블루투스 제어 아두이노 스파이봇(Spybot) 만들기

부품 및 소모품

부품	수량	비고
아두이노 우노 (Arduino UNO)	1
HC-06 블루투스 모듈	1
아두이노 프로토 실드 (Arduino Proto Shield)	1	핀 헤더가 있는 납땜 가능한 브레드보드면 어떤 것이든 사용 가능
Adafruit 모터/스테퍼/서보 실드 V2	1
SM-S4306R 연속 회전 서보	1
DC 모터 (범용)	4
모터 타이어	4
점퍼 와이어 (범용)	8	모터 연결용
4xAA 배터리 홀더	2
AA 배터리	8
휴대폰	1	프로젝트에는 Nokia Lumia 520 사용
휴대폰 홀더	1
커스텀 섀시	1	단순 나무 판자 사용

앱 및 온라인 서비스

Johnny-Five

아두이노 자바스크립트 제어 API용

프로젝트 소개

간단한 소개

블루투스 연결로 제어할 수 있는 간단한 4륜 자동차입니다. 이 자동차는 IP 카메라로 사용할 수 있는 모든 휴대폰을 탑재할 수 있습니다. 노드 웹 서버에서 자바스크립트를 사용하여 로봇이 어디로 가는지 모니터링할 수 있도록 만들었습니다.

주요 부품의 회로는 그림 1에서 확인할 수 있습니다.

서버 실행 후 그림 2와 같이 제어 방법 소개와 카메라 뷰 창이 있는 화면이 나타납니다.

이 레이아웃은 반응형입니다.

섀시

이 버전에서는 섀시를 직접 만들기로 했습니다. 드릴링 머신이 없거나 더 쉬운 해결책을 원한다면 다양한 플라스틱 차체를 구매할 수 있습니다.

직접 섀시를 만들기로 했는데, 보이는 것만큼 쉽지는 않았습니다. 가장 중요한 규칙은 차동 조향(differential steering)을 사용하여 제자리 회전을 원한다면 타이어를 가능한 한 서로 가깝게 배치해야 한다는 것입니다. 주요 실수와 기본 물리 법칙은 다음 링크에서 확인할 수 있습니다:

https://www.rakeshmondal.info/4-Wheel-Drive-Robot-Design

또 다른 과제는 DC 모터를 섀시에 어떻게 고정할 것인가였습니다. 제 경우 전용 부품이 없어 케이블 타이(150/3.5)를 사용했습니다. 타이어를 제대로 고정하려면 구멍을 최대한 정밀하게 뚫고 모터 하나당 케이블 타이 2개를 사용해야 했습니다. 안타깝게도 모터가 충분히 직각으로 고정되지 않을 수 있어 전진/후진 제어 시 자동차가 약간 좌우로 치우쳐 움직일 수 있습니다.

배터리

보드와 모터 구동용으로 단일 DC 전원 공급을 사용하기로 했습니다. 섀시에 8xAA 배터리 홀더를 놓을 공간이 없어 두 개의 4xAA 홀더를 나사 2개로 서로 고정하여 맞춤 제작했습니다. 이를 위해 플라스틱에도 구멍을 뚫어야 했습니다.

전원 공급

제 경우 8개의 AA 충전식 배터리로 아두이노 우노 보드에 전원을 공급했습니다. 이는 모터 실드에도 충분한 전력입니다. 이 실드에는 분리 가능한 점퍼가 있어 아두이노에서 모터 실드로 전원이 공급되지 않게 할 수 있습니다. 이 경우 실드의 전원 핀을 사용하여 별도로 전원을 공급할 수 있습니다. 다양한 전원 공급 옵션은 다음 링크에서 확인하세요:

https://learn.adafruit.com/adafruit-motor-shield-v2-for-arduino/powering-motors

무선 연결

자동차와 컴퓨터 간 연결을 위해 HC-06 블루투스 모듈을 사용했습니다. 케이블을 최소화하고 싶어서 빈 프로토타입 실드에 블루투스 모듈을 장착하고 실드 아래에서 배선하고 핀 헤더를 납땜하여 올바른 장착 메커니즘을 만들었습니다. 그림 3과 4에서 결과를 확인할 수 있습니다.

좋은 점은 블루투스 모듈이 보드에 납땜되지 않아 언제든 실드에서 분리할 수 있다는 것입니다.

블루투스 모듈 설정은 다음 사이트 지침을 따르세요:

https://github.com/rwaldron/johnny-five/wiki/Getting-Started-with-Johnny-Five-and-JY-MCU-Bluetooth-Serial-Port-Module

이동

로봇은 차동 조향을 사용하여 전진, 후진, 회전이 가능합니다. 카메라 홀더는 연속 회전 서보에 부착되어 있어 자동차 자체를 움직이지 않고도 휴대폰으로 주변을 둘러볼 수 있습니다. 짧은 시연은 다음 비디오에서 확인할 수 있습니다.

휴대폰

프로젝트에 Nokia Lumia 520을 사용했으며, 스토어에서 'Win IP Camera' 애플리케이션을 사용했습니다:

https://www.microsoft.com/en-us/store/p/win-ip-camera/9nblgggz4xb1

코드에 대하여

자바스크립트 개발자로서 제어 페이지용 노드 웹 서버를 만들고, 멋진 라이브러리를 사용하여 외관과 코드 구문을 향상시켰습니다. 전체 목록은 제 깃허브 페이지와 다음 섹션에서 확인할 수 있습니다.

프론트엔드와 백엔드 모두 모듈화를 선택했습니다. 애플리케이션의 진입점은 다음과 같습니다:

var boardModule = require('./src/boardModule'), 
    servoModule = require('./src/servoModule'), 
    motorModule = require('./src/motorModule'); 
boardModule.initBoard().then(function() { 
  motorModule.initMotors(); 
  servoModule.initServo(); 
}); 

프론트엔드에서도 각 모듈별로 분리했습니다:

import {moveWheels, stopWheels} from './wheelsControl'; 
import {moveServo, stopServo} from './servoControl'; 
document.onkeydown = checkKeyDown; 
document.onkeyup = checkKeyUp; 
function checkKeyDown(e) { 
  moveWheels(e.keyCode); 
  moveServo(e.keyCode); 
} 
function checkKeyUp(e) { 
  stopWheels(e.keyCode); 
  stopServo(e.keyCode); 
} 

전체 코드베이스는 위의 깃허브 저장소에서 확인하세요.

소프트웨어 라이브러리

• express.js - Node.js 애플리케이션 향상
• johnny-five - 아두이노 자바스크립트 제어 API용
• socket.io - 백엔드와 프론트엔드 간 통신용 웹소켓
• susy - 레이아웃 및 반응형 디자인 생성
• 구글 머티리얼 디자인 - 머티리얼 요소 사용
• gulpJS - 작업 자동화
• BabelJS - ECMAScript 6 트랜스파일링
• Browserify - 모듈 지원

마무리하며

저는 이 IoT 세계의 초보자이며 이것이 첫 프로젝트입니다. 최적의 솔루션을 사용했다고 말하지는 않겠지만, 이 가이드에서 유용한 정보를 찾으실 수 있기를 바랍니다.

코드

GitHub

https://github.com/dominikfilkus/arduino-spybot-V2

회로도

Fritzing 파일: arduino-spybot.fzz