지난번 수유등 만들기 프로젝트에서 밝기 조절 기능을 빼서 눈부심에 시달렸던 문제가 있었다. 그래서 이번 프로젝트에서는 밝기 조절 기능을 추가했다. 밝기 조절이 가능한 애플 스타일 수유등 만들기 프로젝트는 다음의 순서로 진행했다. 개선 프로젝트이므로 기존 진행 단계에서 몇 가지 단계를 제외했다.

 

●사양 정의

●구현

●제품 디자인

●제작 및 시연

 

*지난번 수유등 만들기 프로젝트는 다음 글을 참고한다.

2020/10/16 - [BerryMixLab/Arduino Project] - 아두이노 프로젝트 - 간단한 수유등(무드등) 만들기

 

아두이노 프로젝트 - 간단한 수유등(무드등) 만들기

“이거 왜 이러지?”  아내가 물었다. 잘 쓰던 수유등에 불이 들어오지 않는다. 아내는 USB 케이블을 의심했지만 여지없이 침대에 달린 USB 포트가 나갔다. 수유등도 망가졌다. 수유등이 USB 포트

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* Version1 : 이전 프로젝트에서 진행한 ON/OFF 기능만 있는 무드등

**Version2 : 이번 프로젝트에서 밝기 조절 기능을 추가한 무드등

 

1. 사양 정의

 

Version1에서 사용했던 사용했던 모든 부품을 재사용했다. 거기에 밝기 제어를 위한 touch 센서를 추가했다. 아래는 사용한 부품 목록이다.

 

· Arduino Uno

· WS2812B LED(원형)

· 18650 배터리(3.7V)

· USB 충방전 보드

· Switch

· Touch sensor


2. 구현

 각 센서 배선은 별도로 명시하지 않는다. 관련 내용은 다른 블로그에 상세하게 잘 설명되어 있다. 구현이 필요한 기능은 아래와 같다. 실 사용 환경이 수유등(무드등)에만 의존한 환경임을 고려했다.

 

● 4단계 밝기 조절 (수유 시에 사용자 편의에 따라 변경)

● 최소 <-> 최대 밝기 조절 (기저귀 교체 등에 빠른 변경이 필요할 경우 사용)

 

다음 코드를 참고한다.

 

/** 타이머 인터럽트로 이벤트를 처리하는 게 깔끔하지만 
어차피 touch sensor 값만 읽을 것이기 때문에 별도로 고려하지 않았다. 
*/ 
void loop() 
{ 
	buttonState = digitalRead(buttonPin); //PWM PIN에 달린 touch sensor 값을 읽는다. 
/** 
1. touch가 일정 시간 이상 지속되면 최소 <-> 최대 밝기 조절을 처리한다. 
최소 LED 1 ON 나머지 OFF 
최대 LED 8 ON 일정 시간 : 약 3초.
(최초 시간 계산에서는 시간이 더 짧았지만 코드 수정 중에 애매하게 시간이 변경되었다.) 
*/ 
	if (buttonState == HIGH) 
    { 
    	loopCnt++; 
        if(loopCnt>8) // 일정 시간 이상 touch가 지속되었을 경우 
        { 
        	switch(ledCnt) 
            { 
            	case 1: 
                	ledCnt=8; 
                break; 
                case 8: 
                	ledCnt=1; 
                break; 
                default : 
                	ledCnt=1; 
                break; 
            } 
            //LED ON 
            for(int i=0; i<ledCnt; i++) 
            { 
            	strip.setPixelColor(i, 0xf5, 0x7f, 0x17); 
                // (A,R,G,B) A번째 LED를 RGB (0~255) 만큼의 밝기로 켭니다. 
            } 
            //LED OFF 
            for(int j=ledCnt; j<8; j++) 
            { 
            	strip.setPixelColor(j, 0x00, 0x00, 0x00); 
                // (A,R,G,B) A번째 LED를 RGB (0~255) 만큼의 밝기로 켭니다. 
            } 
            strip.show(); //LED 변경 사항 반영 
            loopCnt=0; 
            delay(250); //touch 해제 후 불필요한 동작을 막기 위한 딜레이 
        } 
    } 
    /** 2. touch 동작을 해제할때 4단계 밝기 조절을 처리한다. 
    1 단계 LED 1 ON 나머지 OFF 
    2 단계 LED 3 ON 나머지 OFF 
    3 단계 LED 6 ON 나머지 OFF 
    4 단계 LED 8 ON 
    */ 
    else 
    { 
    	if(loopCnt>1 && loopCnt<=4) // 오동작을 막기 위해 일정 시간 touch가 유지되었을 경우에만 
    	{ 
    		switch(ledCnt) 
            { 
            	case 1: 
                	ledCnt=3; 
                break; 
                case 3: 
                	ledCnt=6; 
                break; 
                case 6: 
                	ledCnt=8; 
                break; 
                case 8: 
                	ledCnt=1; 
                break; 
                default : 
                	ledCnt=1; 
                break; 
            } 
            //LED ON 
            for(int i=0; i<ledCnt; i++) 
            { 
            	strip.setPixelColor(i, 0xf5, 0x7f, 0x17); 
                // (A,R,G,B) A번째 LED를 RGB (0~255) 만큼의 밝기로 켭니다. 
            } 
            //LED OFF 
            for(int j=ledCnt; j<8; j++) 
            { 
            	strip.setPixelColor(j, 0x00, 0x00, 0x00); 
                // (A,R,G,B) A번째 LED를 RGB (0~255) 만큼의 밝기로 켭니다. 
            } 
            strip.show(); //LED 변경 사항 반영 
            loopCnt=0; 
            delay(250); //touch 해제 후 불필요한 동작을 막기 위한 딜레이 
         } 
     } 
     delay(400); 
     /* touch 제어 처리를 위한 딜레이다. 
     딜레이가 없으면 불필요하게 짧은 시간 동안 touch 값을 읽는다. 
     */ 
 }

3. 제품 디자인

Version1의 기와 디자인에서 다음과 같이 디자인을 변경했다.

 하지만 사용 중에 부분 파손이 발생했고 광확산 아크릴이 빠지는 문제가 있어 디자인을 일부 변경했다. 다음은 현재 최종 디자인으로 예전 맥북의 로고를 오마주 했다.

 


4. 제작 및 시연

https://youtu.be/jF1ggOwn3ow

 

수유등을 완성한 후 아내를 불렀다.

“진짜 예쁘다. 그런데 이제 좀 쓸만하다.”

이제 좀?


 

Trouble shooting

밝기 1단계에서 불규칙한 주기로 LED가 깜빡인다.

▶ LED가 깜박일 때 USB 충방전 보드의 전원 LED가 깜박이는 것으로 보아 배터리 전원 계통의 문제로 생각된다.

▶ 정확한 이유는 알 수 없지만 밝기 2단계 이후로는 정상 동작하므로 개선할 계획은 없다.

 

 

세상을 바꾼 아이디어들은 형태에 변형에 따라 다양한 모습으로 진화해왔다. 기존에 있는 것들에 새로운 기능을 추가하거나 아니면 빼거나. 그것도 아니라면 완전하게 다른 시각에서 접근하기도 했다. 이 모든 것은 작은 시도에서 출발한다. 이 작은 출발도 그러하기를 바라본다. 프로젝트는 다음의 순서에 따라 진행했다.

*전통적인 프로젝트 진행 방식과는 다를 수 있다.

 

●제품컨셉구상

●사양 정의

●구현

●제품 디자인

●제작 및 시연


1. 제품 컨셉 구상

 

 지난번 프로젝트에서 기능을 축소해 시간만 표시하는 작은 인테리어 소품을 고민했다. 가장 중요한 점은 시간 설정 및 유지에 불편함이 없어야 한다는 점. 이를 기술적으로 해결하기 위한 방법은 있다.

하나, GPS 모듈을 통해 GPS의 시간을 받아 온다.
둘, 네트워크를 통해 타임 서버에서 시간을 받아 온다.
셋, 직접 시간을 입력하고 RTC(Real Time Clock)으로 시간을 유지한다.

 이중 가장 간편한 방법은 GPS 모듈을 통해 GPS의 시간을 받아 오는 것이다. 하지만 이 프로젝트의 이름이 GPS Clock이 아닌 이유는 ‘사양 정의’ 부분에서 자세하게 설명한다. 이 프로젝트의 정확한 이름은 다음과 같다.

GPS Logger

 


 

2. 사양 정의

 

 인터페이스를 결정하기에 앞서 GPS 모듈에 대한 사전 시험을 진행했다. 그리고 당황을 금치 못했다. 처음 써보는 부품이니 당연한 일이었다.

‘실내에서는 GPS 신호가 도달하기 어렵다.’

 어차피 손에 들어온 GPS 모듈이었다. 이참에 제대로 해보자는 생각이 들었다. 스마트 워치가 제공하는 운동 기능을 모방한 형태의 제품을 만들어 보면 좋겠다고 생각했다. 이미 이전 프로젝트를 진행하면서 보유한 부품을 최대한 활용하기로 했다. 사양은 다음과 같다.

 

·하드웨어

MCU : ESP32 (WiFi, Bluetooth 내장)

공식 홈페이지

LCD : TFT LCD 2.4인치 (SD card 인터페이스 포함)

ILI 9341

GPS : GY-NEO6MV2

Power : 3.7V 배터리(18650) * 2EA

ESP32 동작 전압을 확인하지 않고 구매했다가 추가 구매하여 용량이 다르다. 추가 구매 시에도 확인을 못해서 참사가 벌어졌다.

 

 Weather clock에서 지원해야 하는 기능은 다음과 같다.

 

구분

설명

·필수 기능

GPS 모듈 통신

GPS 시간 및 정보 화면 출력(JPG 이미지 출력)

GPS 데이터 기록을 위한 화면 터치 제어

GPS 데이터 저장을 위한 SD 카드 제어

··부가 기능

서버 통신 중 로고 띄우기(GIF 이미지 출력)


 

3. 구현

 

 구현 내용은 추후 각 단계별로 상세하게 정리해서 올릴 예정이다. 실제 구현은 라이브러리 내에서 제공하는 모든 예제를 활용했다. 사용한 라이브러리만 기능 별로 간단하게 정리한다.


·필수 기능

 

ㄱ. GPS 모듈 통신 : Tiny GPS

 GPS 통신은 모듈의 칩에서 자동으로 해준다. ESP32에서 할 일은 시리얼 통신으로 데이터를 받아오는 것이다. 데이터 파싱도 제공하는 라이브러리에서 자동으로 해준다.

 

ㄴ. GPS 시간 및 정보 화면 출력(JPG 이미지 출력) : TFT_eSPI

 JPG 출력은 예제만으로 문제없다. 다만 화면 구성 및 이미지 버튼 처리가 조금 성가셨다. 프로젝트 진행 중에 아두이노에 적용 가능한 GUI 라이브러리가 있는 것을 확인했다. 추후 다른 프로젝트 진행 시에 적용해볼까 한다.

 

ㄷ. GPS 데이터 기록을 위한 화면 터치 제어 : Adafruit TouchScreen

 이 부분이 조금 성가시다. 구글의 도움을 받아 터치 동작까지는 확인했으나 Arduino Uno(아두이노 우노)에서 동작과 다르다. 핀맵에도 문제가 없었다. 며칠을 헤매고 나서야 원인을 찾을 수 있었다.

ADC 해상도

Arduino Uno ADC 해상도 : 10bit(0 ~ 1023)
ESP32 ADC 해상도 : 12bit(0 ~ 4095)

 

*여기서 기술적인 이야기를 잠시 짚고 넘어가 보자.

 

/** 
감압식 터치 값은 각 ADC 핀을 통한 전압 차로 확인한다. 
LCD에 공급되는 3.3V를 기준으로 변환된 디지털 값을 map 함수를 통해 실제 좌표 값으로 변환하게 된다. 
그렇다. Arduino Uno 나 ESP32 나 LCD에 공급되는 3.3V 값은 달라지지 않기 때문에 
0 ~ 1023의 디지털 값이 발생하게 된다. 
ESP32는 0 ~ 4095 영역의 공간 중 0 ~ 1023 공간만 사용하게 되는 것이다. 

해결할 수 있는 방법은 하나다. 
ESP32 ADC 해상도를 제한하는 것. 
친절하게도 기본으로 제공되는 간단한 함수로 해결이 가능하다. 

*/ 

analogReadResolution(10); // ADC 해상도 범위를 10bit로 설정.

 

ㄹ. GPS 데이터 저장을 위한 SD 카드 제어 : ESP32 Dev Module 예제.

ESP32에서 SD카드를 사용하려면 FAT32로 포맷해야 한다. SD 인식 및 제어는 예제를 활용하면 어렵지 않다.

 

··부가 기능.

ㄱ. 서버 통신 중 로고 띄우기(GIF 이미지 출력) : AnimatedGIFs_SD_Master

별도의 변경 없이 지난번 프로젝트에 적용한 부분을 그대로 적용했다.

 

* GIF 이미지 출력에 대한 이야기는 아래 Weather clock 만들기 참고.

2020/09/17 - [BerryMixLab/Arduino Project] - 아두이노 프로젝트 - Weather clock 만들기

 

아두이노 프로젝트 - Weather clock 만들기

 바야흐로 아두이노 세상에 살고 있다. 초등생, 혹은 유치원생부터 청장년층에 이르기까지 코딩 좀 한다 하면 아두이노의 경험이 있다. 예외도 있지만, 이렇게 많은 사람들의 관심과 노력 속에

berrymixstreet.tistory.com


 

4. 제품 디자인

 Fusion 360을 사용하여 제품을 디자인했다. 별도로 참고한 디자인은 없으며 크기를 최소화하는데 집중했다. 쓸 데 없이 큰 배터리를 구매한 덕분에 케이스 크기가 커진 감이 있다. 달려있는 커넥터만 변경했어도 더 줄일 수 있었을 텐데.

 출력은 보유 중인 유일한 3D 프린터인 Ender 5 Plus를 사용했다.

 

 

 

 

5. 제작 및 시연

https://youtu.be/7X0HEIJEBuk

완성 후 아내를 불러 GPS Logger의 기능을 설명하며 자세히 보여주었다.

“빨간색에 뒤에 검은색 버튼 달려 있으니까 코카콜라 굿즈 같다.
그런데 무슨 말인지는 하나도 모르겠다.”


▶ Trouble shooting.

1. 실내에서 GPS 신호가 잡히지 않는다.

 저층이나 개방된 공간이라면 상황이 달랐겠지만 이와 같은 이유로 테스트에 어려움을 겪었다. 중간중간 마스크를 착용하고 밖으로 나가는 것 말고는 다른 방법이 없었다.

2. GPS Logger 동작 중 jpg 이미지가 깨진다.

 아직까지 이유는 확인하지 못했다. draw string 등 함수가 반복해서 동작할 때 jpg로 그려놓은 메모리 영역을 일부 침범하는 게 아닐까 한다.

 

“이거 왜 이러지?”

 아내가 물었다. 잘 쓰던 수유등에 불이 들어오지 않는다. 아내는 USB 케이블을 의심했지만 여지없이 침대에 달린 USB 포트가 나갔다. 수유등도 망가졌다. 수유등이 USB 포트를 잡아먹으며 같이 죽은 모양이다. 그래서 시작했다. 아두이노를 활용한 간단한 수유등(무드등) 만들기 프로젝트는 다음의 순서로 진행했다.

 

●제품 컨셉 구상

●사양 정의

●구현

●제품 디자인

●조립 및 시연


1. 제품 컨셉 구상

 

불만 들어오면 됐다. 다른 것은 고민할 게 없었다. 놀고 있는 Arduino Uno(아두이노 우노)가 최선의 선택지였다. 최대한 빠른 시간 내에 불편함을 해소해야 했다. 그냥 하나 사자는 말이 나오기 전에 말이다.


2. 사양 정의

 

기존에 쓰던 수유등의 기능을 그대로 제공해야 했다.

· USB 충전

· 편리한 전원 ON/OFF

· 밝기 제어.

 

이 중에 밝기 제어 기능은 제외했다. 크게 필요 없을 것 같다는 것이 그 이유였다. 아래는 사용한 부품 목록이다.

 

· Arduino Uno

· WS2812B LED(원형)

· 18650 배터리(3.7V)

· USB 충방전 보드

· Switch


3. 구현

 

 구현이랄 게 없다. 전원이 인가되면 LED를 전부 켜면 그걸로 끝이다. 코드랄 것도 없다. RGB 값은 구글링으로 기존 불빛과 가장 비슷한 색을 찾아 넣었다.

#include <Adafruit_NeoPixel.h>    

#define PIN 6                     // PWM 디지털핀
#define LEDNUM 8                  // 연결된 네오픽셀의 개수
Adafruit_NeoPixel strip = Adafruit_NeoPixel(LEDNUM, PIN, NEO_GRB + NEO_KHZ800);

void setup() {
  strip.begin();                           
}

void loop() {                              
  strip.setPixelColor(0, 0xf5, 0x7f, 0x17);     
  strip.setPixelColor(1, 0xf5, 0x7f, 0x17);     
  strip.setPixelColor(2, 0xf5, 0x7f, 0x17);     
  strip.setPixelColor(3, 0xf5, 0x7f, 0x17);     
  strip.setPixelColor(4, 0xf5, 0x7f, 0x17);     
  strip.setPixelColor(5, 0xf5, 0x7f, 0x17);   
  strip.setPixelColor(6, 0xf5, 0x7f, 0x17);   
  strip.setPixelColor(7, 0xf5, 0x7f, 0x17);

  strip.show();  
  delay(1000);  // 이 부분에 delay가 없으면 눈이 아플 수 있다.
/*  
어차피 LED 점등만 시킬 것이라서 setup부분에서 동작 시켰어야 했다는 후회가 밀려온다.
쓸데 없이 LED 설정을 반복할 필요는 없었는데.
하지만 아무렴 어떠한가?
불만 들어오면 되는데!
*/
}

 


4. 제품 디자인

 최대한 간단하며 반복 사용에도 모든 부품이 제자리에 있어야 했다. 제작 중에 수정을 가하긴 했지만 일부분 개선이 필요해 보인다.

 

 

5. 제작 및 시연

https://youtu.be/H8alClHi6RY

 

수유등을 완성한 후 아내를 불렀다. 그리고 '기와지붕 같다.'라는 답변을 기대하며 동작하는 모습을 보여주었다.

“오, 괜찮네. 근데 바람개비 같다.”

그래도 괜찮다는 말은 기분이 좋다.


Trouble shooting

밝기 조절 기능을 뺀 관계로 아내와 아이 모두 눈부심에 시달렸다.

▶ 안경 닦이를 덮어두어 임시 조치를 취했다.

▶ Version2에서 해결할 예정.

 

개발 보드로 무언가 한다는 것.

 개발 보드로 무언가 한다는 것은 신나는 일이다. 인생 처음 Hello world를 마주한 그날처럼. 처음 이 작은 보드로 무수히 많은 일이 가능하다는 것을 알게 된 그날도, 그렇게 신이 났다.


Jetson Nano

NVIDIA에서 출시한 개발 보드로 최근에야 알게 되었다. 무수히 많은 파생 보드들이 있으며 개인적인 프로젝트를 진행하기에 부합한 보드를 고르기 위해 무던히 고민을 했다. 다음 두 가지 조건을 따랐다.

1. 레퍼런스가 많을 것

2. 개발 추세에 부합할 것

라즈베리 파이 공식 홈페이지 - 가격이 마음에 든다.

 

젯슨 나노 공식 홈페이지 - 문구가 마음에 든다.

 라즈베리 파이와 Jetson Nano 둘 중에 한참 고민했다. 선택은 Jetson Nano. AI 쪽을 시험해보기엔 안성맞춤이라고 생각했다.


그렇게 시작한 첫 번째 프로젝트

기대하는 것은 이런 화면이다. 동전. 얼마든지 넣어주겠다.

 보드를 받고 이런저런 테스트를 하다가 전원 문제로 난관에 봉착했다. 그래서 고민한 것은 고전 게임 에뮬레이터. 관심이 있다면 한 번쯤은 들어봤을 MAME. 레트로 파이 등등. 최근 몇 년간 붐이 일어난 그것에 도전해보기로 했다. 사실 프로젝트라기엔 튜토리얼 정도 되겠다. 하지만 이조차도해보지 않으면 의미가 없다. 적용은 다음의 순서를 따랐다.


1.MAME 컴파일

공식 홈페이지의 소스를 이용했다. 다음의 명령어로는 동작하지 않는다.

sudo apt-get install mame //시도해볼 가치는 있다. 일반 i386이나 amd64 기반에서는 문제가 없으리라 본다.

*유의 사항.(a항목과 b항목은 테스트해보지 않음)

a. i5 기반에서 make 시 약 50분

b. i3 기반에서 make 시 약 1시간 반

c. Jetson Nano에서 make 시 상상하는 것보다 꽤 오랜 시간.

오랜 삽질 끝에야 환희를 맛보게 된다.

 인내심의 한계를 뛰어넘는다. 심지어 4코어를 모두 쓴다면 Jetson Nano가 알 수 없는 어느 시점에 노동을 포기한다. 2코어만 사용해 make를 진행했다. 개발서버를 구축해 별도로 컴파일을 했다면 시간을 줄일 수 있었겠지만. 아마도 개발 서버 구축에 더 많은 시간이 소요

됐을 것이다.


2. 조이스틱 연결

보유하고 있는 유일한 조이스틱인 JOYTRON의 REAL ARCADE E3를 사용했다. 드라이버 설치는 다음 명령어로 간단히 해결했다. Ubuntu를 사용한다면 버전에 관계없이 모두 가능할 것 같다.

sudo apt-get install joystick

 

3. 준비 과정 전체 및 테스트 플레이

https://youtu.be/DrVxiJnklCM

 

구글에 만연히 퍼져 있는 롬을 구했다. 대상은 캡콤에서 출시되었던 던전 앤 드래곤 (Shadow of mystara)이다. 예전에 스팀과 PSN 용으로 출시된 Chronicles of mystara가 있다는데 플레이해본 적은 없다. 그리고 해보니 잘 된다. 나쁘지 않다.


프로젝트 진행 중 이슈

1. USB 전원을 연결하니 켜지다 말고 꺼진다.

> 전류 부족

2. 전원 어댑터 구매 후 연결하니 전원이 안 들어 온다.

> Jetson Nano에 동봉되어 있던 점퍼의 용도를 그때 알았다. 점퍼를 꽂아야 어댑터로 전원이 공급된다.


글을 마치며

소비전류가 큰 것만 빼면 해볼 게 많은 보드라고 생각된다. 또 다른 재밌는 아이디어가 떠오른다면 시도해볼 예정이다.

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