아두이노로 만든 작품 소개- 에어 분수 패드

그다음으로 소개 드릴 작품은 17년도에 두 번째로 만든 아두이노 작품 에어 분수 패드입니다. 1학년 때 공학 설계란 과목이 있었는데 그 과목에서 아두이노로 작품을 필수적으로 만들어야 해서 팀을 꾸려서 만들었던 기억이 있습니다. 열심히 노력한 것에 비해 성적이 잘 나오지 않아서 아쉬웠지만 좋은 경험이었습니다.

처음에 이 작품을 만들게 된 계기는 런치패드와 비슷하게 버튼을 누르면 빛이 나면서 소리가 나는 전자악기 같은 것을 만드는 것이 처음의 아이디어였습니다. 기존의 런치패드 형식에서 벗어나 무언가 차별화를 주어야겠다는 생각을 하여 시각적인 효과를 단지 led 빛뿐만이 아닌 공기 분수를 만들고 그 분수에 led를 추가하여 시각적인 효과를 더하였습니다. 런치패드보다 재밌고 즐겁게 가지고 놀 수 있는 작품을 만들고자 이 작품을 제작하게 되었습니다.

 

이 작품의 공기 분수는 조작하기 쉽습니다. 버튼을 클릭하면 소리가 나고, 네오 픽셀이 빛을 발산하며, DC 모터가 켜져서 공기 분수 파이프에 있는 내용물이 날아다니게 됩니다. 이 작품은 8개의 버튼이 있으며 14개의 다른 소리를 낼 수 있습니다. 파이프 꼭대기에 시각적인 효과를 더하기 위해 모형 UFO를 놓아 신비로운 느낌을 주었습니다.

 

다음은 유튜브 동영상 링크입니다.

https://youtu.be/Xn5HMsFuQXU

 

우선 동작 원리부터 알아보겠습니다.

 

하단의 버튼을 누르게 되면 dc 모터가 작동하여서 모터의 바람으로 투명 플라스틱 관 내부에 넣어놓은 반짝이가 흩날리게 됩니다. 또한 버튼이 총 8개가 있는데 각 버튼에는 피아노 음계를 넣어놔서 버튼을 누르게 되면 각 버튼에 해당하는 음계가 스피커로 재생이 됨과 동시에 네오 픽셀을 이용하여 각 관마다 led의 불빛이 투명 관 내부로 비치게 됩니다.

작품에 쓰이는 부품들을 알아보겠습니다.

 

 

이 작품에 쓰인 것들은 소형 dc 모터, 모터에 부착할 날개, 버튼, 스피커, 아두이노 우노 2개, SparkFun MP3 player shield 1개, SD 카드, 네오픽셀, 유리관, 기판, 나무막대, 하드보드지, 장식용 초록색 솜 입니다. 

 

각 부품에 대해 차례로 소개해드리겠습니다. 

 

DC 모터란? 직류 전원을 인가하면 회전운동을 하는 부품입니다. 전원 인가 방향에 따라 회전 방향이 달라집니다. 

 

SparkFun MP3 player 쉴드란? SparkFun MP3 player 쉴드는 아두이노 우노 위에 적층하여 사용하는 쉴드로, SD카드에 저장되어 있는 노래 또는 음향효과를 넣을 수 있게 해주는 쉴드 입니다. SparkFun MP3 player 쉴드는 SPI 통신을 통해 아두이노와 통신이 가능하고 MP3 형식의 파일을 지원합니다. Micro SD 소켓에 Micro SD 카드를 꽂아 음악파일을 불러올 수 있고, 헤드폰 소켓에 스피커를 연결하여 음악을 출력할 수 있습니다.  

 

 

네오 픽셀이란? 네오 픽셀은 WS281x 칩이 내장된 LED를 말합니다. 각각 LED에 대한 개별 제어(색상, ON, OFF)가 가능하며, 연결 배선이 간단합니다. 네오 픽셀은 다양한 모양이 존재하며 어떤 모양이든 서로 연결이 가능하고, 연결된 LED가 1개든 100개든 단 3개의 선만으로 모든 LED를 제어할 수 있습니다.

 

이 작품의 회로도는 다음과 같습니다.

MP3 실드를 부착한 아두이노는 음악 재생을 담당하였고 다른 한 개의 아두이노는 버튼 제어와 dc 모터 제어 및 네오 픽셀 제어를 담당하였습니다. 그리고 두 아두이노는 서로 UART 통신을 하게 하였습니다. 버튼 제어를 담당하는 아두이노가 버튼에 대한 정보를 받으면 dc 모터를 제어하고 네오 픽셀의 빛을 발산하게 하였습니다. 그다음 UART 통신을 통해 실드를 부착한 아두이노에게 데이터를 전송하였습니다. 정보를 받은 아두이노는 버튼에 해당하는 음악을 재생하게 하였습니다.

 

위 사진은 하드웨어 설계 관련 사진입니다. 스피커를 2개 사용하였고 버튼 부분은 기판에 납땜을 하여 사용하였고 수납 형식으로 하드웨어를 설계하였습니다.

 

투명 플라스틱 유리관 하단 부분에 dc 모터를 부착하였고 그 위에 네오 픽셀을 부착하였습니다. 네오 픽셀 위에는 날아다닐 내용물을 얹을 수 있게 망을 부착하였습니다.

 

다음은 소스코드 입니다. 

 

 

아래는 MP3 쉴드 부착 아두이노의 소스코드입니다.

처음 목표대로 시각 효과에는 네오 픽셀, 청각 효과에는 MP3 실드를 사용했습니다. 두 개의 보드를 사용함으로써 많은 핀을 사용할 수 있었습니다. 그러나 한계가 있었습니다. 소형 DC 모터를 쓰다 보니 출력이 그다지 세지 않아서 파이프 안의 내용물로 매우 가벼운 것만을 사용해야만 했습니다.


개선해야 할 부분이 크게 세 부분이 있습니다. 첫 번째로는 너무 많은 핀을 사용한 것입니다. 입력 핀 하나하나를 각 버튼에 연결하고 출력 핀을 하나하나를 각 모터에 연결하기 때문에 핀 이 많이 사용되었습니다. 멀티플렉서와 출력 핀을 시프트 저항기를 이용해 입력 핀을 줄일 수 있습니다. 두 번째로, 음량은 작고 음질은 좋지 않습니다. 그렇기 때문에 스피커를 좋은 것으로 바꿔야 합니다. 마지막으로 PCB 보드가 노출되어 보기에 좋지 않습니다. 하드웨어를 추가하여 PCB 보드를 커버할 수 있습니다.