어느새 10번째 글이 됬네..

 

이전 소개글은 링크 참고바랄게!

 

아두이노, 마이크로컨트롤러(mcu) 개발을 위한 센서 참고자료(1) - 적외선 인체감지 PIR 센서 

아두이노, 마이크로컨트롤러(mcu) 개발을 위한 센서 참고자료(2) - TCRT5000 적외선 감지 장애물 회피 센서 / 라인트레이서 센서

아두이노, 마이크로컨트롤러(mcu) 개발을 위한 센서 참고자료(3) - 음향 사운드 감지 센서 HS-SOUNDSM

아두이노, 마이크로컨트롤러(mcu) 개발을 위한 센서 참고자료(4) - 비접촉식 적외선 온도 센서 GY-906, MLX90614

아두이노, 마이크로컨트롤러(mcu) 개발을 위한 센서 참고자료(5) - 알코올 센서 모듈 MQ-3, SZH-SSBH-045

아두이노, 마이크로컨트롤러(mcu) 개발을 위한 센서 참고자료(6) - 사운드 모듈 ts0223

아두이노, 마이크로컨트롤러(mcu) 개발을 위한 센서 참고자료(7) - 온도센서 NTC 서미스터 모듈

아두이노, 마이크로컨트롤러(mcu) 개발을 위한 센서 참고자료(8) - GP2Y1010AU0F PM 2.5 광학식 미세먼지 센서

아두이노, 마이크로컨트롤러(mcu) 개발을 위한 센서 참고자료(9) - DHT11 온습도 센서

 

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원래는 이번 소개에는 데이터시트 읽는 법을 소개하기로 했지만...

 

죄송합니다. 지난주는 너무 정신 없었어요... 

 

데이터시트 읽는 법은 오늘 영상을 찍고, 내용을 같이 정리해서 다음주에는 꼭 올려보려구용...

 

그래서 다른 내용을 들고왔는데.. 마음에 들지는 모르겠어.

 

어떻게보면 정말 간단하고, 당연한 내용인데 항상 문제가 되는 내용이야.

 

전자공학을 전공으로 한 학생들도 가끔씩 실수하는 부분인 전위차와 접지, 공통그라운드에 대해 이야기 해보려 해.

 

아두이노를 처음 입문 하시는 분들 중에는 회로에 대한 기초적인 것들을 어느정도 아는 사람도 있을 것이고, 아예 모르는 사람들도 꽤 있을 거라고 생각해.

 

보통은 회로 쪽을 잘 모르시는 경우가 많긴 해.

 

그러다 보니 회로에 대해 모르는 사람들도 어렵지 않도록 최대한 풀어서 적어볼게.

 

 

 

기본적으로 회로를 구성하는데 있어 가장 중요한 것은 전위차, 공통 그라운드, 접지야.

 

공통 그라운드, 접지는 정말 기본이지만 자주 잊혀지는 존재야.

 

 

접지를 이야기 하기에 앞서 전위차에 대해 이야기 해보려고해.

 

흔히 전기의 흐름에 대해 이야기 할때 물의 높이 차이로 인해 물이 흐르는 것을 비유하여 이야기 하곤 해. 

 

실제로 전기의 흐름은 물의 흐름과 굉장히 유사하고, 그렇게 이해를 하는게 접근이 빠르거든.

그러다 보니 전기의 흐름을 이해하시려면 물의 흐름으로 생각하시는 편이 제일 좋아.

 

 

전기가 회로를 타고 흐르기 위해선 전위차가 요구되.

 

전위차는 전기적 위치 에너지 차이의 약자로, 말 그대로 위치 에너지를 이야기 하는 거야.

 

 

물이 아주 높이 있으면 밑으로 떨어질 때의 운동 에너지가 굉장히 높고 이 운동 에너지는 물의 압력, 수압으로도 읽을 수 있지.

 

그리고 물이 흐르기 위한 물길의 폭이 넓으면, 물이 아주 많이 흐르게 되잖아?

 

전기도 똑같아.

 

전위차가 크면 전기적 위치에너지가 높아지니, 압력이 높아지는 것과 같이 볼수 있어. 그렇게 전압 이라고 표현을 하게 되는거고.

 

그리고 전기가 흐르는 통로인 전선이 굵으면 굵을 수록 흐르기 위한 통로가 넓어지니 큰 전류가 원활히 흐를 수 있게 되는거지.

 

 

 

그럼 전위차가 미치는 영향은 뭐길래 이렇게 장황하게 설명하냐 라고 물어본다면 회로의 작동에 대해 설명하기 위해서야.

 

 

간단한 예시를 통해 이야기 해볼게.

 

 

파워서플라이 A에서 +5V 출력 단과 0V 출력 단을 테스터기로 찍어 확인한 5V 가 있어.

 

 

 

파워서플라이 B에서 +12V 출력 단과 +7V 단을 테스터기로 찍어 확인한 5V 가 있어.

>파워 서플라이 B의 +12V 출력과 +7V 출력은 공통 접지로 연결이 되어있어.

 

이렇게 두 개의 파워 서플라이에서, 각각의 5V를 이용하여 구성된 회로를 서로 연결했을 때 정상적으로 작동할까?

 

예를들면 통신이라던가, 제어라던가 하는 부분에서 정상적으로 작동할 지 여부에 대한 질문이야.

 

 

우연찮게 맞아 떨어져서 작동되는 경우가 아니라면 보통은 오작동을 하게되.

 

통신을 하고 있었다면 의도한 데이터 값을 주고받을 수 없다던지, 통신이 아예 되지 않는다던지.

 

혹은 모터 제어가 되긴 하는데 노이즈가 심하게 끼고 자기 멋대로 움직인다던지.

 

 

수많은 오작동 사례들이 있고 그걸 맞이했던 사람들도 없잖아 있을거라 생각해.

 

실제로 나도 그런 실수를 많이 저질렀었고..

 

 

 

당연하게도 각각의 회로가 따로 구동 될때는 전혀 상관이 없어.

 

예를 들면 블루투스 같은 무선 통신을 할 때, 서로 다른 전원으로 만들어진 송/수신부가 서로 통신이 안될까?

 

정말 잘되거든.

 

안되면 RC 자동차나 비행기, 드론이 나올 수가 없었을거야.

 

 

하지만 둘이 합쳐질 때 문제가 발생할 확률이 높아져.

 

물론 정말 우연치 않게 작동이 될때가 있기도 해. 정말 우연치 않게...

 

 

그래서 이때 서로 다른 각각의 회로에서 전위차를 맞춰줘야 하는 시점이고, 이때 필요한 것이 공통 그라운드, 접지 입니다.

 

접지의 뜻은 말 그대로, 땅에 접한다, 닿는다는 의미야.

 

산업용 기기 쪽에서는 실제로 정전기로 인한 기기파손 방지를 위해 기기 표면에서 선을 따줘 접지를 시켜주기도 해.

 

실제로 앞집 사장님이 사용하시는 장비들이 지속적으로 오작동을 일으켜서 원인을 알아보니 정전기 때문이었고, 접지를 해주니 문제가 해결되기도 했어.

 

 

공통 그라운드, 공통 접지의 핵심적인 의미는 서로 다른 전원을 가지는 두 회로의 그라운드(접지)를 연결하여 공통 그라운드로 만들고, 전위차를 맞춰주는 행위를 이야기 하는거야.

 

 

그럼 이제 위에서 예시로 들었던 파워 서플라이 A의 0V 출력 단과, 파워 서플라이 B의 7V 출력단을 합치면 어떻게 될까?

 

아무일도 일어나지 않아.

 

A에서 만든 5V의 최저점인 0V 출력단과 B에서 만든 5V 최저점인 +7V 출력단이 서로 기준점이 되고 공통 그라운드화 되기 때문에 문제는 없다,는 거지.

 

 

하지만 각각의 파워서플라이에 달려있는 접지 단자를 서로 이어줘 공통 접지로 만들어 주고 A의 0V 출력단과 B의 7V 출력단을 연결한다면?

 

SMPS종류라면 퓨즈가 터진다던지.. 회로가 타버릴거고, 파워서플라이는 C.C라는 문구와 함께 전류가 차단될거야.

 

 

이유라면 파워서플라이 A와 B가 접지를 공통으로 연결하면서 두 파워서플라이 기기 자체의 전위차가 동일해 졌기 때문이야.

 

 

파워서플라이를 이용해 개발을 해서 잘 작동되던 디바이스가 배터리만 꽂으면 작동이 잘 안된다.. 하는 경우를 한번 쯤은 겪어봤을거야.

 

겪어보지 않았다면, 당신은 Eagle을 읽을 필요가 없으니 어서 뒤로가기를 눌러 나가도록 해.

 

내가 이런 당연한 걸 뭐라도 아는양 설명하는걸 보고 비웃고 있는거잖아....

 

 

 

 

보통 이런 경우는 시리얼 통신이나 I2C같이 선을 이용해 디바이스를 서로 연결해서 통신하는 경우나, 모터 제어를 할 때, 외부전원을 끌어다 쓰면 많이 발생하곤 해.

 

이유를 설명하자면, 개발할 때는 보통 동일한 파워서플라이에서 빵판(브레드보드)에 연결하거나 전원 선을 여러개 뽑아서 사용할 경우엔 서로 공통 그라운드가 확보된 상황이기 때문에 통신이나 제어를 할 때 별다른 문제가 발생하지 않을거야.

 

하지만 다수의 배터리를 이용해 사용할 경우에는 이야기가 조금 달라질 수 있어.

 

동일한 전압을 띄는 배터리라도 공통 그라운드를 확보해주지 않으면 전위차로 인한 오작동은 나타날 수 있어.

 

보통 그런 경우는 모터에서 사용하는 전류량이 너무 커서 전원을 분리시켜야 할때, 배터리를 하나 더 다는... 혹은, 비상용 전원을 위한 배터리를 연결 했을 경우에 접지를 공통으로 처리해주지 않을 때 나타나는 오작동이야.

 

 

 

이런 내용은 사실 기본 중에 기본이고 정말 단순한 실수 중에 하나지만, 사람은 언제든 실수를 할 수 있으니까.

 

같이 일하는 후배도 올해로 2년차 개발자가 되긴 했지만, 가끔은 이런 실수를 하기도 하고.. 부끄럽지만 나도 간혹가다 깜빡하고 실수하는 것 중 하나긴 해.

 

이런 전자 관련 개발에서 흔히 나올 수 있는 트러블슈팅 요소 중 하나 정도로 알고가주길 바래!

 

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이번 편은 10화 특집으로 데이터 시트 읽는법! 을 하게 될거 같아 나름 두근두근 하다 그랬으면서 사정이 좀 생겨서...

 

아마 오늘 방송을 하면서 해당 내용으로 영상도 찍을 겸 데이터시트 관련 내용을 다뤄볼까해! 

 

혹시라도 궁금하다면 8시 부터 관련된 내용으로 방송을 할테니 보러와줘!

 

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