아두이노와 릴레이모듈을 활용한 전등켜기

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릴레이(RELAY)는 계전기라고도 부르며 입력신호를 사용하여 출력측에 연결된 장치를 ON 또는 OFF할 수 있는 전자석을 사용한 일종의 자동 스위치라고 할 수 있습니다. 자동 제어 시스템에 광범위하게 사용되고 있으며 낮은 전압과 전류 신호로 높은 전압과 큰 전류를 가지는 장치를 제어할 수 있습니다. 전자석에 전원이 공급되면 전기자를 아래로 빨아들여 두 개의 접점이 붙게 되고 스위치가 ON됩니다. 전자석의 전원이 차단되면 자력이 상실되고 스프링이 전기자를 당겨 스위치가 OFF됩니다.

릴레이 모듈을 사용하면 아두이노 보드와 장치간에 전기적으로 분리(절연)되며 릴레이 모듈에 연결된 장치는 DC전압은 물론 AC전압을 사용하는 장치도 제어할 수 있습니다. 또한 릴레이 모듈을 사용하면 아두이노 보드의 소신호를 사용하여 고전압, 대전류의 장치를 제어할 수 있게 됩니다.

아래는 릴레이 내부 구조입니다.

릴레이 구조는 아래와 같이 5가지 부분으로 나눠볼 수 있습니다.

1. 전자석 : 구리선이 감겨있는 코어로서 전기가 흐르면 자계가 발생하게 됩니다.

2. 전기자(또는 아마추어) : 움직일 수 있는 구조를 가지고 있으며 전자석에서 발생한 자계에 따라 붙었다 떨어졌다 하며 접점 스위치를 ON/OFF할 수 있습니다. NO(Normal Open; 평상시 OFF)와 NC(Normal Close; 평상시 ON) 사이를 오가며 COM단자와 연결됩니다. 평상시 전류가 흐르지 않는 경우에는 자계가 발생하지 않으며 접점 스위치는 NC와 COM이 연결된 상태가 되며 NO와 COM은 연결되지 않습니다. 전류가 흐르면 자계가 발생하고 전자석과 아마추어가 붙게되고 NO와 COM단자가 연결되고 NC와 COM은 연결되지 않습니다.

3. 스프링 : 평상시 전류가 흐르지 않는 경우 아마추어(전기자)를 전자석과 떨어지게 합니다.

4. 접점 : NC, NO의 2개의 접점이 있습니다(일부 릴레이의 경우 NO 접점만 있는 경우도 있습니다). 전자석의 동작 유무에 따라 COM(공통) 단자와 연결되는 접점이 바뀝니다.

NO (Normal Open; 평상시 OFF) : 평상시에는 접점이 떨어져 있다가 전류가 흐르면 전자석에 의해 접점이 ON이 됩니다.

NC (Normal Close; 평상시 ON) : 평상시에 접점이 붙어 있다가 전류가 흐르면 접점이 OFF됩니다.

5. 보호케이스 : 릴레이를 보호하기 위한 플라스틱 케이스입니다.

아래는 이번 실험에서 사용할 1채널 릴레이 모듈로서 5V 아두이노 디지털 포트의 신호로 최대 10A의 전류의 DC 또는 AC 장치를 제어할 수 있습니다.

아래는 릴레이 모듈의 회로도 입니다.

이번 실험에서는 아두이노 보드의 6번 디지털포트 릴레이 모듈을 제어하게 됩니다. 코드를 작성하기 전에 아래와 같이 아두이노 보드와 릴레이 모듈을 결선합니다.

결선이 완료되면 아두이노 보드로 릴레이 모듈을 ON/OFF 하는 프로그램을 작성해보도록 하겠습니다. 이번 실험에서는 단순하게 1초 마다 릴레이를 ON 하고 OFF하는 동작을 반복하는 프로그램을 작성합니다.

출력쪽에 아무런 부하가 없는 상태에서 동작시키면 릴레이의 접점의 전자석이 동작함에 따라 접점이 붙고 떨어지면서 나오는 "딸깍"하는 소리를 1초마다

소스코드

아래는 소스코드입니다. 아두이노 IDE에 붙여넣기 하여 컴파일하고 업로드합니다.

// 아두이노 릴레이모듈 실험
// 1초마다 ON/OFF를 반복합니다. 1초마다 릴레이 접점이 붙었다 떨어지는 "딸깍"소리를 들을 수 있습니다.

const int relayPin = 6; //릴레이 신호핀(S)에 연결되는 아두이노 핀

void setup()
{
  pinMode(relayPin, OUTPUT); //릴레이 신호용 아두이노 디지털 핀을 출력으로 설정
}

void loop()
{
  digitalWrite(relayPin, HIGH); //릴레이 접점 ON
  delay(1000); //1초 대기
  digitalWrite(relayPin, LOW); //릴레이 접점 OFF
  delay(1000); //1초 대기
}

아래는 실제 결선하고 프로그램을 업로드하여 동작시킨 모습입니다.