알코올 센서(MQ-3) 핀아웃 & 아두이노 연동 완벽 가이드

음주 운전은 거의 모든 국가에서 중범죄로 다스립니다. 따라서 경찰의 혈중 알코올 농도 측정은 필수적인 과정입니다. 이 글에서는 알코올 센서를 이용해 알코올 농도를 측정하고, 일반적인 마이크로컨트롤러(아두이노)를 활용해 측정 장치를 제작하는 방법을 상세히 설명합니다.

알코올 센서란 무엇인가?

그림 1: 호흡 분석기와 잔에 담긴 알코올

알코올 센서는 에탄올 기체 농도를 감지해 아날로그 출력 신호로 변환하는 전자 소자입니다. MQ-3 센서는 MQ 시리즈 중 가장 대중적인 알코올 센서로, 금속 산화물 반도체(MOS) 타입입니다. 5V DC로 구동되며 25~500ppm 범위의 알코올 농도를 감지합니다.

그림 2: 휴대용 호흡 알코올 테스터

MQ-3 센서 모듈의 핀아웃 설명입니다.

※ A핀과 B핀은 서로 교환 가능합니다.

그림 3: 휴대용 호흡 알코올 테스터

그림 4: 디지털 알코올 테스터

알코올이 없는 청정 공기 상태에서 SnO₂ 반도체 층이 고온으로 가열되면 산소 흡착이 일어납니다. 산소 분자가 SnO₂의 전자들을 끌어당겨 표면 아래에 전자 고갈층을 형성하고, 이로 인해 높은 저항 상태가 되어 전류 흐름을 차단합니다.

반면 사람의 호흡에 알코올이 포함되면 흡착된 산소의 표면 밀도가 낮아져 전위 장벽이 감소합니다. 전자들이 이산화주석으로 유입되면서 센서를 통해 전류가 흐르게 됩니다.

※ 농도 단위인 ppm(parts-per-million)은 기체 100만 분자 중 대상 기체 분자 수를 의미합니다. 예: 500ppm = 100만 개 기체 분자 중 알코올 500개.

그림 5: 주머니형 알코올 테스터

주용도는 음주 운전 단속용 알코올 검지기 제작입니다. 그 외에 배경 가스 감지 장치, 산업용/가정용 에탄올 가스 경보기에도 활용됩니다.

그림 6: 케이싱이 있는 호흡 분석기

센서의 아날로그 출력(AO)을 이용해 알코올 농도를 측정하는 단계입니다.

센서의 VCC를 아두이노 5V에, GND를 GND에 연결합니다. 모듈의 AO 출력을 아두이노 아날로그 핀 0(A0)에 연결합니다.

측정 정확도를 높이기 위한 과정입니다. 센서 값을 백분율과 알코올 농도로 매핑합니다. 센서에 숨을 불어넣기 전/후 또는 이소프로필 알코올/손소독제 증기를 이용해 테스트합니다. MQ-3은 발열 구동 방식이므로 예열(약 20초)이 필요합니다. 아래 코드로 예열하세요.

그림 7: 캘리브레이션 코드

출처: lastminuteengineers.com

다음 범위로 알코올 농도를 판정하는 프로그램입니다.

그림 8: 호흡 분석기 코드

출처: lastminuteengineers.com

※ 캘리브레이션 값에 따라 코드 수정이 필요할 수 있습니다.

디지털 출력(DO)을 이용해 에탄올 존재 여부만 판별하는 실험입니다.

배선: VCC를 5V에, 디지털 출력을 아두이노 디지털 핀에 연결. 아날로그 출력은 사용하지 않음. 양쪽 모두 그라운드 공통 연결.
캘리브레이션: 모듈 내장 포텐셔미터로 임계값 설정. 알코올 증기를 불어넣으며 포트를 시계 방향으로 돌려 상태 LED가 켜지게(High) 한 뒤, 반시계 방향으로 돌려 끄는(OFF) 지점을 찾습니다.
아두이노 코드: 아래 코드를 업로드하세요.