라즈베리 파이 히팅 엘리먼트
이 튜토리얼은 라즈베리 파이를 사용하여 히팅 요소를 제어하는 방법을 안내합니다. 또한, 후속 튜토리얼에서 이 지식을 사용하여 난방 시스템을 만드는 방법을 배울 것입니다.
릴레이 또는 MOSFET 모듈을 통해 히팅 엘리먼트를 구동할 수 있습니다. 릴레이는 두 가지 상태만 줍니다. 가열 ON 또는 가열 OFF입니다. MOSFET 모듈도 이 두 가지 상태를 주며, 약간 따뜻한 정도부터 최대 출력까지 열 수준도 설정할 수 있습니다. 소리 없이 스위칭하고, 아주 자주 스위칭해도 마모되지 않습니다. 이 튜토리얼에서 두 가지 방법을 모두 보여 줍니다.
준비물
| 1 | × | 라즈베리 파이 5 | 쿠팡 | 아마존 | |
| 1 | × | 릴레이 | 아마존 | |
| 1 | × | (또는) MOSFET Module (AOD4184, LR7843 or FR120N) | 아마존 | |
| 1 | × | 가열 소자 | 아마존 | |
| 1 | × | 12V 전원 어댑터 | 아마존 | |
| 1 | × | DC 커넥터 전원 연결 잭 플러그 소켓 | 쿠팡 | 아마존 | |
| 1 | × | 점퍼케이블 | 쿠팡 | 아마존 | |
| 1 | × | (추천) 라즈베리 파이용 스크루 터미널 블록 쉴드 | 쿠팡 | 아마존 | |
| 1 | × | (추천) 라즈베리 파이 프로토타이핑 베이스 플레이트 & 브레드보드 키트 | 아마존 |
히팅 요소에 대하여
히팅 엘리먼트 핀아웃
히팅 엘리먼트는 일반적으로 두 개의 핀을 가지고 있습니다.
- 양극(+) 핀(빨간색)은 DC 전원 공급 장치의 12V에 연결해야 합니다.
- 음극(-) 핀(검은색)은 DC 전원 공급 장치의 GND에 연결해야 합니다.
라즈베리 파이를 사용하여 히팅 엘리먼트를 제어하는 방법
12V 가열 소자가 12V 전력을 공급받으면 열을 발생시킵니다. 가열 소자를 관리하기 위해선 Raspberry Pi와 가열 소자 사이에 릴레이를 사용해야 합니다. 그러면 Raspberry Pi가 릴레이를 통해 가열 소자를 제어할 수 있습니다.
릴레이(핀 배열, 기능, 프로그래밍 등)에 익숙하지 않은 경우, 라즈베리 파이 - 릴레이에서 더 많은 정보를 찾을 수 있습니다.
MOSFET 모듈의 핀아웃과 내부 구조는 먼저 라즈베리 파이 - MOSFET 모듈 튜토리얼을 읽어 보세요.
히팅 엘리먼트용 릴레이와 MOSFET 모듈 비교
| 릴레이 | MOSFET 모듈 | |
|---|---|---|
| 열 제어 | 최대 가열 또는 가열 없음 | 최대 가열, 가열 없음, 또는 그 사이의 모든 수준(PWM) |
| 소음 | 스위칭할 때 딸깍 소리 | 완전히 조용함 |
| 마모 | 접점이 마모되며, 자주 스위칭하면 더 빨리 마모됨 | 움직이는 부분이 없어 자주 스위칭해도 문제없음 |
| 속도 | 느림, 밀리초 단위 | 매우 빠름 |
| 히터 종류 | AC 또는 DC 히터 | DC 히터만 가능 |
| 전원 | 릴레이 정격 내의 모든 전압 | 약 6V 이상 |
| 절연 | 있음, 코일과 접점이 분리됨 | 있음, PC817 포토커플러 사용 |
| 용도 | AC 히터와 간단한 ON/OFF 가열 | 12V DC 히터, 열 수준 제어, 여러 번 스위칭하는 온도조절기 |
난방 시스템은 온도를 유지하기 위해 히터를 계속 켰다 껐다 하는 경우가 많습니다. 12V DC 히팅 엘리먼트에는 MOSFET 모듈이 더 적합합니다. 마모되지 않고 히터를 부분 출력으로도 작동시킬 수 있기 때문입니다. 교류(AC) 전원 히터에는 둘 중 릴레이만 사용할 수 있습니다.
선연결
이 이미지는 Fritzing을 사용하여 만들어졌습니다. 이미지를 확대하려면 클릭하세요.
라즈베리 파이 코드
아래 코드는 5초마다 히팅 엘리먼트를 켜고 5초마다 끕니다.
자세한 사용 방법
- Raspberry Pi에 Raspbian 또는 다른 Raspberry Pi 호환 운영 체제가 설치되어 있는지 확인하세요.
- Raspberry Pi가 PC와 같은 로컬 네트워크에 연결되어 있는지 확인하세요.
- 라이브러리를 설치해야 하는 경우 Raspberry Pi가 인터넷에 연결되어 있는지 확인하세요.
- 처음으로 Raspberry Pi를 사용하는 경우, 라즈베리 파이 - 소프트웨어 설치을 참조하세요.
- Linux와 macOS의 내장 SSH 클라이언트 또는 Windows의 PuTTY를 사용하여 SSH로 PC를 Raspberry Pi에 연결하세요. SSH를 통해 PC를 Raspberry Pi에 연결하는 방법을 참조하세요.
- RPi.GPIO 라이브러리가 설치되어 있는지 확인하세요. 설치되어 있지 않다면 다음 명령어를 사용하여 설치하세요:
- Python 스크립트 파일 heating_element.py을 만들고 다음 코드를 추가하십시오:
- 파일을 저장하고 터미널에서 다음 명령어를 실행하여 Python 스크립트를 실행합니다:
- 히팅 엘리먼트의 온도를 확인하세요.
WARNING
주의하세요. 이것은 귀하와 귀하의 거주지에 해를 끼칠 수 있습니다. 이것은 심각한 문제이며, 우리가 당신의 안전을 위해 바랍니다. 당신이 무엇을 하고 있는지 확신하지 못한다면, 아무것도 건드리지 말고 도움을 요청하세요. 우리는 당신의 안전에 대해 책임을 지지 않습니다.
스크립트는 터미널에서 Ctrl + C를 누를 때까지 무한 루프에서 계속 실행됩니다.
코드 설명
소스 코드 주석에 포함된 줄별 설명을 확인하세요!
라즈베리 파이 코드 - MOSFET 모듈로 히팅 엘리먼트 제어하기
이 부분에서는 MOSFET 모듈이 릴레이를 대신합니다. 라즈베리 파이가 PWM으로 히팅 엘리먼트에 가는 전력의 양을 정하므로, 약하게 또는 강하게 가열할 수 있습니다.
배선도
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:
| 출발 | 도착 |
|---|---|
| Raspberry Pi GPIO16(핀 36) | MOSFET 모듈 PWM 핀 |
| Raspberry Pi GND(핀 34) | MOSFET 모듈 GND 핀 |
| 12V 어댑터 양극 | MOSFET 모듈 + 단자 |
| 히팅 엘리먼트 빨간색 전선(+) | MOSFET 모듈 + 단자(어댑터와 공유) |
| 히팅 엘리먼트 검정색 전선(−) | MOSFET 모듈 LOAD 단자 |
| 12V 어댑터 음극 | MOSFET 모듈 − 단자 |
히팅 엘리먼트에는 코일이 없으므로 여기서는 플라이백 다이오드가 필요하지 않습니다.
자세한 사용 방법
- 위의 릴레이 Quick Steps와 같은 방법으로 Raspberry Pi, SSH 연결, RPi.GPIO 라이브러리를 설정하세요.
- 배선도와 같이 모두 연결하되, 12V 어댑터는 아직 꽂지 마세요.
- Python 스크립트 파일 MosfetModule.py을(를) 생성하고 다음 코드를 추가하세요:
- 12V 어댑터를 꽂고 스크립트를 시작하세요:
- 스크립트는 히터에 2초 동안 최대 전력을 주고 2초 동안 전력을 끕니다. 그다음 전력이 10%에서 100%까지 올라갔다가 다시 0%까지 내려갑니다. 히터는 천천히 따뜻해지고 천천히 식으므로 각 단계를 느끼지 못합니다. 한동안 실행해 두면 낮은 전력일 때보다 높은 전력일 때 더 따뜻하다는 것을 알 수 있습니다.
- 터미널에 각 단계의 전력 수준이 표시됩니다:
팁: MOSFET 모듈은 DC 부하만 스위칭하며, 약 6V 이상의 부하 전원이 필요합니다. 히터가 AC로 작동한다면 릴레이 방식을 사용하세요.
동영상
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