라즈이노 iOT

【 전자기초#3】 브레드 보드! 처음 사용 설명서! ( Bread Board )

 일명 ‘빵판’이라 하며,  전자부품을 연결하여 회로구성을 도와주는 보드이다.

특징 :인두기로 작업해야 하는 번거로운 납땜 과정 없이 부품간 연결을 유지시켜 주며,  회로를 재구성하기도 매우쉬운 장점이 있다. 

 아두이노회로 처럼 반드시 실험을 거처야 하는 과정에 꼭 필요한 소재이다.

- 주로 사용되는 브레드 보드 종류는 : 400핀, 830핀 보드이며, 좀더 복잡한 회로를 연결해볼 수 있는 2390홀의 대형 보드도 있습니다.  

서로 연결시키고자 하는 부품의 리드선을 이렇게 같은 5칸 라인에 꽂아 둡니다.

가로줄 위에서만 꽂아도 되고, 두 번째 LED처럼 가운데를 가로 질러 연결하여도 됩니다.

-브레드 보드위의 부품들을 연결하기 위한 와이어는 다양한 형태가 존재합니다.

-단선뭉치를 와이어 스트리퍼를 이용하여 원하는 길이로 절단하면 보다 더 깔끔한 배선이 가능합니다.

- 브레드보드에 간단히 깜빡이 회로를 구성해보았습니다.

- 브레드보드만 있으면, 조금 더 전문적인 회로도 이렇게 납땜작업 없이 구현 가능합니다.

[ 브레드 보드 기초 영상강의 ]

https://youtu.be/sxQQLMK_Ah4

【 전자기초#2】 옴의 법칙! 왕기초 설명 ( Ohm's Law )

 전자 분야 입문자 분들을 위해, 옴의 법칙을 쉽고 자세하게 설명드리는 영상을 제작하였습니다.
집중해서 몇 번 반복시청하시면 개념 잡히는데 도움이 되실듯 합니다.  ^^;

아래 사진이 바로 옴의 법칙을 정립한,

Georg Simon Ohm 이라는 사람입니다.

[ 옴의 법칙 설명 영상 설명 ]

https://youtu.be/mRKi2Ir8xaI

- 옴의 법칙을 다루는 중요한 이유는 전압과 전류와 저항과의 관계를 이해하는 것이 중요하기 때문입니다.

- 코딩도 물론 중요하지만, 아두이노를 다루고자 할때, 전자 부품과 회로에 대한 이해도 매우 중요합니다.

- 전기라는 것은 마이너스(-) 전자 알갱이가 플러스(+) 전자 영역을 향해 이동하는 과정에서 발생하며, 흔히 전기(전류)의 흐름을 +플러스 에서 (-)마이너스로 흐른다고 정의하고 있지만, 실제로는 (-)전자가 마이너스에서 (+)로 즉 반대방향으로 이동 하고 있습니다. 

- 옴의 법칙은 전류(I)와 전압(V)과 저항(R)과의 상관 관계를 수학적으로 정의한 법칙을 말합니다. 

- 전류와 전압과 저항이라는 것을  I, V, R 의 '기호'로서 함축적으로 표시하고 있으며, 각 요소별 물리적인 양을 나타기 위해 표시하고 있는 A(암페어), V(볼트), Ω (옴) 들을 '단위'라고 합니다.  단위는 표시 할때는 'A'라고 하지만 읽을 때는 발견자의 이름을 딴 '암페어'라고 읽어야 합니다. 전압과 저항도 마찬가지 입니다.   무게를 나타낼 때 100g 라고 표시하지만, 읽을 때는 '100 그램' 이라고 읽는 것과 같은 이치입니다.

- 옴의 법칙의 핵심은 저항(R)이 일정할 때, 전류(I)와 전압(V)은 서로 비례관계에 있으며, 전압이 일정할 때, 전류와 저항은 반비례관계가 되고, 전류가 일정할 때 전압과 저항은 비례관계가 되는 것입니다.

[ 아래는 옴의 법칙을 설명함에 있어 LED와 저항을 사용하는데 참고 하기 위한 LED동작 스펙입니다. ]

- 위 이미지와 같은 회로를 구성하여 옴의 법칙을 이용한 이론적인 계산값과  아래 이미지처럼 실제 측정한 값이 유사함을 알 수 있습니다.  약간의 오차가 있는 것은, 건전지 자체의 실제 출력이 정확한 9V가 아니며, 건전지 및 LED의 내부저항 값은 비록 작지만 계산에서 제외 되었으며, 계측기 자체의 미세한 오차 등이 결합되어 차이가 나는 것으로 이해하시면 됩니다 .

- 전압이 (9V) 일정한 상태에서,  100옴의 저항 대신 1KΩ의 저항을 달아,  저항 값을 10배로 키우게 되면, 흐르는 전류도 정확히 10배로 감소하여, 저항과 전류가 반비례 관계임을 확인 할 수 있습니다. 

- 또한 저항 값을 줄일 수록 LED가 밝아지며, 저항 값을 키울 수록 LED가 어두워지게 되는데, 저항 값을 너무 줄이게 되면(위 회로에서 100옴 이하) 과전류로 인해 LED가 타버리게 되고,  저항값을 너무 키우게 되면, LED의 불빛이 들어오지 않게 됩니다.   따라서 LED를 동작시킬 수 있는 적정전류(20mA)와 허용 최대전류(50mA) 범위 내에서 전류가 공급되도록 저항값을 조절 하면 됩니다.   일반적으로 200옴~500옴 사이의 값을 사용하며, 아래 처럼 통상 330옴 혹은 220옴을 많이 사용하고 있습니다. 

- 그런데, 만약 위 이미지 처럼 공급 전압(9V)에 비해 너무 작은 저항(47옴)을 연결하게 되면, 흐르게 되는 전류가 115mA로서, 허용 한계치를 넘은 LED의 손상이 예상되며, 저항 또한 발생되는 과 소비전력으로 인해 파괴가 될 것입니다. 

위 이미지에 소비 전력을 구하는 공식을 P=IV = I x I x R 을 참고 해보면 0.622W의 전력값이 나오는데,  일반적으로 사용하는 저항의 규격인 1/4W (0.25W)를 훨씬 초과하기 때문에 저항도 타거나 하여 문제가 발생하게 됩니다. 

- 따라서 옴의 법칙을 이용하여 적절한 용량값을 계산하여 사용한다면, 안정적인 회로 구성을 할 수 있게 됩니다.

감사합니다~

【 전자기초#1】 전압 & 전류 & 저항 이란? 

 전압의 개념과 전류, 저항에 대해 설명합니다.

▶ 전자 기초 설명 : 전압 & 전류 & 저항 

https://youtu.be/banAM20VLG8

(카카오로 보기)

【 아두이노모듈#23】 Adafruit 사의 4채널 아두이노 모터쉴드 - 스텝모터 사용하기! #1  

 Adafruit 사의 모터쉴드는 L293D 모터드라이버를 2개를 H-bridge 구성한 4채널 모터드라이브 쉴드 보드이다. 

여기서 쉴드보드란, 아두이노 우노, 메가, 레오나르도 등에 적층하여 사용할 수 있는 확장형 보드라는 의미이다.  따라서 다른 형태의 모터드라이버 보드와는 달리 거추장스러운 선연결이 많이 줄어 들게 되는 장점이 있다.  또한, 서보모터(2개), DC 모터(4개) 혹은 스텝모터(2개)를 함께 연결하여 동시 구동이 가능한 확장성을 지닌 보드이다.  지난 시간 서보모터 연결에 이어, 이번엔 스텝모터 두 개를 연결해보도록 하자.  우선, 보편적으로 많이 사용하는 28BYJ-48 모터를 사용해볼 것이다.  그리고, 28BYJ-48 모터는 ULN2003 이라는 전용 드라이버가 있어서 이를 이용해서 모터쉴드에 연결해도 되고 사용도 간편하지만, Adafruit모터쉴드 자체가 드라이버 역할을 함으로 ULN2003 드라이버 없이 사용해볼 것이다. 

 Let's get it~!

▶ 선수학습 :

    1. [아두이노 기초#35] 스텝모터제어하기(28BYJ-48모터 기초) ☜ (클릭)

    2. [아두이노 모듈#22] Adafruit4채널아두이노 모터쉴드   ☜ (클릭)

▶ 아두이노 L293D 모터 드라이버 쉴드 스펙

▶ 스텝모터(2개) 제어하기

 (사전준비 )

 아래처럼 라이브러리 관리에서 Adafruit 사의 모터 드라이버를 다운받아 라이브러리에 추가 한다.(구글, 깃허브 등에서 다운로드도 가능)

 라이브러리 직접 다운로드 :

▶ 회로연결 :

 아래와 같이 스텝모터 두 개를 연결한다.

위 이미지는 하단에 아두이노 보드가 2단으로 결합 된 모습임을 참고하라.

 ※ 주의 사항 :

 1. 모터 쉴드를 사용할 때의 전원 공급 방법은 a. 보드에 직접 전원을 연결 (이때, 쉴드의 'PWRJMP' 점퍼가 연결되어 있어야함).   b.  외부전원으로 공급 (이때, 쉴드의 'PWRJMP' 점퍼가 연결되어 있어야함).   c. 보드 전원과 외부전원 동시 공급 (이때, 쉴드의 'PWRJMP' 점퍼는 제거 해야함).

 2. 보드 전원(USB 케이블전원) 만으로는 위 두개의 스텝모터 구동이 안 되거나 부분적으로 동작이 안 될 수 있다.

 이럴 때는, 외부전원(별도의) 을 입력해주면 동작에 문제가 없으나, 사용하는 스텝모터의 정격용량(현재 5v)을 많이 초과 하는 경우 장시간 사용시 스텝모터가 과열되어 손상이 갈 수 있으니, 테스트를 통해 적정 전원을 공급해주어야 한다.

 3. 케이블 연결 순서에 주의 할 것.( 순서가 잘 못되면, 동작이 안 되거나, 반대방향으로 회전한다)

【 28BYJ28 스텝모터 부연 설명 】

유니폴라 방식의 모터로서(1,3,4,2번으로 전류가 들어가며 5번(Red) 공통단자로 전류가 흘러나오는 연결 구조이다,  1→5  , 3→5, 4→5, 2→5  )

※ 색깔을 주의 깊게 보면서,  A → B → C → D의 순서대로 켜지도록 전류를 흘려주면 CW(시계방향),   

 D → C → B → A의 순서대로 흘려주면 CCW(반시계 방향) 으로 모터가 회전하게 된다. 

▶ 코딩 :

/* 스텝모터(28BYJ-48) 2대 구동하기                                   */   
/* 라이브러리 메니저 창에서 Ardafruit 검색후 AFMotor.h 설치 */
#include <AFMotor.h> 
// 1스텝당 회전각 5.625˚ * 64스텝 = 360˚
AF_Stepper motor1(64 , 1);  //1회전당 필요 스텝수(64), 연결 모터채널(모터1) 
AF_Stepper motor2(64 , 2);  //1회전당 필요 스텝수(64), 연결 모터채널(모터2) 

void setup() {
  Serial.begin(9600);           
  Serial.println("Stepper test!");
  motor1.setSpeed(200);  // 200 rpm  : 범위(0~255)
  motor2.setSpeed(200);   
}

void loop() {
  Serial.println("Single coil steps"); //SINGLE : 1개의 코일만 동작
  // ( steps, direction, style)
  motor1.step(2048, FORWARD, SINGLE); // 2048 : 1회전에 필요한 스텝수
  motor2.step(2048, FORWARD, SINGLE);    
  // motorX.release():회전멈추고 전류를 차단함 
  delay(2000);  
  motor1.step(2048, BACKWARD, SINGLE); 
  motor2.step(2048, BACKWARD, SINGLE); 
  delay(2000);
  Serial.println("Double coil steps");
  motor1.step(2048, FORWARD, DOUBLE);  //DOUBLE : 2개의 코일 동작(토크상승)
  motor2.step(2048, FORWARD, DOUBLE);
  delay(2000);
  Serial.println("Interleave coil steps");
  motor1.step(2048, BACKWARD, INTERLEAVE); // INTERLEAVE: 1,2개 코일 번갈아 동작
  motor2.step(2048, BACKWARD, INTERLEAVE); // 약간의 부드러운 구동과,약간의 속도감소
  delay(2000);
  Serial.println("Micrsostep steps");
  motor1.step(2048, FORWARD, MICROSTEP); //MICROSTEP:부드러운회전(단,토크와 속도감소)
  motor2.step(2048, FORWARD, MICROSTEP); 
}

【코드 다운로드】

▶ 동작 영상 :

(유튜브 고화질로 보기-옵션:1080P영상)

 https://youtu.be/93dd7Gjszwo

(카카오로 보기)

【 아두이노모듈#22】 Adafruit 사의 4채널 아두이노 모터쉴드 - 서보모터 사용하기!  

 Adafruit 사의 모터쉴드는 L293D 모터드라이버를 2개를 H-bridge 구성한 4채널 모터드라이브 쉴드 보드이다. 

여기서 쉴드보드란, 아두이노 우노, 메가, 레오나르도 등에 적층하여 사용할 수 있는 확장형 보드라는 의미이다.  따라서 다른 형태의 모터드라이버 보드와는 달리 거추장스러운 선연결이 많이 줄어 들게 되는 장점이 있다.  또한, 서보모터(2개), DC 모터(4개) 혹은 스텝모터(2개)를 함께 연결하여 동시 구동이 가능한 확장성을 지닌 보드이다.  이번 시간부터 서보모터 부터 실습하여 DC모터 4개를 구동할 수 있는 RC Car 구동에 활용해 볼 예정이다. 

 Let's get it~!

▶ 아두이노 L293D 모터 드라이버 쉴드 스펙

[ 주요 스펙-특징 ]

- 모터 채널당 최대 600mA 출력을 내보낼 수 있다. (합산 전류 최대치는 1.2A-보호회로 내장) 

- 5V Servo 모터 2개를 연결 사용가능하다 (High resolution)

- 동시에 4개의 DC 모터 또는 2개의 Stepper 모터 또는 2개의 Servo 모터 구동이 가능하다.

- DC 모터 구동시 양방향 구동과 8bit의 속도제어가 가능하다 (speed : 0~255)

- 4.5V~36V DC 모터 제어가 가능하다.

- 아두이노 보드와 연결된 리셋 단자가 있다.

- 모터구동을 원활하게 하기 위하여 위부 전원 입력단자가 별도로 있다.

▶ 서보모터(2개) 제어하기

▶ 사전준비 :

 아래처럼 라이브러리 관리에서 Adafruit 사의 모터 드라이버를 다운받아 라이브러리에 추가 한다.(구글, 깃허브 등에서 다운로드도 가능)

 라이브러리 직접 다운로드 :

▶ 회로연결 :

 아래와 같이 서보모터 두 개를 연결한다.

 ※ 외부전원 +, GND 구분을 잘하여 연결하고, 가급적 6~7V 이상의 전원을 공급해준다. (AA x 4개도 가능)

    위 이미지는 하단에 아두이노 보드가 결합 된 모습임을 참고하라.

▶ 코딩 :

/* 모터쉴드에 서보모터 2대 연결 실습 코드              */

#include     // Adafruit의 L293D모터쉴드 라이브러리
#include       // 서보모터 라이브러리
Servo servo1;    // 서보모터 1 정의
Servo servo2;    // 서보모터 2 정의

void setup() {
  Serial.begin(9600);    
  servo1.attach(9); // 서보모터 1 연결 (9번핀-고정)
  servo2.attach(10); // 서보모터 2 연결 (10번핀-고정)
}
void loop() {
  servo1.write(0);    // 서보모터1을 0도의 위치로 이동
  delay(1000);        // 1초 시간 지연
  servo1.write(180);  // 서보모터1을 180도의 위치로 이동
  delay(1000);        // 1초 시간 지연
     
  servo2.write(0);    // 서보모터2를 0도의 위치로 이동
  delay(1000);        // 1초 시간 지연
  servo2.write(180);  // 서보모터2를 180도의 위치로 이동
  delay(1000);        // 1초 시간 지연
}

【코드 다운로드】

▶ 동작 영상 :

【 아두이노모듈#21】 nRF24L01 :  조이스틱으로 서보모터 2대 제어하기!  

 지난시간 nRF24L01 모듈을 이용하여 조이스틱(Joystick)으로 서보모터 1대를 제어해보았다. 이번엔 조이스틱의 상하 뿐아니라 좌우움직임을 함께 이용하여 서보모터 2대를 제어해볼 것이다.  여기서 중요한 것은 코딩영역이다. 한가지 데이터를 수신하여 모터 한 대를 제어하는 것은 어렵지 않았다. 하지만, 2가지의 제어값인, 조이스틱의 상하 값과 좌우 값을 수신단에서 분리처리해야 두개의 모터를 각각 제어 할 수 있을 텐데,  이 문제를 해결하는 것이 중요하다.   해결책은 C언어의 구조체 형식을 이용하면 아주 간단히 해결되니, 아래 내용을 자세히 살펴보면 쉽게 이해할 수 있을 것이다.

 Let's get it~!

▶ 선수학습 :

    1. [아두이노 모듈#14] 조이스틱 Joystick 사용하기 #1 ☜ (클릭)

    2. [아두이노 모듈#19] 2.4G RF 무선통신 하기! (nRF24L01 기본사용법)  ☜ (클릭)

    3. [아두이노 모듈#20] 조이스틱으로 서보모터제어하기(조이스틱&서보사용법)  ☜ (클릭)

(모듈 기본 정보-상세내용은 위 선수학습 참조)

▶ 실습 회로 도면 :

(1. 조이스틱-송신기회로)

(2. 조이스틱-수신기회로)

[ 특이(주의) 사항]

- 아래 실제조립 회로에서는 nRF24L01 어뎁터 소켓을 연결하여 사용하였다. 별다른 큰 차이는 없으며 3.3V 전원을 사용하지 않고 동일하게 5V전원으로 연결시키기 위한 차이 일뿐으로, 소켓을 사용하지 않아도 무방하다.

- "1. 조이스틱송신기"회로의 전원은 9V 베터리를 사용하여도 관계 없으나, "2. 서보모터-수신기"회로쪽은 서보모터 구동에 충분한 전류공급이 필요함으로, AA건전지 x 4개(총합 6V)  혹은 18650 x 2개(총합 7.4V) 를 연결하여야 동작이 원활할 것이다. (참고로, 아두이노 Vin 단자의 입력 전압은 최소6V, 권장7V이상이다.  또한 9V 사각 건전지는 전압은 높으나 출력 전류가 낮기 때문에 모터구동 회로 전원으로는 적합하지 않다.-동작이 잘 되지 않는다.)  

1. AA battery  x 4 개 (총 6V)

2. 18650 battery x 2 개 (총 7.4V)

(18650 베터리는 AA소켓에 들어가지 않으니 별도의 18650소켓이 필요하며, 18650도 충전보호회로가 들어 있는 것과 들어 있지 않은 18650 베터리가 따로 존재한다. 따라서 충전보호회로가 들어 있는 베터리를 사용한다면, 소켓도 거기에 맞는 좀더 큰 소켓이 필요하다.   본 영상에서는 충전보호회로가 들어 있지 않은 베터리와 소켓을 사용하였으며, 충전은 따로 18650 전용충전기로 충전하면 별문제 없다.)

▶ 실습목표  :  

    1. nRF24L01 모듈 사용법을 익힐 수 있다.

    2. nRF24L01 모듈을 이용한 RF 무선 통신 모듈에 대해 익힐 수 있다.

    3. 조이스틱을 이용하여 서보모터 2대를 회전(제어) 할 수 있다. 

    4. 구조체(코딩)의 기본 개념을 이해하고 데이터를 분리 처리할 수 있다.

▶ : 코딩

코딩에 앞서, 'nRF24' 관련 라이브러리 파일이 필요하다. 이를 깃허브를 통해 다운 받거나 아래 첨부파일로 다운받아서, 아두이노에서 추가해주어야 한다. 

( 스케치IDE ： 스케치 》 라이브러리 포함하기 》 .ZIP 라이브러리 추가 》 다운받은 라이브러리 선택.  끝 )