스마트 자동 손소독기 – 아두이노로 만드는 비접촉 위생 시스템

필요한 부품 및 소모품

부품	수량
아두이노 나노 R3	1
DRV8825 스테퍼 모터 드라이버	1
점퍼 와이어	1세트
브레드보드 (미니 2개 권장)	1
9V 배터리	1
9V 배터리 커넥터	1
저항 1kΩ	1
전해 커패시터 100µF	1
28BYJ-48 4상 스테퍼 모터 (5V)	1
M3 나사 (8~20mm)	19개
적외선 장애물 감지 센서 모듈	1
리미트 스위치 KW12-3 (마이크로 롤러 레버)	1
알루미늄 리지드 커플링 5mm-8mm	1
트라페조이드 리드 스크루 T8-300mm (황동 너트 포함, 피치 2mm)	1
온오프 스위치	1
손소독제 (기존 디스펜서)	1
688zz 볼 베어링 8x16x5mm	1
LM8UU 8x15x24mm 리니어 베어링	1
벨크로 타이	1세트

필요한 도구

3D 프린터 (Creality Ender 3 V2 등)
납땜 인두 (선택 사항)
금속톱 (스크루 절단용)

앱 및 온라인 서비스

아두이노 IDE
3D 설계 프로그램 (Onshape 등, 선택 사항)
울티메이커 큐라 (Ultimaker Cura, 슬라이서)

프로젝트 소개

코로나19 팬데믹으로 전 세계가 혼란에 빠졌습니다. WHO가 권장하는 가장 중요한 예방 수칙은 비누나 손소독제로 손을 자주 씻는 것입니다. 하지만 디스펜서를 손으로 눌러야 한다면 본말이 전도되고 감염 위험만 커집니다. 14세 소년인 저는 이 문제를 해결하고자 아두이노 나노 기반의 장치를 만들었습니다. 저렴하면서도 대부분의 손소독제/비누 디스펜서에 쉽고 빠르게 부착해 완전 비접촉·자동화할 수 있는 액세서리입니다.

작동 원리 이해하기

스테퍼 모터가 커플러를 통해 나사(리드 스크루)와 연결됩니다. 3D 프린팅한 프레서(누름판)는 너트로 나사와 결합되고, 반대편은 3D 프린팅한 로드로 지지됩니다. 이 로드는 나사의 회전력을 막아 프레서가 회전하지 않고 직선 운동하게 합니다. 이렇게 스테퍼를 정/역회전시키며 원하는 속도와 거리만큼 제어할 수 있습니다.

장치 동작 방식

3D 프린팅한 IR 홀더에 부착된 적외선 장애물 센서가 손(장애물)을 감지하면(수 cm 거리), 프레서가 설정된 거리만큼 내려가 디스펜서를 누르고, 2초 대기 후 리미트 스위치가 작동할 때까지 올라가 초기 위치로 복귀합니다. 전원 투입 시에도 프레서가 올라가 리미트 스위치가 눌릴 때까지 이동한 뒤 정지하는데, 이는 일종의 자가 캘리브레이션으로 프레서를 사용 준비 상태로 만듭니다.

벨크로 타이를 이용해 원하는 손소독제 병을 단단히 고정하면 자동 손소독기 완성입니다.

3D 프린팅 부품 설계

모든 부품은 Onshape로 직접 설계했습니다. STL 파일은 'Attachments' 섹션에 제공되니 직접 설계할 필요 없습니다.

Creality Ender 3 V2로 그레이/화이트 PLA, 0.2mm 레이어 높이, 20% 인필로 출력했습니다. 3D 프린터가 없다면 골판지나 나무로 대체 가능합니다.

스테퍼 모터 개조 (토크 2.5배 향상)

28BYJ-48은 저렴한 유니폴라 스테퍼로 토크가 약 300g·cm입니다. 이를 바이폴라로 개조하면 800g·cm 이상으로 향상됩니다. 바이폴라 모터는 코일이 더 커서 토크가 훨씬 큽니다.

드라이버로 파란 커버를 분리합니다.
빨간 선까지 이어지는 중앙 트레이스를 칼로 완전히 절단합니다.
빨간 선을 양쪽에서 잘라냅니다.
커버를 다시 씌웁니다(지지대 2개는 잘라내야 할 수 있음).
이제 바이폴라 28BYJ-48이 되었습니다. DRV8825 같은 바이폴라 드라이버가 필요합니다. 모터 정격은 5V지만 드라이버 최소 전압 8.4V도 바이폴라 버전은 문제없이 견딥니다.

DIY 벨크로 타이 (2개)

벨크로 케이블 타이가 있으면 그걸 써도 됩니다. 없다면 벨크로 원단을 30~40cm, 4~7cm 두 조각으로 자른 뒤, 같은 면(까끌한 면끼리 또는 부드러운 면끼리)이 마주보게 스테이플러로 찍어 만듭니다. 2개 필요합니다.

회로 구성

9V 배터리 GND → 100µF 전해 커패시터(흰 줄 쪽이 음극) → 아두이노 GND
9V 배터리 + → 온오프 스위치 → 커패시터 양극(아두이노 Vin)
IR 센서: VCC→5V, GND→GND, OUT→디지털 핀 9
리미트 스위치: 공통단자→5V, 상시개방(NO)→디지털 핀 8 + 1kΩ 저항으로 GND 풀다운
DRV8825: Vmot→아두이노 Vin, GND→GND, Dir→핀 2, Step→핀 3, Enable→핀 4, Reset-Sleep 서로 연결
28BYJ-48(바이폴라 개조 후): 청색→A2, 황색→A1, 주황→B1, 분홍→B2

미니 브레드보드 2개를 사용해 케이스 내부에 깔끔하게 배치했습니다.

프로그래밍

const int dirPin = 2;
const int stepPin = 3;
const int enablePin = 4;
const int stepsPerRevolution = 6000; // 360° = 2048 스텝
int endStop = 8;
int irSensor = 9;

void setup() {
    pinMode(endStop, INPUT);
    pinMode(irSensor, INPUT);
    pinMode(stepPin, OUTPUT);
    pinMode(dirPin, OUTPUT);
    pinMode(enablePin, OUTPUT);
    digitalWrite(enablePin, LOW); // 드라이버 활성화

    // 초기 캘리브레이션: 리미트 스위치 눌릴 때까지 반시계방향 회전
    while (digitalRead(endStop) == LOW) {
        digitalWrite(dirPin, HIGH);
        for (int x = 0; x < 1; x++) {
            digitalWrite(stepPin, HIGH);
            delayMicroseconds(2000);
            digitalWrite(stepPin, LOW);
            delayMicroseconds(2000);
        }
    }
    digitalWrite(enablePin, HIGH); // 드라이버 비활성화(대기 전류 절약)
}

void loop() {
    if (digitalRead(irSensor) == 0) { // 손 감지
        digitalWrite(enablePin, LOW);
        digitalWrite(dirPin, LOW); // 시계방향(아래로)
        for (int x = 0; x < stepsPerRevolution; x++) {
            digitalWrite(stepPin, HIGH);
            delayMicroseconds(2000);
            digitalWrite(stepPin, LOW);
            delayMicroseconds(2000);
        }
        delay(2000); // 2초 대기
        while (digitalRead(endStop) == LOW) { // 리미트 스위치까지 복귀
            digitalWrite(dirPin, HIGH); // 반시계방향(위로)
            for (int x = 0; x < 1; x++) {
                digitalWrite(stepPin, HIGH);
                delayMicroseconds(2000);
                digitalWrite(stepPin, LOW);
                delayMicroseconds(2000);
            }
        }
        digitalWrite(enablePin, HIGH);
    }
}