온도 측정하기
온도를 측정하는 방법은 온도 센서를 이용하는 것입니다.
3D 펜에 사용되는 온도 센서는 저항입니다. 정확히는 온도가 변하면 저항값이 변하는 저항 입니다.
센서의 변하는 저항값을 측정하고, 이를 통해 온도를 추측 되도록 구현하는 것이 목표입니다.
아두이노는 아날로그 핀을 입력핀으로 설정하면, 현재 핀의 전압을 측정할 수 있습니다.
현재 3D 펜의 열선은 디지털 9번핀에, 온도센서는 A0에 연결되어 있습니다.
※ 위의 사진은 이해를 위해 열선과 보드사이, 온도센서와 보드사이에 몇개의 부품이 생략되었습니다.
생략된것이 있더라도 작동되는 핀은 동일합니다.
현재 아날로그 핀의 전압 값을 읽어 올 수 있는 함수가 analogRead 입니다. 함수의 자료형이 int임으로 반환값이 정수입니다. 0V는 0을 반환하고, 5V는 1023을 반환합니다. 2.5V 라면 511을 반환합니다.
※함수의 자료형이 뭔지 기억이 안난다면, 여기 로 이동하세요.
온도센서가 A0에 연결되어 있음으로, 아날로그 A0 핀의 전압값을 읽어오고, 시리얼 모니터에 표시되도록 다음과 같은 코드를 작성할 수 있습니다.
1void setup() {
2 // put your setup code here, to run once:
3 Serial.begin(9600);
4}
5
6void loop() {
7 // put your main code here, to run repeatedly:
8 Serial.println(analogRead(A0));
9}
보통 1023이나 1022가 많이 나타날 것입니다. 지금은 거의 5V 가까이 값을 나타내고 있습니다.
예열을 시작하면, 아날로그 신호 값은 아래의 온도표처럼 실제 온도에 따라 변경됩니다. (아직 예열 부분은 구현하지 않았습니다.)
먼저 온도표를 먼저 보도록 하겠습니다.
실제 온도 |
아날로그 값 |
|---|---|
0 |
1023 |
10 |
1022 |
20 |
1020 |
30 |
1016 |
40 |
1011 |
50 |
1009 |
60 |
1006 |
70 |
1004 |
80 |
1000 |
90 |
990 |
100 |
983 |
110 |
976 |
120 |
972 |
130 |
964 |
140 |
955 |
150 |
942 |
160 |
929 |
170 |
910 |
180 |
895 |
190 |
864 |
200 |
839 |
210 |
800 |
220 |
744 |
위의 표처럼 아날로그 핀의 신호 값이 981 이라면 실제 온도는 60도에 가깝다고 판단할 수 있습니다. 온도가 높아 질수록 아날로그 신호 값은 계속해서 낮아집니다.
※ 이런 온도표의 작성은 보통 온도센서 제조사에서 하거나, 실제 측정을 하여 작성합니다.
온도를 올려보면서 아날로그 값들을 확인해봅니다. 이전 그림에서 노즐의 열선은 디지털 9번핀에 연결되어 있음을 알 수 있습니다.
따라서 디지털 9번핀을 출력 설정을하고, 실제 HIGH 값을 출력하는 코드를 작성해봅니다.
1void setup() {
2 // put your setup code here, to run once:
3 Serial.begin(9600);
4
5 pinMode(9,OUTPUT);
6}
7
8void loop() {
9 // put your main code here, to run repeatedly:
10 digitalWrite(9, HIGH); // 예열 시작
11 delay(5); // 약간의 대기시간 추가
12
13 Serial.println(analogRead(A0));
14}
위의 코드처럼 작성되지만, 위의 코드는 문제가 있습니다. 온도가 계속 상승하는 것만 있기 때문에 적절한 온도일때, 예열을 중단해주어야 합니다.
온도가 60도 이상올라갈 경우 예열을 중단하는 코드를 작성하면 다음과 같이 작성될 수 있습니다.
1int tempValueA0 = 0; // A0 신호 값 저장용
2bool isHeating = false; // 온도가 목표보다 높은지 확인하는 bool 변수
3
4void setup() {
5 // put your setup code here, to run once:
6 Serial.begin(9600);
7
8 pinMode(9,OUTPUT);
9}
10
11void loop() {
12 // put your main code here, to run repeatedly:
13 tempValueA0 = analogRead(A0); // 아날로그 신호 값을 tempValueA0 저장
14
15 Serial.println(tempValueA0);
16
17 if(tempValueA0 < 981)
18 {
19 digitalWrite(9, LOW); // 예열 종료
20 delay(5); // 약간의 대기시간 추가
21
22 isHeating = true;
23 }
24 else
25 {
26 digitalWrite(9, HIGH); // 예열 시작
27 delay(5); // 약간의 대기시간 추가
28
29 isHeating = false;
30 }
31
32}
※예열을 하기 위해 3D 펜의 전원 플러그를 연결합니다. 열을 올리는 부분이 전력을 많이 소비하기 때문입니다.
읽어온 아날로그 신호값이 981일때 온도가 60도 임으로 981값보다 아래면, 예열을 중단하고, 981값보다 크면 예열을 시작하는 코드를 추가하였습니다. 약간의 시간차를 두기 위해 delay 함수를 추가했습니다.
업로드 하고, 신호 값을 확인 하기 위해, 시리얼 모니터를 켜줍니다.
신호 값은 점점 내려갑니다. 이때 노즐을 만지게 되면, 약간의 열기를 느낄 수 있습니다.
981 값 근처에서 열선(디지털 9핀)이 꺼졋다 켜졋다 반복하면서, 값이 계속 바뀌는 것을 알 수 있습니다.
열선에 신호를 주면 값이 살짝 달라지기 때문에, 값이 변동이 있긴합니다. 그럼에도 시간이 지날 수록 981 근처에서 머무르는 것을 볼 수 있습니다.
온도를 측정하고, 예열 후 유지하는 방법에 대해 알아보았습니다. 이 방법은 온도를 유지하는 OnOff 방식이라고 합니다. 다른 방식도 있지만, 그 방식은 레벨3에서 다루도록 하겠습니다.
그렇다면, 응용을 하여 코드를 작성해보세요.
1. C 버튼을 누르면 온도가 60도(신호 값 981)로 예열을 시작하고,
2. D 버튼을 누르면 예열을 종료하는 코드를 작성해봅니다.
이번 코드는 난이도가 있을 수 있습니다.
※ 버튼에 대한 코드가 생각이 나지 않는다면 여기 로 이동하세요.
작성하고 업로드 후, 아래 코드와 비교해봅니다.
1int tempValueA0 = 0; // A0 신호 값 저장용
2bool isPressedBtn = false; // 버튼이 눌러졌는지 확인하는 bool 변수
3
4void setup() {
5 // put your setup code here, to run once:
6 Serial.begin(9600);
7
8 pinMode(11,INPUT_PULLUP); // C 버튼 디지털핀은 11
9 pinMode(12,INPUT_PULLUP); // D 버튼 디지털핀은 12
10
11 pinMode(9,OUTPUT);
12}
13
14void loop() {
15 // put your main code here, to run repeatedly:
16 if(!isPressedBtn) // isPressedBtn이 false일때 true를 반환하고, 아래를 실행합니다.
17 {
18 digitalWrite(9, LOW); // 예열 종료
19 delay(5);
20
21 Serial.println("OFF"); // 예열이 되고 있지 않음을 시리얼 모니터에 표시
22
23 if(digitalRead(11)==LOW)
24 {
25 isPressedBtn = true;
26 }
27 }
28 else // isPressedBtn이 true일때 아래를 실행합니다.
29 {
30 tempValueA0 = analogRead(A0); // 아날로그 신호 값을 tempValueA0 저장
31
32 Serial.print("ON "); // 예열이 되고 있음을 시리얼 모니터에 표시
33
34 Serial.println(tempValueA0); // 신호 값을 시리얼 모니터에 출력
35
36 if(tempValueA0 < 981)
37 {
38 digitalWrite(9, LOW); // 예열 종료
39 delay(5); // 약간의 대기시간 추가
40 }
41 else
42 {
43 digitalWrite(9, HIGH); // 예열 시작
44 delay(5); // 약간의 대기시간 추가
45 }
46
47 if(digitalRead(12)==LOW)
48 {
49 isPressedBtn = false;
50 }
51 }
52}
53
54| int tempValue를 선언하고 ?줄에서 analogRead(A0) 값을 저장했습니다.
55| ?+2 줄에서 if(tempValue < 981) 대신 if(analogRead(A0) < 981)를 사용할 수도 있었지만, 함수를 호출하는 것 보다 변수에 접근하는 것이 더 연산속도가 빠르기 때문입니다.