September 22, 2017

디바이스마트 미디어:

[35호]카멜레온 DIY LED 이야기 ①

35 프로젝트 메인

 

카멜레온 DIY LED 이야기 ①

WS2812B와 카멜레온 DIY LED

글 | 신상석 ssshin@jcnet.co.kr

디바이스마트 매거진 독자 여러분, 안녕하세요. 앞으로 5회에 걸처 [카멜레온 DIY LED 이야기]를 진행할 신상석입니다.
작년에 [너무 쉬운 아두이노 DIY] 강좌를 1년 정도 진행했었는데, 이번에 디바이스마트 매거진 발행진의 배려로 연속하여 새로운 코너를 진행하게 되었습니다. 새로운 시작이므로 제 소개를 다시 한 번 간단히 드립니다.

■ 서울대 제어계측공학과(학사) ▷ KAIST 전산과(석사) ▷ KAIST 전산과(박사 수료)
■ ETRI 책임연구원 ▷ 해동정보통신 연구소장 ▷ 욱성전자 연구소장 ▷ (현재) 제이씨넷 연구소장, 상명대학교 컴퓨터공학과 겸임교수,
임베디드홀릭 카페(http://cafe.naver.com/lazydigital) 부매니저, 전자계산기 기술사

이 이야기는 WS2812B라는 컬러 LED를 기반으로 제작된 [카멜레온 DIY LED] 시리즈를 이용하여 생활에 필요한 다양한 형상을 꾸며보고 이것을 다양한 컬러로 디스플레이 해보는 내용입니다. 앞으로 진행할 내용에 대하여 간단히 알아보면 다음과 같습니다. (약간 변경될 수도 있습니다.)
앞으로 즐겁고 유익한 강의가 될 수 있도록 많은 격려와 성원 부탁드립니다.

카멜레온 DIY LED?

카멜레온 DIY LED라는 이름은 아마도 처음 들어보는 이름일 것이라 생각합니다. 왜냐하면 카멜레온 DIY LED라는 이름은 제이씨넷(http://www.jcnet.co.kr)에서 출시한 상품 이름이고 고유명사이기 때문입니다.
이름도 생소한데 이것 저것 설명하려면 답답할 수 있으므로 일단 생김새부터 눈으로 보고 이야기를 시작하도록 하는 것이 좋곘습니다.

35 프로젝트 1

위의 사진은 카멜레온 DIY LED 시리즈 중의 하나인 JLED-BAR-5 라는 모듈인데요. 길쭉한 PCB 판위에 5개의 네모난 부품이 얹혀 있는 형상입니다. 5개의 네모난 부품은 WS2812B라는 이름을 가지고 있는 컬러 LED로, 불이 켜지는 부분은 네모 형태 안쪽에 있는 동그라미 부분입니다.

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조금 다른 모양의 카멜레온 DIY LED 하나만 더 보겠습니다.
이것의 이름은 JLED-SNOW-13입니다. 이쯤되면 약간 느낌이 오시지요? ‘내 눈에 콩깍지’라는 말처럼 혹시 저만 위 모듈이 ‘SNOW’로 보이는 것은 아니겠지요?
이름 풀이를 해 보면, ‘JLED’는 제이씨넷(JCNET)이 만든 LED라는 의미로 ‘JLED’, LED의 배치 모양이 눈(SNOW) 형상을 닮았으므로 ‘SNOW’, 사용된 LED의 총 개수가 13개 이므로 ‘13’, 이것을 차례로 합하면 ‘JLED-SNOW-13’이 되겠습니다.
내친김에, 카멜레온 DIY LED 이름도 어떻게 작명되었는지를 소개합니다. 아래 사진을 보시지요.

35 프로젝트 3

JLED-BAR-5와 JLED-SNOW- 12를 연결한 형태에 LED가 켜진 상태의 모습인데요. 알록달록 LED 불빛 색깔이 예쁘죠? 나무인 것도 같고, 뒤집으면 훈장 같기도 합니다. 카멜레온 DIY LED 모듈은 아두이노나 AVR모듈을 연결하여 프로그램해 주면 주인이 원하는 컬러와 동작을 아주 다양하게 연출할 수 있답니다.
이와 같이 카멜레온처럼 LED 색깔이 아주 환상적으로 자유롭게 변할 수 있으므로 ‘카멜레온’, JLED-BAR-5의 한쪽 끝과 JLED-SNOW-12가 서로 연결된 것처럼 다른 종류의 카멜레온 DIY LED를 연속해서, 쉽게, 내 멋대로 연결할 수 있기 때문에 ‘DIY’, 그리고, 당연히 LED이므로 ‘LED’, 이것을 합체하여 ‘카멜레온-DIY-LED’! 말 되나요?

내가 그의 이름을 불러주기 전에는
그는 다만 하나의 몸짓에 지나지 않았다.
내가 그의 이름을 불러주었을 때,
그는 나에게로 와서 꽃이 되었다.

예전에 읽은 기억이 있는 김춘수 시인의 ‘꽃’이라는 시에 나오는 구절인데요. 이것처럼 우리가 이름을 붙여주어서 새로운 생명(신상품) 카멜레온 DIY LED 시리즈가 탄생하였답니다.

처음으로 나온 신상품을 바라보고 있으면 오우~ 기분이 흐뭇해집니다. “대박! 나자~~~”
물론 약간의 걱정도 함께 있지요. “혹시 쪽박? ……”
사실 이 이름으로 확정되기 전에는 수 많은 이름 후보가 있었습니다.

판타지아, 프리즘, RGB, 내맘대로,
알라딘, 매직, 스케치, 지니, 지니어스….

이리 불러보고 저리 불러보고, 이렇게 조합해보고, 저렇게 합체해보고, 이리 찾아보고, 저리 찾아보고, 이 사람에게 물어보고, 저 사람에게 의견 구하고, 하다가 이 제품을 가장 잘 표현할 수 있는 것으로 결국 카멜레온-DIY-LED 이름이 선택되고, 세상에 나온 것입니다.
이미 똑같은 것, 비슷한 것이 많이 나와 있다구요? 으~ 정말이요?
비슷한 부분도 있겠지만, 단언컨데 카멜레온 DIY LED는 현재까지 나온 종류와는 상당 부분 다릅니다. 뭐가 다른지는 앞으로의 이야기에서 자연스럽게 아실 수가 있을 것이고… 여기서 이야기를 이어가기 위하여 간단한 퀴즈! 카멜레온 DIY LED에서 가장 중요한 것은 무엇일까요?
뭐 물어보나 마나 한 시시한 질문이지요?
LED!!! 예, 정답입니다. “단팥없는 찐빵”이 있을 수 없고, “고무줄 없는 팬츠”가 존재할 수 없는 것처럼 LED 없는 카멜레온 DIY LED는 상상할 수가 없겠습니다.

WS2812B와 이를 이용한 모듈

그렇다면 카멜레온-DIY-LED의 기반이 되는 LED의 정체는 무엇일까요? 아마도 몇몇 분들은 앞의 사진을 보시자마자 “척 보면 압니다!” 하셨을 것으로 압니다. 이 LED는 WS2812B라는 컬러 LED입니다.
2010년에 설립된 Worldsemi라는 중국 회사가 개발한 LED인데 내부에 LED를 제어하는 제어 로직이 함께 들어가 있는, 특허도 가지고 있는 약간은 독특한 기능과 형태를 가진 컬러 LED랍니다. 일반적인 컬러 LED는 R(Red), G(Green), B(Blue) 핀과 VCC 또는 GND 핀으로 이루어진 4핀 인터페이스 형태를 가지고 있지만, WS2812는 VCC, GND와 DIN(Data Input), DOUT(Data Output)의 4핀 인터페이스를 가지고 있고 정해진 프로토콜에 의하여 데이터를 전송받아 R, G, B의 컬러를 표현하는 한다는 점에서 일반 컬러 LED와 크게 구별됩니다.

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WS2812 WS2812B

위에서 대강의 형태를 보았으니 이번에는 크게 확대해서 안을 조금 들여다 보겠습니다. 보는 김에 WS2812B의 초기버전인 WS2812도 함께 보시지요.
2가지 모두에서 동그라미 내부에 아주 작은 직사각형으로 보이는 것이 3개 있는데 이것이 R(Red), G(Green), B(Blue) 개별 LED이고 LED 반대편으로 꽤 크게 보이는 직사각형이 이들의 제어로직입니다.
WS2812는 출시된 지 얼마 되지 않아 효율성과 안정성이 강화된 WS2812B로 개량되었습니다. 핀 수도 6개에서 4개로 단순화되었고, 내부 로직도 더 효율적으로 개선되었으며, 무엇보다도, 전원의 (+)와 (-) 를 서로 바꾸어 연결해도 안전하도록 설계되었다고 합니다. 현재는 거의 WS2812B만 사용하므로 우리는 WS2812B만 조금 더 자세히 살펴보는 것으로 하겠습니다. 전체적인 특징부터 정리해 보지요.

WS2812B의 특징

● 제어로직 내장형 고휘도 컬러 LED
· 표현할 수 있는 컬러 : 1600만 가지 이상
· 낮에도 디스플레이 형상이 식별 가능한 고휘도
· 가로 x 세로 크기가 5mm X 5mm 인 5050 SMD(Surface Mounting Device) 패키지

● 직렬 연결 방식의 4핀 인터페이스
· 입력(DIN), 출력(DOUT) 핀 각 1개와 전원(VCC, GND) 2핀의 단순한 구조
· 앞 WS2812B 출력(DOUT)이 뒤 WS2812B 입력(DIN)으로 연결되는 직렬 연결 방식
· 연결 가능 최대 LED 개수 : Refresh 간격이 초당 30 프레임인 경우, 1024개 이상

● 다음 LED까지의 최대 간격 : 5m
· 단순하고 효율적인 데이터 처리 방식

● 데이터 전송 프로토콜 : NRZ(Non Return to Zero) 방식

● DIN 포트로 들어오는 24비트의 데이터를 취하여 이것을 내부 데이터 래치에 저장하고, 이후 들어오는 데이터는 DOUT 포트로 출력

● 연속적인 연결의 경우 하나의 WS2812B를 통과할 때마다 계속 24비트씩의 데이터가 감소하는 방식으로 무한대(?)의 WS2812B 연결 가능

간단히 이야기하면, WS2812B를 한 줄로 죽~ 내가 원하는 대로 엄청나게 많이 연결하면서, 각 LED 단위로 내가 원하는 컬러로(껐다 켰다 포함) 자유롭게 표현할 수 있다는 이야기입니다. 와우!!! 이거 잘만 하면 뭔가 기발한 것을 만들어 볼 수 있겠다는 생각이 들지 않나요?
세상에 나온 지 몇 년 되었으니 당연히 이것을 이용해서 이미 만들어진 것이 있겠지요. 확인해 보겠습니다.
해외에는 Adafruit(www.adafruit.com)라는 회사가 NeoPixel 이라는 브랜드명으로 여러가지 상품을 만들어 판매하고 있습니다. (디바이스마트에서도 현재 수입 판매 중!) 대표적인 것들만 몇 개 보겠습니다.

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Flora : 1개짜리 개별 LED로 4 방향으로 각각 신호선을 납땜할 수 있는 형태 (VCC, GND, DIN, DOUT) Stick – 8개 LED가 막대처럼 연속 연결된 형태, 신호 연결을 위한 패드는 뒷면에 있음
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Stick  2개를 연속하여 연결한 모습으로 뒤로 제어기(예 : 아두이노)가 연결된 것이 보인다. Stick의 뒷 모습으로 신호 연결을 위한 SMD 패드가 보이며, 여기에 전선을 연결하여 제어기(아두이노 등)와 연결하거나 다른 LED들을 연속하여 연결할 수 있다. 다른 제품들도 연결 방식은 모두 SMD 패드에 납땜하는 형태이다.
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Jewel – 7개 LED로 구성되어 있으며, 뒤에 있는 제어기는 Adafruit의 Pro Trinket Ring – 16개의 LED로 구성된 반지 모양의 모듈로 뒤쪽 제어기에 ARDUINO 글씨가 살짝 보인다.
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Matrix – 64 LED로 구성된 도트매트릭스 형태로 환상적인 색깔이네요. Ring 머리 장식이나 귀걸이, 목걸이, 팔찌 등의 응용도 됩니다.
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Strip 형태. 많은 양의 LED를 연결할 때 사용되는 제품으로 가위로 필요한 만큼 잘라 쓸 수 있답니다. strip 형태. 신발에 총천연색 발광이라~.
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Strip 형태. 이런 응용도 가능하네요.

어쩌다 보니 NeoPixel 선전이 되어버린 것 같은데… 쩝! 어쨌든 응용범위가 넓은 것 같습니다. (나중에 아시겠지만 카멜레온 DIY LED는 응용 범위가 훨씬 더 넓습니다.) 시장이 작아서인지, Adafruit가 치고 나가서 엄두가 나지 않아서 인지는 잘 모르겠지만 해외에서도 Adafruit사 말고는 WS2812B 기반의 상품을 출시한 다른 회사는 거의 보이지 않습니다.
그럼, 국내는 어떤지 보겠습니다.
유일하게, N사에서 ‘R******시리즈’라고 이름을 붙여 아래와 같은 5개 제품을 출시하여 판매하고 있습니다. 형태는 NeoPixel의 일부 제품과 비슷한 것 같네요.
지금까지 WS2812B를 사용하여 만들어진 제품을 간략히 살펴보았습니다. NeoPixel은 국내에서는 디바이스마트가 국내 공식 파트너로 판매중이고, R******시리즈는 디바이스마트 등에서 판매가 되고 있습니다.

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카멜레온 DIY LED 응용

자, 이제 다른 제품들에 대하여 알아보았으니, 카멜레온 DIY LED에 대하여 좀 더 자세하게 알아보겠습니다.
카멜레온 DIY LED 시리즈는 고휘도 WS2812B 컬러 LED를 여러개 조합하여 제작된 모듈이라는 점에서는 다른 제품들과 비슷하지만, 크게 2가지의 다음과 같은 다른 특장점을 가지고 있습니다.
첫째, 카멜레온 DIY LED는 점, 막대, 원호, 다각형 등의 기본 도형 및 별, 하트, 눈, 화살표 등의 예쁘고 친근한 형상을 기본 모듈로 가지고 있습니다.
둘째, 모든 모듈은 레고처럼 각 모듈끼리의 직접 연결을 통하여(납땜 불필요, 세계 최초!) 숫자나 문자, 도형은 물론 캐릭터나 동물 등 자신이 원하는 형상을 쉽고, 빠르고, 자유롭게 구현할 수 있습니다.
카멜레온 DIY LED 시리즈는 현재 아래와 같이, 막대(BAR) 그룹, 원호(ARC) 그룹, 방향전환자(DIR) 그룹, 도형(FIG) 그룹, 아이템(ITEM) 그룹, 연결자(CON) 그룹의 총 6개 그룹 48개 모듈과 모듈 연결에 필요한 케이블 2종을 포함하여 총 50개의 모듈로 구성됩니다.

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카멜레온 DIY LED로 형상을 만들고 아두이노나 AVR 등의 마이크로콘트롤러를 연결하여 각 LED마다 색상과 밝기, ON/OFF 동작을 원하는 대로 프로그램하면, 그 응용은 아래 사진과 같이 다양한 분야, 다양한 용도로 무한하게 확장 가능합니다.

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카멜레온 DIY LED의 가장 간단한 모듈 JLED-BAR-1을 아두이노(JARDUINO-UNO-BTmni)에 연결

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카멜레온 DIY LED의 JLED-RING-12를 아두이노 UNO에 연결하여 색상환을 디스플레이

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(좌) 카멜레온 DIY LED 다수개를 폼보드를 밑판으로 하여 회사명을 구현한 모습
(우) 아두이노를 연결하고 프로그램한 후 실행한 디스플레이

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카멜레온 DIY LED를 밑판없이 연결자만을 이용하여 I Love(♥) U 형상을 구현
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카멜레온 DIY LED인 해(JLED-RING-12), 달(JLED-MOON-11), 별(JLED-STAR-10)을 아크릴판에 고정
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카멜레온 DIY LED를 조합하여 만든 장식용 안경
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카멜레온 DIY LED로 꾸며본 고양이 얼굴
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카멜레온 DIY LED의 모든 LED 모듈을 한 개씩만 사용하여 구성한 비상하는 용의 모습

이러한 카멜레온 DIY LED 모듈은 현재 디바이스마트(http://www.devicemart.co.kr)와 제이씨넷스토어팜(http://storefarm.naver.com/jcnet)등의 인터넷 쇼핑몰에서 판매가 되고 있으며, 전체적인 소개 동영상은 유투브 https://www.youtube.com/watch?v=OSUZdWhpAb8를 참조하시면 됩니다.

오늘은 세계 최초 레고타입 컬러 LED 모듈인 카멜레온 DIY LED 시리즈에 대하여 개략적으로 알아보았습니다. 다음 회에는 카멜레온 DIY LED 시리즈이 기반이 되는 WS2812B의 동작 원리에 대하여 자세히 알아보고, 이를 기반으로 한 카멜레온 DIY LED 모듈을 이용하여 12색상환 만들기에 도전해 보도록 하겠습니다.
다음 회에 건강하고 멋진 모습으로 다시 만나기를 기원합니다. 안녕히 계십시오.

 

 

 

 

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