[34호]물 뿜는 러버덕

2015 ICT 융합 프로젝트 공모전 입선

물 뿜는 러버덕

글 | 가천대학교 김진형, 조용범

심사평

펌테크 참신한 아이디어 출품작으로 생각된다. 외부 음향에 따라 반응하는 LED 불빛 구현 부분은 기존의 상용화된 제품과의 차별되는 점이라 생각한다.

JK전자 일반 USB 가습기에 여러가지 기능을 추가하여 재미있게 구성은 많이 하였지만 실용성에 있어서 가습기 자체기능 이외에 여러가지 기능들이 실제로 사용자가 원하는 기능인지는 파악하기 어려울 수 있다.

뉴티씨 기본적으로 참신한 제품이나 몇 가지 문제점이 있다. 제일 먼저 이것을 상품화했을 경우, 기존의 USB 가습기에 비해 “라디오 기능” 외에는 추가된 점이 없다는 느낌을 받기 쉽다. 또한 LED의 기능상 문제, 예를 들면 “라디오 모드에서 물이 부족한 경우”에는 LED로 물 부족 경고를 받지 못한다는 문제점이 있다. 이 부분을 보완하였으면 어땠을까 한다.

칩센 가습기로서 주변환경(습도)를 파악하여 LED로 표현해주는 부분이 핵심인 것 같은데, 조금 식상하다는 느낌이다. 가습기의 습도표시가 무드등에 영향을 주도록 한 부분을 제외하고는 그냥 가습기에 이것저것 붙여놓은 느낌으로 좀 더 주제선정이나 완성도를 높일 필요가 있을 것 같다.

위드로봇 가습 기능에 광원 변화를 통한 재미 요소를 넣은 작품으로 신문 지상에 많이 언급된 러버덕 이미지를 차용해온 제품으로 위트있는 작품이라 생각된다. 애초 계획대로 잘 제작되었고 완성도 있게 만는 부분을 높이 평가한다. 아쉬운 부분은 다른 참가 작품에 비하면 기술 난이도가 평이한 편에 속하며, 공모전의 원래 취지인 ICT 융합 측면에서는 아쉬운 부분이 있다. 기왕 습도 데이터를 측정하는 김에, 기존 취득한 데이터를 이용하여 점점 똘똘해지는 가습기라던지, 방마다 러버덕을 놓고, 서로 통신을 통해 집안 전체의 가습을 조절하는 등의 아이디어를 더 내 볼 수 있을 것 같다.

작품 개요

제작 동기
겨울철에 건조할 때 가습기가 필요하다고 느꼈고, 이 가습기에 여러기능을 넣어 직접 새로운 것을 만들어 보고 싶었습니다. 요새 시장에서는 무드등 가습기가 나오는 것을 보았고, 저희는 그 무드등을 그냥 일반적인 색이 아닌, 환경적인 요소에 따라 색을 표현하고 싶었습니다. 또한, 요새 노트북 등을 가정 또는 사무실에서 자주 사용하기 때문에, USB용으로 만들려고 하였습니다.

제작 과정
시중에서 파는 USB형 가습기를 구매했습니다. ATmega128을 이용하여, 온·습도 센서, 마이크 센서, 수위센서의 ADC 값을 읽었습니다. 그리고 그에 따라 CLCD에 온·습도를 표시해주고, 습도, 수위, 음량에 따라, RGB LED 색을 제어하였습니다. RGB LED에 나오는 불빛들을 물 위에 놓아, 불빛이 잘 퍼지게 제작하였습니다. 또한 라디오 모듈을 이용하여, KBS, SBS 등 여러 채널들을 들을 수 있게 만들었습니다.

작품 내용
USB형 가습기에 여러 기능을 추가하였습니다. 간단하게 희망 습도에 따라 제어되게 만들었습니다. 만약, 자동으로 설정되어 있는 경우, 가장 이상적인 습도 50%가 되면 가습기 작동이 저절로 중단되게 만들었습니다. 수위센서는 저희가 직접 만들어 핀헤더에 걸리는 저항값으로 읽었습니다. 물의 양이 가득차 있을 경우에는 파란색, 물의 양이 적당히 있을 때 초록색, 부족할 때 노란색, 물이 거의 없을 때는 빨간색으로 바뀌게 설정해 놓았습니다.
습도의 경우에는 현재 습도가 40% 이상일 경우에는 청록색, 35%~ 40%일 때는 초록색, 30%~35%일 때는 노랑색, 30% 미만일 경우에는 주황색으로 나오게 설정하였습니다.
음량의 경우에는 평상시에는 부드럽게 무지개색으로 자연스럽게 바뀝니다. 그러다 음량의 크기가 커지면, RGB LED에 나오는 불빛의 세기도 커져 시각적으로 화려하게 만들었습니다. 노트북으로 일을 하거나, 다른 업무를 할 때, 라디오를 들으면 좋을 것 같아서 라디오 기능도 추가하게 됐습니다.

제작 결과
저희가 만든 무드등 가습기의 핵심은 크기를 최소화하여 깔끔하게 만드는 것이었기에 ATmega128을 사용하여, 노트북에서 받은 전압을 각 센서 및 가습기를 구동하는데 사용하였습니다. 센서에서 이어진 모든 선의 길이를 최소화하여 만들었으며, 외형에는 시트지를 붙여 깔끔하게 만들었습니다.

작품 설명

이 작품은 기존의 USB형 가습기에 부가적인 기능을 추가해 만들었습니다. 현재 시중에는 흔히 사무실, 또는 가정에서 사용하는 USB형 가습기를 판매하고 있고, 또한 무드등 가습기, 온·습도 가습기 등 여러 가지 제품이 많이 나와 있습니다. 저희는 이 가습기를 여러 재미있는 기능을 만들어 보았습니다. 하드웨어적으로는 수위센서, 마이크 센서, RGB LED, USB형 가습기, CLCD, Atmega128, 온·습도 센서를 사용하였습니다.

온·습도 센서는 1초당 측정하여, 현재의 온·습도를 계속 표현해주게 만들었습니다. 습도 센서를 이용하여, RGB LED로 습도에 따라 색이 바뀌는 것을 표현하였습니다. 이상적인 습도가 50% 이상이였고, 평상시의 습도가 30~35%가 나와, 저희는 기준을 30~35%로 잡았습니다. 35%일 경우에는 가장 편안한 색인 초록색으로 표현하였습니다. 40% 이상일 경우에는 시원한 느낌을 주는 청록색으로 표현하였습니다. 하지만 30~35%일 경우에는 건조한 느낌을 주기 위해서 노란색을 주었고. 30% 이하일 경우에는 많이 건조하기 때문에 주황색으로 표현하였습니다.

또한 마이크 센서를 이용해서는 음량을 받아 불빛의 강도를 조절하여 표현하였습니다. 평상시에는 AVR 내부 타이머를 이용하여 빨주노초파남보 무지개 색으로 부드럽게 바뀌게 표현하였습니다. 하지만, 주변에 음량, 음악의 크기나 소리가 들릴 때는 불빛의 강도가 바뀌게 하였습니다. 신나는 음악 같은 경우에는 음량의 크기가 작아졌다 커졌다가 자주 반복 됩니다. 저희는 이 효과를 이용하여, 신나는 음악을 틀었을 때, 마치 클럽 같은 분위기를 연출하려고 이런 설정을 하였습니다. 수위센서 같은 경우에는 저희가 직접 만들어서 사용하였습니다. 가습기를 올려놓는 물통을 각 구간마다 나누어서, 핀 헤더를 설치하였습니다. 핀 헤더 사이에 잡히는 물의 저항값을 이용하여 물의 양을 측정하였습니다. 물이 가득 차 있을 때, RGB LED를 파란색으로 나오게 하여 물의 풍부함을 표현하고자 하였습니다. 물의 양이 절반 이상 차 있을 경우에는 양호한 상태를 표현해주기 위해서 RGB LED를 초록색으로 나오게 하였습니다. 하지만 물의 양이 절반 이하로 떨어질 경우에는 경고의 의미로 노란색을 표현하였습니다. 마지막으로, 물의 양이 1/3 정도 이하일 경우에는 물의 양이 많이 적으므로, 빨간색으로 표현하였습니다. 전체적인 시스템은 메뉴를 만들어서 제어하게 설정 되어 있어서, 각 모드를 제가 원하는 대로 별도의 설정할 수 있습니다.

전체 시스템 구성

라디오 모듈

라디오 모듈 TEA5767을 장착하였습니다. TWI 통신을 이용하여 라디오 주파수를 설정하였습니다. TEA5767의 SCL을 4.7㏀ Pull UP 저항과 연결하고, 5V DC 전원을 공급하였습니다. 마찬가지로 SDA 을 4.7㏀ PUll UP 저항과 연결하고, 5V DC 전원을 공급하였습니다. PLL을 이용하여 주파수를 맞춰 주었고, SCL을 PD0과 SDA을 PD1과 연결하였습니다. 전원 부분은 PE 0 ~ 2I/O를 이용하여, 전원을 제어할 수 있습니다.

마이크 모듈

마이크 AMP를 이용하여 제작하였고, 마이크 모듈의 음량을 받아 전압으로 바꾸는 특성을 이용하였습니다. 전압값을 ADC 값으로 받아 RGB LED를 제어하였습니다. 내부 인터럽트를 이용하여, Red, Green, Blue의 색으로 무지개색으로 자연스럽게 바뀌게 표현하였고, 음량의 크기가 커질수록, 빛의 세기가 배로 증폭되게 설정하였습니다.

CLCD 모듈

CLCD 화면으로 평소의 온·습도를 보여줍니다. 소스를 이용하여, 화면에 메뉴를 만들었습니다. 가운데 빨간 스위치를 누르면 가습기 제어, 불빛 제어, 라디오 모드를 설정할 수 있게 만들었습니다. 가습기 제어 모드는 가습기를 항상 켜 둘 것인지, 희망 습도를 설정하여, 희망 습도에 맞춰지면 작동이 중지되게 만들 것인지, 가습기의 사용 유무를 설정해 주는 모드입니다. 불빛 제어 모드는 RGB LED를 물의 양이나, 습도로 표현할 것인지, 음량으로 표현할 것인지 설정해주는 모드입니다. 라디오 모드의 경우 다양한 라디오 채널을 화면에 표시합니다.

RGB LED

SMD 타입 RGB LED를 사용하였습니다. RGB 색상을 PWM 기능을 사용하여 제어하였습니다. 수위 모드에서는 물의 양이 가득 차 있을 때는 Blue를 이용하여 표현하였고, 50% 이상인 경우 Green으로, 50% 이하일 경우에는 Yellow로 표시하였습니다. 물의 양이 25% 이하인 경우에는 RED를 표현하여 물이 거의 없다는 것을 표시하였습니다. 습도 모드에서는 습도가 풍부한 40% 이상일 경우에는 Blue green을 만들었습니다. 습도가 35~40% 경우에는 Green으로 표현하였습니다. 30~35% 경우에는 건조하다는 의미로 Yellow로 표현하였습니다. 30% 이하일 경우에는 많이 건조하므로 Orange로 표현하였습니다. 마이크 모듈을 이용한 음량 모드일 경우에는 내부 타이머와 RGB LED 색의 변동을 많이 주어 자연스럽게 무지개 색으로 바뀌게 만들었습니다. 음량의 크기에 따라 RGB LED의 불빛 크기를 설정하여 화려하게 만들었습니다.

수위 센서

수위 센서 같은 경우에는 Pin Header를 분리하여 직접 만들었습니다. 두 개의 Pin Header를 동일한 높이에 설치하여, 물이 차있음을 ADC 값으로 읽었습니다. 3/4 지점, 1/2 지점, 1/3 지점에 설치하여, 물의 양이 어느만큼 차있는지 측정할 수 있게 하였습니다. 그리고 RGB LED로 물의 양을 표현하였습니다.

스위치

스위치는 LP-13-13을 사용하였습니다. 외부 인터럽트 모드를 사용하여, 스위치 동작을 읽을 수 있게 하였습니다. 또한 채터링 발생을 방지하기 위하여, 소프트웨어로는 delay를 사용하였습니다. 각각의 스위치의 전원을 개별적으로 주어 채터링을 최대한 방지하였습니다.

소스코드

** 하단 다운로드 참조

제품 사진