아두이노 PWM 리더 & RC 수신기 디코더: 내장 페일세이프로 안전하게

부품 및 소모품

아두이노 우노	1개
SG90 마이크로 서보 모터	2개

프로젝트 소개

아두이노의 모든 디지털/아날로그 핀(A6, A7 제외)에서 RC 수신기 PWM 신호(또는 일반 PWM)를 읽고, 송신기 신호 손실 시 안전한 페일세이프 값을 출력하는 범용 코드입니다. 핀 변경 인터럽트(Pin Change Interrupt)를 활용해 pulseIn()처럼 블로킹하지 않고 효율적으로 측정합니다.

아래 영상은 이 코드(PWMread_RCfailsafe.ino)로 아두이노 우노를 서보 믹서로 사용하는 예시입니다.

• 페일세이브: 수신기 신호 끊김 시 엘리베이터 풀업, 에일러론 중립
• 파란 서보 방향: 스로틀 위치로 제어
• 파란 서보 이동 범위(레이트): 송신기 사이드 슬라이더로 조절
• 믹싱 온/오프: 기어 스위치로 전환

목차

• 서보/ESC의 PWM 제어 원리
• RC 모델/로봇에서 아두이노 활용 예
• 코드 개요: RC 수신기 PWM 디코딩 + 페일세이프
• PWMread_RCfailsafe.ino 사용법
• 수신기 프레임 레이트/주파수 표시
• 서보 믹싱 예제
• 접근 방식의 이유
• 한계점

서보와 속도 컨트롤러는 어떻게 PWM으로 제어되나?

서보/ESC 제어용 PWM(1000~2000μs 펄스 폭, 약 50Hz)에 대한 이해가 필요합니다. 좋은 설명 영상 참고. 또한 아두이노 IDE, 변수 타입, 제어문, 배열, Servo 라이브러리 기초 지식이 필요합니다.

RC 모델/로봇에서 아두이노 활용 예

• 서보 믹싱, 라이트/펌프/밸브 제어, 맞춤 시퀀스
• 비행 안정화/오토파일럿, 고도/방위 유지, 자동 레벨링, 회피/귀환 등 컨트롤러 구현
• 신호 손실/저전압 대응
• 모델 메모리 없이 동일 송신기로 여러 기체 제어

코드 개요: RC 수신기 PWM 디코딩 with 페일세이프

핀 변경 인터럽트로 PWM 측정. 선택한 핀들의 포트 레지스터(Port B/C/D)에 따라 3개 ISR(PCINT0_vect, PCINT1_vect, PCINT2_vect) 중 하나가 트리거됩니다. ISR 내부에서 어떤 핀이 변했는지 판별, micros()로 시간 기록, 펄스 폭과 주기 계산, 플래그 설정. 메인 루프에서 플래그 확인 후 데이터 처리.

주의: SoftwareSerial 등 핀 변경 인터럽트 쓰는 라이브러리와 충돌함.

핵심 함수 RC_decode(): 펄스 폭(1000~2000μs)을 ±100%(±1.0) 제어 신호로 변환. 페일세이프는 10~330Hz, 500~2500μs 범위 밖이면 사전 설정된 페일세이프 값 반환. 송신기별 캘리브레이션 값(RC_min[], RC_mid[], RC_max[])과 페일세이프 위치(RC_failsafe[])는 코드 내 배열로 설정.

참고: Joop Brokking 영상 (핀 변경 인터럽트로 RC 수신기 읽기 원리 8분간 설명), 포트 조작 튜토리얼

PWMread_RCfailsafe.ino 사용법

1단계: 예제 하드웨어 구성 (아두이노 우노 기준)

• 수신기 전원: 5V, GND
• 수신기 신호 핀 → 아두이노 D2~D7 (2채널이면 D2, D3만)
• 서보 믹서 예제: 서보 1 신호선 → D9, 서보 2 → D10

2단계: PWMread_RCfailsafe.ino 스케치 폴더에 복사

예제 스케치 RC_Read_Example 다운로드 후 메인 스케치로 사용. .ino 파일을 같은 폴더에 넣으면 IDE에서 두 번째 탭으로 나타남.

3단계: 입력 핀 지정

PWMread_RCfailsafe 탭 → USER DEFINED VARIABLES 섹션 → pwmPIN[] 배열에 입력 핀 번호 나열. 순서가 채널 순서(첫 번째=채널 1). 핀 개수/순서 자유, A6/A7 불가. 아두이노 메가 미지원(수정 가능).

4단계: 사용 가능 함수 확인

5단계: 원시 펄스 폭 데이터 시리얼 출력 (캘리브레이션용)

RC_avail()로 새 데이터 확인 → print_RCpwm()로 시리얼 출력.

6단계: 송신기 캘리브레이션

시리얼 모니터의 원시 펄스 폭 값을 보고 RC_min[], RC_mid[], RC_max[] 배열 수정. 풀 레이트로 조작해 최대 해상도 확보.

7단계: 캘리브레이션된 채널 출력 확인

print_RCpwm() 주석 처리 → RC_decode(channel)로 ±1 범위 변환 → decimal2percentage()로 % 출력.

8단계: 페일세이프 위치 설정

RC_failsafe[] 배열에 각 채널별 페일세이프 값(±1 범위) 입력. 송신기 온/오프로 동작 확인. 수신기 자체 페일세이프 기능은 끄세요 (아두이노가 신호 손실 감지 못 함).

수신기 프레임 레이트 및 주파수 표시

PWM_read(채널)로 새 펄스 감지 → PWM_period(), PWM_freq()로 주기/주파수 추출. 채널 1이 프레임 첫 펄스이므로 권장. PWM_read()를 RC_decode()보다 먼저 호출해야 함 (같은 플래그 공유). 예제: RC_FrameRate.ino.

수신기 주기(보통 20ms) 알면 다음 데이터 도착 전까지 처리 시간 계산 가능. RC_avail()가 일정 시간(예: 21ms) 내 새 데이터 못 받으면 강제로 RC_decode() 호출해 페일세이프 트리거하거나 PID 루프를 일정 주기로 돌릴 수 있음.

now = millis();
if(RC_avail() || now - rc_update > 21) {
  rc_update = now;
  // RC_decode()로 입력 업데이트
  // PID 컨트롤러 실행
  // 서보 믹싱 적용
  // 서보 위치 지정
}

서보 믹싱 예제

RC_ServoMixer_Example.ino 참조. 2채널(엘리베이터 CH2, 에일러론 CH3)을 믹싱해 2개 서보(D9, D10)로 출력. 서보 라이브러리 사용. 방향/레이트/서브트림 설정 가능.

믹스 공식: mix1 = CH2 - CH3, mix2 = CH2 + CH3 (출력 범위 -1~+1 클램프). 서보 펄스 폭(μs) 변환 함수 calc_uS()로 방향/레이트/서브트림 반영.

중립 1500μs, 최대 편차 ±500μs 기준: pulse = 1500 + (서보_위치% × 레이트 × 방향 + 서브트림) × 500. 방향/레이트/서브트림은 정적이거나 다른 채널 입력으로 동적 변경 가능.

이 접근 방식의 이유

pulseIn()은 펄스 대기 중 코드 블로킹, 다중 입력 시 데이터 손실. 핀 변경 인터럽트 + 직접 포트 조작으로 메인 루프 지연 최소화. 하지만 구현 복잡함. → 범용 .ino 파일로 모듈화해 프로젝트 간 이식 쉽게 만들었음. 복사→핀 지정→함수 호출만 하면 됨.

한계점

micros() 함수 해상도

4μs 단위 카운트. 실용상 충분. 0.5μs 해상도 필요시 타이머 인터럽트 사용(가이드).

코드 효율성

6~9채널 수신 시 ISR 처리 시간이 전체의 1.4~2.0%. 채널 수별 ISR 소요 시간:

채널 수	ISR 최대 소요 시간
1	< 8μs
2	< 12μs
3	< 16μs
4	< 20μs
5	< 20μs
6	< 24μs

ISR 진입/종료 약 4μs. 펄스 1개 측정 시 ISR 2회 실행(상승/하강). 6채널 기준 펄스 1개 측정 48μs, 전체 6채널 288μs. 20ms 주기 대비 1.44%. pulseIn()은 채널당 최대 20ms 블로킹이니 훨씬 효율적.

최대 실용 주파수: 2.5kHz (micros() 100스텝 해상도). 1채널 2.5kHz 시 ISR 점유율 3%, 최소 측정 듀티 0.03(펄스 폭 12μs). 더 고주파수는 ISR 재작성 필요.

코드

• PWMread_RCfailsafe.ino (핵심 라이브러리)
• RC_Read_Example.ino (캘리브레이션/페일세이프 테스트)
• RC_FrameRate.ino (프레임 레이트 출력)
• RC_ServoMixer_Example.ino (서보 믹싱 예제)

전체 코드는 원문 참조 (용량상 생략). GitHub 또는 프로젝트 페이지에서 다운로드 가능.

회로도

RC 수신기: 5V/GND(ICSP 핀), 신호 6선 → D2~D7
마이크로 서보 1: 5V/GND, 신호 → D9
마이크로 서보 2: 3.3V/GND, 신호 → D10