라즈베리 파이 DC 모터
이 튜토리얼은 라즈베리 파이를 사용하여 DC 모터를 제어하는 방법을 안내합니다. 자세히는 다음을 배웁니다:
- DC 모터 작동 원리
- Raspberry Pi와 L298N 드라이버를 사용하여 DC 모터 제어하는 방법
- DC 모터의 속도와 방향을 제어하도록 Raspberry Pi 프로그래밍하는 방법
- 두 개의 DC 모터를 동시에 제어하도록 Raspberry Pi 프로그래밍하는 방법
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DC 모터에 대하여
DC 모터 핀아웃
DC 모터에는 두 개의 전선이 있으며, 양극은 일반적으로 빨간색이고 음극은 일반적으로 검은색입니다.
작동 방식
DC 모터를 구매할 때는 모터가 작동하는 전압을 이해하는 것이 중요합니다. 예를 들어, 12V DC 모터를 살펴보겠습니다.
12V 직류 모터를 12V 전원으로 작동할 때:
- 12V와 GND를 각각 양극선과 음극선에 연결하세요: DC 모터는 시계 방향으로 최대 속도로 회전할 것입니다.
- 12V와 GND를 각각 음극선과 양극선에 연결하세요: DC 모터는 반시계 방향으로 최대 속도로 회전할 것입니다.
앞서 언급했듯이 DC 모터의 두 전선 사이에 있는 전원 폴을 교체하면 회전 방향이 반대로 바뀝니다. 이것은 DC 모터의 방향을 제어하는 방법인데, 수동 조작이 아닌 프로그래밍을 통해 이루어집니다.
DC 모터의 전원 공급 장치의 전압이 12V 이하인 경우에도 모터는 회전하지만 최대 속도로는 회전하지 않습니다. 이는 전압을 변경함으로써 DC 모터의 속도를 조절할 수 있음을 의미합니다. 그러나 전원의 전압을 제어하는 데 어려움이 있어 이 방법은 일반적으로 사용되지 않습니다. 따라서 전원 공급 장치의 전압은 일정하게 유지되며, DC 모터의 속도는 PWM 신호로 조절됩니다. PWM의 듀티 사이클이 클수록 DC 모터가 더 빠르게 회전합니다.
Raspberry Pi를 사용하여 DC 모터 제어하는 방법
DC 모터를 제어하려면 속도와 방향이라는 두 가지 요소가 필요합니다. Raspberry Pi는 PWM 신호를 생성할 수 있지만 이 신호는 전압과 전류가 낮아 모터를 제어하는 데 사용할 수 없습니다. Raspberry Pi와 DC 모터 사이에 하드웨어 드라이버를 사용해야 합니다. 드라이버는 두 가지 작업을 수행합니다:
- Raspberry Pi에서 PWM 신호를 증폭하여 (전류 및 전압 측면에서) 속도 제어하기
- 방향 제어를 위해 Raspberry Pi에서 제어 신호를 수신하여 전원 공급의 극성을 전환하기
※ NOTE THAT:
- 이 튜토리얼은 모든 DC 모터에 사용할 수 있습니다. 우리는 12V DC 모터를 예로 사용할 것입니다.
- 5V DC 모터를 제어할 때, Raspberry Pi 핀이 5V를 출력하더라도(이는 DC 모터 전압과 동일함) 모터와 Raspberry Pi 사이에 드라이버가 필요합니다. 이는 Raspberry Pi 핀이 DC 모터에 필요한 충분한 전류를 제공할 수 없기 때문입니다.
DC 모터를 제어하기 위한 드라이버로 사용될 수 있는 여러 종류의 칩과 모듈이 있습니다. 이 튜토리얼에서는 L298N이라는 모듈을 사용할 것입니다.
L298N 드라이버에 대하여
L298N 드라이버는 DC 모터와 스텝 모터를 조작하는 데 사용할 수 있습니다. 이 튜토리얼은 DC 모터를 관리하기 위해 사용하는 방법을 안내합니다.
L298N 드라이버 핀 구성
L298N 드라이버는 모터 A와 모터 B로 불리는 두 개의 DC 모터를 동시에 독립적으로 제어할 수 있습니다. 이 드라이버는 총 13개의 핀을 가지고 있습니다.
두 모터 모두에 공통인 핀:
- VCC 핀: 이 핀은 모터에 전력을 공급하며 5V에서 35V까지 범위가 가능합니다.
- GND 핀: 이 핀은 접지(0V)에 연결되어 공통 접지 역할을 합니다.
- 5V 핀: 이 핀은 L298N 모듈에 전력을 공급하며 라즈베리 파이의 5V 출력에서 소스를 얻을 수 있습니다.
모터 A 핀 (채널 A):
- ENA 핀: 이 핀들은 모터 A의 속도를 조절하는 데 사용됩니다. 점퍼를 제거하고 이 핀을 PWM 입력에 연결하면 모터 A의 속도를 제어할 수 있습니다.
- IN1 및 IN2 핀: 이 핀들은 모터 A의 회전 방향을 제어하는 역할을 합니다. 하나가 HIGH이고 다른 하나가 LOW로 설정되면 모터 A가 회전합니다. 두 입력이 모두 HIGH이거나 LOW이면 모터 A는 움직이지 않습니다.
- OUT1 및 OUT2 핀: 이 핀들은 모터 A에 연결됩니다.
모터 B 핀 (채널 B):
- 입력 IN3 및 IN4가 HIGH 또는 LOW일 때, Motor B는 회전하며 OUT3 및 OUT4 핀은 모터에 전류를 제공합니다.
- ENB 핀: Motor B의 속도를 관리하는 데 사용할 수 있습니다. 점퍼를 제거하고 이 핀을 PWM 입력에 연결하면 Motor B의 속도를 제어할 수 있습니다.
- IN3 및 IN4 핀: Motor B의 회전 방향을 제어하는 데 사용됩니다. 이 중 하나는 HIGH이고 다른 하나는 LOW일 때, Motor B는 회전합니다. 두 입력 모두 HIGH이거나 LOW일 경우, Motor B는 멈춥니다.
- OUT3 및 OUT4 핀: Motor B에 연결됩니다. 입력 IN3 및 IN4가 HIGH 또는 LOW일 때, Motor B는 회전하고 OUT3 및 OUT4 핀은 모터에 전류를 공급합니다.
L298N 드라이버는 두 개의 입력 전원 공급 장치를 가지고 있습니다:
- DC 모터 용 (VCC 및 GND 핀) 5V에서 35V 범위.
- L298N 모듈의 내부 작동 용 (5V 및 GND 핀) 5V에서 7V 범위.
단순화를 위해 L298N 드라이버에서 모든 점퍼를 제거하십시오. 점퍼는 고급 사용 또는 다른 목적을 위해 사용되므로 이것이 필요합니다.
Raspberry Pi와 L298N 드라이버를 사용하여 두 개의 DC 모터를 독립적으로 동시에 제어할 수 있습니다. 각 모터를 관리하기 위해 Raspberry Pi에서 필요한 핀은 세 개 뿐입니다.
※ NOTE THAT:
이 튜토리얼의 나머지 부분은 채널 A를 사용하여 DC 모터를 제어하는 데 중점을 둡니다. 다른 DC 모터를 제어하기 위해 유사한 단계를 수행할 수 있습니다.
L298N 드라이버를 통해 DC 모터의 속도 제어 방법
L298N의 ENA 핀에 PWM 신호를 생성하여 DC 모터의 속도를 조절하는 것은 쉽습니다. 이는 다음과 같은 방법으로 할 수 있습니다:
- 라즈베리 파이 핀을 L298N의 ENA에 연결하기
- pwm.ChangeDutyCycle() 함수를 사용하여 ENA 핀에 PWM 신호 생성하기. L298N 드라이버는 PWM 신호를 DC 모터에 증폭시켜 전달합니다.
속도는 0에서 100까지의 범위입니다. 속도가 0일 때 모터는 움직이지 않습니다. 속도가 100일 때 모터는 최고 속도로 회전합니다.
L298N 드라이버를 통해 DC 모터의 방향 제어 방법
모터의 회전은 IN1과 IN2 핀에 HIGH/LOW 논리를 주어 제어할 수 있습니다. 아래 표는 양 채널에서 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:
- 시계 방향으로 모터 A를 제어하기 위한 Raspberry Pi.
- 모터 A를 반시계 방향으로 제어하기 위한 라즈베리 파이.
※ NOTE THAT:
모터의 회전 방향을 반대로 하려면, OUT1 및 OUT2 핀을 DC 모터의 두 핀에 반대 방향으로 연결해야 합니다. 이를 위해 OUT1과 OUT2 핀을 바꾸거나 코드에서 IN1 및 IN2 핀의 제어 신호를 변경해야 합니다.
DC 모터 회전을 멈추는 방법
직류 모터를 멈추는 두 가지 방법은:
- 속도를 0으로 줄이기
- IN1과 IN2 핀 모두를 동일한 값, 즉 LOW 또는 HIGH로 설정합니다.
- 또는
L298N 드라이버를 사용하여 DC 모터 제어 방법.
배선도
연결하기 전에 L298N 모듈에서 모든 점퍼 3개를 제거하세요.
이 이미지는 Fritzing을 사용하여 만들어졌습니다. 이미지를 확대하려면 클릭하세요.
배선 구성을 간단하고 체계적으로 만들기 위해, Raspberry Pi용 스크루 터미널 블록 실드 사용을 권장합니다. 이 실드는 아래와 같이 더욱 안정적이고 관리하기 쉬운 연결을 제공합니다:
라즈베리 파이 코드
라즈베리 파이에서 실행되는 파이썬 코드를 작성하여 다음 작업을 수행할 것입니다:
- DC 모터의 속도를 증가시킵니다
- 방향을 변경합니다
- DC 모터의 속도를 감소시킵니다
- 모터를 정지시킵니다
Detailed Instructions
- L298N 모듈에서 모든 3개의 점퍼를 제거하세요.
- Raspberry Pi에 Raspbian 또는 기타 Raspberry Pi 호환 운영 체제가 설치되어 있는지 확인하세요.
- Raspberry Pi가 PC와 동일한 로컬 네트워크에 연결되어 있는지 확인하세요.
- 일부 라이브러리를 설치해야 하는 경우 Raspberry Pi가 인터넷에 연결되어 있는지 확인하세요.
- Raspberry Pi를 처음 사용하는 경우, Raspberry Pi 설정 방법을 참조하세요.
- Linux 및 macOS에서는 내장된 SSH 클라이언트를 사용하고, Windows에서는 PuTTY를 사용하여 SSH를 통해 PC를 Raspberry Pi에 연결하세요. SSH를 통해 PC를 Raspberry Pi에 연결하는 방법을 참조하세요.
- RPi.GPIO 라이브러리가 설치되어 있는지 확인하세요. 설치되어 있지 않다면 다음 명령어로 설치하세요:
- 파이썬 스크립트 파일 dc_motor.py를 생성하고 다음 코드를 추가하세요.
- 파일을 저장하고 터미널에서 다음 명령을 실행하여 Python 스크립트를 실행하세요:
스크립트는 터미널에서 Ctrl + C를 누를 때까지 무한 루프에서 계속 실행됩니다.
관찰할 것입니다:
- DC 모터는 가속한 후 최대 속도로 1초 동안 회전합니다.
- DC 모터의 방향이 변경됩니다.
- DC 모터는 반대 방향으로 최대 속도로 1초 동안 회전합니다.
- DC 모터는 감속합니다.
- DC 모터는 1초 동안 정지 상태를 유지합니다.
- 이 과정은 계속 반복됩니다.
※ NOTE THAT:
이 튜토리얼은 DC 모터의 최대 속도와 관련하여 속도를 조절하는 방법을 안내합니다. 절대 속도(초당 회전 수)를 제어하려면 PID 컨트롤러와 인코더를 사용해야 합니다. DC 모터의 절대 속도 제어에 대한 내용은 다른 튜토리얼에서 논의할 것입니다.
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