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【 아두이노 Proj#1】 초음파센서로 자동차 만들기 ( L298N모듈)

 지난 시간 L298모터 드라이버 모듈을 활용하여 초음파 센서에 반응하여 모터를 구동시키는 실습을 해보았다. 이제 본격적으로 초음파 센싱으로 작동되는 자동차를 만들어보려 한다.  또한 초음파 센서쪽에 서보모터를 부착하여 좌우의 장애물의 유무를 파악하여 장애물이 없는 쪽으로 움직일 수 있도록 하였다. 

▶ 선수 학습 :

1. (기초)#24 DC 모터 제어 하기 4 (L293 & H브릿지 참고)  ☜ 강좌보기클릭  2. (기초)#28 서보(Servo) 모터 제어 하기 1 (서보모터이해)   ☜ 강좌보기클릭  3. (기초)#29 서보(Servo) 모터 제어 하기 2 (서보모터이해)   ☜ 강좌보기클릭  
4. (센서)#24 초음파센서 경보회로with LCD (초음파 센서이해)   ☜ 강좌보기클릭

▶ 실습에 사용되는 부품 스팩 ( L298N ) 

▶ 실습 목표 :  

1. L298N 모듈에 대해 이해하고 모터를 연결하여 사용하는 방법에 대해 익힌다.

2. L298N 드라이버 모듈에 별도의 전원이 필요한 경우에 대해 이해 할 수 있다. 

3. 초음파 센서를 비롯한 센서의 신호를 체크하여 N298모듈에 연결된 모터들을 제어 할 수 있다. 

4. 초음파로 장애물을 확인하고 회피기동 프로그램을 작성하여 스스로 움직이는 RC카처럼 구성해볼 수 있다. 

▶ 실습 회로도면 (서보모터 부착회로):

  (이미지 클릭하면 확대 가능)

 ※ 아두이노에 공급되는 전원과 별도로 모터에도 전원을 인가해주면 좋을 것이다.(단일 전원 구성도 가능하나, 바퀴가 힘있게 굴러가지 못하고 작동시간도 매우 짧기 때문에 모터 구동(모듈)쪽에 별도의 전원을 넣어 주는 것이 좋다) 

※ DC(직류) 방식의 모터는 작은 용량(소비전력이 낮은)의 것을 사용하면 되며,  기어가 포함된(기어드) DC 모터를 사용한다면 아두이노의 작은 출력으로도 충분히 제어가 가능하다. 만약 회로연결과 아두이노 프로그램에 문제가 없는데도 동작이 되지 않는 다면, 공급전력에 비해 너무 큰 용량의 DC 모터가 연결된 경우 일 수 있으니,  이런 부분들을 확인 해보면 될 것이다. 이때, 모터드라이버 모듈에 별도의 전원을 넣어주면 해결될 수 있다. 인가 가능한 전원은 5V~36V 사이값 이므로 이를 고려하여 모터를 선택하면 된다.

▶ 프로그램 코드 및 설명 : 

/*  L298N 모터 모듈을 활용한 초음파 센서 제어 회로 */

int distance;             /*  초음파센서로 모터제어 하기  */

int triggerPin = 13;

int echoPin = 12;

#define IN1 8  // L298모듈의 제어 신호 입력 핀 번호 지정

#define IN2 9

#define IN3 10

#define IN4 11

float distance;          // 초음파 센서 거리값 변수

int servoPin = 2;     // 서보모터 연결 포트

Servo servo;

void forward() {      // L298 제어용 전진 함수

      digitalWrite(IN1, HIGH);

      digitalWrite(IN2, LOW);

      digitalWrite(IN3, HIGH);

      digitalWrite(IN4, LOW);    }

void back() {         // 후진

      digitalWrite(IN1, LOW);

      digitalWrite(IN2, HIGH);

      digitalWrite(IN3, LOW);

      digitalWrite(IN4, HIGH);   }

void left() {         // 좌회전(왼쪽모터 멈춤:오른쪽모터 전진)

      digitalWrite(IN1, LOW);

      digitalWrite(IN2, LOW);

      digitalWrite(IN3, HIGH);

      digitalWrite(IN4, LOW);  }

void right() {      // 우회전(왼쪽모터 전진:오른쪽모터 멈춤)

      digitalWrite(IN1, HIGH);

      digitalWrite(IN2, LOW);

      digitalWrite(IN3, LOW);

      digitalWrite(IN4, LOW);   }

void stop() {       // 정지

      digitalWrite(IN1, LOW);

      digitalWrite(IN2, LOW);

      digitalWrite(IN3, LOW);

      digitalWrite(IN4, LOW);  }

void setup( )  {

  Serial.begin(9600);

  pinMode(triggerPin, OUTPUT);  // 트리거 핀을 출력으로 설정

  pinMode(echoPin, INPUT);          // 에코 핀을 입력으로 설정

  servo.attach(servoPin);               // 서보모터 연결 지정

  servo.write(90);                            // 초기값으로 정면 응시

  delay(1000);               

}

float getDistanceCM() {      // 초음파 센서 거리 측정 함수(단위:cm)

  digitalWrite(echoPin, LOW);

  digitalWrite(trigPin, LOW);

  delayMicroseconds(2);

  digitalWrite(trigPin, HIGH);

  delayMicroseconds(10);

  digitalWrite(trigPin, LOW); 

  distance = pulseIn(echoPin, HIGH)  / 58;  //거리값 계산 후 저장

  return distance;

}

// 거리값 정확도를 위한 평균치 계산 함수(1회이상~ 10회미만으로 조정해보기)

float getStableDistanceCM() {

  int CmSum = 0;

  for (int i = 0; i < 8; i++) {

    CmSum += getDistanceCM();  //예, 'sum = sum + cm' 과 동일

   }

  return CmSum / 8;

}

void loop( ) {

   if ( getStableDistanceCM() < 25 ) {  // 25cm이하 일때 장애물 감지

         stop();

         delay(300);     
         servo.write(180);      // 서보모터 좌회전 후 측정 거리값 변수에 저장     

        delay(500);

        int leftDistance = getStableDistanceCM();

        delay(300);

        servo.write(0);           // 서보모터 우회전 후 측정 거리값 변수에 저장

        delay(500);

        int rightDistance = getStableDistanceCM();

        delay(300);

        servo.write(90);        // 서보모터 중앙으로 원위치

        delay(500);

        back();                         // 0.5초간 후진

        delay(500);

       if (leftDistance > rightDistance)  {

           left();

       } else {

          right();
       } 

      delay(500);

  }   else {                            // 장애물 감지가 안 될 경우 전진

      forward();

      }

   }

◈  모터 A, B가 동시에 시계방향으로 돌면 전진, 반시계 방향이면 후진이고,

  한쪽바퀴만 돌리거나 두 개의 바퀴를 서로 반대로 돌리면 좌회전 혹은 우회전이 된다.   이를 함수 형태로 만들고 메인 루프에서 적절히 함수들을 호출해서 사용하도록 하였다. 또한 거리값을 계산하는 부분을 함수로 만들었다(getDistanceCM()) , 그리고 얻어진 거리값을 초음파로 측정할 때 오류가 날 수 있기 때문에 1~8회 사이 몇 번 측정후 평균을 내면 편차가 큰 오류값은 걸러낼 수 있고 이를 함수로(getStableDistanceCM()) 만들었다.  

 위 프로그래밍에서는 기본 전진 기동을 하다가, 물체가 20cm 이내로 감지되면 정지를 시키고, 초음파 센서에 달린 서보모터를 좌, 우로 돌려보고 거리값을 각각 측정하여 물체가 없거나 물체와의 거리가 더 먼쪽의 방향으로 회전(좌회전 또는 우회전) 하도록 프로그래밍 한 것이다. 

▶ 실행영상 :  

(전체화면 보기로 보세요)

※ 자동차 몸체는 영상에 있는 것이 아니어도 좋다. 두 바퀴를 안정적으로 고정시킬 수 있는 몸체와 앞 뒤로 기울어지지 않게 볼캐스트(볼 베어링)를 종이박스나, 폼보드 등에 부착해서 직접 만들어도 된다. 

▶ 아두이노 파일(다운) :

UltraSonicRC-CAR_Servo.ino

【 아두이노 센서#24】 L298N 모터 모듈을 활용한 초음파센서 회로#1

 지난 시간까지 초음파 센서를 사용하여 LCD에 표시하는 방법들을 배웠다. 이번에는 초음파 회로에 L298모터 드라이버 모듈을 사용하여 모터가 초음파센서에 반응하는 실습을 진행해보려 한다. 

▶ 선수 학습 :

  1. #24 DC 모터 제어 하기 4 (L293 & H브릿지 참고)  ☜ 강좌보기클릭

  2. 초음파 센서 경보회로 with LCD (초음파 센서이해)   ☜ 강좌보기클릭

▶ 실습에 사용되는 부품 스팩 ( L298N ) 

8.      ENA 단자를 연결시킬 경우 최대 (속도)값 255 입력된다.

 실습에 사용되는 모터드라이버 모듈의 핵심 IC는 L298N 이다.  이 IC는 아래 L293D IC와 구조적으로 거의 같다고 보면된다.  IC의 타입(모양)이 다르고 모터를 돌릴 수 있는 출력 전류(전력)가 더 커진 IC이지만 IC의 작동 구조는 아래 L293과 같기 때문에 동작원리 파악을 위해 참고 하면 좋을 것이다.

《참고》

▶ L293D 모터 제어 드라이버 IC :  

H 브릿지 회로가  2개(2채널) 들어가 있으며, IC 이미지에서 처럼 좌우측 으로 구분 되어 있다.  

▶ 실습 목표 :  

1. L298N 모듈에 대해 이해하고 모터를 연결하여 사용하는 방법에 대해 익힌다.

2. L298N 드라이버 모듈에 별도의 전원이 필요한 경우에 대해 이해 할 수 있다. 

3. 초음파 센서를 비롯한 센서의 신호를 체크하여 N298모듈에 연결된 모터들을 제어 할 수 있다. (RC카 이동제어의 기본)

▶ 실습 회로도면 :

  (이미지 클릭하면 확대 가능)

※ 아두이노에 연결한 전원 만으로는 모터가 제대로 작동되지 않을 수 있다.  즉, 모터 쪽은 전력이 약하면 코드에 문제가 없어도 이상 동작을 보이거나 전혀 동작하지 않을 수 있다. 따라서 L298N 모터 드라이버 모듈에 별도의 추가 전원을 연결하고 아두이노 보드에도 전원을 연결해 주는 것이 좋다.  모터 드라이버쪽 전원의 전압은 연결된 모터의 용량이나 크기에 따라 혹은 돌리려는 속도에 따라 스펙상 3V~30V (12V 이하 권장) 적절한 전원을 넣어 주면 된다. 

※ DC(직류) 방식의 모터는 작은 용량(소비전력이 낮은)의 것을 사용하면 되며,  기어가 포함된(기어드) DC 모터를 사용한다면 아두이노의 작은 출력으로도 충분히 제어가 가능하다. 만약 회로연결과 아두이노 프로그램에 문제가 없는데도 동작이 되지 않는 다면, 공급전력에 비해 너무 큰 용량의 DC 모터가 연결된 경우 일 수 있으니,  이런 부분들을 확인 해보면 될 것이다. 

▶ 실습 절차  : 

▶ 프로그램 코드 및 설명 : 

/*  L298N 모터 모듈을 활용한 초음파 센서 제어 회로 */

int distance;             /*  초음파센서로 모터제어 하기  */

int triggerPin = 13;

int echoPin = 12;

#define IN1 8  // L298모듈의 제어 신호 입력 핀 번호 지정

#define IN2 9

#define IN3 10

#define IN4 11

void forward() {      // L298 제어용 전진 함수

      digitalWrite(IN1, HIGH);

      digitalWrite(IN2, LOW);

      digitalWrite(IN3, HIGH);

      digitalWrite(IN4, LOW);    }

void back() {         // 후진

      digitalWrite(IN1, LOW);

      digitalWrite(IN2, HIGH);

      digitalWrite(IN3, LOW);

      digitalWrite(IN4, HIGH);   }

void left() {         // 좌회전(왼쪽모터 멈춤:오른쪽모터 전진)

      digitalWrite(IN1, LOW);

      digitalWrite(IN2, LOW);

      digitalWrite(IN3, HIGH);

      digitalWrite(IN4, LOW);  }

void right() {      // 우회전(왼쪽모터 전진:오른쪽모터 멈춤)

      digitalWrite(IN1, HIGH);

      digitalWrite(IN2, LOW);

      digitalWrite(IN3, LOW);

      digitalWrite(IN4, LOW);   }

void stop() {       // 정지

      digitalWrite(IN1, LOW);

      digitalWrite(IN2, LOW);

      digitalWrite(IN3, LOW);

      digitalWrite(IN4, LOW);  }

void setup( )  {

  Serial.begin(9600);

  pinMode(triggerPin, OUTPUT);  // 트리거 핀을 출력으로 설정

  pinMode(echoPin, INPUT);          // 에코 핀을 입력으로 설정

}

void loop( ) {

  digitalWrite(triggerPin, HIGH); // 트리거핀으로 10us의 펄스 발생

  delayMicroseconds(10);

  digitalWrite(triggerPin, LOW);  //에코 핀의 값을 cm 단위로 계산

  distance = pulseIn(echoPin, HIGH) / 58;

   // 100cm 이상은 모두 100cm로 처리

  distance = distance>100? 100:distance;

  Serial.println("Distance(cm) = " + String(distance));

  if (distance < 20) {    // 20cm 이내 장애물 감지

    stop();

    delay(1000);    // 1초간 정지후 후진

    back();

    delay(2000);    // 2초간 후진

  } else {          //   20cm이내에 벽이 없다면 전진

    forward();     } 

}

◈  모터 A, B가 동시에 시계방향으로 돌면 전진, 반시계 방향이면 후진이고,

  한쪽바퀴만 돌리거나 두 개의 바퀴를 서로 반대로 돌리면 좌회전 혹은 우회전이 된다.   이를 함수 형태로 만들고 메인 루프에서 적절히 함수들을 호출해서 사용하도록 하였다. 그리고 메인루프문에서 장애물이 감지 되었을 때 어떻게 동작을 하게 할 것인지를 간단히 프로그래밍 해 주면 된다. 

위 프로그래밍에서는 기본 전진 기동을 하다가, 물체가 20cm 이내로 감지되면 우선 정지(1초) 한 다음, 후진(2초) 하도록 단순하게 작성 하였다.  다음 강의에서는 자동차 처럼 장애물을 회피해서 기동하는 형태로 작성해볼 예정이다.

▶ 실행영상:  

(전체화면 보기로 보세요)

※ 센서의 반응에 의한 동작 확인을 위해 영상에서 처럼 모터 및 바퀴를 고정 할 수 있는 알루미늄 몸체를 연결한 모습이다.  만약 이런 바디가 없어도 상관없다. 모터만 연결하여 동작확인을 해보면 된다. 

▶ 아두이노 파일(다운) :

L298N_UltraSonic_Basic.ino