MAX6675 K-타입 열전대 센서를 Arduino와 함께 사용하는 방법

MAX6675 K-타입 열전대 센서를 Arduino와 함께 사용하는 방법

소개

온도를 정확하게 측정하는 것은 수많은 전자 프로젝트에서 기본적인 요구 사항입니다. PCB 납땜용 리플로우 오븐을 만드는 것부터 3D 프린터 핫엔드나 바비큐 스모커의 온도를 모니터링하는 것까지 다양합니다. 표준 서미스터와 DS18B20 같은 디지털 센서는 적당한 온도에서 잘 작동하지만, 매우 높은 온도에서는 한계가 있습니다. 이때 K타입 열전대가 필요합니다. 이는 극한의 온도를 측정할 수 있는 견고하고 저렴한 센서이지만, 미세한 전압 신호를 읽을 수 있는 디지털 값으로 변환하려면 특수 인터페이스 칩이 필요합니다.

이 가이드에서는 MAX6675 브레이크아웃 보드를 K타입 열전대 센서 및 Arduino와 함께 사용하여 직렬 모니터에 섭씨와 화씨 온도를 모두 읽고 표시하는 방법을 보여줍니다(비디오 00:00). MAX6675 모듈은 복잡한 신호 조절과 냉접점 보상을 처리하여 SPI 프로토콜을 통해 깨끗한 디지털 데이터를 출력합니다. 이 설정은 다음과 같은 고온 감지가 필요한 프로젝트에 적합합니다:

• 3D 프린터의 핫엔드 또는 가열 베드 온도 모니터링.
• 바비큐 그릴 또는 주방 오븐용 디지털 온도계 만들기.
• DIY 리플로우 오븐 또는 납땜 스테이션용 온도 컨트롤러 만들기.
• 자동차 또는 로봇 프로젝트에서 배기 가스 온도 측정.

하드웨어 구성 요소

이 튜토리얼을 따라 하려면 다음 구성 요소가 필요합니다. 배선은 간단하며, 코드는 모든 버전의 Arduino 보드와 호환됩니다(비디오 00:47).

• Arduino 보드(Uno, Mega, Nano 등)
• MAX6675 모듈(브레이크아웃 보드)
• K타입 열전대 센서(모든 프로브 스타일)
• 점퍼 와이어

MAX6675 모듈 자체는 매우 작습니다. 비디오에서 볼 수 있듯이 크기는 길이 32.1mm, 너비 15.6mm, 깊이 16.3mm입니다(비디오 02:35). 모듈에는 열전대 연결용 소형 터미널 블록과 전원 및 SPI 통신용 핀 행이 있습니다. K타입 열전대는 올바른 극성으로 모듈에 연결됩니다. 빨간색(양극) 와이어는 '+' 터미널에, 노란색(음극) 와이어는 '-' 터미널에 연결합니다(비디오 01:27).

기술 사양

배선을 시작하기 전에 MAX6675 칩의 기능을 이해하는 것이 도움이 됩니다. Maxim Integrated의 데이터시트에 따르면 이 모듈은 넓은 온도 범위를 측정할 수 있어 산업용 및 취미용 애플리케이션 모두에 적합합니다(비디오 01:44).

• 측정 범위: 0°C ~ +1024°C
• 분해능: 12비트(0.25°C)
• 통신: SPI(직렬 주변 장치 인터페이스)
• 작동 전압: 3.0V ~ 5.5V

배선 가이드

MAX6675의 배선은 간단하며 전원 연결과 SPI 통신용 디지털 핀 3개만 필요합니다. 이 예제에서는 데이터 라인에 Arduino 핀 4, 5, 6을 사용합니다(비디오 03:28). 연결은 다음과 같습니다:

• VCC(주황색 와이어): Arduino의 5V 핀에 연결합니다(비디오 02:56).
• GND(노란색 와이어): Arduino의 GND 핀에 연결합니다(비디오 02:51).
• SO - 직렬 출력(녹색 와이어): Arduino 디지털 핀 4에 연결합니다(비디오 03:01).
• CS - 칩 선택(회색 와이어): Arduino 디지털 핀 5에 연결합니다(비디오 03:08).
• SCK - 직렬 클록(흰색 와이어): Arduino 디지털 핀 6에 연결합니다(비디오 03:14).

코드 설명

이 튜토리얼에서 제공되는 코드는 간단하고 수정하기 쉽도록 설계되었습니다. 먼저 설치해야 하는 max6675.h라는 라이브러리에 의존합니다. 라이브러리를 ZIP 파일로 다운로드하여 Arduino IDE에서 Sketch -> Include Library -> Add .ZIP Library로 이동하여 추가할 수 있습니다. 설치 후에는 라이브러리가 인식되도록 Arduino IDE를 닫고 다시 열어야 합니다(비디오 04:14).

라이브러리가 설치되면 제공된 코드를 스케치에 복사할 수 있습니다. 첫 번째 단계는 라이브러리 파일을 포함하는 것으로, Arduino가 MAX6675 칩과 통신하는 데 필요한 함수에 액세스할 수 있게 합니다(비디오 03:55). 다음으로 모듈이 연결된 핀을 정의합니다. Arduino에서 다른 핀을 사용하기로 결정한 경우 변경해야 하는 유일한 코드 줄입니다(비디오 04:52).

int soPin = 4;// SO=직렬 출력
int csPin = 5;// CS = 칩 선택 CS 핀
int sckPin = 6;// SCK = 직렬 클록 핀

핀을 정의한 후 MAX6675 클래스의 인스턴스를 만듭니다. 이 줄에서 인수의 순서는 중요합니다. sckPin, csPin, soPin 순서여야 합니다. 순서를 바꾸면 센서가 올바르게 작동하지 않습니다(비디오 05:21).

MAX6675 robojax(sckPin, csPin, soPin);// MAX6675의 인스턴스 객체 생성

setup() 함수에서는 9600의 보드레이트로 시리얼 모니터를 초기화하여 컴퓨터에서 온도 판독값을 확인할 수 있도록 합니다(비디오 05:41 참조). 주요 로직은 loop() 함수에 있습니다. 여기서 robojax 객체의 readCelsius() 및 readFahrenheit() 메서드를 호출하여 온도를 가져오고 시리얼 모니터에 출력합니다. 루프 끝에 1000밀리초(1초)의 지연을 추가하여 새로 고침 속도를 설정합니다(비디오 05:54 참조). 더 빠른 업데이트를 원하면 이 지연을 100밀리초 이하로 줄일 수 있습니다(비디오 08:44 참조).

Serial.print("C = "); 
Serial.print(robojax.readCelsius());
Serial.print(" F = ");
Serial.println(robojax.readFahrenheit());
delay(1000);

이 코드는 기본 판독 테스트입니다. 온도 임계값에 따라 동작을 트리거하도록 쉽게 확장할 수 있습니다. 예를 들어, if 문을 사용하여 온도가 특정 값을 초과하는지 확인하고 팬을 켜서 시스템을 냉각하거나, 온도가 너무 낮아지면 히터를 켤 수 있습니다(비디오 06:42 참조).

실시간 프로젝트 시연

센서의 성능을 시연하기 위해 비디오에서는 열풍기로 열전대를 가열하는 모습을 보여줍니다. 열이 가해지면 시리얼 모니터의 온도 판독값이 빠르게 증가합니다. 시연에서는 온도가 125도 섭씨를 초과하는 것을 보여주며, 해당 화씨 값도 함께 표시됩니다(비디오 08:25 참조). 열풍기를 제거하면 온도가 점차 냉각되는 것을 볼 수 있어 센서의 정확성과 응답성을 확인할 수 있습니다. 이러한 실시간 피드백 덕분에 MAX6675 모듈은 정밀한 고온 모니터링이 필요한 모든 프로젝트에 탁월한 선택입니다.

비디오 챕터

• [00:00] 소개 및 프로젝트 개요
• [01:15] 하드웨어 설명
• [02:41] 배선 설명
• [03:28] 코드 설명
• [07:26] 온도 측정 시연

이미지

MAX6675 Thermocoupler module

K-Type Thermocoupler module with wire

K-Type thermocoupler connector

Arduino wiring for MAX6675 Thermocoupler module

MAX6675 Thermocoupler module

MAX6675 Thermocoupler module

K-Type Thermocoupler module with wire

K-Type thermocoupler connector

Arduino wiring for MAX6675 Thermocoupler module

MAX6675 Thermocoupler module

// Original library source:
// www.ladyada.net/learn/sensors/thermocouple
 /*
 * Arduino code to read temperature using MAX6675 chip and K-type thermocouple
 * and display it on the serial monitor
 * 
 * Watch video instructions for this code: https://youtu.be/VGqONmUinqA
 * Download this code from Robojax.com
 *  
 * Updated by Ahmad Shamshiri for Robojax.com on Saturday, November 23, 2018 
 * at 21:25 in Ajax, Ontario, Canada
 * 
 
 * This code is "AS IS" without warranty or liability. Free to be used as long as you keep this note intact.
 * This program is free software: you can redistribute it and/or modify
    it under the terms of the GNU General Public License as published by
    the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
    (at your option) any later version.

    This program is distributed in the hope that it will be useful,
    but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
    MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
    GNU General Public License for more details.

    You should have received a copy of the GNU General Public License
    along with this program.  If not, see <https://www.gnu.org/licenses/>.
 */

 
#include "max6675.h" // max6675.h file is part of the library that you should download from Robojax.com

int soPin = 4;// SO=Serial Out
int csPin = 5;// CS = chip select CS pin
int sckPin = 6;// SCK = Serial Clock pin

MAX6675 robojax(sckPin, csPin, soPin);// create instance object of MAX6675


void setup() {

          
  Serial.begin(9600);// initialize serial monitor with 9600 baud
  Serial.println("Robojax MAX6675"); 

}

void loop() {
  // Basic readout test, just print the current temperature
  // Robojax.com MAX6675 temperature reading on serial monitor
   Serial.print("C = "); 
   Serial.print(robojax.readCelsius());
   Serial.print(" F = ");
   Serial.println(robojax.readFahrenheit());

             
   delay(1000);
}