아두이노 레시피 : 조도센서(CDS) 사용하기 - 기초편

# Recipe 2. CDS 셀 (기초 편)

CDS셀을 이용한 DIY 태양추적기(SolarTracker) by Giannis Arvanitakis hackster.io

안녕하세요~ 아두이노 셰프입니다. 아두이노 스타터키트들을 보면 항상 빠지지 않고 등장하는 몇몇의 센서들이 있는데요. 오늘은 그중 빛의 양을 감지하는 센서인 CDS 셀을 사용하는 방법에 대해서 알아보겠습니다. 이 CDS셀은 여러 전자제품에서 밤낮을 감지하는 용도로 사용되고, 솔라트랙커를 만들 때도 사용할 수 있습니다. 여러 프로젝트에서 활용도가 좋은 이 센서, 그럼 한 번 사용해 볼까요?

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오늘의 재료 Ingredients

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<메인 재료>

CDS 셀

<그 외 재료>

아두이노 우노

수-수 점퍼케이블(5개)

브레드 보드

1kΩ 저항(1개)

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메이킹 방법 Steps

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Step 1. 선 연결하기 Wiring

a. 먼저 CDS셀을 빵판에 연결해 주세요.(극성이 없으니 아무렇게 꽂아도 돼요)

b. CDS셀 한쪽은 +에 다른 한쪽은 아두이노 A0번 핀에 연결해 주세요.

c. CDS셀의 아두이노 A0번핀 연결된 극에, 1KΩ 저항을 연결해 주세요.

d. 연결한 저항은 -에 연결해 주면 됩니다.

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(헷갈리신다고요? 그림 그대로 연결하시면 돼요ㅋ)

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Step 2. 아두이노 코드 Code review

여러분의 요리가 훨씬 간편해질 수 있도록, 숙성이 필요한 코드는 언제나 제가 준비할게요ㅎㅎ

#define cds A0
//앞으로 A0핀을 ‘cds’이라 부르겠습니다. 선언합니다.

void setup() { //여기 안에 있는 코드는 딱 한번만 실행됩니다.

Serial.begin(9600);
//9600의 속도로 시리얼 통신을 시작합니다.
pinMode(cds,INPUT);
//아두이노의 A0핀을 INPUT 모드로 설정합니다.
//이제 A0핀에서 전기신호를 읽을 수 있습니다.

}

void loop() { //위의 Setup() 실행 이후, 여기 안에 있는 코드는 무한히 반복실행됩니다. 

int data = analogRead(cds); 
//여기 loop안에서만, ‘cds’에서 읽히는 정보를 ‘data’라 부르겠습니다.
Serial.println(data); 
//시리얼 모니터에 ‘data’의 값을 출력합니다.
delay(500); 
//0.5초 동안 아무것도 하지 않고 기다립니다. (1000 = 1초)    
}

 

Step 3. 동작시키기 Working

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● 코드를 아두이노 우노에 업로드해 주세요.(업로드 완료 후에도 USB선은 뽑지 않고 유지합니다.)

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● 시리얼 모니터를 열어주세요.(값이 표시될 거예요.)

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● 손으로 센서 위를 가려보기도 하고, 위에 빛을 비춰보면서 값이 어떻게 바뀌는지 확인해 보세요.

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Step 4. 아두이노 코드 Code review

읽기만 하기는 뭔가 아쉬우니, 코드만 살짝 바꿔서 조도센서로 LED를 조절해 볼게요!

#define cds A0
//앞으로 A0핀을 ‘cds’이라 부르겠습니다. 선언합니다.

void setup(){  //여기 안에 있는 코드는 딱 한번만 실행됩니다.
Serial.begin(9600); //9600의 속도로 시리얼 통신을 시작합니다.
pinMode(cds, INPUT); //아두이노의 A0핀을 INPUT 모드로 설정합니다. 이제 값을 읽을 수 있어요.
pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT); //내장된 LED를 OUTPUT 모드로 설정합니다. 이제 켜고 끌수 있어요. 
}

void loop(){ //위의 Setup() 실행 이후, 여기 안에 있는 코드는 무한히 반복실행됩니다. 
int data = analogRead(cds); //여기 loop안에서만, ‘cds’에서 읽히는 정보를 ‘data’라 부르겠습니다.
Serial.println(data); //시리얼 모니터에 ‘data’의 값을 출력합니다. 
delay(500); //0.5초 동안 아무것도 하지 않고 기다립니다. (1000 = 1초)    

if(data > 500){ //만약 센서의 값이 500보다 크면
digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);} //내장된 LED를 켜고
else{ //그게 아니라면
digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW);} //내장된 LED를 끕니다.
}

 

Step 5. 동작시키기 Working

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● 코드를 업로드해 주세요.

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● 전처럼 손으로 센서를 가려보고, 또 빛을 비춰보세요.

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● 변화에 따라 아두이노의 LED가 어떻게 변하는지 확인해 보세요.

(아두이노의 LED는 ‘아두이노 로고’ 왼쪽에 있는 L 표시예요! )

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오늘의 레시피는 여기까지입니다~ 더 깊은 맛을 원하시는 분은 아래 과학시즈닝을 참고해 주세요!

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“과학으로 양념하기” Seasoning

센서에 대한 과학적 원리와 세부내용으로 레시피에 더 깊은 맛을 넣어봅시다.

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센서에 대하여

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과학원리

CDS셀은 조도센서의 일종으로 빛의 양을 감지할 수 있는 센서입니다.

이 이름은 어떤 약자가 아닌

CD(카드뮴) S(황)이라는 황화카드뮴 그 자체를 의미합니다.

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이 황화카드뮴은 빛을 받는 양에 따라서 전기저항도가 달라져요.

빛을 많이 받으면 전기저항도가 낮아져서 전기가 잘 통하게 되고,

빛을 적게 받으면 전기저항도가 높아져서 전기가 잘 안 통하게 됩니다.

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이 특성 때문에 조도센서, 광센서로 많이 사용되고 있어요.

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동작원리

저항(Registor)은 전류의 흐름을 방해하는 소자인데

그 값에 따라서 방해하는 정도가 달라집니다.

설명했다시피, CDS셀은 빛의 양에 따라서 저항값이 변하게 되는데

즉, 이 CDS셀을 통과하는 전류의 양이 달라집니다.

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아두이노가 100%의 전류를 보내면

CDS셀을 거쳐서 나머지 돌아오는 전류의 양을 A0번 핀에서 측정하게 되는 거죠.

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이렇게 빛의 양에 따라 달라지는 전류를 측정해서

조도값을 표시할 수 있어요.

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CDS셀에 1kΩ 저항을 연결한 이유는

A0핀에서 값을 읽을 때 생기는 ‘노이즈’를 방지하기 위해선데요,

풀업저항, 풀다운저항을 이해해야 합니다.

이 이야기는 다음에 해볼게요~

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코드의 동작 알고리즘

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알고리즘은 쉬운 말로 ‘진행절차’라고 할 수 있습니다.

코드가 어떻게 동작되는지 알아볼까요?

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오늘 코드의 진행절차는 간단합니다.

"읽는다." → "출력한다."→

"값이 500이 넘으면 LED를 켜고" → "아니면 끈다."

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이번 코드에서는 아날로그값을 읽기 위해서 analogRead라는 함수를 사용했어요.

아날로그를 간단히 설명하자면

1과 0(전기가 통한다, 통하지 않는다.) 밖에 없는

디지털과 달리, 전기의 세기를 나타내기 위해서

디지털을 1024개로 나눈 값이에요.

때문에 아날로그 값은 0~1023까지의 범위를 가진답니다.

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if조건문을 이용해서

“A0번 핀에서 읽은 값이 500 이상이면 LED를 켜고”,

else문을 이용해서

“아니라면 LED를 꺼라”라는 명령문을 만들었어요.

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digitalWrite를 보면

원래라면 핀번호가 있어야 할 자리에

‘LED_BUILTIN’이라는 녀석이 있는데요,

아두이노에 있는 '내장형 LED'입니다.

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코드에서 지정해 주려면 LED_BUILTIN이라는 이름으로 사용해야 돼요.

재밌는 점은 D13번 핀 하고 연동이 되어있어서

LED_BUILTIN 대신 13으로 써도 된답니다ㅎㅎ

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센서요약 카드

이름 : CDS 셀
설명 : 빛의 양을 측정하는 센서이다. 빛이 많으면 저항값이 작아지고, 빛이 적으면 저항값이 커진다.
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센서의 구성 : (극성 없는) 두 극[핀]으로 구성되어 있다.