직접 만든 A4 크기 7세그먼트 디스플레이로 아두이노 빙고 머신 만들기

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프로젝트 소개

ACTION 매장에서 저렴한 디지털 LED 스트립(12V 어댑터 및 IR 리모컨 컨트롤러 포함)을 발견하고 아두이노 우노로 제어해보기로 했습니다. 이 스트립은 3개 5050 LED와 WS2811 드라이버 1개로 구성된 세그먼트 타입이었습니다.

이를 이용해 A4 크기의 7세그먼트 디스플레이를 만들기로 했습니다. 7개 세그먼트 + 소수점(DP) = 8개 세그먼트가 필요하며, 아두이노 출력 핀 1개와 12V 어댑터로 제어 가능합니다.

단일 7세그먼트 디스플레이로는 뭘 할 수 있을까 고민하다, 2개를 만들어 빙고 머신을 만들기로 했습니다. 버튼을 누르면 1~75 사이의 랜덤 숫자가 두 디스플레이에 표시됩니다.

1단계: 7세그먼트 디스플레이 제작

레이저 커터나 3D 프린터를 쓰면 더 간단하지만, 직접 만드는 재미로 기존 재료로 제작했습니다. 액션 매장의 펙 보드를 하우징으로 사용하고, 이케아의 투명 도마로 전면 패널을 만들었습니다. 템플릿으로 검은 프라이머 층을 잘라 세그먼트 모양을 냈습니다.

LED 스트립 16개 세그먼트(각 3 LED)를 납땜으로 연결(+12V, GND, DO, DI)하고, 저렴한 오디오 케이블(3선: 12V, GND, Data in)로 아두이노와 연결(220옴 저항 경유)했습니다.

2단계: 스코어보드 제작

생성된 랜덤 숫자를 기록하고, 새 숫자 생성을 위한 버튼, 빙고 완료를 위한 '빙고 버튼'을 갖춘 스코어보드를 만들었습니다. 같은 펙 보드 하우징에 회색 도마로 커버를 만들고, 내부에는 WS2812B LED 스트립(75개 숫자 표시용 5개 섹션 + 'BINGO' 백라이트용 3x8 섹션)을 배치했습니다.

3단계: 소프트웨어 제작

초기 실험은 브레드보드에서 진행했습니다. 큰 모멘터리 푸시버튼을 GND와 디지털 핀 2에 연결해 새 숫자 생성을 트리거합니다. 짧은 '라이트 쇼 1' 후 두 7세그먼트 디스플레이에 숫자가 나타납니다.

7세그먼트 숫자 매핑 테이블과 플로우차트(ClickCharts 사용)로 코드 구조를 잡았습니다. 생성된 숫자는 SCORE[76] 배열(0 또는 1)에 저장되며, 중복 시 자동으로 다시 생성합니다. 스코어보드에는 생성된 숫자가 점등되고, 7세그먼트에도 동시 표시됩니다.

'빙고 버튼'을 누르면 '빙고 라이트 쇼' 후 라운드 종료, SCORE 배열 초기화 후 새 라운드 시작. 전원 토글로도 리셋 가능.

4단계: 전자 회로

12V 2A 충전기로 전체 전원 공급. 아두이노 전원 잭을 수정해 파워 스위치 추가. 7805 레귤레이터로 5V 생성해 스코어보드용 99개 LED(WS2812B) 구동(히트싱크 권장). 프리칭 다이어그램 참조.

두 7세그먼트 디스플레이(12V 구동)와 스코어보드 LED(5V 구동) 모두 아두이노 핀 6 하나로 제어됩니다.

코드

/* Bingo Machine with Arduino Uno and 2 A4 sized 7-Segment Displays
   Developed by Pierre Pennings (November 2018) - GPL3+ license */
#include <Adafruit_NeoPixel.h>

const int NewnumberButton = 2;
const int BingoButton = 4;
const int LedPin = 6;

int Newnumber = 1, Bingo = 1;
int SCORE[76];
int count = 0;
long randNumber;
int NUMBER = 0, NW_NUMBER = 0, TENSNUMBER = 0, UNITNUMBER = 0;

#define NUM_LEDS 99
// 0-15: 두 7세그먼트 디스플레이 (각 8세그먼트, 7과 15는 DP)
// 16-99: 스코어보드 (24개 BINGO 백라이트 + 75개 숫자)
#define BRIGHTNESS 250

Adafruit_NeoPixel strip = Adafruit_NeoPixel(NUM_LEDS, LedPin, NEO_GRB + NEO_KHZ800);

// 숫자-세그먼트 매핑 배열 [세그먼트][숫자]
byte SEGMENTarray[8][10] = {
  {1,0,1,1,0,1,1,1,1,1}, // 세그먼트 0/8
  {1,1,1,1,1,0,0,1,1,1}, // 세그먼트 1/9
  {1,1,0,1,1,1,1,1,1,1}, // 세그먼트 2/10
  {1,0,1,1,0,1,1,0,1,1}, // 세그먼트 3/11
  {1,0,1,0,0,0,1,0,1,0}, // 세그먼트 4/12
  {1,0,0,0,1,1,1,0,1,1}, // 세그먼트 5/13
  {0,0,1,1,1,1,1,0,1,1}, // 세그먼트 6/14
  {0,0,0,0,0,0,0,0,0,0}  // 세그먼트 7/15 (DP)
};

byte color_scheme[] = { 50,100,200,100,150,250,150,200,50,200,250,100,250,50,150,0,100,200,50,150,250,100,200,0,150,250,50,200,0,100,250,50,200,0,100,250,50,150,0,250,0,0 };

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(LedPin, OUTPUT);
  pinMode(NewnumberButton, INPUT_PULLUP);
  pinMode(BingoButton, INPUT_PULLUP);
  strip.setBrightness(BRIGHTNESS);
  strip.begin();
  strip.show(); // 모두 끄기
  
  // 시작 시 스코어보드에 파란색 'BINGO' 표시
  for (int t = 16; t < 24; t++) {
    strip.setPixelColor(t, 0, 0, 250);
    strip.show();
  }
  
  for (count = 0; count < 76; count++) SCORE[count] = 0;
}

void loop() {
  Newnumber = digitalRead(NewnumberButton);
  if (Newnumber == LOW) {
    randomSeed(millis());
    do {
      GENERATENEWNUMBER(75);
    } while (NW_NUMBER == SCORE[NW_NUMBER] * NW_NUMBER);
    
    SCORE[NW_NUMBER] = 1;
    NUMBER = NW_NUMBER;
    TENSNUMBER = NUMBER / 10;
    UNITNUMBER = NW_NUMBER - (10 * TENSNUMBER);
    
    CLEARDISPLAY();
    LIGHTSHOW1(4, 100);
    CLEARDISPLAY();
    DISPLAYNUMBER(TENSNUMBER, UNITNUMBER);
    DISPLAYSCORE();
  } else {
    Bingo = digitalRead(BingoButton);
    if (Bingo == LOW) delay(3000); // 디바운스
    if (Bingo == LOW) {
      BINGOLIGHTSHOW();
      for (count = 0; count < 76; count++) SCORE[count] = 0;
    }
  }
}

// 라이트 쇼 1: DP 깜빡임 + 레인보우 색상
void LIGHTSHOW1(int duration, uint8_t wait) {
  for (int t = 16; t < 24; t++) { strip.setPixelColor(t, 0, 0, 0); strip.show(); }
  for (int k = 0; k < duration; k++) {
    strip.setPixelColor(7, 200, 200, 200); strip.show(); delay(wait);
    strip.setPixelColor(7, 0, 0, 0);
    strip.setPixelColor(15, 200, 200, 200); strip.show(); delay(wait);
    strip.setPixelColor(15, 0, 0, 0);
  }
  int redVal, blueVal, greenVal;
  for (int k = 1; k < 45; k += 3) {
    redVal = color_scheme[k];
    blueVal = color_scheme[k+1];
    greenVal = color_scheme[k+2];
    for (int p = 0; p < 7; p++) {
      int i = p; int j = 8 + p;
      strip.setPixelColor(i, strip.Color(redVal, blueVal, greenVal));
      strip.setPixelColor(j, strip.Color(greenVal, redVal, blueVal));
      strip.show(); delay(30);
    }
  }
  for (int q = 0; q < 7; q++) {
    strip.setPixelColor(q, 0, 0, 0);
    strip.setPixelColor(8+q, 0, 0, 0);
    strip.show();
  }
}

// 빙고 라이트 쇼
void BINGOLIGHTSHOW() {
  for (int l = 0; l < 10; l++) {
    for (int k = 24; k < 39; k++) {
      strip.setPixelColor(k, 200,200,200);
      strip.setPixelColor(k+15, 200,200,200);
      strip.setPixelColor(k+30, 200,200,200);
      strip.setPixelColor(k+45, 200,200,200);
      strip.setPixelColor(k+60, 200,200,200);
      strip.show(); delay(5);
      strip.setPixelColor(k, 0,0,0);
      strip.setPixelColor(k+15, 0,0,0);
      strip.setPixelColor(k+30, 0,0,0);
      strip.setPixelColor(k+45, 0,0,0);
      strip.setPixelColor(k+60, 0,0,0);
      strip.show();
    }
    for (int t = 0; t < 24; t++) { strip.setPixelColor(t, 0,250,250); strip.show(); }
    delay(50);
    for (int t = 0; t < 24; t++) { strip.setPixelColor(t, 0,0,0); strip.show(); }
  }
}

// 새 숫자 생성
void GENERATENEWNUMBER(int range) {
  randNumber = random(1, range + 1);
  NW_NUMBER = int(randNumber);
}

// 7세그먼트 디스플레이에 숫자 표시 (빨간색)
void DISPLAYNUMBER(int TENS, int UNIT) {
  for (int t = 16; t < 24; t++) { strip.setPixelColor(t, 200, 0, 0); strip.show(); }
  for (int s = 0; s < 8; s++) {
    int t = SEGMENTarray[s][TENS];
    int u = SEGMENTarray[s][UNIT];
    int i = s; int j = 8 + s;
    strip.setPixelColor(i, u*250, 0, 0);
    if (TENS != 0) strip.setPixelColor(j, t*250, 0, 0);
    else strip.setPixelColor(j, 0, 0, 0);
    strip.show();
  }
}

// 스코어보드에 숫자 표시 (기존: 녹색, 새 숫자: 빨간색)
void DISPLAYSCORE() {
  for (int t = 16; t < 24; t++) { strip.setPixelColor(t, 200, 0, 0); strip.show(); }
  for (int s = 24; s < 100; s++) {
    int u = SCORE[s-23];
    strip.setPixelColor(s, 0, u*200, 0);
    strip.show();
  }
  strip.setPixelColor(23+NUMBER, 200, 0, 0); // 새 숫자 빨간색
  strip.show();
}

// 7세그먼트 디스플레이 지우기
void CLEARDISPLAY() {
  for (int q = 0; q < 7; q++) {
    strip.setPixelColor(q, 0, 0, 0);
    strip.setPixelColor(8+q, 0, 0, 0);
    strip.show();
  }
  for (int t = 16; t < 24; t++) { strip.setPixelColor(t, 0, 0, 0); strip.show(); }
}

커스텀 파트 및 인클로저

• 디스플레이 전면 패널용 템플릿 SVG 파일

회로도

• Fritzing 파일: bingo_sketch_66WRdQITE2.fzz