마이크로컨트롤러를 사용한 원격 제어 회로 차단기
우리는 종종 컴퓨터 프로그램에서 몇 가지 버튼을 누르면 전기 부하를 켤 수 있는 상황에 직면합니다. 예를 들어, 발전소에 앉아 원격으로 회로 차단기를 켜고 싶다고 가정해 보겠습니다. 회로 차단기를 원격 위치에서 제어하는 것은 마이크로컨트롤러를 사용하여 이루어질 수 있습니다. 우리는 마이크로컨트롤러를 사용한 원격 제어 회로 차단기를 만드는 방법에 대해 논의할 것입니다.
이 원격 제어 회로 차단기에 필요한 구성 요소는 다음과 같습니다:
마이크로컨트롤러 (예: Arduino)
트랜지스터
다이오드
저항
릴레이
LED
PC (개인용 컴퓨터)
마이크로컨트롤러
마이크로컨트롤러는 PC로부터 통신 프로토콜을 통해 명령을 이해할 수 있는 IC입니다. 마이크로컨트롤러는 시리얼, 이더넷, CAN(제어 네트워크) 등의 다양한 통신 프로토콜을 사용하여 PC와 통신할 수 있습니다.
마이크로컨트롤러는 GPIO(일반 목적 입력 출력) 핀, ADC(아날로그-디지털 변환기), 타이머, UART(범용 비동기 수신 송신기), 이더넷 등 외부 세계와 통신하기 위한 많은 주변 장치를 가지고 있습니다. 마이크로컨트롤러의 디지털 출력은 저전류 신호입니다.
핀을 HIGH로 설정하면 해당 핀에 나오는 전압은 일반적으로 +3.3V 또는 +5V이며, 소스 또는 싱크할 수 있는 전류는 약 30mA입니다. 이것은 요구 사항이 작은 LED를 제어할 때 적합합니다.
마이크로컨트롤러 핀을 사용하여 회로 차단기를 제어하려면 필요한 양의 전류를 제공할 수 있는 드라이버가 필요합니다. 마이크로컨트롤러와 제어 장치 사이에 작은 전압과 전류로 작동하는 구성 요소가 필요합니다. 릴레이와 트랜지스터가 주로 이러한 용도로 사용됩니다.
트랜지스터
트랜지스터는 포화 상태에서 릴레이를 켤 수 있는 데 필요한 전류를 제공하는 드라이버 역할을 합니다.
저항
저항은 LED와 트랜지스터의 전류를 제한하는 데 사용됩니다.
LED
발광 다이오드는 회로 차단기가 켜져 있는지 꺼져 있는지를 표시하는 데 사용됩니다.
릴레이
릴레이는 고전력 전기 부하(예: 회로 차단기, 모터, 솔레노이드)를 제어하는 데 사용되는 스위치입니다. 일반 스위치는 고전력 부하를 처리할 수 없으므로 릴레이는 고전력 전기 부하를 제어하는 데 사용됩니다.
마이크로컨트롤러를 이용한 회로 차단기의 원격 제어 원리
마이크로컨트롤러에게 부하를 켜라는 명령을 내리면, 마이크로컨트롤러 핀은 3.3V(위 회로에서)로 설정되어 NPN 트랜지스터를 켭니다. 트랜지스터가 ON되면, 트랜지스터의 컬렉터에서 에미터로 전류가 흐르며, 이는 릴레이를 작동시키고, 릴레이는 AC 전압을 회로 차단기에 연결하여 회로 차단기를 켭니다.
LED는 회로 차단기가 ON인지 OFF인지 표시하는 데 사용됩니다. 마이크로컨트롤러 핀이 HIGH일 때 LED는 켜집니다(회로 차단기 ON). 마이크로컨트롤러 핀이 LOW일 때 트랜지스터는 OFF 상태이며, 릴레이 코일에 전류가 흐르지 않아 회로 차단기는 OFF, LED도 OFF 됩니다.
보호 다이오드
릴레이가 OFF될 때 역방향 전압(e.m.f)이 발생하여 트랜지스터가 손상될 수 있습니다. 이 역방향 전압의 크기가 트랜지스터의 VCEO 전압보다 클 경우, 트랜지스터와 마이크로컨트롤러의 디지털 출력을 보호하기 위해 다이오드가 사용됩니다. 이 다이오드는 릴레이가 OFF일 때 전류를 통하게 되며, 이는 자유 회로 다이오드라고도 합니다.
설계
가정된 마이크로컨트롤러는 핀이 HIGH일 때 3.3V, LOW일 때 0V를 제공합니다. 12V, 360Ω 코일 저항의 릴레이를 선택하면, 릴레이가 켜지기 위해 필요한 전류는
이것은 릴레이의 정격 전류입니다.
LED(순방향 전압 = 1.2V)는 약 20mA의 전류를 소비하므로, 저항 RLED는
RLED 값은 500 Ω로 선택할 수 있습니다.
RB는 트랜지스터의 베이스 전류를 더 많이 제공하기 위해 4K로 선택할 수 있습니다. GUI(그래픽 사용자 인터페이스): GUI는 고급 언어(C#과 같은)로 개발되며, UDP(사용자 데이터그램 프로토콜)를 사용하여 PC를 통해 마이크로컨트롤러와 통신합니다. 아래는 UDP 프로토콜을 통해 마이크로컨트롤러의 디지털 출력을 제어하는 GUI입니다.
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