여러가지 스위치

안녕하세요. 메카럽입니다.

이번 포스팅부터는 스위치의 여러가지 종류에 대해 알아보도록 하겠습니다.

지금까지 아두이노의 입출력을 구성하고 있는 아날로그 포트와 디지털 포트에 관해 알아보았고, 해당 포트로 아날로그 신호와 디지털 신호를 입력받거나 출력하는 예제를 다루어 보았습니다. 아두이노는 전원, 센서 신호, 모터의 제어 명령 등을 전달하고 처리하는 역할을 하는데, 그 결정 과정에 스위치가 있습니다. 전원 스위치, 센서 작동 스위치, 모터 제어 명령 전달 스위치 등이 그것입니다.

스위치라 하면 가깝게는 가정의 실내등을 켜고 끄는 전등 스위치, TV의 전원을 켜고 끄는 리모컨 등 주변에서 여러 가지 종류를 볼 수 있습니다. 이들은 켜짐과 꺼짐, 열림과 닫힘 동작을 통해 전자회로의 연결과 차단을 수행한다는 공통점을 갖고 있습니다.

스위치는 슬라이드 스위치, 토글 스위치 등과 같이 대체로 사람의 손으로 켜고 끄는 기계적 동작으로 작동하는 스위치와 트랜지스터, 릴레이와 같이 전기적 스위칭에 의해 ON/OFF 되는 전기적 스위치로 나누어집니다. 전원 ON/OFF나 사람의 손이 필요한 부분에는 기계적 스위치를 사용하고, 자동화된 스위칭이 필요한 경우에는 아두이노와 같은 마이크로컨트롤러로 전기적 스위치를 제어합니다. 가령 마이크로컨트롤러는 센서의 측정값을 통해 트리거 신호를 발생하고, 이 신호를 통해 전기적 스위치를 제어해서 액추에이터를 동작하는 구성입니다.

센서를 활용한 어떤 시스템의 작동 과정을 살펴보면 대체로 다음과 같은 구성을 갖습니다.

- 물리적 입력을 센서로 측정 - 측정값을 MCU로 판단 - 액추에이터 구동

다시 말해서 이는 "해당 시스템에 물리적 입력으로 액추에이터가 구동하는 것을 목적으로 한다"고 볼 수 있는데, 이 액추에이터의 종류, 특성이 제각각이라 MCU 자체로 구동시키는데 한계가 있습니다. 아두이노 아날로그, 디지털 포트 하나당 최대 출력전류는 40mA로 모터를 구동시키거나 충분한 밝기로 LED를 밝히기에 부족한 수준입니다. 이러한 점을 보완하기 위해 MCU만으로 구동 가능한 전기적 스위치를 작동시키고, 전기적 스위치는 보다 대용량의 액추에이터를 구동시키는 구성을 일반적으로 하고 있습니다. 물론 센서나 MCU의 ON-OFF를 위한 스위치로도 활용됩니다. 이런 목적으로 사용되는 전기적 스위치로 트랜지스터와 릴레이가 있습니다.

전기적 스위치는 MCU의 기능을 보완하는 목적 외에도 전기적 작동이 아닌 다른 힘에 의해 작동되도록 적용할 수 있습니다. 가령 영구자석과 같은 강자성체가 다가왔을 대 ON-OFF 동작을 하는 마그네틱 스위치가 이 경우입니다.

기계적 스위치는 외부의 기계적 ON-OFF 동작을 통해 전기적 스위칭을 수행합니다. 주변의 전자기기에서 쉽게 볼 수 있는 스위치로 슬라이드 스위치, 토글 스위치, 택트 스위치, 마이크로 스위치 등이 있습니다. 이들은 궁극적으로 전기적, 기계적 동작에 의해 전기적으로 회로를 연결하는 역할을 수행한다는 공통점이 있습니다.

전기적 스위치와 기계적 스위치

위 그림은 기계적 스위치와 전기적 스위치가 잘 조합된 사례를 나타내고 있습니다. 기계적 스위치가 눌러지면 배터리 전원이 아두이노와 모터에 연결되고, 아두이노는 모터에 제어 명령(전기적 스위치)을 내려 모터의 회전을 제어하는 구성입니다.

스위치는 단순한 장치 전원 ON-OFF 동작을 넘어 센서, 액추에이터의 동작 제어를 수행하는 핵심 구성품입니다. 홈 오토메이션, 사물 인터넷 등 외부에서 집과 사무실의 전자기기를 제어하는 것도 통신을 활용한 스위치 제어 개념입니다.