글: Jeremy Cook
홀 효과 센서와 리드 스위치 비교: 자기 센서 유형 탐색
홀 효과 센서 및 리드 스위치는 모두 자기장을 감지하는 데 사용됩니다. 응용 분야 측면에서 이 둘 사이에는 공통된 점이 상당히 많지만, 매우 다른 방식으로 작동합니다. 어떤 상황에서는 두 센서를 모두 사용할 수 있으나, 한 유형이 다른 유형에 비해 이점이 훨씬 많을 수 있습니다.
이 문서에서는 각 자기 센서 유형을 정의하고 해당 유형의 장점과 단점을 살펴보겠습니다. 또한 인기 있는 ESP32-WROOM-32E 모듈 안에 숨겨진 "비밀" 같은 홀 효과 센서를 활용하여 각각의 간단한 사용 사례를 살펴보겠습니다.
홀 효과 센서란 무엇인가요?
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홀 효과 센서는 1800년대 후반에 자기장이 전도체에 미치는 전압 효과를 발견한 미국 물리학자 Edwin Hall에서 이름을 따왔습니다. 이 "홀 전압"은 적절히 증폭되면 마이크로컨트롤러에서 판독할 수 있습니다. 일반적으로 최신 홀 효과 센서의 장치 패키지에는 증폭기 및 기타 전자 장치가 포함됩니다.
설정 방법에 따라 이러한 센서는 디지털 또는 아날로그 신호를 출력할 수 있습니다. 홀 효과 센서는 리드 스위치와 달리 자기장 존재에 반응하며 자기장의 진폭과 방향도 감지할 수 있습니다. 따라서 센서는 한 방향에 대해서는 양의 아날로그를 출력하고 다른 방향에 대해서는 음의 아날로그 신호를 출력할 수 있습니다. 이 원리는 래치 기능으로도 통합될 수 있으며, 한 방향이 감지될 때 켜지고 반대 방향이 감지될 때만 꺼집니다.
디지털 장치인 홀 효과 센서는 신호 반동의 영향을 받지 않으며, 보조 전자 장치 패키지를 통해 공장에서 이 출력을 조정할 수 있습니다. 홀 효과 센서 패키지는 항상 전류를 사용하여 자기장을 감지하므로, 잠재적으로 매우 낮은 전력의 응용 분야에 적합하지 않을 수 있습니다.
리드 스위치에 대해 알아야 할 사항
리드 스위치 연속성 테스트(이미지: Jeremy Cook)
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Arrow의 Littelfuse 59045-010 리드 스위치
리드 스위치는 1900년대 초에 개발되었습니다. 이 장치는 외부 자기장을 적용하여 작동되는 기계식 접촉 장치입니다. 이러한 내부 스위칭 접촉 장치의 주변에는 불활성 가스로 채워진 유리 인클로저가 있으며, 그 안에서 외부로 연결됩니다. 일반적으로 리드 스위치는 정상적으로 열린 상태로 설정되지만 닫힌 상태로 설정될 수도 있으며 다른 구성으로도 제공됩니다.
감지용 영구 자석을 사용하거나 생성된 전기장을 리드 계전기로 사용하여 리드 스위치를 작동할 수 있습니다. 자기 신호를 끄고 대기할 때는 전류가 필요하지 않으므로 긴 대기 시간 동안 잠재적으로 상당한 전력을 절약할 수 있습니다.
리드 스위치는 기계 장치로서 스위치 반동의 영향을 받기 때문에 안정 시간이 확보됩니다. 감지 작동 방식은 이진수입니다. 리드 스위치는 턴온 임계값을 초과하는 신호 진폭을 감지하는 데 사용할 수 없습니다.
리드 스위치의 작동 방식과 사용 시기에 대해 자세히 알아보십시오.
리드 스위치와 홀 효과의 주요 차이점
다음은 홀 효과 센서와 리드 스위치 중에서 선택할 때 고려해야 할 항목입니다.
- 리드 스위치는 반동/안정 시간을 고려해야 합니다.
- 리드 스위치는 개방 상태에서 전원을 사용하지 않습니다.
- 리드 스위치는 이진 장치이며, 자기 북극과 남극을 구별할 수 없습니다.
- 홀 효과 센서는 디지털 장치이며, 물리적 접촉 반동이 발생하지 않습니다.
- 홀 효과 센서는 계속해서 소량의 전류를 배출하여 자기장의 존재를 감지합니다.
- 홀 효과 센서는 아날로그 또는 디지털 장치로 구성할 수 있으며, 자기장의 방향을 감지할 수 있습니다.
각 장치의 특성별로 데이터 시트를 반드시 점검해야 합니다.
홀 효과 센서 및 리드 스위치 실습 자습서
글: Jeremy Cook
이러한 두 장치의 사용 방식에 대한 간단한 데모를 통해 Adafruit의 Huzzah32 ESP32 개발 보드에 대해 살펴보겠습니다. 이 보드에는 LiPo 배터리용 장비를 포함해 ESP32를 위한 모든 것이 잘 배열되어 있지만, 추가 센서는 없습니다. 단, Huzzah32 중심에 있는 ESP32-WROOM-32E 모듈에는 기본 제공된 홀 감지 장치가 있습니다.
가독성을 위해 100ms의 지연 시간이 추가된 ESP32 홀 센서 결과(이미지: Jeremy Cook)
ESP32 모듈 보드 정의가 설치된 Arduino IDE에서 홀 센서 ESP32 예시 코드를 로드하고 9600 baud에서 직렬 플로터를 엽니다. ESP32 위에 자석을 올려 반응을 확인합니다. 자석을 뒤집으면 뒤집힌 자기 방향을 나타내는 반전된 값이 표시됩니다.
마이크로초 미만의 안정 시간. 3V 전원 공급에 사용되는 Huzzah32(이미지: Jeremy Cook)
리드 스위치의 작동을 관찰하기 위해 연속성 설정에서 멀티미터에 연결합니다. 정상적으로 열리면 자석 없이 분리된 상태를 유지한 다음, 자석을 사용할 때 견고한 연결 상태를 유지합니다. 여기서 이 입력을 사용하여 마이크로컨트롤러(예: ESP32)에 적용하거나 스코프에서 안정 시간을 관찰하거나 독립적으로 제어할 수 있습니다.
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