아두이노로 빛의 밝기를 측정하기

밝기를 재기 위한 기본적인 방법은 포토레지스터를 사용하는 방법입니다. 포토레지스터는 받는 빛의 세기가 증가하면 전기저항이 낮아지는 부품으로 빛 의존성 저항(LDR)이나 광도전체(Photoconductor), 포토셀(photocell)이라고도 불립니다. 포토레지스터 중에서도 대중적인 것은 Cds(황화카드뮴)셀로 단순히 'cds'라고 불리기도 합니다. 빛의 세기에 따라 저항값이 변하는 Cds셀과 저항기 한 개를 조합해서 저항값의 변화를 전압의 변화로 바꿉니다. 여기에서는 주변의 빛이 밝으면 LED를 어둡게, 어두우면 LED를 밝게 켜는 여제를 소개합니다.

[부품목록]  

▶ 아두이노 보드 : 1개

▶ 브레드보드 : 1개

▶ 점프선

▶ Cds셀 : 1개 (http://www.icbanq.com/P000411228)

▶ 10k옴 저항 : 1개

▶ 330옴 저항 : 1개

▶ CLCD : 1개

아두이노

빛 센서에 연결한 핀의 값을 읽어 들여 주변의 빛이 밝으면 LED 밝기를 어둡게, 주변이 어두우면 LED를 밝에 설정합니다. LCD를 추가로 연결하여 읽어들인 값을 그대로 LCD 화면에 표합니다.

 

조도센서는 하나의 저항으로서 빛의 세기로 값이 변하는 가변저항이라고 생각하면 됩니다. 위 그림에서처럼 저항 R2와 연결되고 전압 분배 법칙의 원리에 의해 아두이노의 A0에 전압(0~5V)이 변하면서 신호가 들어 가게 됩니다. 아두이노는 그 신호를 다시 디지털값으로 변환(0~1023)해서 모터를 작동시키거나 LED, LCD에 표시를 하게 됩니다.

 

아두이노 예제

#include <LiquidCrystal.h>
//sensorPin은 Cds 셀에 연결한 핀(0번 핀)
const int sensorPin = 0;
//ledPin은 LED에 연결한 핀(9번 핀)
const int ledPin = 9;
 
//LCD 객체
LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 4, 3, 2);
 
void setup( ) {
   //ledPin을 출력으로 설정
   pinMode(ledPin, OUTPUT);
   //LCD의 열수와 행수를 설정
   lcd.begin(16, 2);
}
 
void loop( ) {
   //밝기를 읽음
   int brightness = analogRead(sensorPin);
   //LCD화면을 지운 후에 읽어 들인 밝기를 표시
   lcd.setCursor(0, 0);
   lcd.clear( );
   lcd.print("Cds: " ) ;
   lcd.print(brightness);
 
   //센서 값(0~1023)을 LED의 밝기(0~255)로 변환
   int intensity = map(brightness, 0, 1023, 255, 0);
 
   //LED의 밝기를 표시
   lcd.setCursor(0, 1);
   lcd.print("LED: ");
   lcd.print(intensity);
 
   //ledPin에 밝기의 값을 
   analogWrite(ledPin, intensity);
   //100ms 동안 대기
   dealy(100);
}

조도센서(Cds셀)원리

 

가시광의 조도를 측정하는 센서로 가장 많이 사용되는 재료가 황화카드뮴(CdS)이다. 이 재료의 에너지갭은 2.41 eV, 이에 해당하는 차단파장은 0.52㎛이다. CdS 센서와 이와 유사한 재료에 대한 파장에 따른 민감도 특성은 아래 그림(a)와 같다. 이 그림에서 보듯이 CdS 재료가 가시광의 전 영역(380~780㎚)에 대해 가장 민감도가 높은 재료이다. 그리고 (b)에서 보듯이 조도에 따라 저항이 거의 일직선으로 변하는 특성이 있으며, 수 ㏀.에서 수백 ㏀까지 조도에 따라 저항이 변한다.

  

 

  

CdS 조도센서의 동작원리는 앞서 설명된 광전도 현상을 이용한 센서이다. 이에 대한 개념은 아래 그림과 같다. 빛이 재료에 입사하게 되면 전자-정공쌍이 생성되고, 생성된 전자는 운반자 농도의 증가를 가져와서 내부의 저항이 줄어들게 된다. 따라서 이러한 원리로 인해 빛이 많이 들어오면 저항이 점점 작아지게 된다. 또한 조도에 따른 저항 변화를 극대화 하기 위해 (b)와 같이 CdS 재료의 선로 저항을 올리기 위해 선폭은 좁게 만들고, 전체 길이는 지그재그 형태로 만들어서 저항을 크게 만든다. 빛이 없는 상태에서 저항이 커야만 측정할 수 있는 조도 범위가 넓어지게 된다.