라즈베리파이로 에어컨 제어하기 #2

라즈베리파이로 에어컨 제어하기 두번째이야기입니다.

이번의 주요내용은 IR LED에 관련된 이야기입니다. LED라면 흔히 발광다이오드라고 합니다. IR LED는 적외선을 쏘는 LED입니다. 집에서 사용하는 TV, 오디오에는 대부분 적외선 방식으로 통신합니다. 아래 리모컨 사진 속 빨간 원 안에 IR LED가 있습니다. 이것을 많이 쓰는 이유는 단가도 싸고, 가격 대비 성능이 좋습니다. ( IR LED 가격은 100원정도, IR Receiver 는 1000원정도 하네요. ) 

라즈베리파이에서 신호를 주면 IR LED를 작동시켜야하니 회로를 구성했습니다. 회로 구성에서 가장 고민된 사항은 라즈베리파이의 시그널로 바로 LED를 켜기에는 무리가 따른다는 것입니다. 라즈베리파이의 GPIO 신호핀을 통해 나오는 전류는 LED를 켜기에 충분하지 않습니다. 곧 증폭 회로가 필요하다는 이야기죠.

3.3V는 매우 적은 전류를 사용할 수 있고 5V는 넉넉하게 사용할 수 있습니다. 라즈베리파이를 구동하기 위해 5V를 사용하는데 라즈베리파이가 700~800mA를 제외하고 남은 전기를 사용할 수 있습니다. 보통 휴대전화 충전기로 사용하는 1A를 사용하면 여유 있게 200mA를 사용할 수 있습니다. (라즈베리파이 버전마다 다릅니다.)

 증폭 회로를 구성하기 전에 각 LED의 사용을 알아야합니다. 

1. IR333C(적외선) : 1.2V/0.01A ~ 1.4V / 0.1A 

  TSAL7200(적외선) : 1.35V / 0.1A

2. BL-BEG201(적색, 녹색) : 적색( 2.0V / 0.02A ), 녹색( 2.2V / 0.02A ) 

회로도를 설명하면 라즈베리파이는 기본이 3.3V 입니다. GPIO Signal에서 3.3V의 나옵니다. 하지만 라즈베리파이에서 사용할 수 있는 3.3V의 전류의 양이 제한되어 있습니다. 그래서 5V를 사용합니다. 주의할 점은 5V가 GPIO를 통해 라즈베리파이로 들어가지 않게 해야합니다. 

LED에 5V전기를 바로 통과시키면 LED소자에 무리를 주어 망가질 가능성이 있으니 저항을 통해 LED에 흘러갈 전류를 제한시켜야합니다. 다 알고 있는 V = IR 공식으로 저항에 걸릴 전압을 계산한 후 I를 정하고 R을 구하면 됩니다. 

   LED에 걸릴 전압 : 1.2 ~ 1.4V

   TR에 걸릴 전압 : 0.2 ~ 0.3V

저항에 걸릴 전압은 (5 - 1.2 - 0.2) ~ (5 - 1.4 - 0.3), 즉 3.6V ~ 3.3V 입니다. LED 스펙상 0.1A를 다 쓰면 무리가 갈 수 있으니 0.05A에 맞추어서 설계합니다. 

  R = 3.3V / 0.05A ( 결과 66 옴)

  R = 3.6V / 0.05A ( 결과 72 옴)

66옴과 72옴 사이의 저항을 쓰기로 결정했습니다. 

이제 GPIO에서 나오는 전류를 제한시켜야겠네요. 제가 쓸 트랜지스터는 0.05A에서 hFE(증폭률) 값이 60이상 값을 가지니 안정적으로 50이라 생각하고 0.001A를 공급해주면 되겠네요. 내부에서 3.3V가 공급될테고 TR내부에서 0.65V~0.95V가 걸릴테니 남은 것은 2.65 ~ 2.35V가 남습니다. 

R2는 V( 2.65 ~ 2.35 ) / 0.001A = 2650 ~ 2350 옴이 있으면 되겠습니다. 

이제 온도센서와 IR Receiver를 정리하면 본격적으로 준비할 수 있겠네요. 3편에서 계속됩니다.