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『Arduino Uno 모터제어 프로그래밍』은 모터제어 프로그래밍을 다룬 책이다. DC 모터의 종류별 제어회로 구성 및 프로그램에 의한 동작원리에 대하여 알아보고, 스테핑 모터의 종류별 제어회로 구성 및 프로그램에 의한 동작원리를 다룬다. 각종 센서 모듈을 활용한 모터의 제어회로 구성 및 프로그램에 의한 동작원리, PID제어기에 의한 모터제어에 대해서도 배운다.

Chapter 1. DC 모터 제어

1.1 DC 모터의 개요 12
1.2 DC 모터의 특성 16
1.3 기어드 모터 18
1.4 DC 모터의 제어회로 설계 20

프로그래밍
■ 프로그램[DC_1_1] DC 모터 ON/OFF 23
■ 프로그램[DC_1_2] DC 모터 ON/OFF제어(TIP122) 30
■ 프로그램[DC_1_3] DC 모터 ON/OFF제어(L293D) 32
■ 프로그램[DC_1_4] DC 모터 ON/OFF제어(L293D) 36
■ 프로그램[DC_1_5] 2개의 DC 모터 ON/OFF제어(L293D) 37
■ 프로그램[DC_1_6] DC 모터 정·역 제어 41
■ 프로그램[DC_1_7] 릴레이를 사용한 DC 모터 정·역 제어 44
■ 프로그램[DC_1_8] 토글스위치 동작의 바운스제거 회로 46
■ 프로그램[DC_1_9] DC 모터 속도제어 회로1 50
■ 프로그램[DC_1_10] DC 모터 속도제어 회로2 52
■ 프로그램[DC_1_11] 모터쉴드에 의한 DC 모터제어1 53
■ 프로그램[DC_1_12] 모터쉴드에 의한 DC 모터제어2 62
■ 프로그램[DC_1_13] 모터쉴드에 의한 DC 모터제어3 66

Chapter 2. 스테핑 모터 제어

2.1 스테핑 모터의 개요 72
2.2 스테핑 모터의 특성 78
2.3 스테핑 모터의 기본제어 회로 81

프로그래밍
■ 프로그램[St_2_1] 스테핑 모터의 1상 제어 방식 83
■ 프로그램[St_2_2] 스테핑 모터의 정·역 제어1 86
■ 프로그램[St_2_3] 스테핑 모터의 정·역 제어2 87
■ 프로그램[St_2_4] 스테핑 모터의 속도제어 90
■ 프로그램[St_2_5] ULN2003 IC를 사용한 스테핑 모터제어1 91
■ 프로그램[St_2_6] ULN2003 IC를 사용한 스테핑 모터제어2 96
■ 프로그램[St_2_7] 아날로그입력 값에 의한 속도제어 97
■ 프로그램[St_2_8] 두개의 스테핑 모터 제어 100
■ 프로그램[St_2_9] 바이폴라 방식의 스테핑 모터 제어1 104
■ 프로그램[St_2_10] 바이폴라 방식의 스테핑 모터 제어2 108
■ 프로그램[St_2_11] 아날로그 값에 의한 스테핑 모터 제어 112
■ 프로그램[St_2_12] 모터쉴드를 사용한 스테핑 모터 제어1 113
■ 프로그램[St_2_13] 모터쉴드를 사용한 스테핑 모터 제어2 116
■ 프로그램[St_2_14] 모터쉴드를 사용한 스테핑 모터 제어3 119

Chapter 3. 서보모터 제어

3.1 서보모터의 종류 130
3.2 DC 서보모터의 구조 및 구동원리 130
3.3 AC 서보모터의 구조 및 구동원리 131
3.4 RC 서보모터 133

프로그래밍
■ 프로그램[Servo_3_1] 서보모터 각도 제어 135
■ 프로그램[Servo_3_2] 스위치 입력 값에 따른 서보모터 제어 137
■ 프로그램[Servo_3_3] 아날로그 입력 값에 따른 서보모터 제어 139
■ 프로그램[Servo_3_4] 세 개의 서보모터 제어 140
■ 프로그램[Servo_3_5] 서보모터 쉴드를 이용한 제어1 144
■ 프로그램[Servo_3_6] 서보모터 쉴드를 이용한 제어2 149

Chapter 4. BLDC모터 제어

4.1 BLDC모터의 구조 154
4.2 BLDC모터의 원리 154
4.3 BLDC모터의 장·단점 155
4.4 홀 소자(Hall Element) 155
4.5 인코더(Encoder) 158
4.6 BLDC모터의 구동방법 159

프로그래밍
■ 프로그램[BLDC_4_1] BLDC모터제어(BL2430-2456) 163
■ 프로그램[BLDC_4_2] BLDC모터제어(BL3640) 166
■ 프로그램[BLDC_4_3] BLDC모터제어(TE-22BH-24-6) 169
■ 프로그램[BLDC_4_4] BLDC모터 정·역 제어(OZBM60-060D2-D) 176
■ 프로그램[BLDC_4_5] BLDC모터 속도제어(OZBM60-060D2-D) 177
■ 프로그램[BLDC_4_6] BLDC모터 제어(TDF5140AP) 183
■ 프로그램[BLDC_4_7] BLDC모터 제어1(ESC 22A) 189
■ 프로그램[BLDC_4_8] BLDC모터 제어2(ESC 22A) 195
■ 프로그램[BLDC_4_9] BLDC모터 제어3(ESC 10A X 4) 196
■ 프로그램[BLDC_4_10] BLDC모터 제어4(ESC 10A X 4) 199
■ 프로그램[BLDC_4_11] BLDC모터 제어5(ESC 10A X 4) 200

Chapter 5. AC모터 제어

5.1 AC모터의 개요 204
5.2 AC모터의 특성 216

프로그래밍
■ 프로그램[AC_5_1] AC모터 제어(선풍기) 219
■ 프로그램[AC_5_2] AC모터 제어(MR50) 222
■ 프로그램[AC_5_3] AC모터 제어(세탁기) 224
■ 프로그램[AC_5_4] AC모터 제어(GM60-5838) 227

Chapter 6. 모터제어 응용

6.1 광 센서 232
6.2 온도 센서 234
6.3 근접센서 236
6.4 초음파 센서 238
6.5 자이로 센서 240

프로그래밍
■ 프로그램[App_6_1] 모터 제어(광) 242
■ 프로그램[App_6_2] 모터 제어(온도) 245
■ 프로그램[App_6_3] 모터 제어(근접1) 247
■ 프로그램[App_6_4] 모터 제어(근접2) 249
■ 프로그램[App_6_5] 2개의 모터 제어(적외선 센서) 251
■ 프로그램[App_6_6] 서보모터 제어(초음파센서) 255
■ 프로그램[App_6_7] 시리얼 통신(적외선 센서) 259
■ 프로그램[App_6_8] 서보모터 제어(적외선 센서) 263
■ 프로그램[App_6_9] 서보모터 제어(키 패드) 264
■ 프로그램[App_6_10] 서보모터 제어(조이스틱) 270
■ 프로그램[App_6_11] DC모터 제어(조이스틱1) 273
■ 프로그램[App_6_12] DC모터 제어(조이스틱2) 275
■ 프로그램[App_6_13] 서보모터 제어(자이로센서) 278
■ 프로그램[App_6_14] DC모터 회전수 측정(적외선 센서) 281
■ 프로그램[App_6_15] GM31-2838E 모터 제어(홀센서) 284
■ 프로그램[App_6_16] DC모터 제어(Encoder) 290

Chapter 7. PID제어기에 의한 모터제어

7.1 PID의 기본구성 296
7.2 PID제어 파라미터 301

프로그래밍
■ 프로그램[App_7_1] 서보모터를 이용한 볼 제어(PID library) 303
■ 프로그램[App_7_2] DC모터를 이용한 위치 제어(PID library) 313

머리말

현재 모터의 응용분야는 가전기기, 의료장비, 자동차, 산업체의 자동화기기 등, 거의 모든 분야에서 활용이 되고 있으므로 모터를 설계하고 제어하는 기술은 너무나 중요하다고 할 수 있다. 본 교재에서는 모터의 구조 및 제어회로를 설계하고 만드는 기술을 다루는 것이 아니고 산업체에서 많이 사용이 되고 있는 모터를 보다 쉽게 제어하기 위한 아두이노 스케치 프로그래밍을 다룬다. 산업용 로봇의 정밀 작업에 사용되는 모터를 제어하기 위해서는 연산 속도가 빨라야 하므로 32비트 프로세서 이상이 되어야 하지만 본 교재에서 사용된 아두이노 우노 보드의 MCU는 8비트 이므로 한계가 있지만 모터제어 기술의 기초를 다지는데 많은 도움이 될 것이다.

모터제어의 회로설계는 프로테우스라는 시뮬레이션 툴을 사용하여 아두이노 보드의 아날로그 핀과 디지털 핀으로 어떤 신호가 입·출력 되는지를 분석하였다. 아두이노 보드로 각종 모터를 제어하기 위해서는 스케치 프로그램에서 코딩과 컴파일 하여 에러가 없으면 아두이노 보드에 업로드 하고 제어회로를 직접 만능기판에 납땜하여 제작해 보면서 터득한 지식은 절대로 잊혀 지지 않을 것이다. 교재에 있는 각종 모터의 제어회로 제작 및 프로그래밍 한 예제를 통해 따라해 보고 응용해 보면서 흥미를 느끼고 관심 있는 부분에 대해 독자 스스로 더 많은 정보를 수집하고 공부해 간다면 가치 있는 지식을 얻게 되리라 확신한다.

1장에서는 DC 모터의 종류별 제어회로 구성 및 프로그램에 의한 동작원리에 대하여 알아보고, 2장에서는 스테핑 모터의 종류별 제어회로 구성 및 프로그램에 의한 동작원리에 대하여 알 수 있으며 3장에서는 서보 모터의 제어회로 구성 및 프로그램에 의한 동작원리를 알 수 있다. 4장은 BLDC 모터의 종류별 제어회로 구성 및 프로그램에 의한 동작원리에 대하여 알아보고, 5장은 AC 모터의 종류별 제어회로 구성 및 프로그램에 의한 동작원리에 대하여 알 수 있으며, 6장은 각종 센서 모듈을 활용한 모터의 제어회로 구성 및 프로그램에 의한 동작원리와 7장에서는 PID제어기에 의한 모터제어에 대하여 알 수 있다. 독자 여러분에게 많은 도움이 되길 바라면서, 본 교재에 있는 회로제작 및 검토를 해준 박찬선 군과 이 책이 발간되기까지 많은 도움을 준 도서출판 Ohm사(http://www.ohm.co.kr)의 곽종학 사장님께 깊은 감사를 전한다.

2016. 1. 저자 씀