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부품설명

자주 사용하는 부품들의 사용법에 대하여 알아봅니다.

센서란 무엇인가?

센서는 무언가를 감지하는 것입니다.
센서는 우리의 오감 및 피부 등, 감각기관을 대신합니다.

센서는 무언가를 감지합니다.
우리의 인체는 오감 및 피부 등 여러 감각기관으로 일상생활 내에서의 외부 신호들을 감지합니다.
이와 마찬가지로 센서는 기계적 장치 내에서 인간의 감각기관들을 대신하는 것으로써,
빛, 소리, 화학 물질, 온도 등과 같은, 감각과 관련된 신호들을 수집하여
이것들을 과학적인 방법으로 분석하여 외부의 상태를 알아내게 해줍니다.

조도센서란 무엇인가?

조도센서 (Photo Resistor)는 주변의 밝기를 측정하는 센서입니다.

광에너지 (빛)를 받으면 내부에 움직이는 전자가 발생하여
전도율이 변하는 광전효과를 가지는 소자를 사용합니다.
황화카드뮴을 (Cds)를 소자로 사용한 경우, CdS 센서라고 합니다.
CdS센서는 작고 저렴하기 때문에 가장 보편적으로 사용되고 있습니다.
어두워지면 자동으로 켜지는 가로등, 자동차의 헤드라이트, 밝기에 따라 변하는 핸드폰 화면 액정 등
실생활에서도 쉽게 찾아 볼 수 있습니다.

조도센서 사용법

조도센서는 극성은 없으나 빛의 양에 따라 전도율이 변합니다.

빛의 양이 많아질수록 전도율이 높아져 저항이 낮아집니다.
그러나 전도율이 밝기에 비례하여 선 형적으로 증가하는 것이 아니기 때문에
정확한 Lux 값을 구하기보다는 밝고 어 두운 정도만을 판별하기에 적합합니다.
일반적으로 조도센서 (CdS)는 옥외주차장, 휴식중의 극장 객석 정도의 빛의 양 (10 Lux) 에서
약 10KΩ의 저항을 가지며, 아무런 빛이 없는 암실에서 약 200KΩ의 저항을 가집니다.
조도센서도 일종의 저항이지만 빛의 양이 매우 많을 경우,
저항이 매우 작아지기 때문에 과 전류가 흐를수 있습니다.
또한 조도센서의 저항 값에 따른 전압을 신호로 입력 받기 위해서 10K 저항을 달아줍니다.
풀업저항을 예시로 하단의 그림을 참조합니다.
풀업 저항 사용시 조도센서의 저항값에 따라 전압 분배가 일어나며,
빛의 양이 많을수록 (밝을수록) 측정되는 전압 의 크기는 작아집니다.

가변저항이란 무엇인가?

가변저항 (Potentiometer)은 사용자가 직접 저항값을 임의로 바꿀수 있는 저항 기를 말합니다.

흔히 소리의 크기를 말하거나 조절하는 손잡이를 볼륨 (Volume) 이라 부르는데,
전기/전자분야에서는 가변저항을 말하곤 합니다.
가변저항은 사용하는 저항체의 종류에 따라 다양하며, 회전축을 중심으로 전 극을 움직이거나,
좌우로 전극을 움직이는 방식으로 저항값에 변화를 줍니다.
가변저항은 가전 제품부터 산업용 제품에 이르기까지 폭넓은 시장에서 활용되고 있습니다.

가변저항 사용법

서보 모터는 회전 반경이 정해져 있습니다. 약 0~270도 범위의 회전각을 갖습니다.

가변저항은 아래 그림과 같이 1번 단자와 3번 단자에 걸처 전체 저항이 연결되어 있고,
그 위에 2번 단자와 연결된 스위퍼 (sweeper)의 위 치에 따라, 저항 값이 변하게 됩니다.
가변저항의 노브를 돌리면 1번 단자와 2번 단자 사이의 저항과,
2번 단자와 3번 단자 사이의 저항값이 각각의 길이에 비례하여 변하게 됩니다.
스위퍼의 위치에 따라 2번과 3번의 저항 값이 변하면,
스위퍼에 연결된 2번단자에 걸리는 전압도 변하게 됩니다.
즉, 양쪽 저항의 크기에 따라 전압분배가 이루어지는 것입니다.
2번 단자에 걸리는 전압을 오렌지보드의 아날로그 입력값으로 받아 LED의 밝기를 조절합니다.
저항에 대한 자세한 설명은 저항의 용도를 참고합니다.

초음파센서란 무엇인가?

인간의 들을 수 있는 영역(가청영역)은 약 20~20KHz이며,
이것보다 주파수가 더 높은 음을 초음파(Ultrasonic)라고 합니다.

개인적인 차이가 있으나, 일반적인 성인은 20KHz 이상의 높은 소리는 듣지 못 합니다.

초음파의 속도는 약 340m/s이며, 확산, 흡수, 산란 등에 의해 감쇠되는 성질을 가지고 있어
로봇 청소기 같은 가전제품에서부터 의료용, 산업용에 이르기까지 매우 다양한 분야에서 활용되고 있습니다.
초음파 센서는 약 40KHz 정도의 주파수를 생성하여, 5~7m 정도까지의 거리를 측정할 수 있습니다.

거리측정을 위한 초음파 센서는 송신부와 수신부로 나뉘어져 있습니다.
송신부 에서 일정한 시간의 간격을 둔 짧은 초음파 펄스를 방사하고,
대상물에 부딪혀 돌아온 에코 신호를 수신부에서 받습니다.
이에 대한 시간차를 기반으로 거리를 산출하고,
이를 통해 장애물의 유무, 물체의 거리 또는 속도 등을 측정할 수 있 습니다.

초음파를 발생시키는 원리는 ‘피에조 부저로 소리내기’ 에서 다룬 피에조효과 (압전효과)와 같습니다.

초음파센서 사용법

초음파 센서의 송신부(Trig)에서는 초음파 펄스를 방 사하고,
대상물에 부딪혀 돌아온 에코 신호를 수신부(Echo)에서 받아 거리를 측정합니다.

초음파 센서의 송신부(Trig)에서 일정한 시간의 간격을 둔 짧은 초음파 펄스를 방 사하고,
대상물에 부딪혀 돌아온 에코 신호를 수신부(Echo)에서 받아,
이에 대한 시간차를 기반으로 거리를 산출합니다.
1cm를 이동하는데 걸리는 시간은 다음과 같이 구할 수 있습니다.


따라서, t = 2 * 0.01 / 340 = 58.824μs 로,
초음파가 1cm를 이동하는데 걸리는 시간은 약 29μs가 걸리며,
초음파가 반사된 물체와의 거리는 다음과 같이 구할 수 있습니다.

거리(cm) = duration (왕복에 걸린시간) / 29 / 2 (왕복).

토양수분센서란 무엇인가?

토양 수분센서는 토양 내 수분함량에 따른 저항의 변화를 측정하는 센서입니다.

토양 내 수분과 토양을 구성하는 입자의 크기 및 다양성에 영향을 받으며,
토양내 수분함량이 많으면 저항값이 작아지고,
수분함량이 적으면 저항값이 커집니다.
그러나 토양 내 수분함량이 매우 많을 때는 전기저항이 둔감하여
오차가 크다는 단점도 가지고 있습니다.

토양수분센서 사용법

토양 수분센서는 토양에 직접 꽂는 센서 단자와 센서 보드, 케이블로 구 성되어 연결하여 사용합니다.

토양 수분센서는 토양에 직접 꽂는 센서 단자와 센서 보드,
그리고 케이블로 구 성되어 있습니다.
센서 단자의 2개 핀과 센서 보드의 2개 핀을 서로 연결합니다. (+-는 구분 안해도 됩니다.)
그 다음 케이블을 센서 보드의 DO 핀을 제외한 3개 의 핀 (ACC, GND, AO)을 연결합니다.
DO핀은 디지털 출력으로 0과 1만을 출력하며, AO핀은 아날로그 출력으로 토양 내 수분의 양을 보다 상세하게 출력합니다.
또한, 센서보드의 파란색 가변 저항 을 돌려서 기준값을 정해놓고 사용할 수 있습니다.

추천 실습예제