DC 모터, 스태퍼 모터 제어용 Add-on 보드 (DC Motor + Stepper FeatherWing)

- FeatherWing이란 지난번 글에서 소개한 Adafruit사의 개발보드인 Feather 보드에 연결해서 사용하는 일종의 Add-on 보드라는 의미입니다 -

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Feather 하나로 DC 모터와 스테퍼 모터를 동시에 제어하기

ESP32나 RP2040 같은 Feather 보드를 사용하다 보면 의외로 가장 빨리 부족해지는 것이 GPIO입니다.

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모터를 하나만 제어해도 PWM 핀을 사용해야 하고, 스테퍼 모터까지 연결하면 핀 사용량이 급격히 늘어나죠. 여기에 센서나 OLED, Wi-Fi 기능까지 함께 사용하려면 핀 배치가 상당히 복잡해집니다.

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오늘 소개할 Adafruit DC Motor + Stepper FeatherWing은 이런 문제를 상당히 우아하게 해결하는 확장 보드입니다.

 

 

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FeatherWing이란?

FeatherWing은 Adafruit Feather 개발보드 위에 바로 장착해서 사용할 수 있는 확장 보드입니다.

이번 제품은 이름 그대로

• DC 모터
• 스테퍼 모터

를 제어하기 위한 전용 FeatherWing입니다.

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가장 큰 특징은 모터 제어를 전용 PWM 드라이버가 담당한다는 점입니다.

즉,

Feather는 I2C 통신만 수행하고,

실제 모터의 PWM 생성과 제어는 전용 칩이 처리합니다.

덕분에 MCU의 연산 부담도 줄어들고 GPIO도 거의 사용하지 않습니다.

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TB6612 모터 드라이버 사용

이 FeatherWing의 핵심은 TB6612 모터 드라이버입니다.

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주요 특징은 다음과 같습니다.

• 4개의 Full H-Bridge 내장
• 브리지당 최대 1.2A 출력
• 역기전력(Kickback) 보호 다이오드 내장
• 과열 보호(Thermal Shutdown)

일반적인 소형 DC 모터나 스테퍼 모터를 구동하기에는 충분한 성능입니다.

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하나의 FeatherWing으로 제어 가능한 모터 수

많은 모터를 동시에 제어할 수 있습니다.

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DC 모터

최대 4개의 양방향 브러시드 DC 모터

각 모터는 독립적으로 속도를 제어할 수 있습니다.

PWM 해상도는 12비트

즉,

4096단계의 속도 제어가 가능합니다.

이는 약 0.02% 수준의 매우 세밀한 속도 제어를 의미합니다.

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스테퍼 모터

최대 2개의 스테퍼 모터를 동시에 사용할 수 있습니다.

다음과 같은 다양한 구동 방식을 지원합니다.

• Single Coil
• Double Coil
• Interleaved
• Micro-stepping

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특히 Micro-stepping을 지원하기 때문에

• 보다 부드러운 회전
• 진동 감소
• 정밀한 위치 제어

가 가능합니다.

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혼합 구성도 가능

예를 들어

• 스테퍼 모터 1개
• DC 모터 2개

처럼 혼합하여 사용하는 것도 가능합니다.

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Feather의 GPIO는 거의 사용하지 않는다

이 FeatherWing의 또 하나의 장점은

I2C만 사용한다는 점입니다.

즉 사용하는 핀은

• SDA
• SCL

두 개뿐입니다.

따라서

• OLED
• 환경 센서
• RTC
• EEPROM
• ADC
• GPIO

등을 동시에 연결하기가 매우 쉬워집니다.

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최대 32개의 FeatherWing 적층 가능

보드에는 5개의 Address 선택 점퍼가 있습니다.

이를 이용하면

최대 32개의 FeatherWing을 하나의 Feather에 연결할 수 있습니다.

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이론적으로는

• 스테퍼 모터 64개
• 또는 DC 모터 128개

까지 확장 가능합니다.

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물론 실제 프로젝트에서 이렇게까지 사용하는 경우는 드물겠지만,

I2C 기반 확장 구조의 유연성을 잘 보여주는 예라고 할 수 있습니다.

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모터 전원은 반드시 외부에서 공급

가장 중요한 부분입니다.

Feather는 논리 회로(Logics) 전원만 담당합니다.

모터 전원은 반드시 별도의 전원을 연결해야 합니다.

지원 전압은 4.5V ~ 13.5V입니다.

보드에는 극성 보호 기능이 포함된 2핀 터미널 블록이 제공됩니다.

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Feather의 LiPo 배터리로 모터를 돌리면 안 되는 이유

Adafruit에서는 Feather의 LiPo 배터리에서 직접 모터를 구동하는 것을 권장하지 않습니다.

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모터는 순간적으로 매우 큰 전류를 소비하기 때문에

• 전압 강하
• MCU 리셋
• 시스템 불안정
• 심한 경우 보드 손상

등이 발생할 수 있기 때문입니다.

따라서 모터 전원은 항상 별도의 배터리나 전원 공급장치를 사용하는 것이 좋습니다.

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배선도 편리하게 설계

모터 연결은 3.5mm 터미널 블록을 사용합니다.

18~26 AWG 정도의 일반적인 전선을 쉽게 연결할 수 있습니다.

또한 전원이 처음 들어오면 모든 모터 출력이 자동으로 비활성화됩니다.

예기치 않은 모터 동작을 방지하기 위한 안전 기능입니다.

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최근 생산 버전의 변경 사항

2023년 12월 이후 생산된 제품은

• Adafruit Penguin 실크스크린 적용
• 터미널 블록이 미리 납땜되어 출고

되므로 조립 과정이 조금 더 간단해졌습니다.

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Arduino와 CircuitPython 모두 지원

소프트웨어도 매우 잘 지원됩니다.

Adafruit는

• Arduino(C++)
• CircuitPython

라이브러리를 모두 제공하고 있습니다.

예제 코드도 풍부하기 때문에

모터를 처음 사용하는 분들도 비교적 쉽게 시작할 수 있습니다.

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서보 모터는 지원하지 않는다

한 가지 알아둘 점은 이 FeatherWing은

서보 모터 커넥터를 포함하지 않습니다.

크기를 줄이기 위한 설계 때문입니다.

서보 모터를 사용하려면 별도의 8채널 Servo FeatherWing을 사용하는 것이 좋습니다.

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마무리

DC Motor + Stepper FeatherWing은

I2C 기반의 전용 PWM 드라이버를 사용하여 Feather의 GPIO를 거의 사용하지 않으면서도 최대 4개의 DC 모터 또는 2개의 스테퍼 모터를 안정적으로 제어할 수 있는 확장 보드입니다.

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특히 ESP32 Feather나 RP2040 Feather와 함께 사용한다면, 남는 GPIO를 다양한 센서와 통신 모듈에 활용할 수 있어 복잡한 IoT 프로젝트나 로봇 제작에 매우 적합합니다.

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모터 제어와 센서 연결을 동시에 구현해야 하는 프로젝트라면, 이런 전용 FeatherWing을 활용하는 것이 훨씬 깔끔하고 확장성 있는 설계가 될 것입니다.