센서

학습목표

• 아두이노 보드의 아날로그 입력 핀을 통하여 센서의 아날로그 신호를 받아들이고 처리하는 방법들을 배운다.

1. 센서란?

• 인간이 접하는 빛, 열, 바람, 냄새, 기울기나 속도 등 같은 대부분의 물리적 현상을 전기적 신호로 변환해 주는 장치

• 대부분의 센서

  • 연속적인 변화를 갖는 아날로그적 특성
  • A/D변환을 통하여 디지털로 변환된 정보를 제어에 이용
  

• 아두이노 보드와 센서의 연결

  

2. 빛 센서 (CDS)

• CDS는 빛 세기가 변하면 저항 값이 변화

  • 빛의 세기가 클수록 전도율이 높아져 저항값이 낮아지고, 빛의 세기가 약할수록 저항값이 높아지게 된다.
    

  

2.1 예제 1 (빛의 변화에 따라 LED의 밝기 조절)

• CDS 센서로부터 입력되어지는 전압의 크기 (0~5V)에 따라 0~1023 범위의 값이 변환되어 반환됩니다.
• map()를 이용하여 0~1023범위의 val값을 0~255 범위로 변환
• 0~255 범위의 값을 갖는 PWM 신호를 LED에 출력하여 빛의 밝기에 따라 LED의 밝기를 제어

2.1.1 회로도

2.1.2 아두이노 보드 연결 구성

2.1.3 Sketch 프로그램

void setup() {
  pinMode(5, OUTPUT);   // PWM 출력(디지털 핀 5)으로 LED 제어  
}

void loop() {
  // 아날로그 입력핀 2번을 통하여 입력된 전압값을 0~1023범위의 값으로 읽어 cdsValue에 저장
  int cdsValue = analogRead(2);   

  int pwmValue = map(cdsValue, 0, 1023, 0, 255);  // 0~1023범위의 val값을 0~255 범위로 변환
  analogWrite(5, pwmValue);                       // PWM 신호로 출력 
  delay(20);
}

3. 초음파 센서

3.1 초음파 센서로 거리 측정 원리

• 소리의 속도가 340m/s인 것을 이용하여 거리 측정

  • 소리가 1cm를 가는데 29μ초가 소요 (1000000μs /34000 cm = 29 μs/cm)

  • 초음파 발생기에서 발생한 초음파가 전방에 있는 물체에 반사되어 센서로 돌아오는 시간을 측정하여 거리 계산

    

3.2 디지털 초음파 센서 HC-SR04

• 트리거 핀(Trig)를 통하여 10μ초의 펄스 발생

• 에코 핀(Echo)을 통하여 반사되는 초음파 값 입력

  

3.3 예제 2

3.3.1 회로도

3.3.2 아두이노 보드 연결 구성

• 초음파센서 VCC핀 - 아두이노 +5V (브레드보드를 통해 연결)
• 초음파센서 Trig핀 - 아두이노 디지털입출력 핀 8번
• 초음파센서 Echo핀 - 아두이노 디지털입출력 핀 7번
• 초음파센서 GND핀 - 아두이노 GND (브레드보드를 통해 연결)
• 베이스보드 LED0핀 - 아두이노 디지털입출력 핀 5번

3.3.3 Sketch 프로그램

1. 10μ초의 트리거 펄스를 발생

   digitalWrite(TRIG_pin, LOW); 
   delayMicroseconds(2);
   digitalWrite(TRIG_pin, HIGH); 
   delayMicroseconds(10);
   digitalWrite(TRIG_pin, LOW); 

2. HC-SR04 모듈은 트리거 펄스를 기준으로 40kHz의 초음파 신호를 8번 발생

3. 되돌아오는 반사 펄스를 pulseIn( )함수를 사용하여 계측

   time= pulseIn(ECHO_pin, HIGH);

4. 시간을 거리로 계산

   distance = time/58

• 완성된 Sketch

  int ECHO_pin = 7;     // 반사 신호 수신 핀
  int TRIG_pin = 8;     // 트리거 신호 발생 핀 
  int time; 
  
  void setup( ){
      pinMode(ECHO_pin, INPUT);   // 반사 신호 수신 핀 입력모드 설정
      pinMode(TRIG_pin, OUTPUT);  // 트리거 신호 발생 핀 출력모드 설정
      Serial.begin(9600);         // 시리얼 통신을 위한 전송속도 9600 설정 
  }
  
  void loop() {
      digitalWrite(TRIG_pin, LOW); 
      delayMicroseconds(2);       // 트리거 핀을 2μ초 동안 “LOW”
      digitalWrite(TRIG_pin, HIGH); 
      delayMicroseconds(10);      // 트리거하기 위하여 10μ초 동안 “HIGH”
      digitalWrite(TRIG_pin, LOW); // 트리거 핀을 다시 “LOW”
  
      time = pulseIn(ECHO_pin, HIGH); // 반사펄스 시간 읽기
      int distance = time/58;         // 펄스 시간을 거리로 계산 (cm 단위)
  
      int pwmVal = map(distance, 0, 200, 0, 255);  // pwm 출력값으로 변환
      analogWrite(5, pwmVal);                       // 5번에 연결된 led에 pwmVal 출력
      delay(100); 
  }

4. 연습문제

1. 예제1의 스케치코드에서 cdsValue와 pwmValue의 값을 다음과 같이textLCD에 표시하도록 스케치를 만들어 보자.

   

2. 물체의 거리에 따라 도레미파솔라시도를 연주하는 스케치를 만들어 보자.

   • 0~10cm : 도
   • 11~20cm: 레
   • 21~30cm: 미
   • 31~40cm: 파
   • 41~50cm: 솔
   • 51~60cm: 라
   • 61~70cm: 시
   • 71~80cm: 도