초음파 센서로 아두이노 자동문 만들기

부품 및 소모품

• 아다프루트 RGB 백라이트 LCD 16x2 × 1
• 초음파 센서 HC-SR04 (일반) × 1
• 부저 × 1
• DC 모터 × 1
• 아두이노 우노 (Arduino UNO) × 1
• 모터 쉴드 (L293D) × 1
• 점퍼 와이어 (일반) × 1

앱 및 온라인 서비스

• 아두이노 IDE (Arduino IDE)

프로젝트 소개

초음파 센서 HR-SC04를 이용한 자동문 개폐 시스템

이 프로젝트는 자동문 개폐 시스템에 관한 것입니다. 자동문 제어 시스템에는 문에 접근하는 사람이나 물체를 감지하는 센서가 포함됩니다. 건물, 시설 등에 출입하기 위해 문을 자동으로 여닫는 시스템과 방법은 기술 분야에서 매우 일반적입니다. 자동문은 소매점, 슈퍼마켓 등에서 흔히 볼 수 있습니다.

이 프로젝트는 일반적으로 사람이나 물체가 문에 접근하는 것을 감지하여 자동으로 문을 여는 시스템입니다. 이 시스템은 아두이노 마이크로컨트롤러로 제어됩니다. 시스템에는 랙 앤 피니언 기어링으로 문을 슬라이드시키는 DC 모터, 문 상태를 표시하는 LCD, 문이 열린 동안 소리를 내는 오디오 부저, 센서로 사람이나 물체가 감지되면 문의 개폐를 제어하는 컨트롤러가 포함됩니다.

전체 시스템은 메카트로닉 시스템 설계의 7단계를 사용하여 설계되었습니다.

1단계: 모든 하드웨어(자재 및 도구) 준비

LCD와 피에조 부저는 이 시스템의 필수 요구 사항은 아닙니다. 이들은 사용자에게 문이 열렸는지 닫혔는지 시각적, 청각적으로 알리기 위해 추가된 것입니다.

자재:

1. 아두이노 IDE가 설치된 컴퓨터
2. 아두이노 컨트롤러 (UNO, MEGA 등) - 학습 목적과 학업 부분 이수를 위해 저렴한 UNO R3 사용 (ATMEL: ATmega328-PU)
3. HR-SC04 초음파 센서 (문 앞에 도착한 사람/물체 감지용 근접 센서)
   초음파 거리 측정 모듈 HC-SR04는 2cm~400cm 비접촉 측정 기능을 제공하며, 측정 정확도는 3mm까지 도달할 수 있습니다. 모듈에는 초음파 송신기, 수신기, 제어 회로가 포함됩니다. 기본 작동 원리:
   - 최소 10μs 하이 레벨 신호로 IO 트리거
   - 모듈이 자동으로 8개의 40kHz 펄스 전송 및 펄스 신호 반환 감지
   - 신호 반환 시 하이 레벨 출력 지속 시간 = 초음파 발사부터 반환까지 시간
   - 테스트 거리 = (하이 레벨 시간 × 음속 340m/s) / 2
4. 12V DC 모터
   부하 전류: 70mA (최대 250mA) (3V 기준)
   동작 전압: 3V~12V DC
   토크: 1.9 kgf·cm
   무부하 속도: 170 RPM (3V)
   감속비: 1:48
   무게: 30g
5. LCD: 16×2 도트 매트릭스
6. 피에조 부저
7. 모터 쉴드: L293D
   L293 및 L293D는 쿼드러플 고전류 하프-H 드라이버입니다.
   모터 쉴드 사용 이유: 모터를 9~12V DC에 직접 연결하면 모터가 필요한 만큼 전류를 끌어옵니다. 하지만 이 프로젝트에서는 프로그램 명령으로 모터를 제어해야 하므로 아두이노 컨트롤러(출력 전압/전류 제한)에 모터를 연결해야 합니다. 모터를 아두이노에 직접 연결하면 5V에서 더 많은 전류를 끌어와 컨트롤러가 타버릴 수 있습니다. 이를 방지하기 위해 모터 쉴드를 사용했는데, 이는 단순히 증폭기 역할을 합니다.
8. 기계적 요소: 프로토타입 제작을 위해 플라스틱 아크릴 시트를 잘라 슬라이딩 도어가 있는 집 모형 제작
9. 점퍼 와이어
10. 전원 공급 장치

도구:

• 멀티미터
• 납땜 인두

도구는 필수는 아니지만 있으면 좋습니다.

2단계: 아두이노 프로그램

이 튜토리얼에 첨부된 .ino 파일을 다운로드하여 직접 컴파일하고 업로드할 수 있습니다.

3단계: 하드웨어 연결

모든 하드웨어를 아두이노 컨트롤러에 연결합니다. 첨부된 회로도는 참고용입니다. 컨트롤러 보드에서 사용 가능한 핀을 자유롭게 사용하세요. 가장 좋은 방법은 제 프로그램의 핀 정보를 참고하는 것입니다. 핀 정보를 공유해 달라고 요청하셔도 됩니다.

4단계: 아두이노 프로그램 업로드 및 전원 공급

이 튜토리얼에 제공된 아두이노 스케치를 컨트롤러에 업로드하세요. 작동하는 시스템을 보려면 비디오를 시청하세요.

소스 코드

아두이노 코드 - 초음파 센서 HR-SC04를 이용한 자동문 개폐

#include 
LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 8, 9, 1);
const int trigPin = 7;
const int echoPin = 4;
const int mt_En_Pin1 = 2;
const int mt_IN1_Pin2 = 3;
const int mt_IN2_Pin3 = 6;
int buzz = 10;
long duration;
int distance;

void setup() {
  lcd.clear();
  lcd.begin(16, 2);
  lcd.print("WELCOME");
  pinMode(trigPin, OUTPUT);
  pinMode(echoPin, INPUT);
  pinMode(mt_En_Pin1, OUTPUT);
  pinMode(mt_IN1_Pin2, OUTPUT);
  pinMode(mt_IN2_Pin3, OUTPUT);
  Serial.begin(9600);
  pinMode(buzz, OUTPUT);
}

void loop() {
  digitalWrite(trigPin, LOW);
  delayMicroseconds(2);
  digitalWrite(trigPin, HIGH);
  delayMicroseconds(10);
  digitalWrite(trigPin, LOW);
  duration = pulseIn(echoPin, HIGH);
  distance = duration * 0.034 / 2;
  if (distance <= 5) {
    digitalWrite(13, HIGH);
    delay(1000);
    digitalWrite(mt_En_Pin1, HIGH);
    analogWrite(mt_IN1_Pin2, 50);
    analogWrite(mt_IN2_Pin3, 0);
    delay(2000);
    analogWrite(mt_IN1_Pin2, 0);
    analogWrite(mt_IN2_Pin3, 0);
    delay(1000);
    tone(buzz, 1000);
    delay(1000);
    tone(buzz, 1000);
    delay(1000);
    noTone(buzz);
    delay(3000);
    lcd.clear();
    lcd.setCursor(0, 1);
    lcd.print("Please Enter");
    delay(1000);
    analogWrite(mt_IN1_Pin2, 0);
    analogWrite(mt_IN2_Pin3, 50);
    delay(3000);
  } else {
    digitalWrite(13, LOW);
    digitalWrite(mt_En_Pin1, LOW);
    analogWrite(mt_IN1_Pin2, 50);
    analogWrite(mt_IN2_Pin3, 0);
  }
}

커스텀 파트 및 인클로저

하드웨어 연결

회로도

하드웨어 연결