아두이노 릴레이에 의한 LED ON OFF

아두이노와 배선한 LED 회로를 일정 주기로 ON OFF 하는 BLINK 예제는 웬만한 초보자라면 초기에 배선과 함께 코드를 다루어 보았을 것이다. 여기서 더 나아가 아두이노의 특정한 디지털 핀에 신호를 줄 경우 연결된 릴레이(Relay)를 사용하여 아두이노 회로와는 배선 상 독립된 회로에 설치된 LED를 아두이노의 5V가 아닌 9V 직류 전지를 전원으로 사용하여 BLINKING 하도록 실험을 해 보자.

아두이노 배선 및 코드를 오래동안 다루었지만 릴레이 사용법을 미루어 왔던 이유는 릴레이 사용 시 전압과 전류의 값이 자동차용 릴레이만큼 크기 때문에 전기적인 안전 문제가 있을 수도 있기 때문이다. 직류 전압 40V 이상일 경우 인간의 몸은 절연이 파괴되어 생명을 위협받을 수 있는 상당한 전류가 흐흘 수 있다. 승용차에서 사용하는 12.6V 의 전압을 양손으로 잡을 경우에는 사람 몸의 절연 저항이 충분히 커 거의 전류를 흘리지는 않지만 그렇다고 20V 그 이상의 직류 배터리 전원을 절대로 인체실험 해 보아서는 안 될 것이다.

릴레이 규격을 살펴보면 10A 250VAC 10A 125VAC 10A 30VDC 10A 28VDC 로서 이 규격은 쉽게 말하자면 데스크 톱 PC 전원이나 선풍기와 같은 작은 가전제품에 사용할 수 있는 범위이다.

릴레이 핀 구성을 보면 입력 측에서 아두이노의 GND와 5V 전원을 사용하고 특정 디지털 핀에서 “H” 또는 “L” 신호를 입력한다.

릴레이를 사용한 다양한 아두이노 프로젝트가 있을 수 있지만 220V AC 전원을 사용하는 경우는 초보자에겐 위험할 수도 있으므로 안전 문제를 감안하여 다음의 배선도 사진에서처럼 릴레이 출력에서 9V 전지를 사용하여 LED를 ON OFF 해 보기로 하자.

다음과 같은 간단한 아두이노 배선회로에서는 직렬 연결된 LED와 270옴 양단에 5V 전압이 가해지며 전류제한 저항 값을 알면 LED 에 흐르는 최대 전류 값을 옴의 법칙에 의해 근사적으로 계산해 볼 수 있다.

최대 전류 I = E/R = (5.0/270)A = (5,000/270)mA = 18.5 mA 이다. 실제로는 LED 도 저항 값을 가지므로 정확하게 계산해 보면 10mA 이하가 될 것이다. 어쨌든 이 배선에 흐르는 전류가 20mA 이하이면 안전하다.

하지만 릴레이에서 만약 9V 전원을 사용한다면 문제가 좀 달라진다. 전압이 상당히 높아졌으므로 전류 흐름을 제한하기 위해서는 보다 큰 전류 제한 저항을 사용해야 할 것이다. 이러한 점을 감안하여 680옴 저항을 사용하도록 해보자. 근사적인 최대 전류는 13.2mA 로서 적당한 값이 된다. 470옴을 사용하면 전류 값이 19.1mA 로 커지므로 LED가 아주 밝아질 것이다.

다음의 그림은 디지털 핀 신호가 “L” 이거나 “H”일 때 배선 상태를 나타낸다. 디지털 핀 신호가 “L”이라면 코일(솔레노이드)의 전자기력에 의해 NC(Normal Close)에 릴레이 접점 스위치가 연결되어 있으나 신호가 “H”로 바뀌면 접점 스위치가 NO(Normal Open)에 연결되며 LED 배선 회로가 ON dl이 된다. 아울러 이 릴레이 접점 스위치의 모션으로 인해 틱하는 소리를 들을 수 있다. 릴레이 솔레노이드 회로가 작동함에 따라 접점 스위치가 ON 이 될는데 이때는 소리뿐만 아니라 하우징 때문에 가시적이진 않지만 내부에서 제법 큰 전기 스파크를 수반하게 됨에 유의하자.