EC 측정 및 온도 보정

온도에 따른 EC(Electrical Conductivity, 전도도) 보정은 매우 중요합니다. EC 값은 온도에 민감하게 변화하므로, 이를 표준 온도(일반적으로 25°C)로 변환해야 합니다. 이를 온도 보정이라 하며, 보정 공식과 코드를 통해 구현할 수 있습니다.

---

1. 온도 보정 공식

온도 보정을 위한 기본 공식은 다음과 같습니다:

$$ EC_{25} = \frac{EC_{measured}}{1 + \alpha \times (T - 25)} $$

• EC_25: 표준 온도(25°C)에서 보정된 EC 값.
• EC_measured: 현재 온도에서 측정된 EC 값.
• T: 현재 온도(°C).
• α: 온도 보정 계수(보통 0.02~0.03/°C, 일반적으로 0.02 사용).

---

2. INA219를 이용한 EC 측정 개요

• 전도도 측정 원리:
  • INA219로 측정 전류와 분압 전압을 이용해 저항을 계산한 뒤, 전도도(EC)를 계산합니다.
  • 전도도는 저항(Ω)과 반비례 관계: $EC = \frac{1}{R \times K}$ 여기서 KK는 셀 상수(Cell Constant, 보통 1/cm로 초기 설정).

---

3. 라즈베리파이 피코W용 마이크로파이썬 코드

아래 코드는 INA219를 사용해 전류와 전압을 측정하여 EC를 계산하고, 온도 보정을 적용하는 프로그램입니다.

코드

from machine import I2C, Pin
import time

class INA219:
    def __init__(self, i2c, addr=0x40):
        self.i2c = i2c
        self.addr = addr
        self.shunt_resistance = 0.1  # 분압 저항 값 (단위: Ω)
        self.max_expected_current = 0.5  # 최대 예상 전류(500mA)
        self._calibrate()

    def _calibrate(self):
        # 보정값 계산
        current_lsb = self.max_expected_current / 32768  # 전류 LSB 계산
        calibration_value = int(0.04096 / (current_lsb * self.shunt_resistance))
        self.i2c.writeto_mem(self.addr, 0x05, calibration_value.to_bytes(2, 'big'))
        self.current_lsb = current_lsb

    def read_current(self):
        raw_data = self.i2c.readfrom_mem(self.addr, 0x04, 2)
        current_raw = int.from_bytes(raw_data, 'big', True)
        return current_raw * self.current_lsb  # 단위: A

    def read_shunt_voltage(self):
        raw_data = self.i2c.readfrom_mem(self.addr, 0x01, 2)
        shunt_raw = int.from_bytes(raw_data, 'big', True)
        shunt_lsb = 0.00001  # 10μV 단위로 변환
        return shunt_raw * shunt_lsb  # 단위: V

def calculate_ec(shunt_voltage, current, cell_constant=1):
    # 저항 계산 (R = V / I)
    if current == 0:
        return float('inf')  # 전류가 0일 경우 무한대
    resistance = shunt_voltage / current
    # EC 계산 (EC = 1 / (R * K))
    ec = 1 / (resistance * cell_constant)
    return ec

def temperature_compensation(ec_measured, temperature, alpha=0.02):
    # 온도 보정 (25°C 기준)
    ec_25 = ec_measured / (1 + alpha * (temperature - 25))
    return ec_25

# I2C 설정 (피코W의 I2C0 사용, SCL: GP1, SDA: GP0)
i2c = I2C(0, scl=Pin(1), sda=Pin(0), freq=100000)

# INA219 센서 초기화
ina = INA219(i2c)

# 셀 상수 (1/cm)
cell_constant = 1

try:
    while True:
        # 전압과 전류 측정
        shunt_voltage = ina.read_shunt_voltage()
        current = ina.read_current()
        
        # 전도도 계산
        ec_measured = calculate_ec(shunt_voltage, current, cell_constant)
        
        # 온도 입력 (현재 온도 값을 외부 센서로 받아온다고 가정)
        temperature = 25  # 예: 현재 온도 (센서를 통해 입력받을 수 있음)

        # 온도 보정된 EC 계산
        ec_25 = temperature_compensation(ec_measured, temperature)

        # 출력
        print(f"Shunt Voltage: {shunt_voltage:.6f} V")
        print(f"Current: {current:.6f} A")
        print(f"EC (measured): {ec_measured:.6f} S/cm")
        print(f"EC (25°C): {ec_25:.6f} S/cm")
        
        # 1초 대기
        time.sleep(1)

except KeyboardInterrupt:
    print("Program stopped")

---

4. 코드 구성 요소

1. INA219 초기화:
   • 분압 전압과 전류를 측정하여 저항을 계산합니다.
2. EC 계산:
   • 저항을 계산한 후 전도도(EC)를 구합니다.
3. 온도 보정:
   • 측정된 EC 값을 표준 온도(25°C)로 보정합니다.
4. 출력:
   • 보정 전/후 EC 값을 출력합니다.

---

5. 온도 센서 통합

온도 데이터를 자동으로 얻으려면 DS18B20과 같은 온도 센서를 추가하여 현재 온도를 측정할 수 있습니다. 온도 센서를 통합하면 temperature 값을 자동으로 갱신할 수 있습니다.

---

6. 결론

• 이 코드는 INA219를 사용해 **전도도(EC)**를 측정하고, 온도에 따른 보정을 적용합니다.
• **온도 보정 계수(α)**는 기본값 0.02를 사용했지만, 사용 환경에 따라 조정할 수 있습니다.
• 추가적으로 온도 센서를 통합하여 정확한 실시간 온도 기반 보정을 구현할 수 있습니다.