5.1 DC모터 제어하기

DC모터

 

1. 강의 목표

아두이노를 이용하여 DC모터 제어하기

2. 필요 부품

Arduino Uno, DC Motor, 1N 4001 Diode, NPN Trangister, 220옴 저항

3. 원리

우리가 기본적으로 사용할 DC모터는 구체적으로 DC Brushed motor 이며 ROTOR와 2개의 brush(+, - 극성), 정류자, STATOR, HOUSING으로 구성되어 있다.

 

[DC Brushed motor의 내부 구조]

DC모터에 전류를 인가하면 플레밍의 왼손법칙에 의해 모터가 회전하게 된다.

 

아두이노로 DC모터 구동하기

[아두이노와 DC모터 연결 배선도]

[아두이노와 DC모터 연결 회로도]

[아두이노와 DC모터 회로구성 (TR-C1815사용) ]

이번 회로도에서는 꽤 여러가지 소자가 사용되었다. 저항, 다이오드, NPN트랜지스터이다. 이것들은 모두 아두이노로 DC모터를 구성시키기 위한 필수적인 요소라고 볼 수 있다. 지금부터 각각 소자가 무슨역할을 하는지 알아보자.

 1.아두이노 아날로그 출력(PWM)으로 모터의 속도를 제어하기 위하여 Digital 출력핀 10번에 연결하였다.

 2. 트랜지스터 앞의 220옴 저항은 트랜지스터에 과전류가 흘러 손상되는걸 방지한다.

 3.모터를 끌 때, 음극 전압 스파이크가 생기므로 다이오드를 사용하여 모터로부터 거꾸로 흐르는 전류로부터 트랜지스터와 모터를 보호한다.

 4. 아두이노의 디지털단자 출력으로는 DC모터를 구동시키기 힘들다. 전력이 모자라기 때문이다. 그렇기 때문에 우리는 아두이노 5V전원 단자를 이용하여 DC모터에 전원을 인가하고 디지털출력으로는 트랜지스터의 스위칭작용의 신호로 사용할 것이다. 트랜지스터에 대해 아래 간략하게 설명이 있으니 참고하고 넘어가도록 하자.

 

[NPN트랜지스터]

트랜지스터의 Collector 단자와 Emitter 단자는 평상시에는 전류가 흐르지 않지만 트랜지스터의 Base단자에 작은 전류가 들어오면 Collector단과 Emitter단 사이에 전류가 흐르게 된다. 쉽게 말해 Base 단자는 그저 Collector단과 Emitter단 사이를 연결하는 조건인 스위치 역할이라고 보면 될 것이다. 이것을 트랜지스터의 스위칭 작용이라 한다.

 우리는 트랜지스터의 이러한 특성을 이용하여 DC모터를 제어할 것이다. DC모터는 보통 아두이노 디지털 출력핀보다 더 많은 전력을 사용하기 때문에 5V단자에 직접적으로 연결하며 디지털 출력으로는 트랜지스터의 스위칭 작용을 제어할 것이다.

 

*트랜지스터는 모델마다 Emitter, Collector, Base 단자의 위치가 다르므로 반드시 본인이 사용하는 트랜지스터의 데이터시트와 핀맵을 확인한 후 사용하도록 하자.

 

프로그램 작성

[DC모터 구동 프로그램]

일반 디지털출력과 비교했을 때 특별한 점은 없다. 왜냐하면 DC모터도 LED와 똑같이 (+), (-) 극성만 연결해주면 되기 때문이다. 단지 LED보다 소비하는 전력이 많아 트랜지스터의 스위칭작용을 이용해 아두이노 디지털포트로는 신호만 주고 구동전력은 아두이노 5V출력핀을 이용하였다.

아래 문제에서는 본격적으로 가변저항을 이용하여 DC모터의 속도를 조절하는 법을 배울 것이다. 아두이노로 자동차를 만들 때 악셀의 역할을 한다고 보면 될 것이다.

 

가변저항을 이용한 DC모터 속도제어

[배선도]

[회로도]

[회로구성]

[프로그램 작성]

/*아두이노 출력단자에 DC모터와 가변저항을 병렬로 연결하여야 한다. 그렇게 되면 DC모터로 인가되는 전류가 낮아질 수 밖에 없다. 회로를 구성할 때 사용할 DC모터의 데이터시트를 확인 한 후 아두이노 전원 출력범위에서 구동 가능한지 확인 후 실험을 진행하도록 한다.*/