빛 산란 방식의 연기감지식 화재경보기 만들기

LED 와 CdS 소자를 이용한 연기감지식 화재경보기를 만들어 보았다. 
시중에 판매하고 있는 광전식 연기감지기와 같은 방식이다. 

탁상용 달력 등에 붙어있는 검은색 하드보드지를 이용하였다. 1cm 폭으로 자른 것은 벽면으로 하고, 크게 자른 것은 윗판과 아래판으로 이용할 예정이다. 
1cm 폭으로 자른 하드보드지는 니퍼 등으로 가공하는것이 편리하다. 

글루건을 이용하여 위의 사진과 같이 벽면을 만들어 주었다. 
공기는 통하게 하면서, 빛이 들어오지 않아야 한다. 

칸막이를 만든 후, 글루건으로 잘 고정해 준다. 칸막이의 크기에 맞게 뚜껑도 만들었다. 

전원은 USB 또는 비슷한 방식의 5V 정전압이 필요하다. 상업용 광전식 연기감지기는 건전지를 절약하기 위해서 LED가 이따금 한번씩 깜빡이는 방식을 쓰지만, 여기서는 회로를 간단히 하기 위해서 LED 를 계속 켜는 방식으로 하였다. 
5V 에서 사용하기 위해서는 120~300옴 정도의 저항을 LED 에 직렬로 연결한다. 

빛의 밝기에 따라서 저항의 크기가 변하는 CdS (황화카드뮴) 소자이다. LDR 이라고 불리기도 한다. 
밝기가 밝아질수록 저항이 낮아지는 특성이 있다.  

LED 와 CdS 를 위의 사진처럼 배치하여 글루건으로 고정해 주었다. 
LED 의 빛은 중간의 칸막이에 가려서 CdS 에 직접적으로 비춰지면 안된다. 평상시에는 CdS 에 빛이 도달하지 않다가, 연기가 유입되어 LED 의 빛이 산란되면 CdS 에도 빛이 가해지게 되어, 낮아진 저항을 회로에서 감지하여 알람이 울리는 방식이다. 

4V 배터리를 이용하여 LED 의 빛이 CdS 에 도달하지 않는 것을 확인한다. 

이번에는 뚜껑을 덮은 후, LED 에 전원을 가하여 CdS 의 저항을 측정한다. 여기서 측정된 저항값은 연기를 감지하지 않았을 때의 저항값이다. 
5V 의 절반인 2.5V 를 기준으로 하여 전압분배방식으로 저항을 감지할 것이므로 CdS 에 연결될 직렬저항은 900k 이하가 되어야 한다. 

일단 보유하고 있는 저항이 300k 가 최대여서 이 저항을 사용해서 전압분배 방식의 회로를 꾸며보았다. 

혹시 뚜껑을 다시 분리해야 할 수도 있으므로 글루건으로 임시고정을 한다. 
이 상태에서 회로를 테스트 해 보니, 상당한 양의 연기가 유입되어야만 감지기가 동작하는 것을 볼 수 있었다. 
따라서 1M 가변저항을 300k 저항에 직렬로 연결하기로 했다. 

가운데 단자가 중단 단자이므로 중간 단자와 저항의 한쪽 단자를 연결했다. 

300k 저항에 1M 가변저항을 직렬로 연결한 후, 가변저항을 돌려서 알람이 멈추는 지점을 찾는다. 

위의 그림은 이 장치의 연결상태를 나타낸 것이다. CdS 에 빛이 닿으면 저항이 낮아지므로 1M+300k 저항에 걸리는 전압이 높아지게 된다. TL431 의 레퍼런스 단자는 2.5V 이상의 전압이 가해지면 통전되어 버저에 전류가 흘러서 알람이 울리게 된다. 

431 레귤레이터는 SMPS 회로에서 주로 발견할 수 있으며, 레퍼런스 단자에 2.5V 이상이 걸리면 통전되는 소자이다. 

휴지를 꼬아서 깜부기불을 만들어 연기를 발생시켰다. 

연기감지기의 한쪽 구멍 근처에 연기를 유입시키면 잠시 후에 알람이 활성화 된다. 

선풍기를 이용하여 연기를 배출하면 산란되는 빛이 사라지므로, 알람이 멈추는 것을 확인할 수 있다. 

다시 연기를 유입시키면 알람이 울린다. 
 

http://youtu.be/WQ6ZDqvNWkA
 
위의 영상에서는 이 장치를 만드는 과정과 테스트 과정이 등장한다. 
LED 를 계속 켜는 방식이어서 건전지로 동작시키기에는 적당하지 않다. 또한, 작은 곤충 등이 들어가면 알람이 울릴 수 있으므로 방충망 조각 등을 이용하여 곤충의 유입을 차단해야 실질적인 경보기 역할을 할 수 있다.
고온다습한 곳에서는 하드보드지의 변형이 일어날 수 있으므로 다른 재질을 사용하는 것이 좋을 것 같다. 
화재감지기의 원리를 알아보고자 할 때 만들어 볼 수 있는 프로젝트이다.