스마트 3D 센서: 아마존 에코 음성 제어 램프 – Walabot & LattePanda

부품 및 소모품

부품	수량
아마존 에코 (Amazon Echo / Alexa)	1
Walabot Creator (3D 이미징 센서)	1
아두이노 레오나르도 (Arduino Leonardo)	1
릴레이 모듈 (제네릭)	2
LattePanda 2G/32GB (윈도우 10 탑재)	1
LattePanda 7인치 1024×600 IPS 디스플레이	1
스탠드 램프	2

프로젝트 개요

문제 정의

스마트 홈 기기 이름이 많아지면 "알렉사, 거실 조명 켜줘" 같은 명령어를 기억하기 어렵고, 잘못된 기기가 켜지거나 알렉사가 못 알아듣는 경우가 빈번합니다. "알렉사, 이 조명 켜줘"라고 말하고, 알렉사가 사용자 위치를 파악해 의도한 조명을 제어하면 훨씬 직관적일 것입니다.

해결책: Walabot 3D 센서

Walabot은 프로그래머블 3D 이미징 센서로, 무선 주파수(RF)를 사용해 주변 물체와 움직임을 감지합니다. 카메라와 달리 사생활 침해 없이 위치 추적이 가능합니다.

LattePanda: 윈도우 10 탑재 x86 SBC

인텔 아톰 x8300 쿼드코어, 2/4GB RAM, 윈도우 10 구동. 내장 ATmega32u4(아두이노 레오나르도 호환) 코프로세서로 GPIO 제어 가능. Walabot(USB)과 아두이노(내장)를 한 보드에서 연결해 에지 컴퓨팅에 최적화.

Node-RED: 비주얼 IoT 로직 빌더

브라우저 기반 플로우 에디터로 알렉사 명령 수신, Walabot 데이터 처리, 아두이노 GPIO 제어를 노드 연결로 구현. 주요 노드:

• node-red-contrib-alexa-local: 알렉사 로컬 스마트 홈 에뮬레이션 (필립스 휴 브리지 스푸핑)
• node-red-node-arduino: 펌라타(Firmata) 프로토콜로 아두이노 통신

시스템 동작 흐름

3단계 파이프라인:

1. Walabot 서비스 처리: 파이썬 스크립트가 Walabot에서 객체 위치(x,y,z) 읽어 TCP 포트 1890으로 JSON 스트리밍
2. 위치 데이터 저장: Node-RED가 포트 1890 수신 → JSON 파싱 → 전역 변수(X, Y, Z)에 최신 위치 저장
3. 알렉사 명령 처리: 알렉사 명령 수신 → 저장된 위치 기반으로 어느 램프 제어할지 결정 → 아두이노 릴레이 핀 제어

하드웨어 구성

• LattePanda + 7인치 디스플레이
• USB 무선 키보드/마우스
• Walabot Creator (USB 연결)
• USB 전원 허브 (전력 공급 안정화)
• 릴레이 모듈 2개 (램프 제어용)
• 스탠드 램프 2개

설치 가이드

1단계: Walabot SDK 설치

Walabot SDK 다운로드 및 설치

2단계: LattePanda 아두이노 설정

1. 윈도우 설정 → 업데이트 및 보안 → 개발자 모드 활성화
2. 아두이노 IDE에서 파일 > 예제 > Firmata > StandardFirmata 열기
3. 보드: "Arduino Leonardo" 선택
4. 포트: LattePanda 내장 아두이노 COM 포트 선택
5. 업로드 완료

3단계: 릴레이 연결

릴레이를 LattePanda 아두이노 GPIO 핀에 연결 (예: D2, D3)

4단계: Node.js & Node-RED 설치

• Node.js 설치
• npm install -g node-red 후 node-red 실행
• 브라우저에서 https://localhost:1880 접속

5단계: Python 3 설치

Python 3 설치

6단계: 프로젝트 코드 다운로드 및 실행

git clone https://github.com/rondagdag/smart3DSensorForAlexa
cd smart3DSensorForAlexa
npm install
npm start

7단계: 알렉사 연동

1. 동일 와이파이 네트워크 확인
2. 알렉사 앱에서 "스마트 홈 스킬" 활성화
3. "알렉사, 기기 찾아줘" → "Lamp" 발견
4. Node-RED 플로우 수정: https://localhost:1880/red/

Node-RED 플로우 상세

1. Walabot 서비스 (파이썬)

from __future__ import print_function
from sys import platform
from os import system
from imp import load_source
import socket, sys

WalabotAPI = load_source('WalabotAPI', 'C:\\Program Files\\Walabot\\WalabotSDK\\python\\WalabotAPI.py')

if __name__ == '__main__':
    WalabotAPI.Init()
    WalabotAPI.SetSettingsFolder()
    WalabotAPI.ConnectAny()
    WalabotAPI.SetProfile(WalabotAPI.PROF_SENSOR)
    WalabotAPI.SetThreshold(35)
    WalabotAPI.SetArenaR(50, 400, 4)
    WalabotAPI.SetArenaPhi(-45, 45, 2)
    WalabotAPI.SetArenaTheta(-20, 20, 10)
    WalabotAPI.SetDynamicImageFilter(WalabotAPI.FILTER_TYPE_MTI)
    WalabotAPI.Start()
    
    system('cls' if platform == 'win32' else 'clear')
    numOfTargetsToDisplay = 1
    
    if len(sys.argv) == 2:
        TCP_IP = '127.0.0.1'
        TCP_PORT = int(sys.argv[1])
        s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
        s.bind((TCP_IP, TCP_PORT))
        s.listen(1)
        conn, addr = s.accept()
        
        while True:
            WalabotAPI.Trigger()
            targets = WalabotAPI.GetSensorTargets()
            finds = '{"targets": ['
            index = 0
            for i, t in enumerate(targets):
                if i < numOfTargetsToDisplay:
                    index += 1
                    print('Target {}\nx = {}\ny = {}\nz = {}'.format(i+1, t.xPosCm, t.yPosCm, t.zPosCm))
                    finds += '{"x": "%s", "y": "%s", "z": "%s"}' % (t.xPosCm, t.yPosCm, t.zPosCm)
            finds += ']}'
            conn.sendall(str.encode(finds))
            conn.close()
            
            WalabotAPI.Stop()
            WalabotAPI.Disconnect()

2. 위치 데이터 파싱 및 저장 (Node-RED 함수 노드)

raw = msg.payload.toString('UTF-8');
j = JSON.parse(raw);
var msg1 = { payload: raw };
var msg2 = { payload: j };

if (raw.length > 20) {
    X = msg2.payload.targets[0].x;
    Y = msg2.payload.targets[0].y;
    Z = msg2.payload.targets[0].z;
    global.set("X", X);
    global.set("Y", Y);
    global.set("Z", Z);
    var msg3 = { payload: X };
    var msg4 = { payload: Y };
    var msg5 = { payload: Z };
}
return [msg1, msg2, msg3, msg4, msg5];

3. 알렉사 명령 처리 (Node-RED)

node-red-contrib-alexa-local 노드로 알렉사 명령 수신 → 전역 변수(X,Y,Z) 기반으로 위치 판단 → 해당 릴레이 핀 제어 명령 아두이노로 전송

참고 사항

• 커스텀 알렉사 스킬 없이 필립스 휴 에뮬레이션으로 기본 스마트 홈 기능 활용
• 아두이노 핀 할당은 Node-RED에서 자유롭게 변경 가능
• MQTT 등 다른 Node-RED 모듈과 연동 확장 가능

코드 저장소

https://github.com/rondagdag/smart3DSensorForAlexa