[아두이노] 릴레이 사용하기

    릴레이를 사용하면 아두이노로 높은 전압의 가전제품을 켜고 끌 수 있습니다. 그 말은 집에 있는 전등, 히터, 선풍기 같은 아날로그 스위치를 가진 거의 모든 가전제품에 사용 가능하단 뜻입니다. 이런 제품들은 220V 전원을 사용합니다. 아두이노로 직접 이 전압을 제어할 수 없습니다. 따라서 아두이노의 출력 5V로 동작할 수 있는 전자식 스위치인 릴레이가 필요합니다.

    릴레이는 어떤 조건이 되면 동작하게 사용됩니다. 예를 들면 '온도가 20도 이하이면 릴레이를 동작해라' 같은 동작입니다. 거의 모든 센서와 조합해서 사용할 수 있습니다. 스마트 공기청정기는 미세먼지 센서와 릴레이, 스마트 히터는 온도센서와 릴레이, 스마트 건조기는 습도센서와 릴레이와 같이 다양한 조합이 가능합니다. 아두이노가 스마트폰과 연결돼 있다면 더 다양하게 적용할 수 있습니다. 스마트 폰 버튼을 눌렀을 때나 심지어 집에 도착하면 릴레이가 자동으로 동작하게 할 수 있습니다.

<그림 1> 아두이노 릴레이

    사진의 릴레이는 가장 기본적인 형태로 Arduino Relay 또는 Arduino 5V Relay등으로 검색하면 쉽게 찾을 수 있습니다. 여기서 5V란 Relay를 동작시키는 쪽 전원을 말합니다. 아두이노의 Vcc에 맞춰 5V Relay를 사용해야 합니다. 키고 끌 수 있는 전압은 125V~260V AC*이며 일반적인 가전제품은 모두 220V를 사용하므로 대부분의 가전제품에 적용 가능 합니다. 아두이노로 제어할 때 사용하는 저압 핀이 3개(Ground, Vcc, Signal) 있고, 가전제품과 연결할 고압 터미널이 3개(NC, Common, NO) 있습니다. 그리고 LED가 달려있어 잘 동작하는지 쉽게 알 수 있습니다. 릴레이에 전원이 들어오면 붉은 LED가 켜지고 릴레이가 동작하면 녹색 LED가 켜집니다.

    * AC(Alternating Current): 교류, 아무 변환을 하지 않으면 발전소에서 가정집까지 연결되는 모든 전기가 교류라 보시면 됩니다. 우리나라 가정집에서는 220V AC를 사용 중입니다.

    * DC(Direct Current): 직류, 한 방향으로 흐르는 전기입니다. 아두이노로 회로를 꾸미면 센서나 모터의 전원이 Vcc에서 GND로 는 것을 볼 수 있는데 이것들이  모두 직류입니다. 가전제품도 직류를 쓰는 것이 많은데 콘센트에서 나오는 전기는 교류이므로 직류로 변환해서 사용합니다. 예를 들면 노트북의 어댑터가 교류를 직류로 바꿔주는 장치입니다. 

    가끔 직류를 사용하는 제품 중 플러그 주변에 어댑터가 있는 경우가 있습니다. 모터가 그런 경우가 많으니 팬을 사용할 경우 잘 확인해야 합니다. 직류 전원선에는 릴레이도 직류사양에 맞춰 사용되야 합니다. 어댑터에 적힌 직류 전압에 맞춰 릴레이를 찾아줍니다. 아니면 어댑터 이전은 교류이므로 멀티 탭에 릴레이를 설치해도 됩니다.

릴레이 핀과 터미널 설명

<그림 2> 아두이노 릴레이 연결

저압 핀

 - Vcc: 아두이노의 5V 출력 핀과 연결됩니다.

 - GND: 아두이노의 GND와 연결됩니다.

 - Signal: 아두이노에서 릴레이를 동작 시킬 디지털 출력 핀과 연결합니다.

고압 터미널

- NC(Normally Closed): Common 쪽과 항상 연결되어 있는 220V Terminal 입니다.  

- NO(Normally Open): Common 쪽과 연결 안 되어 있는 220V Terminal 입니다.

- Common

    아두이노에서 릴레이 Signal 핀으로 신호를 주면 릴레이가 작동합니다. 릴레이 내부에는 전자석과 연결된 스위치가 있습니다. Signal로 신호가 들어오면 전자석에 자력이 생기고 스위치가 동작합니다. 

<그림 3> 릴레이 동작

NO(Normal Open) vs NC(Normal Closed)

    전자제품과 연결할 때는 NC에 연결할 지 NO에 연결할 지 선택해야 합니다. 아두이노의 신호가 왔을 때 스위치를 닫을 것인지 스위치를 열 것인지 고민하고 선택해면 됩니다. 어떤 선택을 하던지 Common은 항상 연결됩니다. 평상시 꺼져 있는 전자제품을 아두이노로 키고 싶으면 NO에 연결하고, 켜져 있던 전자제품을 끄고 싶으면 NC를 선택합니다. 

NO(Normally Open)

    아두이노에서 릴레이로 HIGH 신호를 보내면 열려 있던 릴레이 스위치가 닫혀 전류가 흐릅니다. Common과 NO 터미널이 연결된 것입니다. 릴레이가 LOW 신호를 받으면 닫혀 있던 릴레이 스위치가 열려 전류가 흐르지 않습니다. 아두이노로 신호를 줄 때마다 작동하게 하고 싶으면 NO를 선택하면 됩니다.   

NC(Normally Closed)

    아두이노에서 릴레이로 HIGH 신호를 보내면 닫혀 있던 릴레이 스위치가 열려 흐르던 전기가 멈춥니다. 연결되어 있던 Common과 NC 터미널이 분리된 것입니다. 릴레이가 LOW 신호를 받으면 열려 있던 스위치가 다시 닫혀 전류가 다시 흐릅니다. 평소에는 켜져 있다가 아두이노로 신호를 줄 때마다 꺼지도록 하고 싶으면 NC를 선택합니다.

예제: 습도센서로 동작하는 건조등

    습도가 50% 이상일 때 동작하는 건조기(조명)를 만들어 보겠습니다. 우선 회로를 만들겠습니다. 

<그림 4> 릴레이 회로도

    아두이노 회로가 완성되었다면 전자제품 전원선에 릴레이를 연결하겠습니다. 

경고- 이 작업은 고전압 부분을 포함하며, 이로 인해 심각한 부상이나 사망에 이를 수 있습니다. 반드시 사전준비를 하고 작업 전 모든 전원을 꺼야 합니다.

    이 작업은 반드시 가전제품의 전원 코드가 뽑혀진 상태에서 작업해야 합니다. 아두이노로 작업을 하다보면 전원이 들어와 있는 상태에서도 맨손으로 작업을 합니다. 아두이노는 전압이 낮아서 대부분의 작업이 위험하지 않습니다. 하지만 릴레이는 220V의 가전제품 전원을 그대로 사용하기 때문에 위험할 수 있습니다. 아두이노를 만지다가 습관적으로 전원이 연결된 릴레이의 고전압 부분을 만져버리는 겁니다. 따라서 작업을 하실 때 2중 3중으로 조심해야합니다. 그래서 릴레이 작업 관련 교재나 글들을 보면 매번 위험하다는 경고문구를 볼 수 있습니다.

    전원선에 릴레이 설치하는 법을 알아보겠습니다. 릴레이를 설치하려면 전선의 피복을 벗겨야 합니다. 그 안에는 2개 또는 3개의 전선이 있습니다. 2개의 경우는 둘 중 아무거나 하나를 선택해 자릅니다. 그 사이에 릴레이를 설치하면 됩니다. 3개인 경우 하나는 접지선입니다. 접지선을 뺀 다른 선 중 하나를 선택해 릴레이를 설치합니다. (제 경우는 초록/노란색이 함께 있는 선이 접지선입니다.) 만약 NO, Common 터미널에 전선을 연결한 후 구리선이 보인다면 절연테이프로 감아줍니다. 

<그림 5> 220V AC 3가닥 전원선 

    저는 릴레이를 쓴 제품이 전시되거나 다른 사람과 같이 작업할 경우 경고 스티커도 붙여줍니다. 길게 쓴 문장 때문에 스티커가 커서 보기 안 좋지만 그래도 조심해서 나쁠 것 없다고 생각합니다.

<그림 6> 릴레이 사용 시 경고문구

   단순한 예시를 들었지만, 릴레이로 전원을 제어하는 것으로 아주 다양한 프로젝트를 할 수 있습니다. 만약 릴레이를 다양한 전자제품에 적용하고 싶다면 멀티탭 전원선에 릴레이를 설치하는 것도 좋은 방법입니다. 전자제품 전원선을 자르지 않고도 제어할 수 있습니다. 

완성된 코드

#define RELAY 8             //릴레이와 연결된 8번 핀
#define DHTPIN 5          //습도센서와 연결된 6번 핀
#define DHTTYPE DHT22 //습도센서 종류 DHT22

DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);
float hum;
float temp;
   
void setup()
{
  Serial.begin(9600);
  pinMode(RELAY, OUTPUT);
  dht.begin();
  delay(2000);
}

void loop()
{
  hum = dht.readHumidity();//(온습도)온도값 읽기
  temp= dht.readTemperature();//(온습도)습도값 읽기
  
  if(hum > 50){
    digitalWrite(RELAY, HIGH);
  } else{
    digitalWrite(RELAY, LOW);
  } 
}

이상 릴레이에 대한 글을 마치겠습니다. 전자제품과 연관된 프로젝트를 준비할 때 도움이 되었으면 하는 바람입니다.

관련 글: 

[아두이노] 릴레이 사용하기 예제