September 27, 2022

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2015-02-02

초보 아빠의 전자 도전기 – 범퍼카1

어린 아이를 둔 아빠라면 한번쯤은 아이와 장남감 등을 함께 만들던 즐거운 기억이 있을거라고 생각하는데요.

이제 9개월에 접어든 말썽쟁이 아들을 둔 필자도 아이와 함께 장난감을 만들어 보고 싶은 작은 욕심을 가지고 있습니다.

디바이스마트에서 몸 담고 있으면서 매일 보는 것이 전자,로봇,기계 관련 부품이다 보니 기왕이면 전자와 관련된

부품들을 이용해 보고 싶었습니다. 물론 육아에 서툰 만큼 전자 관련에서도 매우 서툰 지식을 가지고 있습니다.^^;

그래서 아이가 아직 어릴때 초보 아빠가 먼저 만들어 보고 나중에 아이와 함께 만들어 보기 위해서 이렇게 시작해 봅니다.

담당업무가 연구,개발도 아니고, 프로그램은 전혀 다루지 못하기에 간단한 부품으로 단순한 동작 구현을 생각하고 있습니다.

여기까지 글을 작성하게된 작은 동기(?)를 적어 보았는데요. 부족한 부분이 많더라도 양해해 주시기 바랍니다.

 

이번엔 도전할 장남감은 범퍼카 입니다. 동작은 DC모터 2개를 사용해 정방향으로 주행하다 장애물에 부딪히면 모터가

역방향으로 후진한 후 일정 시간 후 다시 정방향으로 주행하도록 하려고 합니다.

후진 하였다 다시 주행하면 똑같은 장애물에 부딪힐 수 있기 때문에 한쪽 모터를 좀 더 후진해서 방향을 바꿔 보려고 합니다.

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서보타입 DC모터 입니다. 모양이 서보모터 처럼 생겼네요. 전선에 달린 커넥터는 자른 후 인두기를 사용해 납을 묻혔습니다.

DC모터는 두 개의 입력 단자가 있는데 (+) 전원과 (-) 전원만 연결해 주면 됩니다. 대부분 빨간선 단자가 (+) 입력입니다.

DC모터를 역방향으로 돌리고 싶을땐 연결된 전원을 반대로 연결 합니다. 즉, (+) 전원을 입력한 단자에 (-) 전원을 넣어주고,

(-)전원은 (+) 전원으로 변경하면 됩니다. 이 동작을 자동적으로 구현하기 위해서 모터 드라이버 IC 를 하나 사용하였습니다.

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모터 드라이버 L298N 입니다. 2개 모터를 구동할 수 있고 최대 전류가 4A(모터에 각각 2A) 까지 가능합니다.

빵판에는 사용하기 좀 어려운 모양(패키지) 인데요. 적층형 핀헤더 소켓을 잘라서 연결하니까 수월하게 삽입이 가능하네요.

브레드 보드(빵판)는 회로를 빠르고 간단하게 연결할 수 있으며, 손쉽게 수정할 수 있어서 납땜을 하기전 많이 사용합니다.

브레드 보드와 함께 와이어 점퍼 키트를 함께 사용하시면 편리 합니다. 보드 우측에 보이는 와이어들 입니다.

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전원으로 5V 아답터를 사용합니다. 브레드 보드에 전원을 넣을 수 있도록 변환 보드(C416) 를 하나 연결했습니다.

사진에  보이는 변환보드의 맨 좌측 핀이 GND (1번), 그다음 2번이 5V 핀 입니다.

이제 점퍼선 이용해서 핀연결을 해보겠습니다. L298 데이터시트에서 BLOCK DIAGRAM 을 확인 합니다.

블럭

핀맵

L298의 핀 번호를 정확히 확인하고 연결합니다. 2,3번과 13,14번이 출력단자로 두개의 모터를 여기에 연결합니다.

전원 단자는 4번,6번,9번,11번 모두 5V 전원으로 연결하고, 4번과 9번에 세라믹 0.1uF(100nF) 을 연결해 줍니다.

접지 단자는 1번,8번,15번은 모두 GND 로 연결합니다. 이제 연결할 핀은 입력단자  5,7번 과 10,12번이 남았네요.

5번과 7번을 연결한 부분을 확대해서 설명하도록 하겠습니다.

20130816_155600

L298과 함께 다른 IC 가 하나 더 사용됩니다. 바로 슈미트 인버터 74HC14 입니다.  회로도는 추후 도전 ㅜㅜ

우선 74HC14 전원과 접지를 연결해 줍니다.  14번이 5V 입력이고, 7번 핀에  GND 연결해 주시면 됩니다.

1번핀에 1k 저항과 5V 전압을 연결해 주고, L298 의 5번과 연결합니다. 그리고 다시 스위치, 캐패시터와 연결합니다.

74HC14 의 2번 핀은 L298 의 7번 핀으로 연결됩니다. L298의 10,12번도 동일한 방법으로 연결합니다.

 

74HC14

여기서 74HC14 의 역할은 입력의 부정 입니다. 기존 5V 가 출력되던 핀에 스위치를 눌러주면 74HC14 를 통해

0V(GND) 로 출력되고, 반대로 GND 핀은 5V 핀으로 변경되면서 DC모터가 반대로 구동되게 되는 구조 입니다.

스위치의 역할은 장애물을 감지하는 센서의 역할을 합니다. 주행하다 장애물에 부딪히면 스위치가 눌러지면서

반대로 후진하게 되는 거죠.  후진하는 시간은 스위치에 연결된 캐패시터의 용량만큼 움직이게 됩니다.

캐패시터의 용량값이 높을 수록 더 많이 후진하게 되지만 그 만큼 충전되는 시간도 길어지게 되죠.

양쪽 모터에 사용되는 캐패시터의 용량값을 다르게 해서 후진하면서 방향이 틀어지게 됩니다.

개념은 이렇게 잡았지만 실제 동작에서 다를 수도 있겠죠. 올바르게 설명하고 있는지 모르겠네요. ㅜㅜ

20130816_113308

우여곡절 끝에 테스트 회로가 완성 되었네요. 테스트 영상을 한번 올려 봅니다.

다음에는 몸체를 제작하고 회로를 보드에 납땜하고 동작을 해봐야 겠습니다.

[youtube http://www.youtube.com/watch?v=ihhgZ3AiUHU]
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