 자동으로 켜져 공기 정화가 시작되고 공기가 정화되어 20uG미만이 되면 자동으로 꺼진다. 

 

2. 공기정화 효과 확인용 기능

 

-FAN으로 유입되기 공기 즉 헤파필터를 거치기 전 미세먼지 농도를 측정하여 입력으로 표시하고 헤파필터로 부터 나오는 공기의 미세먼지 농도를 출력으로 표시한다. 

 

-그리고 입력되는 미세먼지 농도와 출력되는 미세먼지 농도를 비교하여 제거 효율을 퍼센트 단위로 표시한다.

 

 

3. 시스템 회로 구성

 

 

-제어용 MCU는 아두이노 메가 2560기종을 사용했다.

 

-미세먼지 센서는 PMS 7003 두개을 공기 입력측과 출력측에 각각 부착했다.

 

-각종 수치 디스플레이용으로는 7-segment Display (TM1637)을 5개 사용했다.

 

-ON/OFF 제어 수치 조정용으로는 4개의 택트 스위치를 사용했다.

 

-두개의 RGB LED (WS2812)를 이용하여 입력되는 공기의 미세먼지 농도와 출력되는 미세먼지 농도를 컬러로 표시하였다. 

 

-에어 서큘에이터 전원은 릴레이를 통해 연결하여 FAN 파워를 ON/OFF 하였다.  

 

 

4. 프로그램 샘플

 

 #include <SevenSegmentTM1637.h> #include <EEPROM.h> #include <Adafruit_NeoPixel.h> //Adafruit_NeoPixel RGB = Adafruit_NeoPixel(LEDNUM, PIN, NEO_GRB + NEO_KHZ800); Adafruit_NeoPixel RGBi = Adafruit_NeoPixel(1, 48, NEO_GRB + NEO_KHZ800); Adafruit_NeoPixel RGBo = Adafruit_NeoPixel(1, 42, NEO_GRB + NEO_KHZ800); #define START_1 0x42 #define START_2 0x4d #define DATA_LENGTH_H 0 #define DATA_LENGTH_L 1 #define PM1_0_ATMOSPHERE_H 8 #define PM1_0_ATMOSPHERE_L 9 #define PM2_5_ATMOSPHERE_H 10 #define PM2_5_ATMOSPHERE_L 11 #define PM10_ATMOSPHERE_H 12 #define PM10_ATMOSPHERE_L 13 #define PM2_5_PARTICLE_H 16 #define PM2_5_PARTICLE_L 17 #define VERSION 26 #define ERROR_CODE 27 #define CHECKSUM 29 byte bytCount1 = 0; byte bytCount2 = 0; int PM01; int PM25; int PM10; int PT25; unsigned int pt_in; unsigned int pt_out; unsigned char chrRecv; unsigned char chrData[30]; // TM1637 tm1637(CLK,DIO); SevenSegmentTM1637 disp_in(45,47); SevenSegmentTM1637 disp_fil(39,41); SevenSegmentTM1637 disp_out(33,35); SevenSegmentTM1637 disp_on(27,29); SevenSegmentTM1637 disp_off(51,53); char strTmp[5]; int BtnOnUp = A2; int BtnOnDown = A3; int BtnOffUp = A6; int BtnOffDown = A7; int8_t dgt[] = {0x00,0x00,0x00,0x00}; int val_in = 0; int val_out = 0; int val_fil; int val_on = 50; int val_off = 20; int stateRun = 0; int ifact = 0; unsigned long lVal; const int pinRelay = 52; const int pinLED = 23; unsigned long tmPressed2 =0; unsigned long tmPressed3 =0; unsigned long tmPressed4 =0; unsigned long tmPressed5 =0; int intSEG = 10; int intLED = 30; unsigned int GetPM_Data(unsigned char chrSrc[], byte bytHigh, byte bytLow) { return (chrSrc[bytHigh] << 8) + chrSrc[bytLow]; } void EEPROMWrite() { EEPROM.write(1, val_on); EEPROM.write(3, val_off); // EEPROM.commit(); } void procIntOff (){ detachInterrupt(2); detachInterrupt(3); detachInterrupt(4); detachInterrupt(5); EIFR |= ( 1 << INTF2 ); EIFR |= ( 1 << INTF3 ); EIFR |= ( 1 << INTF4 ); EIFR |= ( 1 << INTF5 ); } void procIntOn (){ attachInterrupt(2, procBtnOnUp, FALLING); attachInterrupt(3, procBtnOnDown, FALLING); attachInterrupt(4, procBtnOffUp, FALLING); attachInterrupt(5, procBtnOffDown, FALLING); } void procBtnOnUp(){ while (digitalRead(21 ) == LOW) { _delay_ms(200); if ( digitalRead(21 ) == LOW ) { if ( val_on < 249 ) { digitalWrite(pinLED, HIGH); val_on = val_on + 1; sprintf(strTmp,"%4d",val_on); disp_on.print(strTmp); EEPROMWrite(); digitalWrite(pinLED, LOW); } } } } void procBtnOnDown(){ while (digitalRead(20 ) == LOW) { _delay_ms(200); if ( digitalRead(20 ) == LOW ) { if ( val_on > 10 ) { digitalWrite(pinLED, HIGH); val_on = val_on - 1; sprintf(strTmp,"%4d",val_on); disp_on.print(strTmp); EEPROMWrite(); digitalWrite(pinLED, LOW); } } } } void procBtnOffUp(){ while (digitalRead(19 ) == LOW) { _delay_ms(200); if ( digitalRead(19 ) == LOW ) { if ( val_off < 249 ) { digitalWrite(pinLED, HIGH); val_off = val_off + 1; sprintf(strTmp,"%4d",val_off); disp_off.print(strTmp); EEPROMWrite(); digitalWrite(pinLED, LOW); } } } } void procBtnOffDown(){ while (digitalRead(18 ) == LOW) { _delay_ms(200); if ( digitalRead(18 ) == LOW ) { if ( val_off > 1 ) { digitalWrite(pinLED, HIGH); val_off = val_off - 1; sprintf(strTmp,"%4d",val_off); disp_off.print(strTmp); EEPROMWrite(); digitalWrite(pinLED, LOW); } } } } void setup(){ Serial.begin(115200); Serial.println("PMS sensor Ready to go"); Serial2.begin(9600); Serial3.begin(9600); disp_in.begin(); disp_fil.begin(); disp_out.begin(); disp_on.begin(); disp_off.begin(); disp_in.setBacklight(intSEG); disp_fil.setBacklight(intSEG); disp_out.setBacklight(intSEG); disp_on.setBacklight(intSEG); disp_off.setBacklight(intSEG); // disp_fil.point(POINT_ON); RGBi.begin(); RGBo.begin(); pinMode(pinRelay, OUTPUT); digitalWrite(pinRelay, LOW); pinMode(pinLED, OUTPUT); digitalWrite(pinLED, LOW); RGBi.setPixelColor(0, intLED, 0, 0); RGBi.show(); delay(1000); RGBi.setPixelColor(0, 0, 0, 0); RGBi.show(); RGBo.setPixelColor(0,0, 0, intLED); RGBo.show(); RGBo.setPixelColor(0, 0, 0, 0); RGBo.show(); sprintf(strTmp,"%4d",val_on); disp_on.print(strTmp); sprintf(strTmp,"%4d",val_off); disp_off.print(strTmp); disp_in.print("...1"); disp_fil.print("...2"); disp_out.print("...3"); pinMode(18,INPUT_PULLUP); pinMode(19,INPUT_PULLUP); pinMode(20,INPUT_PULLUP); pinMode(21,INPUT_PULLUP); procIntOn(); EEPROM.begin(5); int val1 = EEPROM.read(1); if ( val1 > 0 && val1 < 250 ) val_on = val1; int val2 = EEPROM.read(3); if ( val2 > 0 && val2 < 250 ) val_off = val2; } void disp_per ( int ival ) { int val = ival; dgt[0] = val / 1000; dgt[0] = disp_fil.encode(dgt[0]); val = val % 1000; dgt[1] = val / 100; dgt[1] = disp_fil.encode(dgt[1]) | B10000000; val = val % 100; dgt[2] = val / 10; dgt[2] = disp_fil.encode(dgt[2]); dgt[3] = val % 10; dgt[3] = disp_fil.encode(dgt[3]); disp_fil.printRaw(dgt); } void loop() { Serial.println("LOOP start"); pt_in = 0; pt_out= 0; if (Serial2.available()) { for(int i = 0; i < 32; i++) { chrRecv = Serial2.read(); // Serial.print("=rd"); if (chrRecv == START_2 ) { // Serial.println("bt1"); bytCount1 = 2; break; } } if (bytCount1 == 2) { bytCount1 = 0; for(int i = 0; i < 30; i++) { chrData[i] = Serial2.read(); } if ( (unsigned int) chrData[ERROR_CODE] == 0 ) { // PM01 = GetPM_Data(chrData, PM1_0_ATMOSPHERE_H, PM1_0_ATMOSPHERE_L); val_in = GetPM_Data(chrData, PM2_5_ATMOSPHERE_H, PM2_5_ATMOSPHERE_L); // PM10 = GetPM_Data(chrData, PM10_ATMOSPHERE_H, PM10_ATMOSPHERE_L); pt_in = GetPM_Data(chrData, PM2_5_PARTICLE_H, PM2_5_PARTICLE_L); ifact = pt_in / ( val_in + 1) ; Serial.print("ifact="); Serial.print(ifact); Serial.print(",val_in="); Serial.print(val_in); Serial.print(",pt="); Serial.println(pt_in); if ( ifact < 10 || ifact > 80 ) { pt_in = 0; disp_in.print(" ERR"); } else { sprintf(strTmp,"%4d",val_in); disp_in.print(strTmp); } } else{ disp_in.print("FAIL"); Serial.println("myPMS_1 ERROR"); pt_in = 0; } } } else{ disp_in.print(" NO "); Serial.println("myPMS_1 NOT available"); } if (Serial3.available()) { for(int i = 0; i < 32; i++) { chrRecv = Serial3.read(); if (chrRecv == START_2 ) { bytCount2 = 2; break; } } if (bytCount2 == 2) { bytCount2 = 0; for(int i = 0; i < 30; i++) { chrData[i] = Serial3.read(); } if ( (unsigned int) chrData[ERROR_CODE] == 0 ) { // PM01 = GetPM_Data(chrData, PM1_0_ATMOSPHERE_H, PM1_0_ATMOSPHERE_L); val_out = GetPM_Data(chrData, PM2_5_ATMOSPHERE_H, PM2_5_ATMOSPHERE_L); // PM10 = GetPM_Data(chrData, PM10_ATMOSPHERE_H, PM10_ATMOSPHERE_L); pt_out = GetPM_Data(chrData, PM2_5_PARTICLE_H, PM2_5_PARTICLE_L); // val_out = PM25; ifact = pt_out / ( val_out + 1) ; if ( ifact < 10 || ifact > 80 ) { pt_out = 0; disp_out.print(" ERR"); } else { sprintf(strTmp,"%4d",val_out); disp_out.print(strTmp); } } else{ disp_out.print("FAIL"); Serial.println("myPMS_2 ERROR"); pt_out = 0; } } } else{ disp_out.print(" NO "); Serial.println("myPMS_2 NOT available"); } if ( pt_in > 0 && pt_out > 0) { // Serial.print("val_in=");Serial.print(val_in);Serial.print(",val_out=");Serial.println(val_out); if ( pt_in > pt_out ) { float lVal = (float) (pt_in - pt_out) / (float) pt_in; val_fil = (int) (lVal * 10000); } else { val_fil = 0; } sprintf(strTmp,"%4d",val_on); disp_on.print(strTmp); sprintf(strTmp,"%4d",val_off); disp_off.print(strTmp); Serial.print("val_fil="); Serial.println(val_fil); if ( val_in > 100 ) { RGBi.setPixelColor(0, intLED, 0, 0); } else if (val_in > 50 ) { RGBi.setPixelColor(0, intLED, intLED, 0); } else if (val_in > 20 ) { RGBi.setPixelColor(0, 0, intLED, 0); } else { RGBi.setPixelColor(0, 0, 0, intLED); } RGBi.show(); if ( val_in > val_on && stateRun == 0 ) { stateRun = 1; digitalWrite(pinRelay, HIGH); } if ( val_in < val_off && stateRun == 1 ) { stateRun = 0; digitalWrite(pinRelay, LOW); } if ( stateRun == 1 ) { RGBo.setPixelColor(0, 0, 0, 0); RGBo.show(); disp_out.print(" "); disp_per(val_fil); disp_fil.blink(); } else{ // digitalWrite(pinLED, LOW); disp_fil.print(" OFF"); } if ( val_out > 100 ) { RGBo.setPixelColor(0, intLED, 0, 0); } else if (val_out > 50 ) { RGBo.setPixelColor(0, intLED, intLED, 0); } else if (val_out > 20 ) { RGBo.setPixelColor(0, 0, intLED, 0); } else { RGBo.setPixelColor(0, 0, 0, intLED); } RGBo.show(); sprintf(strTmp,"%4d",val_out); disp_out.print(strTmp); } else { Serial.println("Error Date skipped"); } Serial.println("===================================="); delay(1000); }

 

 

시스템 제작 및 사용 후기  

 

 

 

-실제 운영해 보면 헤파필터로 출력되는 공기의 미세먼지 농도는 가동 초기에는 입력 공기의 농도와 비슷하다가 곧 바로 떨어져 0로 표시된다. 따라서 처리효율이 100%가 되어 버리기 때문에 이를 정확히 계산하기 위해서 PMS7003 센서 정보 중에서 마이크로그램 단위가 아닌 파티클 갯수 정보를 사용했다.  즉, PMS 7003 미세먼지 센서에서는 미세먼지 파티클의 갯수를 기준으로 농도를 계산하여 출력해 주지만 동시에 계산에 사용된 파티클의 갯수도 제공되는데 미세먼지 농도가 0uG이라고 해도 파티클의 갯수는 0~200의 수치로 구분되므로 이를 이용하면 정교한 계산을 할 수 있다   

 

-헤파필터에서 출력되는 공기의 미세먼지 수치는 0로 곧바로 낮아 지지만 입력측 공기의 농도는 생각보다 쉽게 낮아 지지 않고 서서히 낮아진다. 즉 실내 공기 전체를 정화하는데에는 상당한 시간이 필요하다.  

 

-시스템을 만들어 놓고 보니 99%의 미세먼지를 정화시키는 효과를 직접 수치로 확인할 수 있어 속이 시원하고 실제로 공기중 미세먼지가 99% 제거되고 있다는 믿음이 간다.