51. 모터와 예제

모터란 무엇인가?
모터(Motor)는 전기에너지를 기계적 에너지로 변환하는 장치입니다. 모터는 전류가 흐를 때 발생하는 자기장을 이용하여 회전 운동을 만들어내며, 다양한 형태와 동작 방식에 따라 분류됩니다. 산업 자동화, 로봇, 가전제품, 자동차, 드론 등 수많은 응용 분야에서 필수적으로 사용됩니다.

 

1. 모터의 종류와 특징
모터는 작동 방식에 따라 여러 가지 종류가 있으며, 각 모터는 특정한 용도에 맞게 설계됩니다. 대표적인 모터의 종류는 다음과 같습니다.

1) DC 모터 (직류 모터)
직류(DC) 전원을 공급하면 일정한 방향으로 회전하는 모터입니다.
속도는 전압에 비례하여 증가하며, PWM(펄스 폭 변조, Pulse Width Modulation)으로 속도를 조절할 수 있습니다.
간단한 회로로 구동이 가능하며, 전기 자동차, 완구, 로봇 등에 많이 사용됩니다.

2) 스테퍼 모터 (Stepper Motor)
일정한 각도로 회전하는 모터로, 정밀한 위치 제어가 가능합니다.
CNC 머신, 3D 프린터, 로봇 팔 등에 주로 사용됩니다.
제어가 복잡하지만, 높은 정밀도를 요구하는 곳에서 필수적인 요소입니다.

3) 서보 모터 (Servo Motor)
특정한 각도로 정확하게 움직일 수 있는 모터입니다.
내부에 제어 회로와 기어박스가 포함되어 있어 위치 제어가 용이합니다.
RC 자동차, 로봇 관절, 드론의 방향 조절 등에 사용됩니다.

4) AC 모터 (교류 모터)
교류(AC) 전원을 사용하여 동작하는 모터입니다.
유도 모터(Induction Motor), 동기 모터(Synchronous Motor) 등으로 나뉘며, 가전제품, 산업용 장비 등에 널리 사용됩니다.

 

2. 아두이노에서 사용 가능한 모터 드라이버 모듈
아두이노를 이용해 모터를 제어하려면 모터의 동작을 조절할 수 있는 드라이버 모듈이 필요합니다. 아래는 대표적인 모터 드라이버 모듈입니다.

1) L298N 모터 드라이버
특징: 2개의 DC 모터 또는 1개의 스테퍼 모터를 제어할 수 있습니다.
장점: PWM 신호를 이용해 모터 속도를 제어할 수 있으며, 전방향 및 후진 동작이 가능합니다.
전압: 5V~35V의 전원을 공급할 수 있어 다양한 DC 모터와 호환됩니다.
응용 분야: 로봇, 전기 자동차, RC 카

2) DRV8825 스테퍼 모터 드라이버
특징: 스테퍼 모터의 정밀한 제어가 가능하며, 마이크로스텝 기능을 지원합니다.
전압: 8.2V~45V의 전원을 사용할 수 있습니다.
응용 분야: CNC 머신, 3D 프린터, 로봇

3) PCA9685 PWM 서보 드라이버
특징: 최대 16개의 서보 모터를 제어할 수 있으며, I2C 인터페이스를 통해 간편하게 연결할 수 있습니다.
전압: 5V 전원 공급, 서보 모터는 별도 전원 공급이 필요할 수 있음.
응용 분야: 로봇 관절, 드론의 서보 컨트롤

4) BTS7960 고전력 모터 드라이버
특징: 대전류(43A)까지 지원하여 강력한 DC 모터를 구동할 수 있습니다.
응용 분야: 전동 스쿠터, 대형 로봇

 

 

3. 아두이노를 이용한 모터 제어 예제 코드

아래는 아두이노를 이용하여 DC 모터를 600Hz 주파수로 정방향 1초, 역방향 1초로 구동하는 예제 코드입니다.

 

1) 필요한 부품

아두이노 보드 (Arduino Uno, Mega 등)

L298N 모터 드라이버 모듈

DC 모터

외부 전원(6V~12V)

점퍼 와이어

 

2) 회로 연결

L298N 핀	아두이노 핀	기능
ENA	9번	PWM(속도 조절)
IN1	7번	모터 방향 제어
IN2	8번	모터 방향 제어
GND	GND	공통 접지
12V	외부 전원(6~12V)	모터 전원 공급

 

#define ENA 9   // PWM 핀
#define IN1 7   // 방향 제어 핀 1
#define IN2 8   // 방향 제어 핀 2

void setup() {
  pinMode(ENA, OUTPUT);
  pinMode(IN1, OUTPUT);
  pinMode(IN2, OUTPUT);
}

void loop() {
  // 정방향 회전 (600Hz, 1초)
  analogWrite(ENA, 128); // PWM 값 (0~255), 128은 약 50% 속도
  digitalWrite(IN1, HIGH);
  digitalWrite(IN2, LOW);
  delay(1000);

  // 역방향 회전 (600Hz, 1초)
  analogWrite(ENA, 128);
  digitalWrite(IN1, LOW);
  digitalWrite(IN2, HIGH);
  delay(1000);
}

 

4. 하드웨어에서 전기모터의 중요성
모터는 다양한 하드웨어 시스템에서 핵심적인 역할을 합니다. 다음 응용 분야에서 특히 필요합니다.

1) 로봇 시스템
로봇의 움직임과 관절 동작을 위해서는 모터가 필수적입니다. 스테핑 모터는 정확한 각도 제어에 사용되며 DC 모터는 바퀴의 속도 조절에 사용됩니다.

2) 스마트 가전
에어컨, 선풍기, 전동 커튼, 로봇 청소기 등 가전제품에는 다양한 종류의 모터가 사용됩니다.

3) 공업 자동화
컨베이어 벨트, 공장 자동화 장비에서 모터는 핵심 구성 요소이며 서보 모터 또는 스테핑 모터는 주로 정확한 위치 제어가 필요합니다.

4) 전기자동차와 드론
전기차에서는 고출력 모터가 필수적이며, 드론에서는 고속 회전이 가능한 BLDC 모터가 사용됩니다.

5. 모터 제어 주의사항
적절한 전원 공급: 적절한 전원 공급을 보장하기 위해 모터의 작동 전압 및 전류 요구 사항을 고려해야 합니다.
발열 관리: 고출력 모터의 발열이 심각하여 라디에이터나 냉각 팬이 필요할 수 있습니다.
모터 드라이버 선택: 모터 유형에 따라 적절한 드라이버를 선택해야 합니다. 전압과 전류 용량이 충분한지 확인하는 것이 중요합니다.
전원 공급 장치 및 GND 연결: 회로가 정상적으로 작동하는지 확인하기 위해 공통 접지를 설정해야 합니다.