| 아두이노 나노 R3 | 1개 |
| SG90 마이크로 서보 모터 | 1개 |
| TTP223 터치 센서 | 1개 |
| 1mm 황동 와이어 | 1개 |
| 2mm 황동 튜브 (내경 1.2mm) | 1개 |
| 0.3mm 절연 동선 | 1개 |
| WS2812 5050 네오픽셀 LED | 7개 |
| 화이트 SMD 1206 LED | 30개 |
영원한 사랑을 위한 영원한 꽃. 발렌타인 데이를 넘어 언제든 사랑하는 이에게 선물하기 완벽한 기계 튤립입니다. 손의 가벼운 터치만으로 여섯 꽃잎이 천천히 열리며 빛납니다. 꽃잎이 닫혀 있을 때는 잎맥 패턴으로 아름다운 앰비언트 라이트를 연출합니다.
제작 방법에 앞서 작동 원리를 간단히 설명하겠습니다. 튤립은 6개의 꽃잎으로 구성되며, 각 꽃잎에는 5개의 SMD 화이트 LED가 장착됩니다. 각 꽃잎은 아두이노 출력 핀 하나와 연결됩니다. 꽃봉오리 안쪽에는 7개의 네오픽셀 RGB LED가 숨어 있습니다. 전기적으로는 꽃 전체가 그라운드이고, 꽃잎의 잎맥이 양극 전압 역할을 합니다.
꽃잎은 줄기 끝까지 관통하는 푸시로드(pushrod)로 열립니다. 푸시로드는 작은 하비 서보 모터로 제어됩니다. 줄기 옆의 작은 잎은 베이스 내부의 TTP223 터치 센서와 연결되어 정전식 터치패드 역할을 합니다. 나무 베이스에는 서보 모터, 터치 IC, 아두이노 나노가 들어갑니다. 이제 직접 만들어봅시다!
시작 전 알아두면 좋은 것들
부품의 정확한 치수와 꽃봉오리 형태는 제시하지 않습니다. 모든 꽃은 고유해야 한다고 생각하기 때문입니다.
가장 즐거운 부분부터 시작합니다. 꽃봉오리 틀을 만드세요. 저는 석고를 튜브 몰드에 부어 굳힌 후 튤립 꽃봉오리 모양으로 깎았습니다. 3D 프린터가 있다면 출력해도 좋지만, 석고는 가공이 쉽고 연필로 그리기 좋아 추천합니다. 단일 꽃잎은 틀 표면의 1/4을 차지하며, 6개가 모이면 자연스럽게 겹쳐 튤립 형태가 됩니다.
꽃잎은 1mm 황동 봉을 모양에 따라 구부려 외곽선을 만듭니다. 안쪽에는 5개의 SMD 1206 화이트 LED와 같은 와이어로 '잎맥' 구조를 만듭니다. 먼저 외곽 와이어를 만들고, 하단 평평한 부분에 짧은 튜브 조각을 끼워 힌지 역할을 하게 합니다. 양 끝을 납땜하되 튜브 안쪽에 납이 들어가지 않게 주의하세요. 자유롭게 움직여야 합니다. 이후 LED와 잎맥 구조를 납땜해 완성합니다.
모든 꽃잎은 완전히 동일해야 합니다. 그렇지 않으면 닫혔을 때 균일한 튤립 형태가 나오지 않거나 서로 걸릴 수 있습니다.
6개 꽃잎을 육각형 베이스에 납땜합니다. 육각형은 약간 불규칙한데, 정육각형으로는 꽃잎이 제대로 겹치지 않기 때문입니다. 3개는 안쪽(내측 꽃잎), 3개는 약간 바깥쪽(외측 꽃잎)에 위치시킵니다. 템플릿을 종이에 출력해 힌지(튜브)를 육각형에 납땜하고, 중심에서 뻗은 광선을 따라 꽃잎 중심이 오도록 위치를 잡습니다. 완성되면 꽃잎을 닫아 최종 튤립 형태를 확인하세요.
저는 꽃봉오리 메커니즘을 먼저 만들고 나중에 줄기를 추가했는데, 이로 인해 많은 어려움을 겪었습니다. 여러분은 줄기부터 시작하세요.
꽃잎 움직임은 황동 튜브 안에서 자유롭게 움직이는 1mm 황동 푸시로드로 구현됩니다. 꽃잎은 아주 작은 육각형(푸시로드 헤드)의 2mm 힌지를 통해 푸시로드와 연결됩니다. 이 육각형은 중심에 작은 막대가 관통해 푸시로드에 수직으로 고정됩니다. 정밀 작업이 필요합니다.
두 번째 템플릿으로 푸시로드 헤드를 만듭니다. 와이어를 구부려 작은 육각형을 만들고, 2mm 튜브 조각을 끼운 뒤 납땜합니다(튜브에 납이 안 들어가게 주의). 중심에 와이어를 납땜하고, 푸시로드 헤드 중심에 수직으로 1mm 와이어를 납땜해 로드를 완성합니다.
줄기를 만듭니다. 황동 튜브를 원하는 길이로 자릅니다. 여기서 두 번째로 중요한 부분: 줄기는 꽃봉오리 육각형 베이스와 완벽하게 수직이어야 하며, 정확한 중심에 위치해야 하고, 푸시로드 헤드가 내려가 꽃잎을 닫을 수 있는 충분한 공간이 있어야 합니다. 줄기 한쪽 끝에 V자형으로 두 가닥 와이어를 납땜해 육각형 두 대각선 꼭짓점에 연결합니다. 뒤집어 놓고 납땜하며, 막대를 줄기에 넣었을 때 꽃봉오리 중심에서 나오는지 확인하세요. 이 단계에서 완벽을 기하세요. 나머지 4개 꼭짓점도 줄기 상단과 연결합니다. 튜브 안쪽 구멍에 납이 들어가지 않게 주의하세요.
이 단계에서 포기하고 싶어질 수 있습니다. 저도 거의 버릴 뻔했습니다. 증기 기관의 로드, 피스톤, 플라이휠에서 영감을 얻었습니다.
테스트 스탠드를 만들어 꽃을 위로 고정합니다. 푸시로드를 줄기에 통과시키고 헤드를 위로 향하게 합니다. 푸시로드 하단에 짧은 튜브를 수직으로 납땜하고, 1mm 황동 와이어로 서보와 연결할 작은 커넥팅 로드를 만듭니다. 서보로 푸시로드를 위아래로 움직일 수 있어야 합니다. 아두이노를 연결해 테스트하세요.
꽃잎과 푸시로드 헤드 사이 연결 로드를 납땜하기 전, 서보 움직임을 아두이노 코드로 튜닝해야 합니다. 푸시로드 헤드 끝이 꽃봉오리 육각형 베이스와 수평이 되는 최상위 위치, 꽃봉오리 V자 베이스 바닥에 닿는 최하위 위치로 움직이도록 코드를 작성하세요.
푸시로드가 올라가면 커넥팅 로드를 밀어 꽃잎이 아래로 열리고, 내려가면 꽃잎이 닫힙니다.
꽃잎에는 아직 중요한 부품이 빠졌습니다. 꽃잎 핀(petal pin)입니다. 이 힌지는 꽃잎 밑면에 평행하게 납땜된 막대 위에 위치합니다. 핀이 꽃잎 표면 위에 있어야 완전히 열립니다(애니메이션 참조). 막대와 힌지를 만들어 첫 꽃잎에 납땜합니다. 막대 크기와 꽃잎 베이스와의 거리를 시험하며 푸시로드가 꽃잎을 완전히 열고 닫을 수 있게 조정하세요. 시행착오가 필요합니다. 적절한 위치에 막대를 납땜하고 푸시로드 핀과 꽃잎 핀 사이 연결 로드를 추가합니다. 푸시로드가 최상위, 꽃잎이 완전히 열린 상태에서 두 핀 사이 거리가 연결 로드 길이입니다.
푸시로드를 위아래로 움직여 테스트하세요. 마찰 없이 부드럽게 열리고 닫히면 첫 꽃잎 완성입니다! 안 되면 연결 로드 길이나 막대 위치를 조정하세요. 나머지 5개 꽃잎도 동일하게 작업합니다. 외측 3개 꽃잎은 열렸을 때 내측 꽃잎보다 약간 낮게 위치해 닫힐 때 자연스럽게 겹치도록 합니다. 결국 꽃봉오리가 완벽하게 열리고 닫히게 됩니다. 처음부터 완벽하지 않아도 당황하지 마세요. 꽃잎이 완벽히 동일하지 않기 때문입니다. 연결 로드 길이와 막대 위치를 미세 조정하며 완벽한 형태를 만드세요. 시간은 걸리지만 보람이 있습니다.
여기까지 오셨다면 가장 어려운 고비는 넘겼습니다. 꽃봉오리 안에 7개 네오픽셀 LED를 넣어 내부에서 빛나게 합니다. 네오픽셀은 DATA 선 하나로 제어되며 데이지 체인 연결이 가능합니다. 두 개의 작은 육각형 고리 사이에 6개를 납땜합니다. 아래 고리는 그라운드, 위 고리는 VCC입니다. 네오픽셀의 해당 리드를 각 고리에 납땜하세요. 45도 각도로 배치해 옆으로 빛이 퍼지게 합니다. 일곱 번째 LED는 위쪽 육각형 중심에 배치합니다. DATA IN/OUT을 연결해 데이지 체인을 완성하세요.
이 구조에는 베이스까지 내려갈 VCC와 DATA 두 선이 필요합니다. 그라운드는 꽃 프레임에서 가져옵니다. 위쪽 고리에 얇은 0.3mm 절연 동선(VCC), 데이지 체인 첫 번째 LED에 DATA 선을 납땜합니다. 선 길이는 줄기 길이의 3배 이상으로 넉넉히 만드세요. 끝단만 칼로 절연 피복을 벗겨 납땜하세요(열로 벗기면 안 됨). 중간에 피복이 벗겨지면 쇼트 발생 위험이 있습니다. 이제 LED 테스트를 해보세요.
마지막 황동 납땜 작업입니다! 꽃술 구조를 꽃봉오리 중심에 배치합니다. 꽃봉오리 육각형 베이스에서 약간 위로(약 1cm) 띄워 꽃잎 연결 로드와 간섭되지 않게 합니다. 모든 꼭짓점을 황동 봉으로 연결해 견고한 구조를 만듭니다. 꽃봉오리 완성! 꽃잎이 여전히 자유롭게 움직이는지 테스트하세요.
꽃잎 LED(6개)와 네오픽셀(2선)에 전원선이 필요합니다. 꽃 조각 전체가 그라운드 역할을 하므로, 각 꽃잎의 느슨한 잎맥 와이어 근처에 0.3mm 절연 동선을 납땜해 꽃봉오리 구조를 따라 줄기 아래로 내립니다. 네오픽셀용 2선은 이미 작업했습니다. 선이 날카로운 각도로 구부러지지 않게 주의하세요(단선 위험).
줄기 상단 근처에서 모든 선을 모아 스트래핑 테이프로 고정합니다. 너무 조이지 말고 선이 당겨질 수 있게 여유를 두세요. 꽃봉오리 내부 선들을 정리해 꽃잎 움직임과 푸시로드에 간섭되지 않게 합니다. 완료되면 테이프를 조입니다.
이제 선들을 줄기를 따라 촘촘하고 균일하게 감습니다. 최소 1시간 이상 걸리는 인내심 필요한 작업입니다. 줄기 끝에 도달하면 다시 테이프로 고정하고 투명 순간접착제로 마감합니다. 푸시로드가 들어가는 튜브 구멍은 막히지 않게 주의하세요.
그라운드 선 하나 더: 줄기 하단에 동선을 납땜합니다. 총 9개 선(꽃잎 6, 네오픽셀 2, 그라운드 1)이 나옵니다. 지금 아두이노에 모두 연결해 쇼트 여부와 LED 점등을 테스트하세요.
전자 부품을 숨기고 꽃이 자라나는 듯한 연출을 위해 인공 화분 형태의 나무 받침대를 만듭니다. 높이 4cm, 지름 9cm 원통형으로 가공했습니다. 선반이 없어 원형톱으로 대략 자르고 프레스 드릴로 선반처럼 돌려 깎았습니다. 안쪽에 깊이 2.5cm, 지름 7cm 구멍을 핸드 밀링 커터로 파서 서보, 아두이노 나노, 터치 센서 IC를 넣을 공간을 만듭니다. 바닥에는 아두이노 USB 포트가 옆에서 꽂히도록 작은 구멍을 냈습니다.
화분 중앙에 줄기 굵기(와이어 포함) 구멍을 뚫고 꽃을 끼워봅니다. 와이어가 날카롭게 꺾이지 않게 주의하세요. 서보 암과 연결 로드 공간 확보를 위해 화분 안쪽에 큰 구멍을 추가로 뚫었습니다.
상호작용을 위해 TTP223 터치 센서 IC를 사용했습니다. 줄기 옆에 작은 잎을 달아 자연스럽게 보이게 하면서 정전식 터치패드 역할을 하게 했습니다. 터치 시 TTP223이 감지해 아두이노에 신호를 보내 꽃봉오리를 열게 합니다. 꽃잎 제작 방식과 동일하게 LED만 빼고 만드세요. 저도 템플릿을 만들었습니다. 화분 옆에 작은 구멍을 뚫어 잎을 고정합니다.
정전식 터치 센서를 원치 않거나 구하기 어렵다면 화분에 일반 푸시 버튼을 달아도 같은 역할을 합니다.
최종 조립 단계입니다! 긴장되시나요? 꽃 줄기를 화분 구멍에 다시 끼웁니다. 두 번 재고 한 번 자르세요! 꽃봉오리를 완전히 연 상태에서 줄기 밖으로 나온 푸시로드 끝을 줄기와 평행하게 자릅니다. 꽃봉오리를 다시 닫으면 푸시로드가 줄기 안으로 들어갑니다. 푸시로드 끝에 짧은 튜브를 수직으로 납땜해 서보 암과 연결할 힌지를 만듭니다. 꽃봉오리를 놓아도 튜브가 걸림쇠 역할을 해 완전히 열린 상태에서 멈춥니다.
줄기를 화분에 접착합니다. 줄기 튜브 끝이 화분 안쪽 면과 평행하게 하여 서보 암 공간을 최대한 확보하세요. 순간접착제 사용. 푸시로드가 줄기 튜브에 붙지 않게 하세요! 망칩니다!
터치 잎 패드도 접착합니다. 잎 패드에 동선을 납땜해 TTP223 터치 센서와 연결할 수 있게 하세요.
꽃을 뒤집어 놓습니다. 조각을 망가뜨리지 않게 조심하세요! 지금 깨지면 너무 아깝습니다! 먼저 서보를 최종 위치에 고정합니다. 테스트 스탠드에서 준비한 서보 암이 화분 내부에서 자유롭게 움직일 수 있는 위치를 찾아 연결 로드를 푸시로드에 연결합니다. 서보 고정에는 철판 조각과 나사 2개를 사용했습니다(서보 고장이나 위치 오류 대비). 확신이 있다면 접착해도 됩니다.
TTP223 모듈이 있다면 잎 패드 선을 모듈 터치패드 반대쪽(부품 없는 면)의 구리 패턴에 납땜합니다. 보호 실크 마스크를 긁어 구리층을 드러내야 합니다. 터치 모듈을 접착하세요.
꽃잎 6개 선은 전류 제한 저항을 통해 아두이노에 연결합니다. 200옴 저항 6개를 작은 퍼프보드에 납땜해 사용했습니다. 접착 고정.
마지막으로 아두이노 나노를 화분 개구부에 배치하고 모든 부품을 배선합니다:
프로그래밍은 가장 쉬운 부분입니다. 서보 코드는 이미 있습니다. 네오픽셀, 꽃잎 LED, 터치 센서 제어만 추가하면 됩니다. 첨부된 코드를 참고하세요. 제 배선대로 했다면 그대로 사용 가능하지만, 서보 OPEN/CLOSED 값은 반드시 본인 환경에 맞게 수정하세요.
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#include
#include
#include "SoftPWM.h"
#define NEOPIXEL_PIN A0
#define TOUCH_SENSOR_PIN 2
#define SERVO_PIN 9
//#define SERVO_OPEN 1750
#define SERVO_OPEN 1650
#define SERVO_SAFE_MIDDLE 1000
#define SERVO_CLOSED 775
#define RED 0
#define GREEN 1
#define BLUE 2
float currentRGB[] = {0, 0, 0};
float changeRGB[] = {0, 0, 0};
byte newRGB[] = {0, 0, 0};
#define MODE_SLEEPING 0
#define MODE_BLOOM 3
#define MODE_BLOOMING 4
#define MODE_BLOOMED 5
#define MODE_FADE 6
#define MODE_FADING 7
#define MODE_FADED 8
#define MODE_FALLINGASLEEP 9
#define MODE_RAINBOW 90
byte mode = MODE_FADED;
byte petalPins[] = {3, 4, 5, 6, 10, 11};
Adafruit_NeoPixel pixels = Adafruit_NeoPixel(7, NEOPIXEL_PIN, NEO_GRB + NEO_KHZ400);
Adafruit_TiCoServo servo;
int servoChange = 1; // open
int servoPosition = SERVO_SAFE_MIDDLE;
void setup() {
Serial.begin(115200);
pixels.begin();
servo.attach(SERVO_PIN, SERVO_CLOSED, SERVO_OPEN);
pinMode(TOUCH_SENSOR_PIN, INPUT);
attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(TOUCH_SENSOR_PIN), _touchISR, RISING);
randomSeed(analogRead(A7));
SoftPWMBegin();
pixelsUnifiedColor(pixels.Color(0, 0, 0));
prepareCrossFade(140, 70, 0, 140);
servo.write(servoPosition);
}
int counter = 0;
byte speed = 15;
void loop() {
boolean done = true;
switch (mode) {
case MODE_BLOOM:
prepareCrossFadeBloom(500);
changeMode(MODE_BLOOMING);
break;
case MODE_BLOOMING:
done = crossFade() && done;
done = openPetals() && done;
done = petalsBloom(counter) && done;
if (done) { changeMode(MODE_BLOOMED); }
break;
case MODE_FADE:
changeMode(MODE_FADING);
break;
case MODE_FADING:
done = crossFade() && done;
done = closePetals() && done;
done = petalsFade(counter) && done;
if (done) { changeMode(MODE_FADED); }
break;
case MODE_FADED:
changeMode(MODE_FALLINGASLEEP);
break;
case MODE_FALLINGASLEEP:
done = crossFade() && done;
done = closePetals() && done;
if (done) { changeMode(MODE_SLEEPING); }
break;
case MODE_RAINBOW:
rainbow(counter);
break;
}
counter++;
delay(speed);
}
void changeMode(byte newMode) {
if (mode != newMode) {
mode = newMode;
counter = 0;
}
}
void _touchISR() {
if (mode == MODE_SLEEPING) { changeMode(MODE_BLOOM); }
else if (mode == MODE_BLOOMED) { changeMode(MODE_FADE); }
}
boolean petalsBloom(int j) {
if (j < 250) { return false; }
if (j > 750) { return true; }
int val = (j - 250) / 2;
for (int i = 0; i < 6; i++) { SoftPWMSet(petalPins[i], val); }
return false;
}
boolean petalsFade(int j) {
if (j > 510) { return true; }
for (int i = 0; i < 6; i++) { SoftPWMSet(petalPins[i], (510 - j) / 2); }
return false;
}
void prepareCrossFadeBloom(unsigned int duration) {
byte color = random(0, 5);
switch (color) {
case 0: prepareCrossFade(140, 140, 140, duration); break; // white
case 1: prepareCrossFade(140, 5, 0, duration); break; // red
case 2: prepareCrossFade(30, 70, 170, duration); break; // blue
case 3: prepareCrossFade(140, 0, 70, duration); break; // pink
case 4: prepareCrossFade(255, 70, 0, duration); break; // orange
}
}
void rainbow(int j) {
uint16_t i;
byte num = pixels.numPixels() - 1;
pixels.setPixelColor(pixels.numPixels() - 1, 100, 100, 100);
for (i = 0; i < num; i++) {
pixels.setPixelColor(i, colorWheel(((i * 256 / num) + j) & 255));
}
pixels.show();
}
boolean openPetals() {
if (servoPosition >= SERVO_OPEN) { return true; }
servoPosition++; servo.write(servoPosition); return false;
}
boolean closePetals() {
if (servoPosition <= SERVO_CLOSED) { return true; }
servoPosition--; servo.write(servoPosition); return false;
}
void pixelsUnifiedColor(uint32_t color) {
for (unsigned int i = 0; i < pixels.numPixels(); i++) {
pixels.setPixelColor(i, color);
}
pixels.show();
}
void prepareCrossFade(byte red, byte green, byte blue, unsigned int duration) {
float rchange = red - currentRGB[RED];
float gchange = green - currentRGB[GREEN];
float bchange = blue - currentRGB[BLUE];
changeRGB[RED] = rchange / (float) duration;
changeRGB[GREEN] = gchange / (float) duration;
changeRGB[BLUE] = bchange / (float) duration;
newRGB[RED] = red; newRGB[GREEN] = green; newRGB[BLUE] = blue;
Serial.print(newRGB[RED]); Serial.print(" ");
Serial.print(newRGB[GREEN]); Serial.print(" ");
Serial.print(newRGB[BLUE]); Serial.print(" (");
Serial.print(changeRGB[RED]); Serial.print(" ");
Serial.print(changeRGB[GREEN]); Serial.print(" ");
Serial.print(changeRGB[BLUE]); Serial.println(")");
}
boolean crossFade() {
if (currentRGB[RED] == newRGB[RED] && currentRGB[GREEN] == newRGB[GREEN] && currentRGB[BLUE] == newRGB[BLUE]) {
return true;
}
for (byte i = 0; i < 3; i++) {
if (changeRGB[i] > 0 && currentRGB[i] < newRGB[i]) {
currentRGB[i] = currentRGB[i] + changeRGB[i];
} else if (changeRGB[i] < 0 && currentRGB[i] > newRGB[i]) {
currentRGB[i] = currentRGB[i] + changeRGB[i];
} else {
currentRGB[i] = newRGB[i];
}
}
pixelsUnifiedColor(pixels.Color(currentRGB[RED], currentRGB[GREEN], currentRGB[BLUE]));
return false;
}
uint32_t colorWheel(byte wheelPos) {
wheelPos = 255 - wheelPos;
if (wheelPos < 85) { return pixels.Color(255 - wheelPos * 3, 0, wheelPos * 3); }
if (wheelPos < 170) { wheelPos -= 85; return pixels.Color(0, wheelPos * 3, 255 - wheelPos * 3); }
wheelPos -= 170; return pixels.Color(wheelPos * 3, 255 - wheelPos * 3, 0);
}
제조공정
정전식 터치 패널은 애플이 아이폰 4를 출시한 이래 스마트폰에 널리 적용되어 왔습니다. 수년간 터치 패널은 예상보다 빠르게 발전해 왔습니다. 터치 패널 분야에는 여러 새로운 발전이 있으며, 그중 일부는 언젠가 우리 일상의 전환점이 될 수 있습니다. 계속 읽어보세요. 1. 신소재 일반적으로 터치 패널은 유리 3장으로 구성됩니다. 요즘 많은 제조사가 유리 대신 플라스틱을 테스트 중입니다. 일반적으로 유리의 경도와 강성이 플라스틱보다 높지만, 유리는 압출에 의해 쉽게 파손되거나 변형됩니다. 따라서 플렉서블 터치 패널은 특수 플라스틱을
터치 패널은 입력 장치로, 일반적으로 정보 처리 장치의 전자 시각 디스플레이 최상단에 적층됩니다. 우리가 매일 사용하는 디지털 기기들이 대표적인 예입니다. 터치 패널 기술은 터치 감지 방식이 서로 다릅니다. 업계에서 가장 흔히 볼 수 있는 4가지를 소개합니다: 1. 저항막식 터치 패널 현재 가장 널리 사용되는 기술입니다. 저항막식 구동 원리는 전압 강하로 좌표축을 찾는 것입니다. 화면을 터치하면 전압이 떨어집니다. 루프가 켜지면, 컨트롤러가 전압 강하 비율을 계산하여 좌표를 산출합니다. 2. 정전식 터치 패널 정전식 터치 패널은