아두이노와 스마트폰으로 만드는 스마트 전압계 – 초간단 DIY 프로젝트

부품 및 소모품

부품	수량
아두이노 우노 (Arduino UNO)	1
아두이노용 PHPoC 와이파이 실드	1
저항 100kΩ	1
저항 1MΩ	1
점퍼 와이어	1세트

프로젝트 개요

아두이노 초보자라면 아두이노 초보자 튜토리얼로 시작해 보세요.

작동 원리

아두이노의 아날로그 입력 핀으로 전압을 측정할 수 있지만, 최대 측정 가능 전압은 5V로 제한됩니다. 더 높은 전압을 측정하려면 분압기(Voltage Divider) 회로가 필요합니다.

이론적 계산

분압비는 다음과 같이 계산됩니다:

V_measure = (R1 + R2) / R2 × V_in
ratio = (R1 + R2) / R2

R1 = 10 × R2로 설정하면 ratio = 11이 되어, 최대 측정 전압은 5V × 11 = 55V가 됩니다. 아두이노 핀으로 흐르는 전류를 제한해 손상을 방지하려면 저항값을 최대한 크게 선택해야 합니다. 본 프로젝트에서는 R1 = 1MΩ, R2 = 100kΩ을 사용했습니다.

실제 구현 시 고려사항

• 저항의 실제 오차로 인한 측정 오차 발생
• 아두이노 전원 공급 불안정으로 인한 아날로그 기준 전압(V_REF) 변동

이러한 문제는 캘리브레이션(보정) 과정을 통해 해결합니다.

캘리브레이션 방법

1. 실제 분압비 측정 (1회만 수행)

ratio = (R1 + R2) / R2 = V_measure / V_in = A1_read_value / A0_read_value

아두이노의 A0, A1 핀을 이용해 측정된 아날로그 값의 비율로 실제 분압비를 구합니다. 코드는 ResistorCalibration.ino를 참조하세요.

2. 전원 공급 불안정 보정

아두이노의 3.3V 핀을 A1에 연결해 기준 전압을 간접 측정합니다:

V_reference = 1023 × 3.3 / A1_value
V_in = mapFloat(A0_value, 0, 1023, 0, V_reference)
V_measure = ratio × V_in

제작 순서

1. "저항 캘리브레이션 배선"대로 회로 구성
2. ResistorCalibration.ino 업로드
3. 시리얼 플로터에서 ratio 값 확인 및 복사
4. Voltmeter.ino 5번째 줄의 ratio 값 교체
5. "메인 배선"대로 회로 재구성
6. Voltmeter.ino 업로드
7. 웹 UI(voltmeter.php, voltmeter_body.jpg)를 PHPoC 실드에 업로드
8. 브라우저에서 https://phpoc_shield_ip/voltmeter.php 접속해 전압 확인

배선 팁

코드

ResistorCalibration.ino (아두이노)

double ratio;
int analogReadAverage(int pin, int read_time) {
  unsigned long read_value = 0;
  for(int i = 0; i < read_time; i++) {
    read_value += analogRead(pin);
    delay(2);
  }
  return read_value / read_time;
}

double resistorCalibration() {
  double _ratio;
  double A0_read_value = analogReadAverage(A0, 20);
  double A1_read_value = analogReadAverage(A1, 20);
  _ratio = A1_read_value / A0_read_value;
  return _ratio;
}

void setup() {
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  ratio = resistorCalibration();
  Serial.print("ratio:");
  Serial.println(ratio);
  delay(200);
}

Voltmeter.ino (아두이노 메인 코드)

double V_measure, V_in, V_reference;
double ratio = 11.59;  // 캘리브레이션 값으로 교체

double mapFloat(double x, double in_min, double in_max, double out_min, double out_max) {
  return (x - in_min) * (out_max - out_min) / (in_max - in_min) + out_min;
}

int analogReadAverage(int pin, int read_time) {
  unsigned long read_value = 0;
  for(int i = 0; i < read_time; i++) {
    read_value += analogRead(pin);
    delay(2);
  }
  return read_value / read_time;
}

double getVoltageReference() {
  double A1_value = analogReadAverage(A1, 20);
  return 1023 * 3.3 / A1_value;
}

void setup() {
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  V_reference = getVoltageReference();
  double A0_value = analogReadAverage(A0, 20);
  V_in = mapFloat(A0_value, 0, 1023, 0, V_reference);
  V_measure = ratio * V_in;
  Serial.println(V_measure);
  delay(200);
}

voltmeter.php (웹 UI)

<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
  <title>PHPoC Shield - VOLTMETER</title>
  <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=0.7">
  <link rel="stylesheet" media="screen" href="https://fontlibrary.org/face/segment7" type="text/css"/>
  <style>
    html {height: 100%;}
    body {width: 100%; height: 100%; text-align: center;}
    .container {width: 100%; min-height: 99%; max-height: 100%;}
    canvas {
      background: url(voltmeter_body.jpg);
      background-size: contain;
      font-family: 'Segment7Standard';
      font-weight: bold;
      font-style: italic;
    }
  </style>
  <script>
    // 웹소켓 통신 및 캔버스 렌더링 코드
    // (원본 코드 참조)
  </script>
</head>
<body onresize="canvas_resize()">
  <div class="container" id="container">
    <canvas id="graph"></canvas>
  </div>
</body>
</html>

회로도