아두이노 나노 - DC 모터 | Arduino Nano - DC Motor
이 튜토리얼은 Arduino Nano를 사용하여 DC 모터를 제어하는 방법을 안내합니다. 자세히 말하자면, 우리는 다음을 배우게 됩니다:
- 직류 모터 작동 원리
- 아두이노 나노와 L298N 드라이버를 사용하여 DC 모터를 제어하는 방법
- 아두이노 나노를 프로그래밍하여 DC 모터의 속도와 방향을 제어하는 방법
- 아두이노 나노를 프로그래밍하여 두 개의 DC 모터를 동시에 제어하는 방법
준비물
| 1 | × | Arduino Nano | Amazon | |
| 1 | × | USB A to Mini-B USB cable | 쿠팡 | Amazon | |
| 1 | × | L298N Motor Driver Module | Amazon | |
| 1 | × | 5V DC Motor | Amazon | |
| 1 | × | (Optional) 12V DC Motor | Amazon | |
| 1 | × | 5V Power Adapter for 5V DC motor | Amazon | |
| 1 | × | DC Power Jack | 쿠팡 | Amazon | |
| 1 | × | Jumper Wires | Amazon | |
| 1 | × | (Optional) 9V Power Adapter for Arduino Nano | Amazon | |
| 1 | × | (Recommended) Screw Terminal Adapter for Arduino Nano | 쿠팡 | Amazon |
DC 모터에 관하여
DC 모터 핀배열
DC 모터에는 두 개의 전선이 있으며, 긍정적인 전선은 보통 빨간색이고 부정적인 전선은 보통 검은색입니다.
작동 원리
직류 모터를 구입할 때는 그것이 작동하는 전압을 알아두는 것이 중요합니다. 예를 들어, 12V 직류 모터를 고려해 봅시다.
12V 전원으로 12V DC 모터를 작동할 때:
- 양선에 12V와 GND를 각각 연결하면: DC 모터가 시계 방향으로 최대 속도로 회전합니다.
- 음선에 12V와 GND를 각각 연결하면: DC 모터가 반시계 방향으로 최대 속도로 회전합니다.
DC 모터의 두 전선 사이에서 전력 극을 바꾸면 회전 방향이 반대로 바뀝니다. 이 기술은 수동으로가 아닌 프로그래밍을 통해 DC 모터의 방향을 제어하는 데 사용됩니다.
DC 모터용 전원 공급 장치의 전압이 12V보다 낮으면 모터는 여전히 회전하지만 최대 속도로는 돌지 않습니다. 따라서 전원의 전압을 조정함으로써 DC 모터의 속도를 제어할 수 있습니다. 그럼에도 불구하고 전원의 전압을 제어하기 어렵기 때문에 이 방법은 일반적으로 사용되지 않습니다. 대안으로, 전원의 전압을 고정시키고 PWM 신호를 통해 DC 모터의 속도를 제어합니다. PWM의 듀티 사이클이 높을수록 DC 모터는 더 빠르게 회전합니다.
아두이노 나노를 사용하여 DC 모터를 제어하는 방법
DC 모터를 제어하는 데에는 속도와 방향, 두 가지 요소가 포함됩니다. 아두이노 나노는 PWM 신호를 생성할 수 있지만, 이 신호는 전압과 전류가 낮아서 모터를 직접 제어하는 데 사용할 수 없습니다. 아두이노 나노와 모터 사이에 하드웨어 드라이버를 사용해야 합니다. 드라이버는 두 가지 작업을 수행합니다:
- 아두이노 나노에서 PWM 신호를 전류 및/또는 전압 측면에서 증폭하여 속도 제어하기
- 아두이노 나노로부터 제어 신호를 받아 전원 공급의 극성을 전환하여 방향 제어하기
※ NOTE THAT:
이 튜토리얼은 모든 직류 모터에 사용할 수 있습니다. 예로 12V 직류 모터를 사용하고 있습니다.
5V 직류 모터를 제어할 때, 아두이노 나노 핀이 5V(직류 모터와 동일한 전압)를 출력하더라도, 아두이노 나노 핀은 직류 모터에 필요한 충분한 전류를 제공하지 않기 때문에 아두이노 나노와 직류 모터 사이에 드라이버가 여전히 필요합니다.
5V 직류 모터를 사용한다면 모터를 위한 5V 전원 어댑터가 필요합니다. 12V 직류 모터를 사용한다면 모터를 위한 12V 전원 어댑터가 필요합니다.
DC 모터를 구동하는 데 사용할 수 있는 칩과 모듈이 많이 있는데, 예를 들어 L293D와 L298N이 있습니다. 이 가이드에서는 L298N 드라이버를 사용할 예정입니다.
L298N 드라이버 소개
L298N 드라이버는 DC 모터와 스테퍼 모터를 관리하는 데 사용될 수 있습니다. 이 튜토리얼은 DC 모터를 제어하는 방법을 알려줍니다.
L298N 드라이버 핀배열
L298N 드라이버는 동시에 두 개의 직류 모터를 독립적으로 제어할 수 있으며, 이를 모터 A와 모터 B로 지칭합니다. 이 드라이버는 13개의 핀을 가지고 있습니다.
두 모터 모두에 해당하는 공통 핀:
- VCC 핀: 이 핀은 모터에 전력을 공급하며, 전압 범위는 5V에서 35V입니다.
- GND 핀: 이 핀은 공통 접지 연결로, 0V(GND)에 연결되어야 합니다.
- 5V 핀: 이 핀은 L298N 모듈에 전력을 공급하며, 아두이노 나노의 5V 소스에 의해 공급될 수 있습니다.
모터 A 핀 (채널 A):
- ENA 핀: 이 핀들은 모터 A의 속도를 조절하는 데 사용됩니다. 점퍼를 분리하고 이 핀을 PWM 입력에 연결하면 모터 A의 속도를 제어할 수 있습니다.
- IN1 및 IN2 핀: 이 핀들은 모터 A의 회전 방향을 관리하는 데 사용됩니다. 하나가 HIGH이고 다른 하나가 LOW일 때, 모터 A는 회전할 것입니다. 입력값이 모두 HIGH이거나 LOW이면, 모터 A는 멈출 것입니다.
- OUT1 및 OUT2 핀: 이 핀들은 모터 A에 연결됩니다.
모터 B 핀 (채널 B):
- ENB 핀: 이 핀을 사용하여 모터 B의 속도를 제어할 수 있습니다. 점퍼를 빼고 PWM 입력에 연결하면 모터 B의 속도를 조절할 수 있습니다.
- IN3 및 IN4 핀: 이 핀들은 모터 B의 회전 방향을 관리하는 데 사용됩니다. 하나는 HIGH이고 다른 하나는 LOW일 때, 모터 B는 회전할 것입니다. 두 입력이 모두 HIGH이거나 LOW인 경우, 모터 B는 움직이지 않을 것입니다.
- OUT3 및 OUT4 핀: 이 핀들은 모터 B에 연결됩니다.
L298N 드라이버에는 두 가지 입력 전력이 있습니다:
- DC 모터용으로, 전압 범위는 5V에서 35V입니다(VCC 및 GND 핀).
- L298N 모듈의 내부 작동을 위해, 전압 범위는 5V에서 7V입니다(5V 및 GND 핀).
간단함을 위해 L298N 드라이버에서 모든 점퍼를 제거하세요.
아두이노 나노와 L298N 드라이버를 사용하여 별도로 두 개의 직류 모터를 동시에 제어할 수도 있습니다. 각 모터를 조작하기 위해서는 아두이노 나노에서 세 개의 핀만 필요합니다.
※ NOTE THAT:
이 튜토리얼의 나떨은 DC 모터를 채널 A를 사용하여 제어하는 데 초점을 맞출 것입니다. 다른 DC 모터를 제어하기 위해서는 유사한 단계를 따라야 합니다.
L298N 드라이버를 통한 DC 모터의 속도 제어 방법
L298N의 ENA 핀에 PWM 신호를 발생시켜 DC 모터의 속도를 쉽게 제어할 수 있습니다. 이를 위해:
- 아두이노 나노 핀을 L298N의 ENA에 연결하세요.
- analogWrite() 함수를 통해 ENA 핀에 PWM 신호를 생성하세요. L298N 드라이버가 PWM 신호를 DC 모터로 증폭할 것입니다.
속도는 0부터 255 사이의 숫자입니다. 속도가 0일 때, 모터는 움직임을 멈출 것입니다. 속도가 255일 때, 모터는 가장 빠른 속도로 회전할 것입니다.
L298N 드라이버를 통한 DC 모터 방향 제어 방법
모터의 회전은 IN1과 IN2 핀에 로직 HIGH/LOW를 주어 관리할 수 있습니다. 아래 표는 양채널의 방향을 제어하는 방법을 보여줍니다.
| IN1 pin | IN2 pin | Direction |
|---|---|---|
| LOW | LOW | Motor A stops |
| HIGH | HIGH | Motor A stops |
| HIGH | LOW | Motor A spins Clockwise |
| LOW | HIGH | Motor A spins Anti-Clockwise |
따라서:
모터 A가 시계 방향으로 회전하게 하는 아두이노 코드.
모터 A가 반시계 방향으로 회전하게 하는 아두이노 코드.
※ NOTE THAT:
DC 모터의 시계 방향/반시계 방향은 OUT1 및 OUT2 핀을 모터의 두 핀에 반대로 연결함으로써 뒤집을 수 있습니다.
직류 모터 회전을 멈추는 방법
DC 모터를 멈추는 두 가지 방법:
속도를 0으로 줄이다
IN1과 IN2 핀을 같은 값으로 설정합니다. LOW 또는 HIGH입니다.
또는
L298N 드라이버를 사용하여 DC 모터를 제어하는 방법
배선도
L298N 모듈에서 점퍼를 모두 3개 제거한 후에 전선을 연결하세요.
이 이미지는 Fritzing을 사용하여 만들어졌습니다. 이미지를 확대하려면 클릭하세요.
아두이노 나노 코드
다음 코드는 차례대로 다음 작업을 수행합니다:
- DC 모터의 속도를 증가시킵니다
- 방향을 변경합니다
- DC 모터의 속도를 감소시킵니다
- DC 모터를 정지시킵니다
사용 방법
L298N 모듈에서 세 개의 점퍼를 모두 꺼내십시오.
코드를 복사하고 Arduino IDE에서 열십시오.
Arduino IDE에서 Upload 버튼을 클릭하여 코드를 Arduino Nano에 업로드하십시오.
다음 사항을 관찰해야 합니다:
- DC 모터가 속도를 높인 다음 1초 동안 최대 속도로 회전할 것입니다.
- DC 모터의 방향이 변경될 것입니다.
- DC 모터가 반대 방향으로 1초 동안 최대 속도로 회전할 것입니다.
- DC 모터가 속도를 줄일 것입니다.
- DC 모터가 1초 동안 멈출 것입니다.
- 이 과정이 지속적으로 반복될 것입니다.
※ NOTE THAT:
이 튜토리얼에서는 DC 모터의 최대 속도에 비례하여 속도를 조절하는 방법을 안내합니다. 절대 속도(초당 회전 수)를 제어하기 위해 우리는 PID 컨트롤러와 엔코더를 사용해야 합니다. DC 모터의 절대 속도를 제어하는 것은 별도 튜토리얼에서 다룰 예정입니다.
L298N 드라이버를 사용하여 두 개의 DC 모터 제어 방법
곧 옵니다!
동영상
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