초코볼의 inside Tech

1. 시작

HC-SR501 을 가지고 움직임이 있을 시 반응하는 센서를 가지고 놀아 봤더랬습니다.

* Hardware | HC-SR501 PIR motion sensor

- http://chocoball.tistory.com/entry/Hardware-HCSR501-PIR-motion-sensor

그러던 중, Photoresistor 단자를 발견합니다.

아래는 HC-SR501 회로도 입니다.

제조사의 사이트에 올라와 있는 회로도와 실제 기판을 봐도 이미 R3 (1MΩ) 이 실장되어 있어서,

제대로 된 값의 photoresistor 만 달면 기능하게 되어 있네요.

좀더 찾아 보니, 아예 세트로 파는 업자도 있습니다.

요는 photoresistor 를 이용하여, 항상 모션 탐지를 하는 것이 아니라,

어두워졌을 때에만 작동하도록 하는 것 입니다.

흠흠, 그럼 photoresistor 를 구입해야 겠죠?

2. Photoresistor 가지고 놀기

HC-SR501 에 photoresistor 를 붙여서 구동하기 위해, 우선 photoresistor 를 가지고 놀아봅니다.

* Hardware | Arduino 로 Photoresister 가지고 놀기 - 1

- http://chocoball.tistory.com/entry/Hardware-Arduino-Photoresister-1

이때 구입한 제품이 GL5528.

간단한 동작을 확인 했으니, 본격적으로 HC-SR501 에 붙여 봅니다.

3. HC-SR501 에 납땜하기

Photoresistor 는 RL 이라는 자리에 납땜하면 됩니다.

+/- 전극 구분이 없어서 그냥 두 다리 고정하고 납땜하면 됩니다.

높이 잘 계산해서 올려주고요.

장착되면 위와 같은 모습이 됩니다.

다리를 옆으로 벌려서 흔들리지 않게 하고 납땜합니다.

짜잔 !!!

4. Layout 및 Sketch

구성은 예전 글에서 사용했던 구성과 sketch 와 완벽히 동일합니다.

HC-SR501 PIR sensor | Arduino Nano
----------------------------------
         S          |     D8
         +          |     5V
         -          |     GND
----------------------------------
 
    Piezo busser    | Arduino Nano
----------------------------------
         S          |     D11
         +          |     5V
         -          |     GND
----------------------------------

회로 구성입니다.

Sketch 입니다.

/*******************************************************
 
Uses a PIR sensor to detect movement, sounds a buzzer
 
*******************************************************/
//the time we give the sensor to calibrate (10-60 secs according to the datasheet)
int calibrationTime = 30;
 
int ledPin = 13; // choose the pin for the LED
int inputPin = 8; // choose the input pin (for PIR sensor)
int pirState = LOW; // we start, assuming no motion detected
int val = 0; // variable for reading the pin status
int pinSpeaker = 11; //Set up a speaker on a PWM pin (digital 9, 10, or 11)
 
void setup() {
pinMode(ledPin, OUTPUT); // declare LED as output
pinMode(inputPin, INPUT); // declare sensor as input
pinMode(pinSpeaker, OUTPUT);
 
//give the sensor some time to calibrate
Serial.begin(9600);
Serial.print("Calibrating sensor ");
  for(int i = 0; i < calibrationTime; i++) {
    Serial.print(".");
    delay(1000);
  }
  Serial.println(" Done!");
  Serial.println("SENSOR is ACTIVE now");
  delay(50);
}
 
void loop() {
  val = digitalRead(inputPin); // read input value
  if (val == HIGH) { // check if the input is HIGH
    blinky(); // blink LED when motion haas been detected
    // digitalWrite(ledPin, HIGH); // turn LED ON
    playTone(300, 160);
    delay(150);
     
    if (pirState == LOW) {
    // we have just turned on
      Serial.println("Motion detected!");
      // We only want to print on the output change, not state
      pirState = HIGH;
    }
  } else {
    digitalWrite(ledPin, LOW); // turn LED OFF
    playTone(0, 0);
    delay(300);
 
    if (pirState == HIGH){
    // we have just turned off
      Serial.println("Motion ended!");
      // We only want to print on the output change, not state
      pirState = LOW;
    }
  }
}
 
void playTone(long duration, int freq) {
  // duration in mSecs, frequency in hertz
  duration *= 1000;
  int period = (1.0 / freq) * 1000000;
  long elapsed_time = 0;
 
  while (elapsed_time < duration) {
    digitalWrite(pinSpeaker,HIGH);
    delayMicroseconds(period / 2);
    digitalWrite(pinSpeaker, LOW);
    delayMicroseconds(period / 2);
    elapsed_time += (period);
  }
}
 
void blinky() {
  for(int i=0; i<3; i++) {
    digitalWrite(13, HIGH);
    delay(200);
    digitalWrite(13, LOW);
    delay(200);
  }
}

5. 흠...

손으로 photoresistor 를 가리면 동작은 하는데, 기민하게 동작하지 않았습니다.

원래 회로는 short 된 회로인데,

photoresistor 를 연결하면 광원이 있는 곳에서 close 상태로 만들어 주어 모션 감지를 하지 않게 (disable) 됩니다.

주위가 어두워 지면 photoresistor 의 dark resistance 가 올라가

원래 회로가 가지고 있던 short 상태를 만들어 주는 것인데,

어정쩡하게 저항이 발생하면 제대로 short 된 상태로 넘어가지 못하는 것이었습니다.

뭔가 Photoresistor 가 망가졌나? 생각하고 다른 GL5528 센서로 교환하다, 옆에 있던 캐패시터 옆구리를 지져버렸습니다.

아놔...

다행히 기존에 구입해 놨던 capacitor 가 있어서 교체합니다.

* Hardware | AliExpress 에서 condenser 를 구입해 보자

- http://chocoball.tistory.com/entry/Hardware-AliExpress-condenser-buy

기존의 capacitor 보다는 굵은 소자라 뭔가 신뢰가 가네요.

6. 다른 Photoresistor

Capacitor 를 교환했고, photoresistor 도 교환했음에도 불구하고 여전히 기민하게 동작하지 않습니다.

Photoresistor 를 가리고 한참 기다리고 있어도 운 좋으면 detecting 하고, 그렇지 않으면 아무 반응이 오지 않았습니다.

결국 구입한 photoresistor 의 수치적인 한계라고 확신하고, 다른 photoresistor 를 구입해서 테스트 해보기로 합니다.

처음 구입할때는 보이지 않았던, 5가지 묶음 세트가 있네요.

바로 구입합니다. (아니 왜 저 세트로 처음부터 안파냐고...)

* Photoresistor Kit 5Kindsx10pcs 5506 5516 5528 5537 5539 Light Dependent Resistor LDR Pack Photoresistor Package for Arduino

- https://ko.aliexpress.com/item/Photoresistor-Kit-5Kindsx10pcs-5506-5516-5528-5537-5539-Light-Dependent-Resistor-LDR-Pack-Photoresistor-Package-for/32812625860.html

각 소자 번호에 따라 어떤 값을 보이는지 테스트 해봤습니다.

* Hardware | Arduino 로 Photoresister 가지고 놀기 - 2

- http://chocoball.tistory.com/entry/Hardware-Arduino-Photoresister-2

수치를 그래프화 해본 결과, 처음 구입한 GL5528 (녹색) 은 가장 어둡게 해도

dark resistance 가 조금 높게 나옵니다. (스펙상으로는 1MΩ 이긴 한데...)

확인 결과 새로 구입한 세트에 있는 5539 (하늘색) 이 더 높은 dark resistance 를 보여 줬습니다.

어둡게 하면 거의 short 상태를 만들어 줄 수 있을 것 같습니다.

수치적으로도 5MΩ 정도면 short 상황을 만들 수 있겠네요. 

7. 구동 확인

기존 GL5528을 제거하고 새로 구입한 5539 를 납땜해 주었습니다.

이제 대망의 마지막 확인 입니다.

5539 photoresistor 는 센서의 구불구불이 더 촘촘하네요.

어둡게 하면 의도대로 잘 동작합니다.

Photoresistor 에 샤프심 캡을 씌워, 어두운 상황을 만들어 동작 시키니 예상대로 반응합니다.

FIN

작년 7월에 처음 photoresistor 를 구매하여 실패의 실패를 거듭하여 겨우 확인 했습니다.

HC-SR501 센서는 이제 서랍으로 들어갈 수 있게 되었습니다.

Photoresistor 는 종류와 가용 범위가 많아서 잘 선택하고 사용해야겠습니다.

이제야 마음 편하게 다른 센서들 공부를 할 수 있겠네요.

1. 시작

Photoresistor 를 가지고 놀아 봤더랬습니다. (아래 글)

* Hardware | Arduino 로 Photoresister 가지고 놀기 - 1

- http://chocoball.tistory.com/entry/Hardware-Arduino-Photoresister-1

다만, 위의 사진에서 보이듯 광원을 받는 센서부의 홈 갯수가 적어 보이는 것 같았습니다.

밑의 사진처럼 촘촘하면, 뭔가 더 예민하게 반응할 것 같았습니다.

이미 PIR motion sensor 에도 GL5528 을 가지고 적용해 봤으나 (아래 글),

완벽한 어둠이 있지 않으면 동작하지 않아, 적당한 어둠에도 동작하도록 하기 위해 위와 같이 촘촘한 센서를 찾아보게 됩니다.

* Hardware | HC-SR501 PIR motion sensor

- http://chocoball.tistory.com/entry/Hardware-HCSR501-PIR-motion-sensor

2. 주문

AliExpress 를 뒤져 봅니다.

제가 GL5528을 구입할 때만 해도 다양한 센서를 한묶음으로 파는 경우를 못본것 같은데, 이제는 팔고 있네요.

* Photoresistor Kit 5Kindsx10pcs 5506 5516 5528 5537 5539 Light Dependent Resistor LDR Pack Photoresistor Package for Arduino

- https://ko.aliexpress.com/item/Photoresistor-Kit-5Kindsx10pcs-5506-5516-5528-5537-5539-Light-Dependent-Resistor-LDR-Pack-Photoresistor-Package-for/32812625860.html

미리 이런게 있었더라면...

하면서 바로 주문을 넣습니다.

다양한 센서라 그런지, 다른 부품들보다는 다소 비싼 편 입니다. 한, 500원 정도 ?! :-)

3. 도착

한 2주 걸려서 도착했습니다. 알리에서 주문한 것 치곤 빠른 편 입니다.

스폰지 형태로 잘 포장되어 왔구요.

한뭉텅이로 왔구요.

각 부품이 10개씩 포장되어 들어 있구요.

네 그렇습니다.

이렇게 촘촘한 photoresistor 센서를 얻기 위해, 첫번째 시행착오를 거쳐 두번째 구매를 하게 된 것이죠.

다만, 각 센서의 감도 차이를 알고 싶어졌습니다.

물론 spec. 문서를 보면 나와 있습니다만, 주변의 빛의 세기에 따라 어떤 형태의 값들로 움직이는지 보고 싶었습니다.

또한 예전에 구입한 GL5528 이 다른 센서들과 비교하여,

PIR 센서에 적합한 센서를 찾기 위해 값을 비교해 보기로 합니다.

4. Layout

입력은 5V 이지만, 0~1023 레벨로 결과값을 받을 수 있게, 3.3V 를 AREF pin 에 연결합니다.

저도 이번에 AREF를 사용하면서 AREF 의 용도를 알게 되었습니다.

AREF 에 대해서는 따로 정리해 봤습니다.

* Hardware | Arduino 의 AREF pin 에 대해 알아보자

- http://chocoball.tistory.com/entry/Hardware-Arduino-AREF-pin

아래는 구성도 입니다.

아래는 실제 배선 샷 입니다.

사진에는 마지막에 추가한 GL5528 이 없습니다.

이 테스트를 하기 전에 사진을 찍은 후, 자고 일어났더니 예전 GL5528 이 생각이 나, 추가하여 결과값을 추출하였습니다.

저항은 10k ohm 입니다.

이는 아래 사양서에서 볼 수 있듯이, 일반적인 낮의 100 lux 에서 대략 10k ohm 의 값을 가지기 때문입니다.

5. Sketch

원리는 다음과 같습니다.

V = IR

* case 1 : 10KΩ

  - 10KΩ + 10KΩ = 20KΩ

  - I = 5V / 20KΩ = 0.25mA

  - 0.25mA * 10KΩ = 2.5V

  - 5V - 2.5V = 2.5V --> analog input

* case 2 : 30KΩ

  - 30KΩ + 10KΩ = 40KΩ

  - I = 5V / 40KΩ = 0.125mA

  - 0.125mA * 30KΩ = 3.75V

  - 5V - 3.75V = 1.25V --> analog input

* case 3 : 100KΩ

  - 100KΩ + 10KΩ = 110KΩ

  - I = 5V / 110KΩ = 0.045mA

  - 0.045mA * 100KΩ = 4.54V

  - 5V - 4.54V = 0.54V --> analog input

less light --> more resistance --> less analog input

more light --> less resistance --> more analog input

결론은,

많은 광량일 경우는 높은 치수를, 즉 낮은 저항 수치를 가지고,

적은 광량일 경우는 낮은 치수를, 즉 높은 저항 수치를 가지고 서로의 성능을 비교하는 과정입니다.

지금까지의 과정과 아래 소스는 다음 blog 를 참조하였습니다.

* Photo resistors, in depth

- https://piandmore.wordpress.com/2016/10/14/photo-resistors-in-depth/

예전에 구입한 GL5528 를 A5 에 추가 연결하였으므로, 소스에서도 입력과 출력에 대해 A5 를 추가하였습니다.

////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//
//                               PI and more
//                      Photo resistors in depth
//
// https://piandmore.wordpress.com/2016/10/14/photo-resistors-in-depth/
//
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//
// The number of steps after which the header is repeated
//
#define STEPCOUNT 10
//
// The current step count
//
byte step = STEPCOUNT;

void setup() {
  //
  // Setup serial
  //
  Serial.begin(115200);
  Serial.println("Ready");
  //
  // Set the reference for measuring the analog signals
  // For some reason I got incorrect readings without connecting
  // the 3.3v (on my Arduino Nano) to AREF and setting this
  // reference
  analogReference(EXTERNAL);
  //
  // Setup all analog inputs. We are using 5 which is the maximum
  // for the Nano on which I tested.
  //
  pinMode(A0,INPUT);
  pinMode(A1,INPUT);
  pinMode(A2,INPUT);
  pinMode(A3,INPUT);
  pinMode(A4,INPUT);
  pinMode(A5,INPUT);
}

void loop() {
  //
  // Increase our counter
  //
  step++;
  //
  // If we are over our STEPCOUNT then we repeat the header
  //
  if (step>STEPCOUNT) {
    //
    // The reference to the different photo resistors
    // GL5506, GL5516, GL5528, GL5537 and GL 5539
    //
    Serial.println("* 5506  5516  5528  5537  5539  GL5528");
    step = 0;
  }
  //
  // Print all analog values to serial
  //
  Serial.print("  ");
  Serial.print(analogRead(A0));
  Serial.print("   ");
  Serial.print(analogRead(A1));
  Serial.print("   ");
  Serial.print(analogRead(A2));
  Serial.print("   ");
  Serial.print(analogRead(A3));
  Serial.print("   ");
  Serial.print(analogRead(A4));
  Serial.print("   ");
  Serial.print(analogRead(A5));
  Serial.println();
  delay(250);
}

위의 sketch 를 실행시키면 다음과 같이 "Serial Monitor" 를 통해서 값을 확인할 수 있습니다.

6. 결과

제조사의 사양서는 찾을 수 없었지만, 5506 부터 나와있는 사양 테이블은 아래와 같습니다.

그래프를 보면 결과값과 비슷하게 나온것 같습니다.

강한 불빛인 휴대폰 플레쉬부터, 거실 불 하나만의 광량, 손으로 그늘을 만들고,

마지막에 손으로 가리는 순간들의 값을 EXCEL 정리해 봤습니다.

* EXCEL

- photoresistor_record_20180225.xlsx

숫자로만 보면 들쑥날쑥 하여 알아보기 힘듭니다.

아래의 그래프로 그려봤습니다.

EXCEL 숫자만 보면, 과연 순서대로 나열해서 했나 싶을 정도로 들쑥날쑥 합니다만,

그래프로 그리면 확실히 그 경향을 알 수 있습니다.

FIN

예전에 구입한 GL5528 (녹색) 은, 이번에 구입한 5528 (회색) 과 확연한 값의 차이를 나타냅니다.

오히려 5537 (노랑) 과 더 비슷해 보이는군요.

위의 결과를 가지고 생각해 보면, photoresistor 를 직접 사용하기 전에는 측정을 통하여 사용처에 맞는 센서를 골라야 하겠군요.