레이저 트리거 슬롯카 랩 타이머: GLCD 디스플레이로 정밀 랩타임 측정

부품 및 소모품

소프트웨어

• 아두이노 IDE
• openGLCD 라이브러리: bitbucket.org/bperrybap/openglcd
• 핀아웃 참조: Arduino Playground

프로젝트 개요

슬롯카(전동 미니카) 트랙에 레이저 게이트를 설치해 랩타임을 초/밀리초 단위로 측정하는 타이머입니다. 레이저 빔이 차단되면(차량 통과) 랩 완료로 인식해 현재 랩타임, 이전 랩타임, 베스트 랩타임, 총 랩 수를 GLCD에 실시간 표시합니다. 디바운스 로직으로 노이즈 방지, 전원 투자입 후 50ms 대기해 오작동 방지.

하드웨어 연결

KY-008 레이저 모듈 (3핀: -, +, S)

• - → GND, + → 5V
• S 핀을 5V에 직결하면 레이저 상시 켬. 원하면 아두이노 디지털 핀 연결해 제어 가능

레이저 수신 센서 (3핀: GND, VCC, SIGNAL)

• GND → GND, VCC → 5V
• SIGNAL → 아두이노 디지털 핀 2 (인터럽트 핀 권장, 폴링 방식 사용)

GLCD (KS0108, 20핀)

데이터 라인 8비트(D0~D7) + 제어선(RS, RW, EN, CS1, CS2, RST, VEE 대비조절, 백라이트) 필요. 아두이노 메가의 다수 GPIO 활용 권장. 커넥터 제작해 탈착식으로 만들면 편리.

가장 어려운 부분: 레이저와 센서를 트랙 양쪽에 정확히 정렬해 빔이 차체 하부를 통과하도록 맞추는 것. 높이가 안 맞으면 감지 실패.

전체 펌웨어 코드 (주석 보강)

/* 
 * 슬롯카 랩 타이머 - 레이저 게이트 방식
 * 작성자: Tal Ofer
 */

#include <openGLCD.h>

// 랩 타임 변수들
unsigned long currentRunStartMillis = 0;  // 현재 랩 시작 시각
unsigned long lastRunInMillis = 0;        // 이전 랩 타임
unsigned long bestRunInMillis = 0;        // 베스트 랩 타임
int currentLap = 0;                       // 현재 랩 번호
unsigned long savedMillis = 0;            // 연산용 임시 저장

// GLCD 텍스트 영역 정의
gText t1;  // 랩 수 + 현재 랩타임 (큰 폰트)
gText t2;  // 이전 랩타임 (작은 폰트)
gText t3;  // 베스트 랩타임 (작은 폰트, 흰색)

// 디스플레이용 분리 변수
int sec_val, milli_val;

// 레이저 게이트 센서
const int gateSensorPin = 2;
int gateSensorState = HIGH;
int lastGateSensorState = HIGH;
unsigned long lastDebounceTime = 0;
const int debounceDelay = 50;  // ms

void setup() {
    pinMode(gateSensorPin, INPUT);
    delay(50);  // 센서/레이저 안정화 대기
    
    // GLCD 초기화
    GLCD.Init(NON_INVERTED);
    
    // 텍스트 영역 정의
    t1.DefineArea(textAreaTOP, lcdnums14x24);  // 상단 큰 숫자 폰트
    t2.DefineArea(0, GLCD.CenterY, 8, 2, fixednums7x15);  // 하단 좌
    t3.DefineArea(GLCD.CenterX, GLCD.CenterY, 8, 2, fixednums7x15); // 하단 우
    t3.SetFontColor(WHITE);
    t3.ClearArea();
    
    // 고정 라벨 출력
    GLCD.SelectFont(System5x7);
    GLCD.CursorTo(1, 4); GLCD.print("LAST");
    GLCD.CursorTo(11, 4); GLCD.print("BEST");
    
    // 변수 초기화
    currentRunStartMillis = lastRunInMillis = bestRunInMillis = 0;
    currentLap = 0;
}

void loop() {
    int reading = digitalRead(gateSensorPin);
    
    // 디바운스: 상태 변화 시 타이머 리셋
    if (reading != lastGateSensorState) {
        lastDebounceTime = millis();
    }
    
    // 디바운스 지연 후 상태 확정
    if ((millis() - lastDebounceTime) > debounceDelay) {
        if (reading != gateSensorState) {
            gateSensorState = reading;
            
            // 빔 차단됨 (LOW) = 차량 통과
            if (gateSensorState == LOW) {
                savedMillis = millis();  // 같은 시각 기준 연산
                
                if (currentLap > 0) {  // 첫 랩이 아니면
                    lastRunInMillis = savedMillis - currentRunStartMillis;
                    // 베스트 갱신
                    if (lastRunInMillis < bestRunInMillis || bestRunInMillis == 0) {
                        bestRunInMillis = lastRunInMillis;
                    }
                }
                
                // 새 랩 시작
                currentRunStartMillis = savedMillis;
                currentLap++;
            }
        }
    }
    lastGateSensorState = reading;
    
    // --- 디스플레이 업데이트 ---
    
    // 랩 카운트 (큰 폰트 영역)
    t1.CursorTo(0, 0);
    t1.Printf(F("%02d"), currentLap);
    
    // 현재 랩 진행 시간
    savedMillis = millis();
    if (currentLap > 0) {
        calcResultFromMillis(savedMillis - currentRunStartMillis, &sec_val, &milli_val);
    } else {
        calcResultFromMillis(0, &sec_val, &milli_val);
    }
    
    // 현재 랩타임 (큰 폰트, 초.밀리초)
    t1.CursorTo(3, 0);
    t1.Printf(F("%02d.%03d"), sec_val, milli_val);
    
    // 이전 랩타임 (작은 폰트, 좌측)
    calcResultFromMillis(lastRunInMillis, &sec_val, &milli_val);
    t2.CursorTo(1, 1);
    t2.Printf(F("%02d.%03d"), sec_val, milli_val);
    
    // 베스트 랩타임 (작은 폰트, 우측, 흰색)
    calcResultFromMillis(bestRunInMillis, &sec_val, &milli_val);
    t3.CursorTo(1, 1);
    t3.Printf(F("%02d.%03d"), sec_val, milli_val);
}

// 밀리초 → 초, 밀리초 분리
void calcResultFromMillis(unsigned long value, int *sec_val, int *milli_val) {
    *sec_val = int(value / 1000);
    *milli_val = value - *sec_val * 1000;
}

코드 핵심 포인트

• openGLCD 라이브러리로 KS0108 GLCD 완전 제어. 폰트 크기별 영역 분할 표시
• 디바운스 로직: 기계적/광학적 노이즈로 인한 다중 카운트 방지 (50ms)
• 밀리초 정밀도: millis() 기반, calcResultFromMillis()로 초/밀리초 분리 표시
• 베스트 랩 자동 갱신: 첫 랩 이후 매 랩마다 비교
• 초기 50ms 대기: 전원 투입 시 센서/레이저 안정화 전 오작동 방지

확장 아이디어

• SD 카드 로깅으로 전체 주행 데이터 저장
• 무선 모듈로 다중 레인 동시 측정 및 중앙 모니터링
• 속도 계산(트랙 길이 알면 평균 속도 산출 가능)
• 스타트 라이트(신호등) 연동으로 레이스 스타트 시스템 구축
• 배터리 구동 휴대용 버전으로 아두이노 나노/프로 미니 이식