[아두이노] 저항형 센서를 읽는 법: 전압 분배(Voltage Divider)의 본질

1. 왜 “저항”을 “전압”으로 바꿔야 할까?

아두이노의 analogRead()는 전압만 측정할 수 있다.

하지만 우리가 사용하는 많은 센서는 이런 식이다:

• LDR (조도 센서) → 빛에 따라 저항 변화
• 서미스터 (온도 센서) → 온도에 따라 저항 변화
• FSR (압력 센서) → 압력에 따라 저항 변화

👉 문제는 이거다:

“저항은 직접 측정 못하는데… 그럼 어떻게 읽지?”

그래서 등장하는 게 바로
👉 전압 분배 회로 (Voltage Divider)

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2. 전압 분배 회로의 구조

가장 기본 구조는 이거다:

Vcc (5V)
|
[R1]  ← 고정 저항
|
+----→ 아날로그 핀 (A0)
|
[R2]  ← 센서 (변하는 저항)
|
GND

여기서 핵심은:

👉 중간 지점의 전압을 측정한다는 것

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3. 전압 분배 공식 (핵심 수식)

$V_{out} = V_{in} \cdot \frac{R_2}{R_1 + R_2}$

• $V_{out}$: 아두이노가 읽는 전압
• $R_1$: 고정 저항
• $R_2$: 센서 저항

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4. 직관적으로 이해해보자

이 공식이 의미하는 건 간단하다:

👉 전체 전압이 저항 비율대로 나눠진다

• 센서 저항 ↑ → $V_{out} ↑$
  
• 센서 저항 ↓ → $V_{out} ↓$
  

즉,

“저항 변화 → 전압 변화 → 아두이노가 읽음”

이게 핵심 흐름이다.

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5. 아두이노에서 실제로 읽히는 값

아두이노는 전압을 이렇게 변환한다:

• 0V → 0
• 5V → 1023

즉:

$$V_{out} = \frac{analogRead()}{1023} \times 5V$$

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6. 센서 저항을 역으로 계산하기

전압을 읽었으면, 다시 저항으로 바꿀 수도 있다.

공식 변형하면:

$$R_2 = R_1 \cdot \frac{V_{out}}{V_{in} - V_{out}}$$

👉 이게 중요한 이유:

• 온도 센서 → 실제 온도 계산
• LDR → 조도 계산
• 압력 센서 → 힘 계산

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7. 아두이노 샘플 코드

const int sensorPin = A0;
const float Vcc = 5.0;
const float R1 = 10000.0; // 10kΩ

void setup() {
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  int adcValue = analogRead(sensorPin);

  // 전압 계산
  float Vout = (adcValue / 1023.0) * Vcc;

  // 센서 저항 계산
  float R2 = R1 * (Vout / (Vcc - Vout));

  Serial.print("ADC: ");
  Serial.print(adcValue);
  Serial.print(" | Vout: ");
  Serial.print(Vout);
  Serial.print(" V | R2: ");
  Serial.print(R2);
  Serial.println(" ohm");

  delay(500);
}

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8. 중요한 설계 포인트 (이거 진짜 중요함)

① 고정 저항 값 선택

👉 센서의 “평균 저항값”과 비슷하게 맞추는 게 핵심

왜냐면:

• 그래야 전압 변화가 가장 민감하게 나타남

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② 센서 위치 바꾸면 결과도 바뀐다

위/아래 바꾸면 공식이 달라진다.

• 센서를 위에 두면 → 전압 반대로 움직임
• 센서를 아래 두면 → 직관적으로 증가

👉 보통은 아래쪽(GND 쪽)에 둔다

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③ 너무 큰 저항은 노이즈에 취약

• 100kΩ 이상 → 불안정
• 보통 10kΩ ~ 47kΩ 추천

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9. 핵심 요약

• 아두이노는 전압만 측정 가능
• 센서는 저항이 변함
• 그래서 → 전압 분배 회로로 변환

👉 결국 이 한 줄로 정리된다:

“저항을 전압으로 바꿔서 읽는다”