Pimoroni

작지만 강하다! PA1010D GPS Breakout 출시

Pimoroni PA1010D GPS Breakout은 세라믹 안테나가 내장된 PA1010D GPS 수신기 모듈이 있어 위성에서 날짜와 시간, 위도, 경도, 속도 및 고도 데이터를 추출할 수 있다. 99개의 검색 채널과 33개의 동시 추적 채널로 최대 210개의 PRN 채널을 지원한다. 슈퍼 캐패시터가 GPS 데이터에 대한 단기 백업 배터리 역할을 하므로 전원이 꺼진 경우 위성 위치와 상태를 저장할 수 있으며, 위성 수정이 있을 때마다 깜빡이는 LED 또한 포함 되어 있다. 이 제품을 통해 기상 관측소 또는 기타 측정 장치에 연결해 정확한 시간, 날짜 및 위치 스탬프를 제공하거나 한 단계 더 나아가 디스플레이 브레이크 아웃 중 하나와 연결 해 자신만의 모듈식 GPS 네비게이션 시스템을 구축할 수도 있다. PI의 GPIO에 직접 연결 하거나 헤더가 있는 브레드보드를 통해 연결이 가능하며, 솔더리스 브레이크아웃과도 호환되기 때문에 동시에 여러 브레이크 아웃을 쉽게 사용할 수 있다. 모든 라즈베리파이 모델 및 아두이노와 호환된다.

특히 업계 최고 수준의 감도(-165dBm)를 제공하여 정밀한 신호처리를 수용할 수 있고, 탁월한 저전력 소비로 전력에 민감한 제품에 쉽게 적용할 수 있다. Pimoroni PA1010D GPS Breakout의 더 자세한 사양 및 데이터시트는 디바이스마트를 통해 확인할 수 있다.

제품사양

· GPS 소비 전류 : 3.3V

· 업데이트 속도 : 최대 10Hz

· 인터페이스 : UART, I2C

· Q Z S S , S B A S (WA A S , E G N O S , GAGAN, MSAS) 범위 지원

PA1010D GPS Breakout 제품 바로가기 

글 | ㈜헬로앱스 김영준 대표

목차

1. SPL-Duino란?
2. Simple Programming Language(SPL)가 제공하는 쉬운 프로그래밍 환경
3. LED 체인도 바로 연결
4. 로봇 연결도 바로바로
5. 화분에 물도 주고 분수도 만들고
6. 어두워 지면 저절로 켜지는 전등 구현하기
7. 디지털 Push 버튼으로 선풍기 제어하기
8. 서보 모터 제어하기
9. 장난감 개조는 기본
10. 스마트폰으로 보드와 통신하기
11. 플래시 파일에서 보드와 통신하기

1. SPL-Duino란?

브레드보드 사용없이 필요한 센서와 엑츄에이터 등을 바로 꽂아서 사용할 수 있는 SPL-Duino All-In-One 보드는 아두이노 초보자와 매니아 모두를 위한 보드이다.
기존의 아두이노를 사용하려면 브레드보드(일명 빵판)가 반드시 필요하며, 전자회로에 대한 기초 지식 없이는 간단한 회로구성 자체가 어려워 사실상 일반인들에게는 아두이노가 접근하기 어려웠던 것이 사실이다.
특히 최근에는 3핀 형태의 모듈화된 센서들이 쏟아져 나오고 있는 실정이나 일반 아두이노 보드에는 직접적인 연결을 할 수 없고, 브레드보드를 사용하거나 또는 별도의 IO 확장 쉴드를 구매해야만 사용이 가능한 실정이다. 또한 아두이노가 가장 많이 사용되고 있는 시나리오 중에 하나인 로봇 제어의 경우에도 로봇 DC 모터를 연결하기 위해서는 별도의 모터 쉴드를 구매해야만 연결이 가능하여, 생각만큼 아두이노의 활용이 쉽지 않음을 느끼게 된다.
또 한 가지 아두이노 사용자가 가장 필요로 하면서도 불편한 부분은 블루투스 연결이다. 대부분의 아두이노 사용자들은 스마트폰을 활용하여 보드와 통신을 주고 받는 것을 구현하고 싶어하나, 이 또한 별도의 블루투스 쉴드가 있어야 만이 가능하기 때문에, 초보자와 비전문가들에게는 넘기 힘든 벽이 되어 왔으며, 보드 확산에 있어서도 큰 걸림돌이 되어 왔다.
SPL-Duino는 이러한 문제를 해결하기 위해서 만들어진 보드로서, 사용자가 꼭 필요로 하는 위의 세가지 기능을 하나의 보드에 모두 통합시킨 보드이다.

2. Simple Programming Language(SPL)가 제공하는 쉬운 프로그래밍 환경

SPL-Duino 보드의 또 다른 장점으로는 제품 이름에도 나와 있듯이 BASIC 수준의 쉬운 프로그래밍 언어와 개발 환경을 제공한다는 것이다. SPL-Duino 편집기는 http://www.helloapps.kr 사이트에서 무료로 다운로드 받아서 설치할 수 있으며, 설치를 하게 되면 USB 드라이버 설치 프로그램과 SPL-Duino 편집기 프로그램이 바탕화면의 SPL 폴더에 생성되게 된다. 맨 처음 사용시 USB 드라이버를 설치해 준 다음, SPL-Duino 편집기를 실행시키면 되며, 그 다음으로 사용자는 보드의 케이블만 연결한 후, 마우스를 통해 간단한 명령어 입력 후, 실행 버튼만 클릭하여 스크립트를 실행시킬 수 있다.

위의 예는 SPL 프로그래밍 툴에서 마우스를 이용해 명령어를 입력하는 과정을 보여주며, 사용자가 별도로 명령어를 외울 필요없이 단 몇 초만에 필요한 스크립트를 작성할 수 있다.
아두이노의 가장 기초 예제인 13번 LED의 점멸 예제는 다음과 같이 4 줄의 코드를 추가함으로써, 완성될 수 있다 (실제는 마우스 클릭 4번 만으로 완성됨)

스크립트 완성 후에는 화면 상단의 실행 버튼(또는 F5 키)을 클릭하여, 스크립트를 실행한다. SPL 툴에서는 사용자가 입력한 스크립트를 AVR C언어로 변환한 후, 컴파일을 하며, 생성된 바이너리 파일을 보드에 자동으로 업로드 시켜 준다.

SPL-Duino 편집기는 SPL 스크립트 외에도 아두이노 스케치 스크립트와 AVR C++언어의 컴파일을 지원하며, 실행창에서 컴파일 옵션을 선택해 줄 수 있다. 또한 오류가 발생하였을 경우에는 상단의 “생성된 스케치” 탭을 클릭하여 변환된 C 코드를 라인번호와 함께 확인한 후, 해당 스크립트를 다시 수정해 주면 된다.

3. LED 체인도 바로 연결

아두이노 자체가 유럽 예술인들의 예술 작업을 위해 태동되었듯이, 여전히 아두이노는 예술 작품의 구현에 있어서 많은 관심을 가지고 있는 제품이다.
SPL-Duino에서는 이러한 수요를 해결하기 위해 25개의 RGB LED로 구성된 LED 체인 키트를 별도로 제공(디바이스마트를 통해 판매 예정)하고 있으며, 확장 핀 작업이 되어 있어 50개까지 별도의 전원 공급없이 연결이 가능하다.

LED 체인을 이용할 경우, 간단한 테트리스 게임 구현은 물론 다양한 시뮬레이션, 숫자 표시 등의 응용에 적용할 수 있다.

뒷장의 스크립트는 50개의 LED 셀에 대해 첫번째 셀부터 마지막 50번째 셀까지 0.1초 간격으로 RED 색상으로 변경해 주는 예제를 보여준다.

4. 로봇 연결도 바로바로

아두이노 사용자가 가장 관심있어 하는 시나리오 중에 하나인 로봇 제어는 SPL-Duino 보드에 있어서는 아주 간단한 일이다. 2개의 모터 포트와 센서 포트에 모터와 아날로그 센서를 연결하기만 하면 되기 때문이다. 2개의 센서 포트는 아날로그 0번과 1번핀에 연결되어 있기 때문에 아날로그 센서 소켓에 있는 핀을 이용해도 되고 모터 옆에 있는 센서 단자를 이용해도 된다.

아래 스크립트 예제는 장애물을 회피하는 자율주행 예제로서 첫 번째 IR 센서 값을 읽어와서 일정 거리 이하에 장애물이 있으면 로봇을 1초간 후진, 1초간 회전, 그리고 1초간 전진시켜 주는 로직을 구현한 것이다.

5. 화분에 물도 주고 분수도 만들고

SPL-Duino에서는 물공급 펌프와 토양센서를 바로 연결하여 제어할 수 있다. 화분용 물공급 및 분수 키트(디바이스마트를 통해 판매 예정)는 펌프, 토양센서, 분수 키트, 호스 등으로 다음과 같이 구성되어 있다.

펌프는 모터 단자에 연결하고 센서는 아날로그 센서 핀에 연결하면 되며, 간단하게 작동시키는 코드는 다음과 같다.
분수 키트 대신에 호스를 연결할 경우 화분에 물이 직접 전달되도록 구성할 수 있다.

6. 어두워 지면 저절로 켜지는 전등 구현하기

SPL-Duino 보드의 모터 단자에는 로봇용 모터 외에도 펌프, 소형 선풍기, LED 전구 등을 연결할 수 있으며, 다음과 같이 전등을 모터 단자에 연결하여 조도 센서와 연동되는 시나리오를 간단히 구현할 수 있다.

SPL-Duino에는 조도센서가 내장되어 있으며, CDSRead() 명령을 통해 아날로그 형태의 조도값을 읽을 수 있다. 조도가 일정 값 이하이면, 전등의 불을 켜는 시나리오는 다음과 같이 간단히 구현된다. 조도센서 외에도 IR 센서를 이용할 경우, 간단한 동작 감시 시나리오도 쉽게 구현할 수 있다.

7. 디지털 Push 버튼으로 선풍기 제어하기

이번에는 SPL-Duino 보드의 모터 단자에 선풍기를 연결하고, 2번 디지털 포트에 Push 버튼을 연결하여 버튼을 누르고 있는 상태에서만 선풍기가 작동되도록 구현해 보자.

디지털 Push 버튼의 값을 읽으면 0 또는 1 값이 리턴되며 각 상태에 따라서 모터의 작동을 켜겨나 끄는 명령어를 추가해 주면 된다.

8. 서보 모터 제어하기

SPL-Duino에서는 일반적인 3핀 서보 모터 역시 별도의 브레드보드 없이 바로 연결이 가능하다. 서보 모터는 디지털 포트에 연결하여 사용가능하며, SPL에서는 ServoWrite() 라는 명령어를 제공하여 단 한줄로 원하는 각도 제어를 수행할 수 있다.

위의 사례는 아날로그 거리 센서를 연결한 후, 일정 거리값 이하에 장애물이 있으면 차단기가 올라가는 형태를 구현한 것으로서 차단기는 일반 시중에서 쉽게 구할 수 있는 3핀 서보 모터를 이용하였다.
아날로그 거리 센서는 5번 아날로그 핀에 연결하였으며, 서보 모터는 9번 디지털 핀에 연결을 하였고, 거리값에 따라 각각 서보 모터의 각도를 0도와 90도로 제어되도록 하였다.

9. 장난감 개조는 기본

SPL-Duino의 매력은 모든 장난감 완구가 개조 대상으로 될 수 있다는 것이다. 일반적으로 아두이노 매니아들이 많이 시도하는 탱크 완구 연결 뿐만이 아니라 건전지로 작동되는 대부분의 완구는 모두 제어 대상이 될 수 있다.

아래 사례는 비눗방울을 발사하는 완구를 개조하여 SPL-Duino 보드에서 전원을 제어하도록 한 것이다. 전원 제어 외에도 비눗방울 막을 생성하기 위해서는 별도로 서보 보터를 연결해 주어야 하나 아래 그림에서는 간단히 전원을 작동시키는 결과만을 제시하였다.

비눗방울 완구의 전원을 제어하기 위해서는 전원 케이블을 SPL-Duino 보드의 모터 단자에 연결하기만 하면 된다.

10. 스마트폰으로 보드와 통신하기

SPL-Duino에는 블루투스 통신 모듈이 내장되어 있어 별도의 블루투스 쉴드를 구매하지 않아도 바로 스마트폰과 연동이 가능하다.
또한 헬로앱스에서 스마트폰용 앱을 제공해주기 때문에 별도로 앱을 개발할 필요는 없으며, 배포하고 있는 SPL-Duino Lite앱을 이용해서 스마트폰에서 보드와 통신하는 프로그램을 쉽게 개발할 수 있다.

먼저 안드로이드폰용 앱을 다음 경로를 통해서 설치한다.

https://play.google.com/store/apps/details?id=com.helloapps.spl_duino_lite&feature=nav_result

앱을 안드로이드 기반 스마트폰에 설치한 후 실행하고 나면, 아래 그림과 같이 기본 예제 목록이 표시된다.

예제 목록중에서 SPL Example 6을 선택하여, 앱에서 보드의 LED를 제어해 보도록 하자.
6번 예제를 선택하고 나면, 다음과 같이 SPL 스크립트로 구성된 창이 표시되며, 스마트폰에서 SPL 스크립트로 로직이 실행되어 SPL-Duino 보드와 통신을 하는 샘플 로직이 표시된다.

위의 예제는 Button1이 클릭되면 1 값을 전송하고, Button2가 클릭되면 2값이 전송되도록 로직을 구성한 것이다.
이제 SPL-Duino 보드에서 실행되는 스크립트를 작성해 보자. SPL-Duino 편집기에서 다음과 같이 두 번째 스마트폰 연동 예제를 오픈한다.

위의 예제는 시리얼 포트에서 1 바이트 값을 읽은 후, 값이 1이면 13번 LED를 켜고, 값이 2이면 13번 LED를 끄도록 작성된 것이다.

실행 버튼을 클릭하여 스크립트를 보드에 업로드 한 후, 스마트폰 앱에서 Run 버튼을 클릭하여 앱용 스크립트도 실행시킨다. 앱이 실행되고 나면 각각 버튼을 클릭하여, 각 버튼에 따라 13번 LED가 On 또는 Off 되는 것을 확인해 볼 수 있을 것이다.

11. 플래시 파일에서 보드와 통신하기

마지막으로 플래시 파일에서 FSCommand 기능을 이용하여 SPL-Duino 보드와 통신하는 과정에 대해 살펴보자.
플래시에서는 FSCommand를 통해 외부로 값을 보낼 수 있으며, 반대로, SetVariables를 통해 외부로부터 값을 받아서 플래쉬 내부의 변수에 전달할 수 있다.
SPL-Duino 편집기에는 플래시 파일 실행 버튼이 있으며, 사용자가 개발한 플래시를 실행시키고 보드의 값을 플래시 파일로 전달하거나 파일의 값을 보드에 전달해 주는 기능을 수행한다.
FSCommand나 SetVariables는 각각 변수 이름과 값 등 2가지 값을 전달하도록 되어 있으며, SPL-Duino 편집기에서는 내부적으로 “변수=값;” 형태로 값을 하나의 문자열로 구성하여 전달한다. 따라서, SPL-Duino 보드에서 플래시로 값을 전달하려면 위와 같이 변수=값; 형태로 문자열을 전달해 주어야 해당 값이 플래시에 전달된다.

SPL-Duino 편집기에서 위와 같이 3번째 플래시 예제 파일을 오픈한다.

위의 예제는 인터넷에 올려져 있는 플래시 파일을 PC에서 실행시킨 후, Forwards 버튼을 클릭하면 13번 LED를 켜고, Stop 버튼을 클릭하면, 13번 LED가 꺼지도록 작동하는 스크립트를 보여준다.

플래시 파일에서 문자열로 값이 넘어오기 때문에, 시리얼로 문자열을 읽은 후, 필요한 변수를 추출하여 활용하는 것을 볼 수 있을 것이다.

글 |스네일앤 스네이크

※ 상기 내용은 디바이스마트와 스네일앤 스네이크의 협의를
통하여 사용을 득한 내용입니다.

첫번째 회로만들기 / LED,저항

이번 시간에는 준비한 8 가지 기초회로 중의 첫번째로 LED를 켜는 가장 간단한 회로입니다.
회로의 부품으로 LED와 저항이 사용되었으므로 이 부품들도 함께 설명합니다.

(공통부품인 브레드보드와 전원, 부품배치와 회로도 보는 법에 대해서는 앞에서 미리 설명을 드렸습니다)
그림_“회로도 이해하기 (3)”에 회로도, 실체도, 부품리스트, 동작테스트 방법 및 주의사항이 나옵니다. 이 구성은 모든 회로예제에서 마찬가지입니다.
※ 처음 회로를 제작하시는 분은 “실체도”를 똑같이 제작하시기 바랍니다. 다음에 회로동작을 확인한 후 자신의 생각대로 부품배치를 바꿔서 동작시켜 보십시요.

▶ 회로설명
전원의 6V 전압 때문에 R1과 LED를 통해서 전류가 흐릅니다. (약 1mA 정도) 그 결과 LED가 점등합니다. (켜집니다)

▶ 추가실험
LED가 극성이 있다고 하니 리드(lead)를 바꾸어 꼽아봅니다. LED가 켜지지 않는 것을 확인합니다. 저항의 리드(lead)도 바꾸어 보십시요. 그냥 LED 상태에 변화가 없지요? 그것은 저항은 극성이 없기 때문입니다. (아하! 극성이 없다는 말은, 뒤집어 생각하면 부품의 방향, 앞뒤, 전후가 없다는 말이로구나… 느낌이 팍 오지 않나요?)
첫번째 회로는 무척이나 간단해 보입니다. 그렇다면 우리는 무엇 때문에, 지금, 여기서, 이 회로를 바라보고 있을까요? 간단하고 많이 쓰이니까요? 그런점도 있지만 단지 그런 이유만은 아니랍니다. 여기 쯤에서 우리가 전자회로를 공부하는 동기와 비젼 그리고 마음자세에 대해 생각해 봅시다.

대다수의 사람들은 새로운 것을 받아드리고 배우기를 무척이나 꺼립니다. 웬만하면 그전에 알고 있었던 지식을 이용하여 적당히 이해하고 떼우려고 합니다. 오락실이나 컴퓨터의 게임에서도 마찬가지입니다.
가만히 살펴보면 여러가지 게임의 진행방법과 목표가 매우 비슷비슷하여 판에 박은 듯 합니다. 또 기본적인 규칙도 단순하다고 느껴지는 것이 많고, 결코 어렵지는 않습니다.
우리가 새로운 지식을 습득하기 어렵다는 하나의 예로, 미흡하지만 필자가 지식 ⓐ를 받아들이는 과정을 묘사해 보겠습니다.

① 대부분의 경우 어디서 지식 ⓐ가 필요(중요)하다는 소리(정보)를 듣습니다.
② 긴가민가 하면서 미적미적 여기저기 정보의 진위를 알아봅니다. (마음속으로는 사실이 아니기를 기대하면서…)
③ 알고보니 불행히도 지식 ⓐ는 무척이나 중요할 것 같다는 생각이 듭니다. (세상에는 필요한 지식이 많지요)
④ 그래도 올인하기는 커녕, 겨우 책이나 한권 사두고 한숨을 돌립니다.
⑤ 멀찌감치서 이리 재고 저리 재보며 지식 ⓐ의 근처에서 빙빙 돌면서 세월을 보냅니다. (사실은 팍 덤벼들면 한 입 감인 경우도 많은데…)
⑥ 이 핑계 저 핑계를 대면서 슬슬 공부합니다.
⑦ 많은 시간이 흐릅니다.
⑧ 어찌어찌하여 남보다 많이 알게되면 은근히 뻐기고… 난리도 아닙니다.

재미 있으셨나요? 뭐 인간의 본성이 그렇습니다.
너무 자책하지 말기로 하지요… 하지만 필자가 왜 이런 이야기를 하는 것일까요?

그 이유는 원래 새로운 배움이 힘들기는 하지만, 그렇다고 소 닭보듯 경원하거나 한 발만 슬쩍 걸쳐놓고 “뭐 재미있는 것이 없나”하는 태도는 무척이나 위험하다는 말을 하고 싶어서입니다.

전자회로의 공부에 대해 약간 소개를 드리겠습니다.

만일 대학에서 전공이나 그 비슷한 정도로 공부하시고 싶은 분은 전자공학이 기계공학과 더불어 현대 지식공학의 핵을 이루고 있다는 것만으로도 충분한 매력을 느낄 것입니다.(전자회로는 전자공학의 중요한 부분입니다)
일반 아마추어에게는 전자회로 → 마이컴 (회로/프로그램) → 로봇 (마이컴 + 회로 + 통신 + 모터제어 + 기구) 으로 발전해 나간다는 것에 주목할 필요가 있습니다. 이 예를 보면 왜 로봇기술이 매력적인지 알 수 있습니다. (여러 기술이 종합되는 응용분야이기 때문) 전자회로와 마이컴을 알면 전기/전자분야의 기본이 갖추어진 것이므로, 앞으로 노력 여하에 따라 여러가지 응용기술로 뻗어 나아갈 수 있습니다. (로봇도 그 중의 하나입니다) 대학에서도 실무적으로 전자회로와 마이컴까지만 가르치는 것도 이런 이유가 있기 때문입니다.
그렇다면 가장 중요한 질문 하나!

전자회로와 마이컴을 이해하는데 얼마나 시간과 노력을 투자해야 할까요??? → Nobody know right now. (지금으로서는 아무도 모릅니다)

이런… 무슨 말인지 모르겠다구요?
많은 회사에서 프로젝트를 수행할 수 있는 연구원이 모자라서 발을 구르고 있습니다. 심지어는 대학을 졸업해도 능력이 부족해서 회사에서 다시 교육이 필요하다고 야단이지요. 이러한 현상은 우리나라만의 예는 아닐 것입니다. 세계 어디서나 우수한 인력은 모자랍니다. 그렇다면 우수한 능력을 갖고 있다는게 무슨 뜻인가요? 회사에서 우수한 능력은 새로운 제품을 개발해 내는 능력이고, 연구소에서 우수한 인력이란 새로운 연구를 진행하는 방법과 수단을 갖춘 사람을 의미합니다.
결국 한 마디로 요약하면, 우수한 연구자란 탄탄한 기초위에 응용력을 겸비한 성실하고 겸손한 사람입니다. (겸손해야 새로운 지식(기술)에 마음을 열어 받아들일 수 있고, 성실해야 새로운 지식(기술)을 자기것으로 습득할 수 있습니다)

이런 이유로 기업에서는 대학에서 마이크로 로봇 제작경험이나 기업과 공동프로젝트를 수행해 본 경험을 높이 평가해줍니다. 기초와 응용을 어느정도 겸비했다고 보여지니까요. (대학시절에 까다로운 연구 프로젝트를 찾아서 문제해결에 노력하고, 그 연구결과를 정리하여 레포트를 만들어서 연구직 입사원서와 함께 제출하면 면접까지는 문제없습니다. 누구라도 이런 사람을 한 번 만나보고 싶어하지요. 이런사람이 바로 능동적이고 톡톡튀는 인재랍니다)

전자회로와 마이컴은 위에서 설명한 탄탄한 기초에 해당합니다. 그러므로 “얼마나 시간과 노력을 투자해야 할까?” 라는 질문에 한마디로 답하기는 어렵습니다. 사람마다 자질과 지식을 습득하는 방법이 천차만별로 다르기 때문입니다. 사람이 흉중에 포부가 있어야 한다고 말합니다. 또 미래에 대한 비젼이 있어야 한다고도 합니다. 그러나 무엇을, 어떻게, 얼마나 해야할지를 가늠할 수 없다면 현실적인 포부나 비젼이 자리잡기 어렵습니다.
그렇다면 질문 방향을 바꾸어서, 전자회로와 마이컴 이해에 필요한 시간과 노력에 대한 판단은 각자에게 맡기기로 하고, 방법과 습득해야할 지식의 양을 알아보는 것이 현실적이겠습니다.

전자회로의 특별한 점은 몇가지 종류의 부품조합으로 회로가 구성된다는 것입니다. (수동부품 : R, L, C 능동부품 : D, Tr, FET, IC) 여기에 더해서 직류(DC), 교류(AC+pulse), 전압(V), 전류(A)의 개념 정도를 이해할 필요가 있습니다. 물론 전자회로 실험이 반드시 병행되어야 합니다. 마이컴쪽은 마이컴 회로와 인터페이스 회로 그리고 마이컴 프로그램의 이해의 3 가지로 나뉘어집니다. 그러나 이미 전자회로를 습득해 두었으므로 마이컴 회로, 인터페이스 회로의 이해와 실험은 간단합니다. (이런 이유때문에 우리가 지금, 여기서 고생하는 거지요 )

하나남은 상대는 “마이컴 프로그램” 이지만, 일단 마이컴 회로가 동작하면 작성한 프로그램을 한단계 한단계 동작을 확인할 수 있으므로 쉽고 재미있고 빠르게 실력이 붙습니다. (대개 30-50가지의 작은 프로그램을 작성해서 시험해보면 혼자서 응용가능한 수준이 됩니다. 프로그램 작성은 의외로 재미있어서 시간가는 줄 모릅니다) 마이컴은 책만 붙들고 백날 공부해 봐도 거의 진전이 없습니다. 반드시 실험이 따라주어야 합니다. (마이컴은 IC이기 때문에 마이컴 실험은 전자회로 제작의 경험이 필요합니다)

▶ 부품설명 : LED (Light Emitting Diode)
LED는 일종의 다이오드입니다. 빛을 내는 다이오드죠… 그래서 “발광 다이오드” 라고 부릅니다. 다이오드이므로 +, _극이 정해져 있습니다. (다리가 긴 쪽이 Anode로 +극입니다) LED는 반도체로 전류를 빛으로 전환하는 효율이 높아 적은 전류를 소비하며 수명도 깁니다.

적색, 녹색, 노란색의 빛을 내는 3가지 종류의 제품이 판매됩니다. 일반적으로 디지탈 회로에서 회로상태를 모니터하기 위해 많이 사용됩니다.

▶ 부품설명 : 저항 ( Registor, 정격 단위는 오옴 [Ω로 표기] )

저항은 그림_“부품 이해하기 (저항)-1”에서 처럼 여러가지 종류가 있으며 사용용도가 조금씩 다릅니다. 일반적으로 널리 사용되는 종류는 1/4W, 5% 오차의 저항입니다. 지금 단계에서 우리에게 필요한 것은 색깔띠로 표기된 저항값의 크기를 읽는 방법을 습득하는 것입니다.
색띠의 갯수는 보통 4 개이며 맨 마지막의 색은 대부분 금색으로 5%의 오차를 나타냅니다. 앞에서 3개의 띠로 저항값을 나타내며, 그림에서 보면 갈색(1), 검정색(0), 노란색(10㏀:10000Ω) 입니다. 첫번째, 두번째의 숫자를 순서대로 늘어놓고, 세번째의 숫자를 곱합니다. 즉 1 0×10000Ω = 100000Ω (= 100㏀) 이 됩니다. 몇 번 연습하면 어렵지 않습니다. (디지탈 테스터의 저항측정 모드를 사용하면 쉽게 측정할 수 있습니다. )
저항은 전류를 제한하는 역활을 하며, 그 결과 전압을 낮추는 효과를 가져옵니다. 저항과 전압과 전류의 관계는 오옴의 법칙 I=V/R 으로 표현됩니다. (우리 강의에서는 설명하지 않습니다) 저항은 자신을 통해 흐르는 전류의 제곱에 비례하는 열을 발생시킵니다.
그러므로 전류를 많이 흘리는 회로에서는 열을 발산하기 위해 저항의 표면적을 키우므로 덩치가 커집니다. (1/4W는 0.25W 까지 열을 발생해도 좋다는 뜻입니다. 대부분의 회로에서는 이 정격으로 O.K) 저항이 파손되는 경우는 과도한 열이 발생하여 타버리는 것으로, 연기가 솔솔 발생하며 타는 냄새가 나는 경우가 대부분입니다.

다음편에서 계속 됩니다. 

글 |스네일앤 스네이크

※ 상기 내용은 디바이스마트와 스네일앤 스네이크의 협의를
통하여 사용을 득한 내용입니다.

브레드보드 이해하기 / 브레드보드

이제 입문을 하였으니까, 본격적으로 회로의 마법세계로 들어가 봅시다.

농부가 씨를 뿌리고 태양이 빛과 열을 주어서 곡식이 자랍니다.
그러나 다시 생각해 보면 대지와 대기의 이산화탄소(CO2)라는 자원이 없으면 이루어질 수 없는 일입니다. 이처럼 우리는 당연히 제공되는 것의 필요성을 잊고있는 경우가 왕왕 있습니다. 그러나 만일, 당신이 신(God)이고 처음으로 하나의 세상을 창조하려고 생각한다면…
그렇습니다. 하나부터 열까지 몽창 고민해 보아야만 합니다.
지금 우리의 손에는 아무 것도 없습니다. (또는 없다고 생각합니다)
그러므로 이제부터 창조의 작업이 필요하군요.
그렇다면 당신이 지금 당신만의 회로세계를 구축하는 신(God)의 입장이라면 당신은 무엇을 먼저 준비해야 하겠습니까?
→ 당연히 어떤 회로제작에도 필요한 근본적인 무엇이 필요하겠지요…
그것은 두가지 입니다. 하나는 실제부품이 조립되는 판(board)이고, 또 하나는 회로운전에 필요한 에너지원입니다. 그런 이유로 이번 (첫번째) 시간의 강의주제는 판(board), 즉 브레드보드(bread board)가 되겠습니다.
(다음시간에 회로의 에너지원인 전지에 대해 설명합니다)
먼저 아래 그림과 사진으로 브레드보드(빵판)을 구경해 봅시다.
전자회로 강의를 좀더 알기쉽게 전달하기 위해서, 제작하는 모든 회로의 실체도를 보여드릴 겁니다.
실체도는 그림 “브레드보드 이해하기 (1)”의 좌측에 보인 2 차원(평면) 브레드보드 그림 위에 부품을 배치한 형태로 나타낼 예정입니다.

▶ ①은 시판되는 브레드보드 모듈입니다.
▶ ②의 영문을 번역해 보겠습니다. – 프로트 형태의 보드(판)은 부품의 리드(lead)를 판의 구멍에 밀어 넣어서(끼워서) 연결할 수 있으므로 납땜이 필요없는 임시회로를 제작하는데 사용된다.

어떻습니까? 단순하면서도 명쾌한 설명이죠.
브레드보드는 회로실험에 그만이랍니다.
다음 차례는 브레드보드에 숨어있는 (겉으로 드러나지 않는) 내부연결을 알아봅시다. 오른쪽의 그림-”브레드보드 이해하기2″을 찬찬히 살펴봅시다.
선(점선)으로 표시된 구멍들은 내부에서 서로 연결되어 있습니다. ① 번은 실물사진이고 ② 번은 숨겨진 내부연결을 나타냅니다.
네모난 작은 구멍 밑에는 ③ 번의 그림과 같은 핀 구조의 금속판(코넥터)이 배치되어 있어 부품의 리드(lead)가 끼워지는 구조로 되어 있습니다.
브레드보드의 블록은 내부연결로 볼 때 두가지 종류가 있습니다.
하나는 세로로 길게 연결되어 있는 블록이고 또 하나는 가로로 (구멍 5 개씩) 짧게 연결된 블록이 마주보고 배치된 형태입니다.
세로의 긴 블록에는 전원의 +, _를 연결합니다. ( +는 적색선 쪽을 사용, -는 청색선 쪽을 사용) 가로로 연결된 블록 사이의 공간이 IC와 같은 중요부품을 배치하는 장소입니다.

▶ 브레드보드는 일명 빵판이라고도 부릅니다.- bread가 빵이라서 그런가??? 이유는 잘 모릅니다.
▶ 브레드보드는 쉽게 구입할 수 있는 부품입니다.
▶ 브레드보드의 구멍사이를 연결하는 선은, 부품의 리드(lead)와 같은 단선을 사용하여야 합니다. -(연선은 가는 선이 여럿 합쳐있는 구조로 구부러져 끼워지지 않습니다) 이 목적으로는 전화선이 값싸고 구하기도 쉽습니다.
▶ 전화선을 자르고 양 끝단의 피복을 벗기려면 니퍼, 롱노우즈, 스트리퍼등의 공구가 필요합니다.

브레드보드 사용해보기 / 전지

이번 시간에는 이전에 소개한 브레드보드를 사용하여 가장
단순한 회로를 만들어 보겠습니다. 

사용한 회로도는 제작 예정인 8가지 중의 첫번째입니다.
여기서는 회로의 동작보다는 회로도를 읽고 제작하는 방법 위주로 설명합니다. 우선 아래 그림_“회로도 이해하기 (1)” 그림을 살펴보십시요.
우선 회로도를 뜯어보도록 하겠습니다.

회로도는 ② 번이지만, 우선 ① 번 그림을 먼저 살펴봅니다.
가만히 보니 4개의 부분으로 이루어져 있군요. 이 중에 가운데 있는 저항과 LED는 부품입니다. 그렇다면 맨 위의 자루달린 삼각형과 아래의 물 그림자에 비친 뒤집어진 꼬깔 모양은 무엇일까요? ② 번 그림에 설명되어 있습니다. 위의 심볼은 전원의 +에 연결하라는 뜻이고, 아래 심볼은 땅(ground, GND)의 의미로 전원의 _에 연결하라는 뜻입니다.

▶ 우리 회로강의에서 전원은 모두 6V를 사용합니다.(건전지를 4개 직렬연결, 1.5V x 4 = 6V)

② 번 그림에서 보면 각 부품의 리드(lead)는, 다른 부품의 리드(lead)나 전원의 +, _에 연결됨으로써 전체적인 회로가 이루어진다는 것을 알 수 있습니다.
③ 번 그림을 보면 필요한 부품의 리드(lead) 끼리 연결만 된다면, 이어지는 선의 색깔이나 길이는 중요하지 않다는 것을 보여주고 있습니다. (이런 이유로 동일한 회로도로부터 제작된 작품도 모양과 크기가 서로 다릅니다. 제작자마다 기호가 다르기 때문이지요.)
④ 번 그림을 보면 하나의 극성있는 부품(LED)의 방향이 잘못되어 있습니다. 부주의로 ④ 번의 잘못된 회로도 처럼 제작한 경우에는 원하는 동작이 나오지 않습니다. (다행히도 부품이 파손되지는 않습니다. 방향을 바로잡아 주면 즉시 동작합니다. )
아래의 그림_“회로도 이해하기(2)”으로 이어집니다.

① 번 그림은 1.5V AA사이즈 전지 4개를 수납하는 전지홀더를 사용하여 6V를 만든 것을 보여줍니다. 회로도에 보면 전지심볼 4 개가 직렬로 연결되어 있는 것을 볼 수 있습니다. 전지홀더에서는 +,_두 개의 리드(lead)가 나와 있는데, + 리드를 브레드보드 우측 세로모듈의 적색선 옆 구멍에 꼽고, _리드를 좌측 세로모듈 청색선 옆의 구멍에 꼽습니다.
이렇게 배선한 후 ⑥ 번 그림과 같이 전압계로 전원선 전압을 확인해 보면 약 6V가 나옵니다.
② 번 그림은 위에서 설명드린 회로도입니다.
③, ④, ⑤ 번 그림은 모두 ② 번 회로도로 제작한 실체도 입니다. (적, 흑, 청색은 전선) 부품의 배치가 조금씩 틀리지요? 그래도 ② 번 회로도를 충실히 재현하고 있습니다. (제작 취향이나 주변 부품의 배치에 따라 원하는 배치를 하나 사용하면 됩니다. 여기서는 회로도의 이해를 돕기 위해 3 가지 예를 제시하였습니다.)

▶ 실체도에서 부품에 표시된 검은 점이, 실제 회로에서 부품의 리드(lead)에 해당합니다.
▶ 실체도에서 부품모양이 생소하지요? 네모난 것이 저항이고 동그란 것이 LED입니다. 자세히 보면 LED의 리드(lead)에 극성표시가 있습니다. (보다 상세한 설명은 각각의 부품란을 참조)
▶ 브레드보드 안에 숨겨진 내부연결과 배치된 부품 연결을 같이 이어보고, 회로도와 같은지 확인해야 합니다.

전원이 연결되어 있으므로, 회로가 완성되는 순간 LED가 켜지는 것을 확인할 수 있습니다.

▶실제 회로제작에서는 전원을 마지막에 연결합니다. (마지막 순간에 전원의 +단자를 연결합니다. -단자는 연결해 둡니다) 원칙적으로는 전원이 들어가 있는 상태에서 부품을 연결하면 안됩니다. 회로가 완전하게 만들어지지 않은 상태에서 전원이 들어가면 예키지 않은 결과가 나올 수 있습니다. 최악의 경우는 부품이 파손되기도 합니다. 그런 이유로 회로에 전원용 스위치를 부착하는 경우도 있습니다. 우리 실험에서는 회로제작의 마지막에 전원의 +선을 연결하는(브레드보드에 끼우는)것으로 대신합시다.

이번 강의에 사용한 부품으로, 회로의 에너지원인 전지의 종류에 대해 설명합니다. 전지의 크기(사이즈)는 전압과 무관하며, 방출할 수 있는 전류의 크기와 관계가 있습니다. 전지의 크기(사이즈)는 AA, AAA, CM등의 명칭으로 구분합니다.

▶ 부품설명 : 전지

아래 그림에 일반적으로 사용되는 전지의 종류를 정리하였습니다. (휴대폰에 사용되는 리튬(Li) 전지는 제외)

① 번과 ② 번 그림은 우리가 일반적으로 많이 사용하는 건전지입니다.
1.5V / Cell (전지 1개)
③ 번 그림은 충전용으로 가장많이 사용되는 니켈카드늄 전지입니다.
값이 싸고 충전기도 전파사나 대형 마트등에서 쉽게 구할 수 있습니다. 1.2V / Cell (전지 1개)
④ 번 그림은 자동차용으로 널리 사용되는 납축전지입니다. 충전가능하며, 여러가지 전압/용량별로 규격화된 제품이 나와 있습니다. 2V / Cell (전지 1개) ⑤ 번 그림은 최근에야 널리 사용되기 시작한 고체수소전지입니다. 성능은 니켈카드늄 전지의 2배지만, 가격이 고가이며 전용 충전기를 사용해야 합니다. 디카에 많이 사용됩니다. 1.2V / Cell (전지 1개)
⑥ 번 그림은 전지를 직렬로 연결하여 여러가지 전압을 만들 수 있는 (전지)홀더입니다. 3V, 4.5V, 6V, 12V의 규격이 있습니다. (사이즈도 전지별로 여러가지가 준비되어 있습니다)
그림의 우측에 전지의 심볼이 나타나 있습니다. (친숙한 심볼이라고 생각되는군요. )

위에서 설명했듯이, 우리의 강의에서는 6V 전지를 필요로 합니다.
보신 바와 같이 사용되는 전지의 종류는 많지만, 사용목적은 오직 한가지 입니다. 회로에 필요한 전압과 전류를 공급하는 에너지원이 전지사용의 목적입니다. 우리 실험에 사용되는 회로는 전류를 많이 필요로 하지 않습니다. (최고 수십mA 정도) 그러므로 6V 전압만 되면 어떤 종류의 전지를 사용해도 O.K. 입니다. 랜턴용으로 시판되는 6V 전지도 좋습니다.
(단 +, _전선을 납땜하거나 악어클립을 사용하여 전지 밖으로 뽑아내야 하는 번거로움이 있습니다. 선을 대충 감아서 사용하는 것은 통전에 좋지 않습니다.
차라리 전선을 전지단자에 테이프로 꽉 붙여 버리십시요.

다음편에서 계속 됩니다.