아두이노로 미닫이 게이트 자동화하기: DIY 릴레이 제어

부품 및 소모품

아두이노 우노	×	1
5V DC 릴레이	×	1
433MHz 수신기 모듈	×	1
433MHz 송신기 리모컨	×	1

프로젝트 소개

프로젝트 개요

이 프로젝트에서는 아두이노의 힘을 빌려 미닫이 게이트를 구동하는 회로를 만듭니다. 주 목적은 작동하는 AC 모터를 가진 고장 난 미닫이 게이트를 아두이노, 릴레이 2개, 433MHz 수신기, 433MHz 송신기, 그리고 약간의 전기 기술로 자동화하는 것입니다. 이 시스템은 필요할 때 게이트 모터에 전원을 공급하고, 게이트를 열지 닫을지 결정하는 방법을 만듭니다.

아두이노는 송신기(게이트 개폐용 리모컨)로부터 정해진 응답을 지속적으로 수신 대기합니다. 송신기는 2채널로 작동하며 각 채널마다 고유 ID가 있습니다. 이 ID가 433MHz 수신기에 수신되면 아두이노에 신호를 보내 릴레이를 제어해 모터에 전원을 공급합니다.

방법론

1단계: 모터 구동

모터 구동 구성은 아래와 같습니다. 메인 권선에 메인 전원을 연결하면 게이트가 전진(닫힘) 방향으로 움직입니다.

보조 권선에 메인 전원을 연결하면 게이트가 반대(열림) 방향으로 움직입니다.

어떤 선이 어떤 권선에 해당하는지 파악해야 합니다. 보통 선에 라벨이 없어서 AC 전원을 공급해보며 시행착오로 확인해야 합니다.

제 경우 220~240VAC 모터였습니다. 중성선은 파란색으로 표준 색상이라 쉽게 파악했습니다.

그다음 빨간 선에 활성 단자를 연결했더니 모터가 전진 방향으로 돌았습니다. 이는 메인 권선에 전원을 공급한 것입니다.

주의: 스타터 커패시터가 제대로 연결되어 작동하는지 확인하세요. 모터에 충분한 기동 토크가 보장됩니다.

2단계: 모터 정지

메인 전원은 리미터 스위치를 통해 모터에 공급됩니다. 게이트가 한쪽 끝에 도달하면 리미터 스위치가 작동해 회로를 열고 메인 전원이 모터에 공급되지 않게 멈춥니다.

3단계: 릴레이로 모터 제어

릴레이에는 상시 개방(NO)과 상시 폐쇄(NC) 두 접점이 있습니다.

• 상시 폐쇄 경로로 메인 권선에 전원을 공급합니다. 시스템 리셋이나 오류 시 게이트가 항상 닫힌 상태를 유지하도록 하기 위함입니다.
• 상시 개방 경로로 보조 권선에 전원을 공급합니다. 릴레이 코일이 여기되면 상시 개방 경로가 닫히는데, 릴레이가 5V로 동작하므로 아두이노에서 5V 신호를 보내면 됩니다.

두 경로로 모터에 전원을 공급하면 메인 권선과 보조 권선에 동시에 전원이 공급되지 않게 보장합니다.

이 릴레이(R2)는 아두이노 핀 8로 제어합니다.

두 번째 릴레이(R1)는 게이트가 움직이는 도중 수신기로부터 명령을 받으면 모터를 정지시키기 위해 회로를 끊는 용도입니다.

아두이노는 수신기가 명령을 받았는지 지속적으로 확인합니다. 명령이 들어오면 모터에 전원을 재배선해 게이트를 닫거나 엽니다.

두 번째 릴레이의 주 목적은 모터가 회전하는 방향이 갑자기 바뀌지 않게 시스템이 모터에 전원을 재배선할 충분한 시간(10초)을 주는 것입니다. 재배선이 완료되면 릴레이가 꺼지고 모터가 반대 방향으로 돌게 전원이 공급됩니다.

이 릴레이는 아두이노 핀 9로 제어합니다.

두 번째 릴레이의 목적

시스템이 게이트를 닫는 도중에 수신기로부터 열라는 명령을 받으면, 릴레이가 작동해 보조 권선에 전원을 재배선합니다. 이 과정이 거의 순간적으로 일어나므로 메인 권선에 전원이 갑자기 차단되면서 모터가 생성하는 역전압 때문에 릴레이가 지속적인 압력을 받게 되고, 계속 스트레스를 받으면 릴레이 접점이 영구 손상됩니다.

추가 릴레이로 모터 전원 공급을 차단하고 시스템이 필요 권선에 전원을 재배선할 10초의 시간을 줍니다. 이렇게 하면 릴레이 접점의 스트레스가 줄어들고 수명이 늘어납니다.

서프레션 커패시터

DC 모터가 갑자기 정지하면 코일의 유도성 때문에 음전류 루프가 생기는데, 이는 피드백 다이오드를 설치해 음전류가 흐를 경로를 제공하면 중화할 수 있습니다.

AC 모터가 스위치로 갑자기 정지하면 스위치 접점에 고전압이 축적됩니다.

서프레션 커패시터는 모터가 반대 방향으로 작동하라는 명령을 받을 때 릴레이 접점에 고전압이 축적되는 것을 방지해 릴레이 접점을 보호합니다.

4단계: 수신기 설정

수신기는 433MHz에서 동작하며, 아두이노 프로그램은 수신기의 신호 포트를 지속적으로 루프하며 확인합니다. 올바른 신호가 수신되면 아두이노가 릴레이 1(R1)을 활성화해 릴레이 2(R2)가 모터에 전원을 공급하도록 라우팅합니다.

송신기에서 데이터가 전송되면 수신기에서 정수 형태로 수신됩니다. 제 경우 아두이노 시리얼 모니터로 수신기가 감지한 값을 확인할 수 있었습니다.

더 높은 무선 주파수를 통신에 쓰는 주된 이유는 동작 범위가 넓고, 신호 경로에 몇 가지 장애물이 있어도 수신기가 신호를 받을 수 있기 때문입니다. 이는 고주파 무선파로만 가능합니다.

제 프로젝트에서는 약 30피트(약 9m) 반경에서 시스템이 작동했습니다.

참고: 수신기 모듈의 안테나 포트에 긴 선을 납땜하면 동작 반경을 몇 피트 더 늘릴 수 있습니다.

데모 영상

최종 프로젝트 사진들