MAX6675 IC로 아두이노 포텐타 H7에 열전대 센서 연동하기

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CircuitMaker by Altium

프로젝트 소개

이 튜토리얼에서는 고온 열전대를 아두이노 포텐타 H7에 연결하는 과정을 안내합니다. MAX6675 열전대-디지털 컨버터를 활용합니다. 포텐타의 듀얼 SPI 포트는 견고한 인터페이스를 제공하며, MAX6675는 1024°C까지 12비트 해상도를 제공해 산업용 모니터링에 이상적입니다.

배울 내용

• 열전대가 전압을 생성하는 원리와 온도에 따른 전압 변화
• MAX6675 IC 선택 및 포텐타 H7 SPI 버스에 배선
• 아두이노 IDE에서 센서 데이터 해석 및 시리얼 모니터 시각화

준비물

• Arduino Portenta H7
• 타입-K 열전대 (SparkFun MAX31855K 브레이크아웃 경유)
• 포텐타 쓰론 보드 (듀얼 SPI 헤더가 있는 커스텀 PCB)
• 표준 0.1µF 디커플링 커패시터
• 센서 삽입용 4핀 스크류 터미널 블록

열전대 센서 작동 원리

열전대는 양단이 접합된 두 개의 이종 금속으로 구성됩니다. 접합부가 가열되면 접합부와 기준단 간의 온도 차이에 비례하는 열전기 전압이 발생합니다. 이 전압은 매우 작습니다(보통 수 mV) — 마이크로컨트롤러가 읽기 전에 증폭과 디지털화가 필요합니다.

크로멜과 알루멜로 만든 타입-K 열전대는 산업용 온도 감지에 가장 일반적인 선택입니다. 적절한 컨버터(MAX6675 등)와 결합 시 -200°C~1260°C 범위에서 ±1°C 정확도를 제공합니다.

센서 하드웨어 요구사항

신뢰성 있는 동작을 위해 MAX6675는 포텐타 H7과 같은 3.3V 레일로 구동해야 하며, 0.1µF 디커플링 커패시터를 IC의 VCC 핀에 최대한 가깝게 배치해야 합니다. 열전대 와이어는 브레이크아웃 보드의 전용 스크류 터미널에 삽입하되, 극성(빨강=양극)을 지켜야 합니다.

쓰론 보드 회로도로 돌아가기

Altium Designer로 포텐타의 두 가용 SPI 버스를 커스텀 쓰론 보드의 MAX6675 IC들에 라우팅했습니다. 첫 번째 SPI 인터페이스(HD 커넥터 2의 핀 38, 40, 42)가 첫 번째 MAX6675를, 두 번째(HD 커넥터 1의 핀 33, 59, 61)가 두 번째 IC를 담당합니다. 설계는 MAX6675 데이터시트의 트레이스 폭과 디커플링 배치 권장사항을 따릅니다.

조립은 간단합니다 — 정밀 인두로 MAX6675와 디커플링 캡을 납땜한 후, 스크류 터미널로 열전대를 브레이크아웃에 고정하세요.

센서 연결 핀

열전대 배선 시 제조사의 극성 표시 준수: 빨강 = +, 검정 = –. 센서를 브레이크아웃의 스크류 터미널에 연결한 후, 브레이크아웃의 VCC, GND, DO, CS, SCK 핀을 회로도에 표시된 대로 포텐타 헤더에 연결하세요.

소프트웨어 및 테스트

아두이노 스케치는 Adafruit MAX6675 라이브러리를 사용해 SPI로 통신합니다. 포텐타 온보드 LED(PC_7)를 시각적 피드백용으로 초기화한 후, 프로그램이 매초 섭씨/화씨 온도 읽기를 출력합니다.

스케치 업로드 후 시리얼 모니터에 핫플레이트가 열전대를 가열하며 온도가 꾸준히 상승하는 것이 표시됩니다 — 성공적인 SPI 통신과 정확한 변환을 확인합니다.

이 프로젝트를 마칩니다. 센서와 포텐타의 다재다능한 I/O로 지속적인 실험을 통해 임베디드 실력을 키우세요. 해피 해킹!

코드

• 제목 없는 파일

제목 없는 파일

// 퍼블릭 도메인 예제 – 빠른 MAX6675 데모
// 출처: www.ladyada.net/learn/sensors/thermocouple
#include "max6675.h"

// 포텐타 H7 SPI 핀 (필요시 조정)
const uint8_t thermoCLK = 9;
const uint8_t thermoCS = 8;
const uint8_t thermoDO = 10;

MAX6675 thermocouple(thermoCLK, thermoCS, thermoDO);

void setup() {
  pinMode(PC_7, OUTPUT); // 온보드 LED
  digitalWrite(PC_7, HIGH); delay(500);
  digitalWrite(PC_7, LOW); delay(500);
  Serial.begin(9600);
  Serial.println("MAX6675 test");
  delay(500); // 칩 안정화 대기
}

void loop() {
  float tempC = thermocouple.readCelsius();
  float tempF = thermocouple.readFahrenheit();
  Serial.print("C = "); Serial.println(tempC);
  Serial.print("F = "); Serial.println(tempF);
  // 30°C 초과 시 LED 점멸
  digitalWrite(PC_7, tempC > 30 ? HIGH : LOW);
  delay(1000);
}

회로도

전체 회로도와 PCB 레이아웃은 동봉된 PDF 파일을 참조하세요.