아두이노 고속 RPM 카운터 – 레이저 + IR 센서 싱글샷 알고리즘으로 40ms 초고속 측정

부품 및 소모품

필요 도구

• 납땜 인두 (모터 리드선 연결용), 솔더 와이어

프로젝트 소개

단일 IR 센서와 적색 레이저 포인터, 아두이노만으로 모터 RPM을 고정밀 측정하는 장치입니다. 독자 개발한 싱글샷 감지 알고리즘(Single Shot Detection)으로 40ms 이내에 RPM을 계산하며, 매 1/n 회전(블레이드 n개)마다 측정값을 갱신해 미세한 속도 변화도 실시간 포착합니다.

작동 원리

1. 레이저 빔 차단: 모터 축에 부착된 팬 블레이드가 회전하며 레이저 빔을 주기적으로 차단
2. IR 센서 감지: 적색 레이저는 미량의 적외선 성분을 포함 → IR 센서가 수신. 블레이드 통과 시 신호 차단(LOW), 통과 후 수신(HIGH)
3. 싱글샷 알고리즘: 차단 시작→끝 시간을 측정해 블레이드 폭/반지름 기반 각속도 계산 → RPM 환산

핵심: 싱글샷 감지 알고리즘

기존 방식: 고정 시간(예: 1초) 동안 펄스 카운트 → 평균 RPM

본 방식: 매 차단 이벤트마다 즉시 RPM 계산

• 측정 주기: 1/n 회전마다 (n=블레이드 수) → 고속 회전 시 초당 수십 회 측정
• 응답 시간: < 40ms
• 해상도: 소수점 2자리 (0.01 RPM 단위)
• 부하 변동, 전압 강하 등 미세 변화 실시간 감지 가능

설치 및 보정

1. 레이저 포인터와 IR 센서를 마주보게 고정 (거리 5~20cm)
2. 모터 팬 블레이드가 레이저 빔을 지나는 위치에 오도록 정렬
3. 코드 상수 수정:
   • wid: 블레이드 폭 (미터 단위, 예: 0.012 = 12mm)
   • rad: 감지 지점 반지름 (미터 단위, 예: 0.045 = 45mm)
4. 모터 구동 후 시리얼 모니터(9600 baud)로 RPM 확인

코드

// 고속 RPM 카운터 - 싱글샷 알고리즘
// by YASH36

const int sen = A0;
const float wid = 0.012;   // 블레이드 폭 (m) - 실측값으로 수정
const float rad = 0.045;   // 감지 반지름 (m) - 실측값으로 수정
const float konst = 6.2832; // 2 * PI

float time_1, time_2, vel, diff, tnet, rpm;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(sen, INPUT);
  Serial.println("모터 시작 후 3초 대기...");
  delay(3000);
}

void loop() {
  // 레이저 차단 시작 감지 (아날로그 값 하강)
  if(analogRead(sen) < 950) {
    time_1 = millis();
    delay(30);  // 디바운스/노이즈 필터
  }
  
  // 레이저 차단 종료 감지 (아날로그 값 상승)
  if(analogRead(sen) > 950) {
    time_2 = millis();
    diff = time_2 - time_1;           // 차단 지속 시간 (ms)
    vel = wid / diff;                 // 선속도 (m/ms)
    tnet = (konst * rad) / vel;       // 한 바퀴 도는 시간 (ms)
    rpm = 60000.0 / tnet;             // RPM 환산
  }
  
  Serial.print("RPM: ");
  Serial.println(rpm, 2);  // 소수점 2자리 출력
}

회로도

장점 및 한계

개선 아이디어

• OLED/LCD 디스플레이 추가로 휴대용 타코미터화
• 데이터 로깅(SD 카드) 또는 무선 전송(블루투스/WiFi)
• 여러 모터 동시 측정용 멀티채널 확장
• 홀 센서/엔코더 대비 비접촉/비자석 방식의 장점 활용