[13호]2012 국제포장기자재전/국제물류기기전

Posted by 디바이스마트 매거진 on June 25, 2012 · Leave a Comment

국제포장기자재전 / 국제물류기기전

글 | 유명한 n4812@ntrex.co.kr

봄이 찾아왔다는 설렘도 잠시, 더위가 기승을 부리기 시작하던 지난 5월 22일 일산 킨텍스에서 국제포장기자재 전시회가 열렸다. 1992년 1회를 시작으로 어느덧 17회를 맞이하는 국제포장기자재전과 국제물류기기전 등 ‘cross over’의 성격을 띄고 KOREA PACK이란 주제로 23개국/650개사 2,000개 부스 규모로 6개의 전시회를 한 곳에서 나흘간 진행되었다.

최근 다양한 산업군들이 서로 연계되어 있다보니 이런 ‘cross over’를 통해 비슷한 테마를 같은시기에 전시함로서 바이어들은 한번의 참관으로 다양한 제품군을 볼 수 있고, 이에 따른 네트워크를 구축하는 효과를 누리고 있다.

포장기자재전과 같이 진행된 전시회는 제4회 국제화학장치산업전, 제2회 국제물류기기전, 제6회 국제실험분석기기전, 제7회 제약화장품생산기술전, 제2회 국제의약품전시회 등이 있었다. 입구부터 규모를 실감할 수 있었지만, 놀라움은 잠시 접어두고 전시회를 살펴 보도록 하자.

국제포장기자재전 전시회장 입구와 매표소. 큰 큐모를 반영하듯 입구에서부터 늘어선 줄은 콘서트장을 방불케 했으며, 여러 산업군들이 포장과 밀접한 관계가 있다보니 많은 관람객들이 참관을 온 것 같다.

잉크분사 방식을 통한 마킹기. 왼쪽은 레일을 통한 분사방식이고, 오른쪽은 휴대용 분사방식이다.

지게차를 빼놓고선 물류를 논할 수 없다. 큰 규모만큼이나 큰 지게차들이 자신만의 자태를 뽐내고 있다. 유통산업의 빠른 발전만큼 지게차 또한 그에 적합하게 변화되는 모습을 실감할 수 있었으며, 물류창고의 특성에 따른 제품의 다양성을 엿볼수 있었다.

물류 창고의 전산화로 인해 과거엔 인력으로 이루어지던 시스템이 자동화를 통해 효율적으로 변화되었다. 레일을 통해 제품이 이동되고, 고유의 바코드를 통해 필요한 곳으로 제품을 분류하는 시스템이다.

물류 창고 앵글의 자동화 시스템은 모두 전산으로 컨트롤하며 무거운 제품도 기계를 활용하여 쉽게 이동 할 수 있다. (이미 많은 기업들이 도입한 시스템이다.)

제품의 상품성을 유지하기 위해선 역시 포장만큼 중요한게 없다. 원형 그대로의 모습을 보존하기 위한 여러가지 포장기계들이 있었다. 개인적으론 우레탄을 이용한 제품이 가장 마음에 들었다. 제가산우레탄의 부풀어 오르는 성질을 잘 이용한것 같다. 하지만 친환경이 트렌드인 요즘을 생각한다면 시간이 지나면 녹는 친환경 비닐을 사용한 제품이 좋을 것이다.

플라스틱 시트를 가열된 블리스터로 공간을 만들어 포장한 상태에서 제품을 볼 수 있게 하는 블리스터 포장. (마트에서 음식포장, 칫솔, 장난감 등 여러곳에서 사용되고 있는 것을 볼 수 있다.)

20여년을 이어온 전시회인만큼 포장기술의 발전을 체험할 수 있었으며, 전시회의 규모만큼이나 큰 몸집의 물류기기들에 또 한번 놀랐다. 하루가 지나면 새로운 세상으로 안내해주는 21세기의 빠른 변화만큼이나 물류업의 변화 또한 빠르게 진행되고 있음을 느낄 수 있다. 포장 제품의 다양성 만큼이나 여러가지 포장기계들을 만날 수 있는 계기가 되었으며, 포장과 밀접한 관계를 유지하고 있는 디바이스마트 또한 이러한 포장기기와 시스템을 도입하여 보다 나은 물류 서비스를 고객들에게 제공할 수 있도록 노력하고자 한다.

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[13호]4 x 11 키스캔 스위치로 한글 입력하는 광고판 설계

Posted by 디바이스마트 매거진 on June 25, 2012 · Leave a Comment

상반기 DIY 프로젝트 작품 공모전 – 도전상

4 x 11 키스캔 스위치로

한글 입력하는 광고판 설계

글 | Powersystem 실험실 박찬진 外 heyman6861@naver.com

심사평
비록 쉬운 동작이지만, 이를 일일이 직접 구현하는 것은 난이도면에서 만만하지 않을 것이다. 특히 요즘처럼 모듈별 제품이 출시되는 환경에서 하부 구조를 직접 조종하는 시도를 높이 샀다.

개발 동기 및 목적
1. 기존에 설계한 작품들

기본적인 도트매트릭스

글자 변형이 가능한 도트매트릭스-1

글자 변형이 가능한 도트매트릭스-2

글자 변형이 가능한 도트매트릭스-3

1) 기본적인 도트매트릭스
소개 : 도트매트릭스의 가장 기본적인 동작을 구현한 작품이고 POWERSYSTEM의 글자가 지나가도록 설계하였다.
단점 : 글자의 변경은 코딩 쪽에서 변경해야 한다.

2) 글자 변경이 가능한 도트매트릭스-1
소개 : 16개의 스위치를 이용하여 원하는 영문을 입력할 수 있도록 설계한다.
장점 : 기존의 작품(기본적인 도트매트릭스)보다 크기가 크게 설계되어 있고, 그것을 제어하는 포트가 적게 사용되
도록 설계되었다. 출력 글자도 코딩이 아닌 스위치로 변경이 가능하기 때문에 일반인들도 출력 글자 변경이 가능하다. 그리고 12개의 스위치로 모든 영어를 입력할 수 있도록 설계되었다.
단점 : 입출력은 도트매트릭스를 통해 동작하기 때문에 글자 입력이 등 많이 불편하다. 12개의 스위치로 영어를 입력해야 하기 때문에 빨리 영어를 입력하기가 힘들다. 그리고 출력 글자가 영어만 출력되기 때문에 한국인이 광고판으로 쓰기엔 무리가 좀 있다.

3) 글자 변경이 가능한 도트매트릭스-2
소개 : 글자 변경 가능한 도트매트릭스-1의 작품에서 한층 더 업그레이드된 작품이다. 또한 글자 변경이 가능한 도트매트릭스-1에서 없는 기능으로써 하이퍼 터미널에서 출력글자 변경이 가능하도록 설계하였다.
장점 : 지금의 동작 형태는 TEXT LCD 창에 띄우기 때문에 글자 변경이 가능한 도트매트릭스-1보다 한층 일반인들이 글자를 변경하기 쉽고, 또한 지금의 동작형태나 출력글자가 TEXT LCD에 적혀있기 때문에 완성도가 높아졌다. 또한 PC의 하이퍼 터미널에서 유저-프로토콜만 알고 있다면 쉽게 글자를 변경할 수 있도록 설계하였다.
단점 : 하이퍼 터미널에서의 제어는 기존에 없는 기능이지만 그래도 하이퍼 터미널로 제어하기에는 일반인들이 쉽게 하기는 힘들다.

4) 글자 변경이 가능한 도트매트릭스-3
소개 : 40개의 스위치를 이용하여 출력 글자를 변경할 수 있고 MFC 프로그램에서 글자를 변경할 수 있도록 구성되었다.
장점 : 40개의 스위치에서 글자를 변경할 수 있기 때문에 기존의 16개의 스위치보다 한결 쉽게 글자를 변경할 수 있고 MFC프로그램을 자체 제작하였기 때문에 하이퍼 터미널보다 쉽게 변경할 수 있다.
단점 : 기존의 시스템에서 입력 부분에 더 많은 스위치를 사용했기 때문에 부피가 더 커졌다.

2. 제작동기 및 목적

1) 제작 동기
기존의 시스템을 구축하면서 한가지 아쉬운 점이 존재했다. 그것은 시중에 나온 제품처럼 한글을 입력하여 동작시키지 못했다는 점이다. 그러나 더 큰 문제점은 한글의 제어에 대해 감조차 못 잡았다는 것이다. 그런데 128 x 64 그래픽 LCD을 공부하면서 한글출력 방식의 자료가 나와있었고, 그 방식을 토대로 한글 제어를 성공한 후 기존 시스템에서 아쉬운 점들을 통해 해결 방안을 구상할 수 있을 것만 같았다. 그래서 외부적인 도움을 받아서 한글 입력 쪽의 문제점을 해결하자고 생각했지만 유독 한글 오토마타에 대한 자료가 없었다. 그러나 우리는 한글 오토마타는 단순 프로그래밍이라고 판단하였기 때문에 기존의 한글입력방식을 모방하여 알고리즘 짜서 프로그래밍을 하면 충분히 가능성이 있다고 생각하여 제작하게 되었다.

2) 구동 목적
1) 한글, 영어, 숫자를 입력받아 광고판에 출력되도록 설계한다.
2) 한글, 영어, 숫자 입력 방식은 키보드 자판에서 모방하여 입력하도록 설계한다.
3) 한글일 경우 10글자(영어일 경우 20글자) 이상을 입력 받을 수 있도록 설계한다.
4) 글자 폰트 색깔 형태(12색깔)을 선택하여 동작하도록 설계한다.

단계별 과정

1.작품 설계 시나리오

2. 세부적인 작품 설계 시나리오

1) 128 x 64 LCD 테스트
목적 : 128 x 64 LCD 동작 방식을 익힌다. 내용 : TEXT LCD와 달리 128 x 64 LCD의 출력 방식은 폰트 또는 창에 띄울 내용을 직접 그려야 출력할 수 있다.
결과 : 128 x 64 LCD의 동작 방식을 익혔고 동작에 관한 함수에 대한 해석도 하였고, 그 결과로 128 x 64 LCD를 제어할 수 있게 되었다.

2) 128 x 64 LCD 한글 제어
목적 : 128 x 64 LCD에서 한글 출력 방식을 익힌다.
내용 : 조합형 코딩 방식을 이용하는 다른 방식보다 적은 데이터로 한글 출력할 수 있다 그래서 ATMEGA128에서 제어할 수 있도록 설계 되어진다.
결과 : 128 x 64 LCD에서 한글 출력 함수에 대한 것들을 익히고 한글 출력에 성공했다.

한글 영어 그래픽 LCD 출력사진

3) 4 x 11스위치 키스캔 회로 구성
목적 : 적은 포트의 수로 많은 스위치를 제어하도록 회로를 구상하고 테스트한다.
내용 : 동적 제어 방식(키스캔)과 디코더의 칩을 이용하여 다음과 같은 회로를 구성하였다.
결과 : 적은 포트의 숫자로 많은 스위치을 제어하는데 성공하였다.

키스캔회로

4) 스위치 채터링 방지 소스
목적 : 채터링 방지 알고리즘을 구상한다.
내용 : 채터링이란 한번의 입력이 하드웨어상의 오류에 의해 여러 번의 입력되는 것을 말한다. 그렇기 때문에 채터링은 반드시 잡아주어야 한다 다음의 채터링 방지 알고리즘을 구상해 보았다.
결과 : 한번의 입력에 데이터 인식에 성공하였다.

채터링 방지 알고리즘

5) 한글 입력 기술(LCD)
목적 : 컴퓨터의 키보드 자판 방식에 의한 한글을 입력하는 기술(한글오토마타)을 구현한다.
내용 : 키보드에 의한 한글 입력의 순서도를 구상하고 그 구상한 순서도에 맞게 어떻게 데이터화를 시켜 한글 출력을 할 것 인지 구상하여 설계하였다.
결과 : 종성만 입력되는 것과 중성과 종성이 합쳐져서 입력되는 것을 제외하고 모든 한글을 입력할 수 있도록 설계하였다.

한글 오토마타 구상도

6) 글자 지우기 기능(LCD)
목적 : 글자를 지우는 키와 띄우는 키를 구현한다.
내용 : 글자를 띄어서 쓰는 것은 단순히 16 x 8 공간에 아무것도 표시하지 않도록 한다. 그리고 글자 지우는 기능 구현은 글자 띄우는 것처럼 쉽지 않다. 왜냐하면 한글의 데이터는 2 바이트이고 또한 아스키 코드에 비해 폰트의 크기도 두배이다. 그렇기 때문에 한글과 영어를 구별하여 지우지 않으면 글자가 깨져서 출력되는 문제가 생기므로 이에 대한 문제점을 해결할 알고리즘을 구현한다.
결과 : 글자를 지울 때 글자가 깨지지 않고 지워지도록 설계하였다.

지우기 알고리즘

7) 도트매트릭스 테스트
목적 : 도트매트릭스의 구현 방식을 익힌다.
내용 : 도트매트릭스의 데이터 시트를 참고하여 도트매트릭스를 테스트한다.
결과 : 도트매트릭스의 구현 방식을 익혔고 테스트 프로그램을 습득하였다.

SLM1606 타이밍도

8) 도트매트릭스 색깔 제어
목적 : 색깔 제어가 가능하도록 설계한다.
내용 : 입력 글자(영문)에 동작하는 함수를 구현하고, 여기서 글자의 색깔과 배경의 색깔을 정할 수 있도록 구현하였다.
결과 : 영문에서 내가 원하는 색깔이 지나도록 함수를 만들었다.

출력되는 색깔들

9) 도트매트릭스 한글 제어
목적 : 도트매트릭스에서 한글이 출력되도록 설계한다.
내용 : 128 x 64 그래픽 LCD 도트매트릭스 SLM1606의 폰트 출력 방식이 다르다. 그렇기 때문에 128 x 64 그래픽 LCD에서 한글 출력에 성공했던 방법을 바로 사용할 경우에는 도트매트릭스의 출력 글자가 깨진다. 그렇기 때문에 중간에 데이터는 도트매트릭스 SLM1606의 폰트 입력 방식으로 바꾸어 입력되어야 한다.
결과 : 도트매트릭스에서 한글 출력을 성공하였다.

도트매트릭스 구동사진

10) 전체 폼웨어 수정
목적 : 전체적으로 작품의 기술을 합치고 완성도를 높인다.
내용 : 스위치 동작 방식 기능을 구상하여 제작하고 128 x 64 LCD의 출력 방식을 생각하며 도트매트릭스 SLM1606의 한글 출력방식과 128 x 64 LCD의 한글오토마타 기술을 합쳐 완성도가 높은 작품을 제작한다.
결과 : 위와 같은 기능별 동작을 구상하여 제작되었고, 한글 오토마타와 도트매트릭스의 기술을 문제없이 합쳐 다음과 같은 작품이 완성되었다.

3. 제작 관련 사진

1) 도트매트릭스
다음과 같이 1P선을 이용하여 연결하여 테스트를 하면 된다.

도트매트릭스 선 연결 모습

2) 키스캔 스위치와 그래픽 LCD
다음 그림처럼 부분으로 나누어서 새로운 기판에 납땜을 하여 제작하였고, 10P선을 이용하여 ATMEGA128과 연결하여 테스트 프로그래밍을 통해 다음의 하드웨어가 잘 설계되었는지 테스트하였다.

키스캔 스위치 납땜 사진1

키스캔 스위치 납땜 사진2

키스캔 스위치의 경우에는 74HC238을 보호하기 위해 커넥터을 넣어서 설계하도록 한다. 그래픽 LCD는 납땜과 프로그래밍이 잘 되더라도 글자가 출력되지 않는 경우와 글자가 희미하게 나오는 경우가 발생한다. 그런 경우에는 아래에 보이는 가변저항의 문제에 의해 출력되지 않는 것이므로 가변저항을 돌려서 글자가 잘 나오게 맞추도록 한다.

그래픽 LCD 납땜 사진1

그래픽 LCD 납땜 사진2

3) 전체 완성된 사진

전체 작품 사진

참고 웹 사이트

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[13호]2012 국제 스마트그리드 및 전기설비전

Posted by 디바이스마트 매거진 on June 20, 2012 · Leave a Comment

2012 국제 스마트그리드 및 전기설비전

글 | 이용세 edgar@ntrex.co.kr

스마트그리드, 원자력산업, 전기설비 관련 산업을 한눈에 볼 수 있는 2012 국제 스마트그리드 및 전기설비전(Global Electric Power Tech 2012)이 5월 9일부터 11일까지 코엑스 A홀(전관)에서 개최되었다. 해외 바이어 초청 수출 상담회 및 각종 세미나, 컨퍼런스 등의 부대행사를 비롯하여 수출 기반 구축과 해외 진출을 위한 다양한 정보를 제공하였다. 또한 한국전력공사와 지능형 전력망 협회 등 20여개의 관련 단체가 협력기관으로 참여하고 국내외 25개국 280여개 업체, 8만여명의 바이어들이 참가한 행사이다.

스마트그리드란, 기존의 전력 망에 정보기술(IT)을 접목하여 전력 공급자와 소비자가 양방향으로 실시간 정보를 교환함으로써 에너지 효율을 최적화하는 차세대 지능형 전력망을 말한다.
다양한 산업 기기들 중, 특히 배전반 관리 시스템이 많이 소개되고 있었다.

㈜지디일렉스의 E-Smart 분전반은 기존 General Panel Board 분전반의 복잡한 회선에 비해 단순화되어 체결구조가 쉽고 단락 및 감전사고로부터 안전하며 좌우 비대칭 설치가 가능하여 유지 보수에 큰 효과를 기대할 수 있는 장점이 있다.
e-smart 분전반의 모습이다. 추가 라인 작업 시 좌/우 어느 곳이든 모듈을 장착시키면 문제없이 빠른 설치가 가능하며, 기존의 배전반처럼 복잡한 구조가 필요 없고, 상하좌우 이동 설치가 쉽다는 점이 최대 장점이다. 각 모듈에는 부하별 전압, 전류, 전력, 전력량, 최대 최소 파라미터와 고조파 분석과 같은 품질 정보를 제공하며 이벤트가 발생하면 LED 점등과 LCD 백라이트가 오렌지색으로 변하여 쉽게 이상 작동을 확인 할 수 있다. 또한 시스템 프로그램을 통하여 각 정보를 하나의 화면으로 통제 컨트롤 할 수 있다. 기존 설비 관리자에게는 정말 필요로 하는 작업이 아닐까 생각이 든다.

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현대 중공업은 발전에서 송-배전까지의 Total Solution을 선보였다. 주요 생산 제품에는 변압, 배전, 차단, 발전 종류이며 발전에서 수용가까지의 각 변전소 처리 결과와 산업제어의 모니터링, 실시간 데이터베이스 관리 시스템을 한눈에 알 수 있도록 소개하였다.

각종 산업 분야에 적용하여 안전관리를 할 수 있는 상품을 많이 볼 수 있었다. 그 중 열화상/적외선 카메라, 전류측정 미터기를 많이 볼 수 있었다. 열 화상/적외선 카메라는 생각보다 많은 분야에 적용되어 사용되는데, 생산라인의 프로세스 모니터링과 눈으로 확인이 어려운 열분포, 자연발화 감지와 상품의 정열상태, 과열부분, 손상된 단열재, 스팀트랩 등을 검토하는 용도로 많이 사용된다. 카메라의 기능 뿐만 아니라 분석 기능과 알람/메시지 기능, 원격제어 PC 전송분석/이더넷 등의 스마트한 관리 시스템까지 함께 사용되어 적용 분야가 넓어지고 있는 실정이라고 한다.

㈜유민에쓰티의 액체 감지 센서는 각종 빌딩 및 시설의 누수나 시설장비의 재해피해 관리, 저지대 홍수 피해 예방 등을 신속하게 확인 할 수 있는 장비이다. 접착식 필름에 물/화학액/오일 등이 감지되면 실시간으로 모니터링 제어기를 통해 확인할 수 있으며, 경우에 따라 출입 통제를 통해 상황이 악화되기 전 긴급 처리가 가능하다. 길이는 자유롭게 조정이 가능하고 벽이나 바닥에 쉽게 장착하여 누수와 재해를 감지 할 수 있다.

식상하고 투박하며 시간이 지나면 변색 등이 발생해 미관상 좋지 않은 배선용 덕트를 다양한 색상으로 도색한 ㈜진우시스템의 기발한 상품이다. 교육기관 등에 많이 사용된다는 덕트는 기존 덕트에 색만 입힌 것이 아니라 보다 편리한 전선 관리를 위해 내부 구조가 다양하게 설계되어 있으며, 각종 악세사리 등도 함께 구매가 가능하다. 가격대는 사용 배선과 길이/절단 설치비용이 변동되므로 견적 요청이 필요하다.

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[12호]왜 두 개의 센서를 융합하는가? 2부

Posted by 디바이스마트 매거진 on April 25, 2012 · Leave a Comment

상보필터 Part 2.

왜 두 개의 센서를 융합하는가?

저자약력 : PinkWink.
로봇의 실제 구현에 관련된 모든 것에 관심이 많으며, pinkwink.kr이라는 개인 블로그를 운영중.
2011년부터 은둔 생활을 청산하고 (주)엔티렉스 로봇연구소의 연구소장으로 재직중.
연재와 관련된 질문은 devicezine.co.kr에서 문의바랍니다.

1. 들어가며

1회에서 왜 하나의 센서만 사용해서는 각도 측정이 어려운가에 대해 이야기를 했다. 이제 본 회에서는 어떻게 센서를 융합하고, 또 어떤 원리로 그것이 동작하는가에 대해 이야기를 하려고 한다. 본 글에서는 융합의 방법으로 인터넷상에 나와있는 것 중 대표적인 것이 칼만필터와 상보필터인데, 그 중 상보필터를 다룰려고 한다. 필터가 중요한 것이 아니라 어떻게 융합하는지 그 원리가 중요할 것이다.

2. 현상의 관측

그림 1. 실험용 장비

먼저 그림1에는 실험용 장비가 나타나있다. 흔히들 펜들럼, 역진자 시스템이라고 부르는 장비인데, 그림에 표시된 것처럼 자이로 센서와 가속도센서를 장착했다. 해당 위치에 장착해서 암과 진자를 모두 흔들면 1회에서 이야기한 것 처럼, 자이로 센서나 특히 가속도 센서 하나만 사용해서는 각도 측정에 어려움을 겪게 된다.

그림2. 진자의 흔들림에 대한 엔코더와 자이로 센서의 적분 결과

그림1의 장비에서 진자와 암을 동시에 임의로 흔든다. 그리고 나서 진자의 각도를 엔코더를 통해 보고(실선), 자이로 센서의 결과인 각속도를 적분해서 각도(점선)로 본 것이 그림2이다. 1회에서도 이야기했지만, 확실히 드리프트(drift)현상이 발생하는 것은 확인가능하다. 그런데, 한가지 자이로 센서의 결과를 적분한 것은 전체적으로 각도의 흐름현상은 있지만, 움직이는 변화추이는 상당히 잘 나타나 있다는 것을 알 수 있다.

그림3. 진자의 흔들림에 대한 엔코더와 가속도 센서의 각도측정 결과

그림3에서는 그림2와 같은 상황에서 엔코더의 각도와 가속도 센서에서 계산된 각도를 비교한 것이다. 그림2의 자이로의 결과를 적분한 것과는 달리, 각도의 흐름 현상(drift)은 관측되지 않지만, 암이 많이 움직인 곳에서는 신뢰할 수 없는 결과가 나타나고 있다. 또 다른 표현으로는 진자 자체만 보더라도 각도의 변화가 심한 곳에서는 신뢰할 수 없다고 볼 수도 있다.
그렇다면, 주어진 실험에서 확인할 수 있는 것은 각도가 흐르는 것은 아주 저 주파수의 영역이라고 본다면, 자이로 센서는 가속도센서에 비해 고주파 영역에서 비교적으로 괜찮은 결과가 나오며, 가속도 센서는 상대적으로 저주파 영역에서 괜찮은 결과가 나온다고 볼 수 있다. 결국, 자이로+가속도 센서를 통해 각도를 얻으려고 한다면, 저주파 영역에서는 가속도 센서를, 고주파 영역에서는 자이로 센서의 결과를 신뢰하면 안될까?

3. 상보필터의 기본개념

그림4. 상보필터의 기본개념

그림4의 상보필터의 기본개념을 보자. 이전 절에서 자이로 센서를 적분한 결과로 나타나는 각도는 고주파 영역에서 응답특성이 좋았기 때문에 고역통과필터를, 가속도 센서에서 계산된 각도는 저주파 영역에서 응답특성이 좋았기 때문에 저역통과필터를 적용시키고, 이를 합하기로 한다. 그림4의 개념은 이전 절의 제목처럼 현상을 보고 그 현상을 극복하는 방안으로 잡힌 것이다.
그림4를 수식화하면 바로,

가 된다. 고역/저역통과필터를 더한 값은,

‘1’이 되어야만 최종식은 성립된다. 이 규칙을 무너뜨리면 필터의 안정성은 보장받기가 어렵다.
4. 상보필터의 설계 방법

그렇다면 상보필터는 어떻게 설계하는 것일까. 먼저 아래 그림을 보자.

그림5. 저역/고역통과필터의 보드선도

그림5는 저역/고역통과필터의 보드선도를 그려놓은 것이다. 저 두 필터가 만나는 곳을 차단주파수로 설정하는 것이 일반적으로 알려진 방법이다. 대상은 1차 필터로 한정하자.

위 식은 1차 저역통과필터,

위 식은 1차 고역통과필터이다. 이 두식을 필터의 개념식에 대입해서 정리하면,

이 된다. 이 수식을 그림4처럼 블록선도로 표현하면,

그림6. 1차 상보필터

아주 간단한 그림6의 1차 상보필터가 된다. 이때 필터계수는 딱 하나 뿐으로, 이를 가지고 간단히 실험을 수행해보면 쉽게 필터를

확정지을 수 있다. a1을 여기서는 간단히 ‘1’이라고 하자.

그림7. 1차 상보필터의 결과

그림7에서 제시한 아주 간단히 설계된 1차 상보필터를 최초 실험에 적용한 결과를 보면 얼마나 각도가 잘 맞아가는지를 알 수 있다.
5. 결론

이렇게 2회 연재를 마치게 되었다. 애초 각도측정에 있어서, 프로세서에 적용하는 방법이나, 실제 MCU단에서의 설계 등은 이미 인터넷 서치를 통해 그 소스를 쉽게 구할 수 있다. 필자는 단지 그와 같은 소스들의 단순 사용이 아니라, 상보필터라는 것이 왜 필요한지에 대해 이야기를 할려고 했었다. 1회에서는 자이로 센서, 가속도 센서, 기울기 센서 등을 하나만 사용했을 때, 왜 각도 추정에 실패하는지에 대해 이야기를 했고, 이번 2회에서는 그 중, 자이로 센서와 가속도 센서를 놓고 센서들의 특성을 관측했다. 그로부터 상보필터의 개념을 소개했다. 다시 이야기하지만, 이 필터를 MCU단, 혹은 PC 프로그램상에서 어떻게 설계하는 것인가에 대한 문제는 이미 많이 공개된 인터넷상의 자료로 넘기고자 한다.

■ 본 글은 2011년 2월 필자의 학위논문 중 일부를 발췌 후 잡지의 의도에 맞게 재정리한 것임을 미리 밝힙니다.

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[12호] 아이폰 독 스피커 만들기

Posted by 디바이스마트 매거진 on April 25, 2012 · Leave a Comment

2012 DIY 프로젝트 작품 공모전

-참가상-

공모전 아이폰 독

스피커 만들기

글 | 이종훈 pashiran@naver.com

스마트폰의 대표 주자 중 하나인 아이폰을 들고 다니면서 한가지 아쉬웠던 점은 바로 주변기기가 무지하게 비싸다는 것입니다. 같은 케이스라도 아이폰 케이스는 만원이라도 더 비싸고, 액세서리가 몇달치 핸드폰 요금인 경우도 있죠. 한번은 아이폰 독 스피커가 갖고 싶어져서 가격을 알아봤더니 동급의 다른 오디오 기기보다 최소 10~15만원은 더 비싼 걸 보고 왠지 열이 받아서 이참에 한번 만들어 보자 하고 자료 조사를 시작했습니다.

가성비가 뛰어나면서도 기본적인 기능은 모두 갖춘 아이폰 독을 구상하다가 가성비가 좋은 앰프-스피커 시스템은 컴퓨터용 스피커를 차용하고 기타 회로를 제작하여 스피커와 결합하기로 했습니다.

1. 아이폰 핀아웃

아이폰 커넥터는 30핀으로 되어 있으며 핀아웃은 다음과 같습니다.

Pin	Signal	Description	Apple pin numbering*
1	GND	Ground (-), internally connected with Pin 2 on iPod motherboard	30
2	GND	Audio & Video ground (-), internally connected with Pin 1 on iPod motherboard	29
3	Right	Line Out – R (+) (Audio output, right channel)	28
4	Left	Line Out – L(+) (Audio output, left channel)	27
5	Right In	Line In – R (+)	26
6	Left In	Line In – L (+)	25
7	?		24
8	Video Out	Composite video output (only when slideshow active on iPod Photo)or Component Video Pb	23
9	S-Video Chrominance output	for iPod Color, Photo onlyor Component Video Y	22
10	S-Video Luminance output	for iPod Color, Photo onlyor Component Video Pr	21
11	AUDIO_SW	If connected to GND the iPhone sends audio signals through pin 3-4, otherwise it uses onboard speaker.	20
12	Tx	ipod sending line, Serial TxD	19
13	Rx	ipod receiving line, Serial RxD	18
14	RSVD	Reserved	17
15	GND	Ground (-), internally connected with pin 16 on iPod motherboard	16
16	GND	USB GND (-), internally connected with pin 15 on iPod motherboard	15
17	RSVD	Reserved	14
18	3.3V	3.3V Power (+)Stepped up to provide +5 VDC to USB on iPod Camera Connector. If iPod is put to sleep while Camera Connector is present, +5 VDC at this pin slowly drains back to 0 VDC.	13
19,20	+12V	Firewire Power 12 VDC (+)	11,12
21	Accessory Indicator/Serial enable	Different resistances indicate accessory type:1kOhm – iPod docking station, beeps when connected10kOhm – Takes some iPods into photo import mode6.8 kΩ - Serial port mode. Pin 11-13 are TTL level. Requires MAX232 chip to convert to RS232 levels.68kOhm – makes iPhone 3g send audio through line-out without any messages500kOhm – related to serial communication / used to enable serial communications Used in Dension Ice Link Plus car interface1MOhm – Belkin auto adaptor, iPod shuts down automatically when power disconnected Connecting pin 21 to ground with a 1MOhm resistor does stop the ipod when power (i.e. Firewire-12V) is cut. Looks to be that when this pin is grounded it closes a switch so that on loss of power the Ipod shuts off. Dock has the same Resistor.	10
22	TPA (-)	FireWire Data TPA (-)	9
23	5 VDC (+)	USB Power 5 VDC (+)	8
24	TPA (+)	FireWire Data TPA (+)	7
25	Data (-)	USB Data (-)	6
26	TPB (-)	FireWire Data TPB (-)	5
27	Data (+)	USB Data (+)Pins 25 and 27 may be used in different manner. To force the iPod 5G to charge in any case, when USB Power 5 VDC (pin 23) is fed, 25 must be connected to 5V through a 10kOhm resistor, and 27 must be connected to the Ground (for example: pin 1) with a 10kOhm resistor.iPod 5G can also be forced to charge by attaching the data + and the data – pins to the 5v via a 10k Ohm resistor ( BOTH PINS) and connecting pin 16 to the 5v (ground). (Confirmed working with iPod 5G 20GB). This provides 500mA of current for charging. For quicker charing, up to 1A, see below.To charge an iPhone, 3G, 3GS, 4 / iPod Touch, 2nd gen, 3rd, 4th or Ipod Classic (6th Gen), usb data- (25) should be at 2.8v, usb data+(27) should be at 2.0v. This can be done with a few simple resistors: 33k to +5v (23) and 22k to gnd(16) to obtain 2v and 33k to +5v and 47k to gnd to obtain 2.8v. This is a notification to the iphone that it is connected to the external charger and may drain amps from the usb.To charge iPod Nano pins 25 and 27 should be tied together and then connected to a 10K ohm resistor, and the other side of this resistors then needs to be connected to 5v power.It’s also possible to charge the iPod’s or iPhone’s battery to make use the of internal +3.3v output (18) terminal to connect the USB Data + (27) thru a 47k ohms resistor and the USB Data- (25) thru a 47k resistor to the USB Power source +5v (23). This way the USB function is still useable for normal operations and makes it easier the fit in a plug. The resistors are not to critical 2x 150k’s still work.Added correction: iPod 2.1A charger advertises 2.8V on D+ and 2.0V on D-. Tying either wire to 5V could damage the target – use resistors tied to 5.1V and ground to be safe.	4
28	TPB (+)	FireWire Data TPB (+)	3
29,30	GND	FireWire Ground (-)	1,2

출처 | http://pinouts.ru/PortableDevices/ipod.shtml

11번 핀의 설명을 보면 GND로 연결시 3, 4번 핀을 통해 사운드 신호가 나온다는 것을 알 수 있습니다. 11번 핀을 GND로 연결하고, 3, 4번 핀을 앰프로 연결하면 아주 간단한 독 스피커를 만들 수 있습니다만 시판되는 독스피커처럼 스위치로 조작되고 충전도 가능하게 하려면 다른 핀들도 봐야 하죠.

2. 아이폰의 충전

여타 스마트폰들이 단순히 USB 케이블의 5V만 입력되면 충전이 가능한 것에 비해, 아이폰은 전용 케이블이나 전용 충전기가 아니면 충전이 되지 않는 경우가 많습니다.

애플이 자사의 하드웨어를 공개하지는 않았지만, 수많은 애플 해커들에 의해 그 내용이 어느정도 밝혀져 있습니다.

아이폰 커넥터로 연결되는 핀 중 USB와 관련된 핀은 16(GND), 23(5V+), 25(Data-), 27(Data+) 번 핀입니다.

위와 같이 연결하면 전압 분배 법칙에 의해 5V * (49.9/(75+49.9)) = 1.99V 가 나오는데 25(Data-)에 2V, 27(Data+)에 2V의 전압이 걸리면 500mA 로 충전되고,

위와 같이 연결하면 2번 핀은 5V * (51/(43+51)) = 2.71V 3번 핀은 5V * (51/(51+75)) = 2.02V 가 됩니다. 25(Data-)에 2.8V, 27(Data+)에 2V의 전압이 걸리면 1A 로 충전됩니다.
저항을 통한 전압 분배를 통해 간단하게 두 선(D+,D-)에 알맞은 전압을 입력할 수 있고 USB 신호와는 상관없이 충전이 되므로 위와 같이 전압 분배회로를 제작해서 케이블을 만들면 itunes와 동기화 시키면서 충전이 가능하게 됩니다.

3. 아이폰의 컨트롤

아이폰은 12, 13번 핀을 통해 시리얼 신호를 주고받으며 13번 핀을 이용해 아이폰을 컨트롤 할 수 있습니다.
이 시리얼 신호의 통신 규약도 네티즌들에 의해 정리가 되어 있으며 자세한 내용은 http://nuxx.net/wiki/Apple_Accessory_Protocol#iPod_Remote_.28Mode_2.29 을 참조 바랍니다.
위 프로토콜을 참조해서 MCU에 프로그래밍하여 나만의 아이폰 리모트 컨트롤러를 만들 수도 있지만 크기와 제작 난이도 등을 생각하면 기성품을 사용하는 게 편리합니다.

저는 아래와 같은 제품을 이용해서 해결했습니다.

해외구매로 6$ 정도 되는 가격에 구매했는데 국내에서도 ‘아이팟 리모컨’으로 만원 정도에 판매합니다. 아이폰에서도 작동되고요. MCU에 프로그래밍 가능한 실력이 되더라도 따로 칩 사고 기판 사고 이것저것 사면 직접 제작하더라도 저것보다 작고 싸게 만들기는 힘들 것 같군요.

아이팟 리모트 컨트롤 구입하러 가기

위 제품을 분해하면 아래와 같습니다.

스위치 기판을 분해하면 아래와 같습니다.

4. 회로의 제작

리모컨 기판에 붙어있는 커넥터를 그대로 사용할 수 있으면 좋겠지만 USB 관련 핀(23,25,27)을 연결할 수 없기 때문에 따로 커넥터가 필요합니다.

ipod-30p-conn-wire

ipod-30p-conn-wire 구입하러 가기

핀이 상당히 촘촘해서 구분하기 힘드므로 납땜시에는 주의해야 합니다. 아이폰 연결부를 위쪽으로 놓았을 때 왼쪽부터 1번이며 위아래로 번갈아가며 핀이 배치되어 있습니다.

1, 2, 3, 4, 11, 13, 16, 18, 21번 핀은 리모컨 기판에 그대로 연결하고 23, 25, 27번을 충전용 전원에 연결하는데 처음 설명한 대로 저항을 이용해 25번 핀(Data-)과 27번 핀(Data+) 에 전압을 분배하여 2.8V 혹은 2V가 걸리도록 합니다.

25(Data-)에 2V, 27(Data+)에 2V의 전압이 걸리면 500mA로 충전되고 25(Data-)에 2.8V, 27(Data+)에 2V의 전압이 걸리면 1A로 충전됩니다

리모컨과 전원을 연결했으면 이제 리모컨 회로에 스위치를 연결하면 됩니다. 회로에 작게 글자가 쓰여 있으므로 아래와 같은 동작이 가능하도록 5개의 스위치를 연결합니다.

스위치를 개별로 넣는 방법도 있지만 저는 디바이스마트에서 판매하는 다음 스위치로 제작했습니다.

ITS-1500S-C 구입하러 가기

이렇게 연결하면 스위치를 좌상 방향으로 눌렀을 때 이전곡, 우상 – 다음곡, 좌하 – 볼륨 다운, 우하 – 볼륨 업, 누름 – 재생/일시정지가 됩니다.
이렇게 제작한 스위치를 동작시켜 봤더니 다른 동작은 잘 하지만 재생/정지 동작이 잘 되지 않더군요. 그래서 4, 6번 핀에 연결된 K2, K3 연결을 끊고 별도의 스위치를 연결했더니 이상없이 잘 됩니다.

이제 리모컨 회로에서 L, R 이라고 표시된 부분과 컴퓨터용 스피커의 입력단을 연결합니다.
당연히(?) L은 왼쪽 스피커 입력으로 가도록 하고 R은 오른쪽 스피커 입력으로 가도록 합니다. Gnd도 같이 연결해 줍니다.
여기까지 이상없이 제작했다면 충전과 리모컨 조정, 스피커 출력이 모두 제대로 작동하게 됩니다.

5. 프레임 제작

포맥스를 사용해서 아이폰 거치대 부분을 제작합니다. 손으로 만들 때에는 사선으로 된 부분을 접합하면 깔끔하게 맞아떨어지기 힘드므로 퍼티 등으로 후가공이 필요합니다. 쉽고 깔끔하게 만들고 싶을 때는 되도록 직각 재단을 이용한 디자인을 해서 제작 후 사포 등으로 살짝 마무리하면 됩니다.