[스마트팜] PTC 히터도 PID 제어가 가능할까?

 

 PTC 히터도 PID 제어가 가능할까? – 소형 온실 온도 제어의 새로운 접근

소형 온실, 발아기 등에서 사용하는 PTC 히터는 안전성과 자체 온도 조절 특성으로 사랑받고 있습니다. 그런데 이 PTC 히터도 PID 제어를 통해 더욱 정밀하고 부드러운 온도 관리를 할 수 있을까요?

이번 글에서는 PTC 히터의 PID 제어 가능성과 구현 시 주의사항, 그리고 간단한 아두이노 예제까지 알아봅니다.

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1. PID 제어란?

PID 제어는 목표 온도와 실제 온도 차이(오차)를 바탕으로 히터 출력을 세밀하게 조절하는 제어 기법입니다.

• P(비례): 오차 크기에 비례해 출력 조정

• I(적분): 과거 오차 누적 보상

• D(미분): 오차 변화율 감지해 과도 반응 방지

이 세 가지를 조합해 온도를 안정적으로 유지합니다.

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2. PTC 히터, PID 제어가 가능한가?

✅ 가능은 하다!

• PTC 히터도 전원 인가량(전압, 전류)를 조절하면 발열량이 변하기 때문에 PID 제어 대상이 될 수 있습니다.

• 특히 MOSFET이나 PWM 제어 가능한 SSR과 함께 사용하면, PWM 신호로 출력 세기를 조절할 수 있습니다.

⚠️ 주의할 점

• PTC 특성상 온도가 오르면 저항이 급격히 올라가 발열이 줄어들어, 출력과 온도의 관계가 선형이 아니고 비선형적입니다.

• 따라서 PID 튜닝이 조금 까다롭고, 과민 반응이나 진동이 발생할 수 있습니다.

• PID 계산 주기는 너무 짧지 않게 (5초~10초 이상 권장) 해야 안정적인 제어가 가능합니다.

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3. 구현 예시 (아두이노 + DS18B20 + MOSFET + PTC 히터)

#include <OneWire.h>
#include <DallasTemperature.h>
#include <PID_v1.h>

#define SENSOR_PIN 2
#define HEATER_PIN 3

OneWire oneWire(SENSOR_PIN);
DallasTemperature sensors(&oneWire);

double Setpoint = 25.0, Input, Output;
double Kp = 2.0, Ki = 5.0, Kd = 1.0;

PID myPID(&Input, &Output, &Setpoint, Kp, Ki, Kd, DIRECT);

void setup() {
  sensors.begin();
  pinMode(HEATER_PIN, OUTPUT);
  myPID.SetMode(AUTOMATIC);
  myPID.SetOutputLimits(0, 255); // PWM 범위 설정
}

void loop() {
  sensors.requestTemperatures();
  Input = sensors.getTempCByIndex(0);
  
  myPID.Compute();
  analogWrite(HEATER_PIN, (int)Output); // PWM 제어

  delay(5000);  // 충분히 긴 제어 주기
}

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4. PID 제어 시 참고 자료

책 제목	설명
PID Without a PhD – Tim Wescott	초보자용 실무 PID 제어 입문서
Control System Design – Karl J. Åström	PID 이론과 실제 적용 사례
Embedded PID Control – Qing-Chang Zhong	MCU 기반 PID 제어 심화

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5. 마무리

요약	한줄 정리
PTC 히터 PID 제어 가능?	네, 가능하지만 튜닝에 신경 써야 합니다
제어 방식	PWM + MOSFET 또는 PWM 가능 SSR 필요
주의사항	PID 주기를 충분히 길게 설정, 특성 비선형 고려
기대 효과	온도 안정성 증가, 과도한 오버슈트 방지

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PTC 히터를 PID 제어하면 더욱 스마트한 온실 온도 관리가 가능합니다.