[아두이노][센서] 스마트 조명 제어! KY-018 조도 센서로 조도 측정하기

이 프로젝트는 아두이노와 KY-018 조도 센서를 활용하여 초보자도 쉽게 따라 할 수 있도록 구성되었습니다. 단계별 설명을 통해 하드웨어 연결부터 소프트웨어 코딩, 동작 확인까지 모든 과정을 다룹니다. 이제 아두이노 세계로 한 걸음 나아가 보세요!

 

목차

 

 

 

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스마트 조명 제어! KY-018 조도 센서로 조도 측정하기

KY-018 조도 센서는 주변 조도의 밝기를 측정하여 다양한 스마트 환경 프로젝트에 활용할 수 있는 모듈입니다. 이 센서는 빛의 강도에 따라 저항값이 변화하는 포토레지스터를 사용하여 아날로그 데이터를 생성하고, 아두이노와 결합하여 데이터를 처리하고 출력할 수 있습니다. 이번 프로젝트를 통해 조도 데이터를 측정하고 LCD 쉴드에 실시간으로 표시하는 과정을 배울 수 있습니다.

 

주요 학습 포인트는 다음과 같습니다:

1. KY-018 조도 센서의 동작 원리 이해.
2. 센서 데이터 처리 및 LCD를 활용한 데이터 시각화.
3. 문제 해결 능력 및 프로젝트 확장 가능성 탐구.

KY-018 센서는 간단한 구조와 사용법 덕분에 초보자와 전문가 모두에게 적합합니다. 확장 가능성으로는 스마트 조명 시스템, 자동화 블라인드, 환경 모니터링 시스템 등을 개발할 수 있습니다. 이 프로젝트는 기본적인 전자기기 학습을 넘어, 실제 응용 가능한 기술을 익히는 데 좋은 기회를 제공합니다.

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1. KY-018 조도 센서란?

 

KY-018 조도 센서는 광의 세기(밝기)를 측정하는 포토레지스터를 기반으로 설계된 모듈입니다. 이 모듈은 빛의 강도에 따라 저항값이 변하는 **LDR(Light Dependent Resistor)**를 포함하고 있으며, 빛이 강할수록 저항이 감소하고, 어두울수록 저항이 증가하는 특성을 활용합니다.

주요 특징:

1. 구성 요소:
   • 포토레지스터(LDR): 빛의 강도에 따라 저항이 변함.
   • 전압 분배 회로: 저항 변화에 따른 전압을 출력하여 아날로그 신호를 생성.
2. 출력: 아날로그 신호(0~1023), 밝기에 비례하여 값이 변화.
3. 전압 분배 원리: 고정 저항과 포토레지스터를 사용한 전압 분배 회로로 밝기 수준을 전압으로 변환.

이 모듈은 아날로그 핀을 통해 주변 조도의 변화를 감지할 수 있습니다. 예를 들어, 주변 조명이 강할 때 낮은 값이 출력되고, 어두운 환경에서는 높은 값이 출력됩니다. 간단히 연결하고 다양한 환경에서 테스트할 수 있어 초보자와 전문가 모두에게 적합합니다.

 

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2.  KY-018 조도 센서 동작 원리

KY-018 모듈은 포토레지스터의 저항 변화에 따른 전압 변화를 이용하여 빛의 강도를 측정합니다. 포토레지스터와 고정 저항기를 직렬로 연결한 전압 분배 회로를 통해 출력 전압이 변하며, 이 전압은 아두이노의 아날로그 핀으로 입력됩니다.

 

동작 원리:

1. 전압 분배 회로:
   • 포토레지스터와 고정 저항기가 직렬로 연결되어 있습니다.
   • 빛의 강도에 따라 포토레지스터의 저항이 변하고, 이에 따라 출력 전압도 변합니다.
   • 이 출력 전압은 아두이노의 아날로그 핀에 전달됩니다.
2. 측정 원리:
   • 아두이노는 analogRead() 함수를 통해 0에서 1023 사이의 값을 읽습니다.
   • 낮은 값은 높은 조도(밝은 환경)를, 높은 값은 낮은 조도(어두운 환경)를 나타냅니다.
3. 전력 및 연결 핀:
   • VCC(+): 모듈 전원 입력(3.3V ~ 5V).
   • GND(-): 모듈 접지.
   • Signal(S): 아날로그 출력 신호.

예시: 밝은 환경에서는 약 0에서 300 사이의 값을 출력하며, 어두운 환경에서는 700에서 1023 사이의 값을 출력합니다. 이를 통해 실내 조명, 스마트 조도 제어 시스템 등 다양한 프로젝트에 활용할 수 있습니다.

특히, 아날로그 출력의 전압 값을 저항 값으로 변환하면 주변 조도의 정확한 수준을 계산할 수도 있습니다. 이를 위해 포토레지스터의 저항값과 전압 분배 회로의 특성을 고려한 계산이 필요합니다.

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3. KY-018 조도 센서 구입하기

KY-018 조도 센서는 다양한 온라인 마켓에서 쉽게 구입할 수 있습니다. 아래는 네이버 쇼핑과 알리익스프레스의 가격을 참고한 정보입니다:

 

1. 네이버 쇼핑: 약 1,000원 ~ 2,000원
   • 국내 배송: 2~3일 소요
   • 장점: 빠른 배송, 한글 설명서 포함 가능.
2. 알리익스프레스: 약 0.5달러 ~ 1달러
   • 해외 배송: 10~20일 소요
   • 장점: 저렴한 가격, 대량 구매 가능.

구매 시 핀 호환성과 정상 작동 여부를 확인하세요.

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4. KY-018 조도 센서 하드웨어 연결하기

이 프로젝트에서는 아두이노, 16x2 LCD 쉴드, 그리고 KY-018 조도 센서를 연결하여 주변 조도를 측정하고, 이를 LCD 화면에 출력하는 시스템을 구성합니다. 아래는 연결 과정과 이유에 대한 자세한 설명입니다.

 

 

KY-018 조도 센서를 아두이노와 LCD 쉴드에 연결하려면, 먼저 KY-018 센서의 S 핀을 LCD 쉴드의 A1 핀에 연결합니다. 이 연결을 통해 조도 센서의 아날로그 신호가 아두이노로 전달되어 읽을 수 있습니다. 센서에 전원을 공급하기 위해 KY-018의 VCC 핀(+)은 LCD 쉴드의 5V 핀에 연결하고, KY-018의 GND 핀(-)은 LCD 쉴드의 GND 핀에 연결합니다. LCD 쉴드는 아두이노에 직접 장착되며, 이로써 센서와 아두이노 간의 데이터 전송이 원활하게 이루어집니다. 센서에서 감지한 빛의 강도는 아날로그 신호로 출력되며, 아두이노가 이를 처리하여 LCD 화면에 표시합니다. 안정적인 전원 공급과 신호 전달을 위해 모든 핀 연결이 정확히 이루어져야 합니다. 이러한 연결 방식은 센서 데이터를 실시간으로 측정하고 시각적으로 확인할 수 있는 직관적인 프로젝트를 제공합니다. 모든 연결 후, LCD 화면을 통해 주변 조도의 변화를 쉽게 관찰할 수 있습니다.

 

 

하드웨어 구성 및 연결 방법

1. KY-018 조도 센서와 LCD 쉴드 연결:
   • LCD 쉴드의 A1 핀 → KY-018 센서의 S 핀
     LCD 쉴드의 A1 핀은 KY-018 센서의 신호(Signal) 핀에 연결됩니다. 이를 통해 센서에서 측정한 조도 데이터를 아날로그 신호로 아두이노에 전달할 수 있습니다.
   • LCD 쉴드의 5V 핀 → KY-018 센서의 VCC 핀(+ 핀)
     센서에 안정적인 전압을 공급하기 위해 LCD 쉴드의 5V 핀과 연결합니다.
   • LCD 쉴드의 GND 핀 → KY-018 센서의 GND 핀(- 핀)
     센서와 아두이노가 동일한 기준 전압(접지)을 공유하도록 합니다.
2. LCD 쉴드의 아두이노 결합:
   • LCD 쉴드는 아두이노 위에 직접 연결되며, 핀 번호는 LCD와 센서 간의 통신 및 데이터 전송에 맞게 설정됩니다.

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연결 이유 및 작동 원리

1. 신호(S 핀) 연결:
   • KY-018 센서의 S 핀에서 출력되는 아날로그 신호는 주변 조도의 세기에 따라 값이 달라집니다. 이 신호는 LCD 쉴드의 A1 핀으로 전달되어 아두이노에서 데이터를 읽을 수 있게 합니다.
2. 전압(VCC) 및 접지(GND) 연결:
   • KY-018 조도 센서의 정상적인 동작을 위해 전압(5V)과 접지(GND)가 필요합니다. LCD 쉴드의 해당 핀들을 이용해 안정적인 전원을 공급합니다.

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회로 다이어그램 요약

• LCD 쉴드 A1 핀 → KY-018 S 핀
• LCD 쉴드 5V 핀 → KY-018 VCC 핀
• LCD 쉴드 GND 핀 → KY-018 GND 핀

이 구성을 통해 KY-018 조도 센서의 출력 데이터를 아두이노가 읽어 LCD 화면에 실시간으로 출력할 수 있습니다. 이를 통해 환경 조도를 시각적으로 확인할 수 있습니다.

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5. KY-018 조도 센서 소프트웨어 코딩하기

 

센서를 제어하기 위한 소프트웨어 준비 과정은 다음과 같은 단계로 이루어집니다. 아두이노, LCD 쉴드(16x2), KY-018 조도 센서를 제어하는 코드는 센서 데이터를 측정하고 이를 실시간으로 LCD에 출력하도록 설계되었습니다. 다음은 코드가 구성되고 동작하는 순서를 단계별로 설명한 내용입니다.

 

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1. 아두이노

01 연결

- 아두이노와 PC 연결

- 아두이노 IDE 실행

- 메뉴 → 툴 → 보드:아두이노 UNO 확인

- 메뉴 → 스케치 → 확인/컴파일

 

02 컴파일 확인

스케치>확인/컴파일(CTRL+R) 를 선택해서 컴파일을 진행합니다.

 

03 아두이노 우노 업로드

컴파일이 이상없이 완료되면 스케치>업로드(CTRL+U) 를 선택해서 컴파일 파일을 업로드 합니다.

 

04 동작 확인

센서의 동작을 확인할 수 있습니다.

 

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2. 코드 설명

아두이노에 KY-018 센서를 연결하고 데이터를 처리하여 LCD에 표시하는 과정은 단계별로 체계적으로 구성됩니다. 초기화, 데이터 측정, 결과 출력이라는 명확한 구조를 통해 초보자도 쉽게 이해할 수 있도록 설계된 코드입니다.

#include <LiquidCrystal.h>

// LCD 핀 설정 (RS, E, D4, D5, D6, D7 순서)
LiquidCrystal lcd(8, 9, 4, 5, 6, 7);

// 센서 핀 설정
const int sensorPin = A1;  // KY-018 센서가 연결된 아날로그 핀
int lightIntensity;        // 조도 값 저장 변수

// 초기 설정 함수
void setup() {
  lcd.begin(16, 2);         // LCD 화면 크기 초기화 (16x2)
  lcd.print("Initializing"); // 초기 메시지 출력
  delay(1000);              // 메시지 확인 시간 대기
  lcd.clear();              // 화면 초기화
}

// 조도 값을 읽고 LCD에 표시하는 함수
void displayLightIntensity() {
  lightIntensity = analogRead(sensorPin);  // 센서로부터 조도 값 읽기
  
  lcd.clear();  // LCD 화면 초기화

  // 첫 번째 줄: 제목 출력
  lcd.setCursor(0, 0);
  lcd.print("CDS Sensor");

  // 두 번째 줄: 조도 값 출력
  lcd.setCursor(0, 1);
  lcd.print("Light: ");
  lcd.print(lightIntensity);  // 읽은 조도 값 출력
}

// 메인 루프 함수
void loop() {
  displayLightIntensity(); // 조도 값 측정 및 출력 함수 호출
  delay(500);              // 500ms 대기 후 반복
}

 

 

1. 초기화 단계 (setup 함수)

1. LCD 초기화
   • lcd.begin(16, 2)을 호출하여 LCD 화면 크기를 설정합니다(16x2).
   • LCD에 "Initializing"이라는 메시지를 표시하여 초기화 상태를 사용자에게 알려줍니다.
   • 1초 대기(delay(1000)) 후, lcd.clear()를 사용해 화면을 초기화합니다.
2. 센서 핀 설정
   • KY-018 조도 센서의 S 핀이 연결된 아두이노 A1 핀을 읽기 전용 입력으로 사용합니다.

동작 순서:

• LCD가 정상적으로 작동하는지 확인.
• 초기화 완료 후 화면을 비워 측정 준비.

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2. 조도 데이터 측정 단계 (displayLightIntensity 함수)

1. 센서 값 읽기
   • KY-018 센서의 아날로그 신호를 analogRead(sensorPin)로 읽어들입니다.
   • 읽은 값은 0~1023 사이의 숫자로 변환되며, 이는 주변 조도의 세기를 나타냅니다.
2. LCD 출력 준비
   • lcd.clear()를 사용해 화면을 초기화하여 새로운 데이터를 출력할 준비를 합니다.
3. LCD 데이터 표시
   • LCD 첫 번째 줄에 "CDS Sensor"라는 제목을 출력합니다.
   • LCD 두 번째 줄에는 "Light: "와 함께 읽은 조도 값을 출력합니다.

동작 순서:

• 센서 값을 읽어 변수에 저장.
• 저장된 값을 LCD 화면에 출력하여 실시간 조도 상태를 표시.

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3. 반복 측정 단계 (loop 함수)

1. 센서 데이터 갱신
   • displayLightIntensity()를 호출하여 실시간으로 조도 값을 측정하고 화면에 표시합니다.
2. 대기 시간
   • delay(500)을 사용해 0.5초 간격으로 반복 측정을 진행합니다.
   • 대기 시간은 너무 짧거나 길지 않게 설정하여 데이터 갱신이 부드럽게 이루어지도록 합니다.

동작 순서:

• 반복적으로 조도 값 측정.
• 측정된 데이터를 LCD 화면에 표시.

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코드 동작 요약 (구체적 흐름)

1. 초기화:
   • LCD 화면 설정, 초기 메시지 출력, 센서 핀 초기화.
2. 조도 측정 및 출력:
   • KY-018 센서로부터 조도 값을 읽어 LCD에 출력.
3. 반복 갱신:
   • 0.5초마다 데이터를 갱신하여 실시간 측정 수행.

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코드 실행 결과

1. LCD 출력 예시:
   • 첫 번째 줄: CDS Sensor
   • 두 번째 줄: Light: 512 (실시간 조도 값)
2. 주변 환경에 따른 조도 값 변화:
   • 밝은 환경: 값이 작아짐 (0~300).
   • 어두운 환경: 값이 커짐 (700~1023).

이 코드 구조는 단순하고 모듈화되어 있어 유지보수와 확장이 용이하며, 조도 상태를 직관적으로 표시합니다. 초보자도 동작 원리를 쉽게 이해할 수 있도록 설계되었습니다.

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6. KY-018 조도 센서 동작 확인

KY-018 조도 센서를 제대로 동작시키고 결과를 확인하기 위해 아래 단계를 따라 진행할 수 있습니다. 이 과정에서는 센서와 LCD가 올바르게 작동하며 조도 값을 정확히 측정하고 출력하는지 검증합니다.

 

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1. 준비 작업

• 필요 장비: 아두이노, KY-018 조도 센서, 16x2 LCD 쉴드, USB 케이블, 점퍼 케이블.
• 하드웨어 연결 확인:
  • KY-018의 S 핀이 LCD 쉴드의 A1 핀에 연결되었는지 확인합니다.
  • VCC 및 GND 핀도 올바르게 연결되었는지 점검합니다.
• 소프트웨어 설정:
  • 아두이노 IDE에서 코드를 업로드한 후, 시리얼 모니터와 LCD 출력 상태를 동시에 확인합니다.

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2. 조도 변화에 따른 값 확인

• 테스트 방법:
  • 센서를 밝은 조명 아래에 놓으면 조도 값이 낮아지고, 센서를 손으로 가리건마 어두운 곳에 두면 값이 높아집니다.
• LCD 출력:
  • LCD 첫 번째 줄에는 "CDS Sensor"라는 텍스트가 표시되고, 두 번째 줄에는 "Light: [값]" 형태로 실시간 조도 값이 표시됩니다.

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3. 문제 해결 팁

• 센서 값이 고정된 경우:
  • 하드웨어 연결 상태를 점검하고, 특히 S 핀이 제대로 연결되었는지 확인하세요.
• LCD 출력 오류:
  • LCD 쉴드가 아두이노에 올바르게 장착되었는지와 핀이 정확히 연결되었는지 확인합니다.
• 값이 비정상적으로 낮거나 높은 경우:
  • 전압 공급(5V)이 정상적인지 확인하고, 센서 주변의 빛 환경을 점검합니다.

동작 확인을 통해 KY-018 센서와 LCD가 기대한 대로 작동하는지 검증할 수 있습니다. 이를 기반으로 데이터를 활용한 프로젝트로 확장할 수 있습니다.

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7. 마무리

KY-018 조도 센서를 사용한 프로젝트는 아두이노 초보자들에게 센서 데이터 처리와 시각화에 대한 기초를 제공하는 좋은 학습 경험입니다. 이 프로젝트의 주요 학습 포인트와 확장 가능성은 다음과 같습니다.

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1. 주요 학습 포인트

• 센서 데이터 읽기:
  • KY-018 센서를 통해 주변 조도를 측정하는 과정을 배웁니다.
  • 아날로그 데이터를 디지털 장치로 읽어들이는 기본 원리를 이해합니다.
• 데이터 시각화:
  • 측정된 데이터를 LCD 화면에 출력하여 실시간으로 확인할 수 있습니다.
  • 데이터 시각화 기술을 간단히 적용할 수 있는 방법을 학습합니다.

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2. 문제를 해결하는 과정:

• 하드웨어 연결 오류, 코드 오류 등을 해결하면서 기본적인 문제 해결 능력을 기릅니다.
• 아두이노와 센서를 통합하는 방법을 체계적으로 배우게 됩니다.

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3. 확장 가능한 프로젝트 아이디어

• 자동 조명 제어:
  • 조도 값을 기준으로 LED의 밝기를 자동으로 조정하는 시스템 개발.
• 스마트 블라인드:
  • 조도 값에 따라 블라인드가 자동으로 열리고 닫히는 스마트 시스템 구현.
• 환경 모니터링:
  • KY-018 센서를 다른 센서와 결합하여 온도, 습도, 조도를 통합적으로 측정하는 시스템 구축.

이 프로젝트는 기본적인 회로 설계와 코딩 기술을 배우는 것 외에도, 실생활에서 적용 가능한 다양한 프로젝트로 확장할 수 있는 기회를 제공합니다. 성공적인 프로젝트 완료 후에는 자신의 창의적인 아이디어를 기반으로 더 발전된 프로젝트를 시도해 보세요.