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[아두이노] 외부전원(배터리)로 서보모터 동작하기

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부품설명 서보모터(MG 996R)

부품설명 배터리 팩 (15v x 4EA)

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아두이노 우노 외부 전원 공급 장치 – 자주 묻는 질문 – Engineering and Component Solution Forum – TechForum │ Digi-Key

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  전압 요구 사항의 경우 아두이노 우노는 6-20VDC의 전원으로 사용할 수 있지만, 7V 미만…
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아두이노 우노 외부 전원 주기 (myAHRS+ 모듈에 연결하기)

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아두이노 우노 외부 전원 주기 (myAHRS+ 모듈에 연결하기) 본문

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Arduino 아두이노 전원 공급 방법

아두이노(Arduino)는 자체적인 충전지(빠데리)나 전원이 없기 때문에 외부 전원을 공급해야 합니다. 오늘은 아두이노에 전원을 공급하는 방법을 알아보겠습니다.

저는 표준 모델이라 인식되고 있는 아두이노 우노 R3 (Arduino UNO R3) 제품을 구입하였기 때문에 UNO R3 기준으로 포스팅하였습니다. 구입하고 처음 켜보는 거라 두근두근했어요~ ㅎㅎ

Arduino(아두이노)ّ의 전원을 연결하는 방법은 USB Port, DC barrel jack, Vin pin으로 크게 3가지가 있습니다.

USB 케이블 DC barrel jack 전원 어댑터

① USB 포트 (Port)

USB Port는 컴퓨터와 USB 케이블(표준형 USB B Type 케이블)로 연결하는 방법으로 컴퓨터로부터 전원(5V)을 공급받습니다. 또한 USB Port를 통해 컴퓨터와 통신을 하기 때문에 Arduino에 코딩한 프로그램을 전송하는데 반드시 필요합니다. USB 타입의타입의 5V 출력 스마트폰 충전기나 보조배터리를 USB Port와 연결해도 USB 케이블을 통해 전원 공급을 할 수 있습니다. 이때 충전기 어댑터나 보조배터리의 출력이 반드시 5V 인지 확인하셔야 합니다.

USB Port에 USB 케이블로 연결

② DC 배럴잭 (barrel jack)

두번째 방법으로 DC 배럴잭을 통해 전원을 공급하는 방법입니다. 컴퓨터와 연결하지 않고 아두이노 보드에 전원을 공급하는 용도로 DC 배럴잭(사이즈: 5.5×2,1mm)을 사용합니다. 아두이노는 외부로부터 6~20V 범위로 전원을 받을 수 있는데 일반적으로 7~12V로 공급되는 게 좋습니다. 7~12V 전원이 공급되더라도 레귤레이터를 통해 5V로 변환되어 아두이노 보드에 공급되기 때문에 걱정하지 않으셔도 됩니다. 대부분 우리나라 전원은 AC 220V이기 때문에 AC-DC 어댑터가 필요합니다. 어댑터의 정격 용량은 1A 이상의 DC 9V제품을 사용하는 것을 추천합니다. (7V 미만은 보드 불안정, 12V이상은 레귤레이터 손상 가능하기 때문에…)

AC-DC 어댑터 사용 시 주의사항으로 어댑터 극성을 꼭 확인해야 합니다. 그림과 같이 Positive polarity를 사용해야 합니다. Negative polarity를 사용하시면 아두이노 보드가 타거나 고장 날 수 있습니다. DC barrel jack으로 건전지를 연결하여 전원을 공급할 수도 있습니다.

DC barrel jack에 전원 어댑터로 연결

건전지 사용 예시 (사진 출처 : bbangpan.tistory.com/52)

③ Vin 핀(pin)

세 번째 방법으로 Vin pin을 통한 방법으로 보드의 Vin와 GND에 점퍼선을 사용 Vin에 ‘+’전원을, GND에 ‘-‘전원을 연결하여 외부 전원을 공급할 수 있습니다. Vin pin을 사용하면 레귤레이터를 통하지 않기 때문에 원하는 전원만큼 아두이노 보드에 전원을 공급하게 됩니다. 전원을 원하는 대로 공급 가능하지만 그만큼 과전압을 사용하지 않게 주의하셔야 합니다. 또한 배럴잭과 동시에 사용하지 않아야 합니다. 부주의시 역전압이 발생하여 폭발이나 화재의 위험이 있습니다.

Vin pin을 통한 Power 연결

여기까지 아두이노(Arduino)에 전원을 공급하는 방법을 알아보았습니다. 이제 전원이 들어오긴 했는데 어떻게 작동을 해야 할까요?? ^^ 기본적으로 아두이노 보드는 프로그램을 통해 제어되는데 ‘스케치(Sketch)’라는 통합개발환경(Integrated Development Environment, IDE) 소프트웨어를 통해서 프로그램을 코딩하고 보드로 업로드하는 일을 수행합니다. 스케치는 아두이노 홈페이지에서 무료로 제공되고 있기 때문에 추가적인 비용은 들지 않습니다.

그럼 다음 포스팅에는 스케치를 설치하고 아두이노를 처음 동작을 하는 방법에 대해 알아보겠습니다.

아두이노에서 외부전원 사용할때 유의할점! / 레귤레이터 / 외부전원 인가시 전류 부족 / 올바른 사용법

안녕하세요 메카솔루션 입니다.

이번에는 아두이노로 외부 전원을 사용할때 유의할 점을 간단히 정리 해 보았습니다.

아두이노를 가장 기본적으로 사용할때는 USB포트에 꽂아서 사용하지만 실제 프로젝트를 진행할때 항상 USB에 연결해서 사용할 수 는 없으며 9~12V 정도의 외부 전원이 필요할 때도 있습니다.

그림과 같이 아두이노에는 외부전원을 연결할 수 있는 곳이 Vin 핀과 배럴잭 어댑터로 두가지가 있습니다.

이 두개의 연결 단자는 내부적으로 연결되어있기때문에 동일하게 동작한다고 이해할 수 있습니다.

그리고 9~12V 의 외부전원을 아두이노가 동작하는데 필요한 5V로 바꾸어주는 역할을 하는 것이 바로

레귤레이터 입니다.

레귤레이터에 대한 자세한 정리는 다음 블로그에서 알아볼 수 있습니다.

그렇다면 레귤레이터를 사용하는 외부전원에 유의할 점이 무었이 있을까요?

배럴잭의 +, – 단자 차이

우선 배럴잭 어댑터 마다 + – 의 위치가 다를 수 있습니다.

그림과 같이 배럴잭 단자의 + – 가 반대로 되어있으면 아두이노 보드에 역전압이 인가되어 보드가 타거나 고장 날 수 있습니다.

보드의 고장을 사전에 막기 위해서는 배럴잭의 + -를 미리 확인해 보아야하는데 이는 배럴잭의 정격과 함께 표시되어있습니다.

전류 부족 문제

외부전원을 사용했는데 USB전원을 사용한 것보다 전류가 모자를 수 있습니다.

예를 들어보자면 USB를 통해 아두이노로 서보모터를 제어할 수 있었으나,

배럴잭 어댑터를 통해서 서보모터를 제어하려니 보드가 자꾸 혼자서 리셋되면서 서보모터에서 잡음이 날 수 있습니다.

이는 아두이노 레귤레이터가 공급 할 수 있는 전류가 적기 때문에 이러한 문제가 발생하게 됩니다.

아두이노 정품 기준으로 사용되는 LM7805 레귤레이터는 최대 출력전류가 500mA 라고 합니다.

서보모터 하나가 동작하는데 400mA 이상을 사용하니 서보모터를 제어하는데 전류가 부족해지게 됩니다.

그래도 글만으로 설명을 하니 잘 이해가 안된다면 간단하게 그림과 함게 설명하도록 하겠습니다.

부족한 그림으로 부연 설명을 드린다면

12v 외부전원이 댐에 들어있는 물들이라면 레귤레이터로 나오는 5v전원은 댐에서 내보내는 물이라 생각 할 수 있습니다.

하지만 물을 내보내는 수도관이 좁으면 나오는 물도 약하게 나오는데

레귤레이터를 통해서 나오는 전류가 적은것도 비슷한 원리라 이해하실 수 있습니다.

그렇다면 외부전원을 이용해 서보모터를 구동하려면 어떻게 해야할까요?

레귤레이터를 통하지 않고( 5v단자에 연결하지 않고) vin단자에 직접 연결하는 것이 기본적 해결방법입니다.

하지만 9v에서 동자하는 서보모터를 12v에 바로 연결하면 안되니 결국 맞는 전원과 연결하는 것이 중요합니다.

감사합니다.

[아두이노] 외부전원(배터리)로 서보모터 동작하기

서보모터 제어는 아두이노를 배울 때 가장 먼저 접하는 예제이기도 합니다. 아마 예제를 하거나 동작로직을 점검 할 때 아두이노의 5V 전원을 사용해 모터를 작동시킨 경험이 있을 겁니다. 저도 이전 글에서 아두이노 5V 전원으로 서보모터를 동작하는 예제를 했습니다.

[아두이노] – 아두이노: 버튼 스위치와 초음파센서로 동작하는 서보모터

하지만 실제 서보모터를 이용해 실제 기계를 움직이려면 아두이노의 전원으로는 무리가 있습니다. 모터가 힘(토크)을 내기 위해서는 전류가 많이 필요한데 아두이노 전원으로는 많은 전류를 감당할 수 없습니다. 심할 경우 아두이노나 다른 부품이 고장날수도 있습니다. 이런 상황을 해결할 수 있도록 외부전원(배터리)을 이용한 서보모터 동작 예제를 해보겠습니다.

<그림 1> 외부전원(배터리)로 동작하는 서보모터

외부전원(배터리)로 서보모터 동작하기

아두이노에 외부 전원을 사용하는 방법에는 몇 가지가 있습니다. 커넥터를 이용해서 아두이노에 연결해도 되고 아두이노의 VIN(Voltage in) 핀에 외부 전원을 연결해도 됩니다. 아니면 외부전원을 부품에 바로 연결해도 됩니다. 여기서는 높은 전류가 필요한 부품이 서보모터 뿐이니 모터에 외부전원을 바로 연결해서 사용하겠습니다. 나머지 센서와 LED는 사용 전류가 낮기 때문에 아두이노로 무리없이 동작시킬 수 있습니다.

<그림 2> 아두이노 외부전원 연결 부위

부품설명: 서보모터(MG 996R)

Dimension 40.7×19.7×42.9mm Stall torque 9.4kg-cm (4.8v); 11kg-cm (6.0v) Operating voltage 4.8~ 6.6v Gear Type Metal gear Current draw at idle 10mA No load operating current draw

170mA Stall current draw 1400mA

MG 996R 서보모터는 토크가 높은 편입니다. 지난 예제에서 사용했던 파란색 SG90는 4.8V 전압에서 토크가 1.8kg-cm 였으니 그 때보다 5배 가량 힘이 셉니다. 11kg-cm라면 11cm 막대 끝에 1kg 무게를 달고도 회전할 수 있는 힘입니다.

토크 상세설명(위키피디아)

사용 전류를 살펴보면 idle(공회전) 상태에서 10mA가 사용됩니다. 모터 축에 아무것도 달지 않고 동작할 때(No load) 170mA가 사용됩니다. Stall 상황 즉 최대 무게가 걸릴 때 1400mA가 사용됩니다. 돌아가는 모터 축을 강한 힘으로 잡으면 모터는 돌지 못하고 소음만 발생하는데 그 때 전류라 보시면 됩니다. 힘을 내는 상황에서는 아두이노의 허용전류를 넘길 수 있습니다. 이럴 경우 외부 전원을 사용하지 않으면 동작도 안될뿐더러 다른 부품이 손상 될 수 있습니다. 모터의 사용 전압은 4.8~6.6V 입니다. 1.5V AA건전지 4개를 사용하는 6V 배터리 팩을 사용하겠습니다.

모터의 자세한 스펙은 아래 링크를 참고 바랍니다.

MG 996R 모터 스펙(Tower Pro)

<그림 3> 서보모터 MG 996R

부품설명: 배터리 팩 (1.5v x 4EA)

배터리 팩은 건전지를 직렬로 연결해 다른 제품에 전원을 공급할 수 있는 부품입니다. 직렬로 연결될 경우 연결되는 만큼 전압이 올라갑니다. 아래와 같이 1.5V AA 배터리 4개가 사용될 경우 6.0V 입니다. 서보모터 사용 전압이 4.8 ~ 6.6v이니 적절한 외부 전원입니다.

​<그림 4> 6V배터리 팩(1.5V x 4EA)

완성된 회로도

동작로직은 지난번 예제와 유사합니다. 스마트 사물함을 상상해 보겠습니다. 버튼으로 문을 열고 닫을 수 있습니다. 그리고 물건이 들어오면(초음파 센서에 감지되면) 일정시간이 지난 후 자동으로 문이 닫힌다고 가정해 보겠습니다.

전원선:

아래 회로도를 보면 스위치와 초음파 센서는 아두이노의 5V 전원을 사용하고 있고, 서보모터는 배터리 팩 6V 전원을 사용하는 것을 볼 수 있습니다. 접지(GND)는 모두 연결돼야 하므로 아두이노 및 다른 부품들의 GND와 배터리 팩의 (-)를 연결합니다.

신호선:

초음파센서 Trig: 디지털 2번 핀, Echo: 디지털 3번 핀

버튼스위치 열림: 디지털 6번 핀, 닫힘: 디지털 5번핀 (왼쪽 스위치를 문 열림으로 하겠습니다.)

서보모터 제어: 디지털 9번핀

<그림 5> 완성된 회로도

버튼이 눌러진 것을 알 수 있도록 버튼을 누르면 LED가 동작하도록 만들었습니다. 5V 전압 그대로 들어갈 경우 LED가 고장 날 수 있으니 저항과 함께 사용해야 합니다.

<그림 6> 버튼 스위치와 LED 동작 모습

​완성된 코드

#include // 서보모터 라이브러리 사용 #define TRIG 2 // 초음파센서 TRIG 2번핀 할당 #define ECHO 3 // 초음파센서 ECHO 3번핀 할당 int ButtonOpen = 5; //여는 버튼 입력 5번핀 할당 int ButtonClose = 6; //닫는 버튼 입력 6번핀 할당 Servo servo; boolean isNear = false; void setup(){ pinMode(TRIG,OUTPUT); // 아두이노 송신 pinMode(ECHO,INPUT); // 아두이노 수신 pinMode(ButtonOpen,INPUT); // 아두이노 수신 pinMode(ButtonClose, INPUT); // 아두이노 수신 servo.attach(9); // 서보모터 제어 9번핀 할당 servo.write(90); // 서보모터 초기각도 90도 셋팅(문 닫힌 상태) } void loop() { digitalWrite(TRIG,LOW); delayMicroseconds(2); digitalWrite(TRIG,HIGH); delayMicroseconds(5); digitalWrite(TRIG,LOW); long distance = pulseIn(ECHO,HIGH)/58; // 초음파 간격 //만약 버튼이 눌러졌다면 if (digitalRead(ButtonOpen)) { servo.write(0); // 서보모터 0도로 회전(문 열린 상태) } else if (digitalRead(ButtonClose)) { servo.write(90); // 서보모터 90도로 회전(문 닫힌 상태) } else if(distance < 10){ // 만약 10cm보다 가까우운 곳에 물체가 있으면 delay(5000); // 5초 뒤에 servo.write(90); // 서보모터 90도로 회전(문 닫힌 상태) } }

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