아두이노 구동 자동 제습기 섬프 펌프 - DIY 시스템

부품 및 소모품

아두이노 우노	1개
아다프루트 프로토 쉴드 키트	1개
SPDT 릴레이 120VAC/24VDC @ 1A	1개
MPSA13 트랜지스터 (달링턴 쌍)	2개
터미널 블록 (300V @ 20A, 12-24AWG)	1개
UL 훅업 와이어 22AWG	1개
16 AWG 접지 전원 연장 코드	1개
방수 프로젝트 박스 인클로저	1개
수중 펌프	1개
3/8" 내부 직경 튜브 (100ft)	1개
포켓 납땜 - 60/40 로진 코어 0.031" 직경	1개
로진 페이스트 플럭스	1개

필요한 도구 및 장비

• 납땜 인두
• 와이어 스트리퍼
• 대각 커터
• 금속/플라스틱 줄

프로젝트 소개

아이디어

12월, 미주리 고향집에 가서 가족과 연휴를 보냈습니다. 처가 식구들 크리스마스 선물이 없어 빈손으로 왔는데, 지하실에 내려가 제습기 물을 비우라는 요청을 받았습니다. 일반적으로 제습기에는 정원 호스를 연결해 배수구로 물을 빼는 출구나 주둥이가 있지만, 그들의 모델에는 그런 게 없어 하루에 최소 두 번 지하실 계단을 오르내려야 했습니다. 유레카! 크리스마스 선물로 자동 제습기 섬프 펌프를 만들 수 있겠다고 생각했습니다. 바로 라디오샵으로 달려가 부품을 사서 작업을 시작했습니다!

문제 정의

제습기가 꺼질 만큼 수위가 높아지기 전에 탱크를 비우고, 다시 채워지기를 기다린 후 무한 반복해야 합니다.

해결책

수위가 상한 임계값 이상으로 상승하면 펌프를 켜고, 수위가 하한 임계값 이하로 떨어지면 펌프를 끕니다.

그럼 임계값을 어떻게 설정할까요? 물(증류수가 아닌 경우)은 전기를 전도합니다. 이론적으로 두 쌍의 전선을 서로 다른 길이로 꼬아, 어느 쌍에서 쇼트가 발생하는지 감지하여 물의 존재를 판단할 수 있습니다. 불행히도 물은 형편없는 도체라 전압 손실이 발생하며, 이 손실을 보정하여 쇼트 여부를 측정해야 합니다. 다행히 트랜지스터가 이 역할을 하며, 달링턴 쌍은 이중으로 증폭해 줍니다.

참고: 트랜지스터는 컬렉터(입력), 이미터(출력), 베이스(밸브) 세 부분으로 구성됩니다. 베이스에 전류가 흐르면 컬렉터와 이미터 사이의 저항이 낮아져 전류가 흐르게 됩니다. 베이스에 더 많은 전류가 흐를수록 컬렉터에서 이미터로 흐르는 전류가 늘어나 전류 이득 또는 증폭 계수를 생성합니다. 두 개를 연결하여 한 트랜지스터의 이미터 출력을 다른 트랜지스터의 베이스로 연결하면, 짜잔! 달링턴 쌍이 됩니다.

이제 물의 존재와 깊이를 감지하는 방법이 생겼으니, 펌프를 켜고 끄는 방법이 필요합니다. 펌프는 단순히 벽면 콘센트에 꽂아 돌리는 단순한 장치입니다. 펌프의 플러그를 효과적으로 꽂고 뺄 수 있는 방법이 필요합니다. 릴레이는 로직 레벨 전압/전류로 고전압/대전류를 스위칭할 수 있게 해줍니다. 연장 코드에 릴레이를 직렬로 연결하여 로직 구동 전원 스위치로 사용할 수 있습니다.

마지막으로 로직이 필요합니다. 이건 고민할 필요도 없습니다 - 아두이노 우노. 저렴하고 쉽게 구할 수 있으며, 물 센서를 읽고 릴레이를 트리거하도록 쉽게 프로그래밍할 수 있습니다.

실행

계획이 섰으니 브레드보드로 솔루션을 구현해 봅시다!

먼저 물 감지 회로를 배선했습니다. 물에 들어갈 전선들을 5V0에 연결합니다. 다음으로 트랜지스터를 배선합니다. 컬렉터를 5V0에, 베이스를 물에서 돌아올 전선에, 이미터를 아두이노 2번과 3번 핀에 연결합니다. 마지막으로 상태 LED를 추가합니다. LED 애노드(양극/긴 다리)를 트랜지스터 베이스에 연결하고, 캐소드(음극/짧은 다리)를 100Ω 저항 한 쪽에 연결한 후 저항 다른 쪽을 접지에 연결합니다.

참고: 데이터시트를 확인하여 다리 배선이 올바른지 확인하세요. 처음에 거꾸로 배선해 고생했습니다. ;-)

다음으로 릴레이 회로를 테스트했습니다. "코일"은 스위치 역할을 하며 양방향이므로 한쪽은 접지, 다른 쪽은 8번 핀에 연결합니다. 스위칭할 고전압을 릴레이의 COM(공통) 핀에 연결하고 NO(상시 개방) 핀에서 나오게 합니다.

이제 프로토 보드에 납땜하여 아두이노 쉴드를 만듭니다!

컨트롤러를 완성하려면 프로젝트 박스를 추가해 펌프 컨트롤러를 보호합니다. 금속 줄로 박스를 갈아내 케이블이 들어가게 했습니다. 연장 코드 플러그 쪽에 자연스러운 칼라가 있어 코드가 당겨져도 쉴드가 보호됩니다. 하지만 반대쪽은 취약하므로 지퍼 타이로 고정했습니다.

마무리

마지막 단계는 펌프를 추가하는 것입니다. 물 감지기를 하단 감지기가 펌프 흡입구 위에, 상단 감지기가 제습기 차단 스위치 아래에 오도록 위치시킵니다. 경고: 하단 감지기와 펌프 흡입구 위치 관계는 매우 중요합니다. 펌프가 장시간 공기를 흡입하면 손상됩니다. 마지막으로 호스를 필요한 곳(심지어 위쪽)으로 라우팅합니다!

코드

SimplePumpControl.ino 아두이노

펌프용 아웃렛을 제어하기 위해 아두이노에 적용할 기본 스케치입니다.

/* Zachary J. Fields 작성 및 저작권. MIT 라이선스(MIT)로 오픈 소스 제공. */
const int ENABLE_PIN = 2;
const int FULL_PIN = 3;
const int RELAY_115V_30A_PIN = 8;

void setup() {
  pinMode(ENABLE_PIN, INPUT);
  pinMode(FULL_PIN, INPUT);
  pinMode(RELAY_115V_30A_PIN, OUTPUT);
}

void loop() {
  if (digitalRead(FULL_PIN)) {
    digitalWrite(RELAY_115V_30A_PIN, HIGH);
  } else if (!digitalRead(ENABLE_PIN)) {
    digitalWrite(RELAY_115V_30A_PIN, LOW);
  }
}
/* Zachary J. Fields 작성 및 저작권. MIT 라이선스(MIT)로 오픈 소스 제공. */

회로도

브레드보드 버전 회로도이므로 아다프루트 프로토 쉴드에 납땜하기 전에 프로토타입 제작 및 테스트 가능합니다.