최근들어 피지컬 컴퓨팅이라는 분야에 대한 관심이 높아지면서 arduino 뿐 아니고 processing도 많이들 사용하고 있다. Processing은 주로 컴퓨터에서 독립적으로 사용하거나 외부 하드웨어와 연동하는 경우는 processing+arduino의 조합으로 사용하는 경우가 많다.



그에 비해 휴대폰에서 사용할 수 있는 mobile processing은 국내 휴대폰에서 사용할수가 없어서인지 아직까지 사용하는 사람들을 별로 본 적이 없는거 같다. 해외용으로 출시된 LG, 삼성 휴대폰에는 잘 돌아가지만 국내 출시 휴대폰들은 통신사와 제조사의 여러가지 제한때문에 mobile processing을 사용할 수 있는 모델이 거의 없었다. 하지만 최근 출시된 노키아 6210의 경우 심비안 S60 플랫폼을 사용하기 때문에 mobile processing을 사용할 수 있게 되었다. Mobile processing은 현재 Mac OS X와 윈도우용이 있다.

아래가 삼성, LG모델중에 mobile processing을 사용할 수 있는 모델들인데 대부분 수출모델로 알고 있다. 혹시 자신의 휴대폰에서 실행해보고 되는 경우 알려주면 국내 휴대폰 모델들 리스트에 업데이트 해서 목록을 만들어 봤으면 한다.

LG와 삼성의 지원되는 모델들


기본적인 문법은 processing과 거의 동일하고 mobile processing에서 스케치 파일을 만들어 컴퓨터상의 에뮬레이터에서 실행해 볼 수 있고 컴파일해서 만들어 진 MIDlet을 microSD 카드에 복사해서 휴대폰에서 어플리케이션으로 실행할 수 있다. MIDlet은 J2ME플랫폼의 CLDC 1.0, MIDP 1.0에서 실행된다.

기본적으로 휴대폰 전화기능, 이미지, 사운드, 비디오, 네트웍, XML, Messaging, 블루투스등을 제어하기 위한 라이브러리가 제공된다. 또한 3rd party가 추가한 3D 그래픽, QR code, 웹, UI, Location 서비스 등등 다양한 라이브러리가 존재한다.

Arduino 에 블루투스 모듈을 붙여 휴대폰과 블투로 통신하게 할 수도 있고 아니면 휴대폰의 시리얼 포트와 arduino의 시리얼 포트로 통신을 하게 해 줄 수도 있다. 이 경우 arduino에 별도의 LCD나 키패드를 붙이지 않아도 훌륭한 입출력 인터페이스를 만들어 줄 수 있다. 또한 휴대폰의 다양한 장치들을  arduino의 센서(디지털 나침판, GPS, 조도센서, 가속도센서 등등)로 사용하거나 휴대폰을 arduino의 네트웍 인터페이스(무선랜, 블루투스, 휴대폰 망)로 사용할수도 있게 된다. 또한 전화를 걸고 받기, 문자메세지 보내기 등등도 제어할 수 있기 때문에 센서 입력에 따라 문자를 보내거나 전화를 걸도록 할 수도 있다.


인터넷에서 발견한 mobile processing과 arduino를 시리얼로 연결한 예제 프로젝트이다. 그림에서처럼 arduino와 휴대폰은 시리얼로 연결하고 휴대폰은 휴대폰망의 무선데이터 전송을 통해 컴퓨터와 http로 연결해서 컴퓨터에서 arduino에 연결되어 있는 LED의 색깔을 제어하는 예제이다.


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최 근 노키아 6210이 매우 싼 가격(약 6개월 약정인 경우 1000원정도)에 풀렸다고 알고 있다. Arduino를 사용하는 사람들이라면 이번 기회에 mobile processing에도 관심을 가져 보는것도 나쁘지 않을 것이다. Arduino만으로 하기 힘든 다양한 아이디어의 응용 프로젝트가 가능해진다.
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임베디드 보드에서 저항 타입의 센서를 사용하는 방법에 대해 알아보기로 하겠다.


위의 사진은 온 도센서이다. 온도의 변화에 따라 저항값이 달라진다.

센서의 값을 읽으려면 기본적으로 다음과 같은 회로를 사용하면 된다.


위의 그림에 있는 공식과 같이 두개의 저항값에 따라 출력되는 전압이 달라지게 된다.


출력 전압은 위의 예제와 같이 두 저항값의 비율에 따라 결정된다.


위의 그림과 같이 하나의 저항값(R1)은 고정시켜 놓고 다른 저항(R2) 대신 저항 타입의 센서를 연결해 주면 온도의 변화에 따라 저항값이 변하고 결국 출력 전압이 따라 변하게 된다. 이 전압을 A/D 컨버터를 통해 읽어주면 된다.




센서의 온도의 변화에 따른 저항값의 변화표이다. 대략 -20도에서 125도 까지의 온도를 측정하고 싶다면 센서의 저항값은 100Kohm에서 0.33Kohm까지 변하게 된다.
이 센서를 위의 회로에 사용하려면 R1값을 결정해 줘야 한다.


R1의 값을 10 Kohm으로 했을 때 온도의 변화에 따른 출력전압의 변화를 계산한 것이다.


R1의 값을 1 Kohm으로 했을 때 온도의 변화에 따른 출력전압의 변화를 계산한 것이다.


동일한 정도의 온도변화에 대해 전압의 변화가 크고 리니어해야 온도를 읽는데 오차가 작아지고 정확하게 읽을 수 있다.
그러므로 위의 두개의 그래프에서 보듯이 주 사용환경이 -10~70도 사이라면 R1 저항으로 10 Kohm을 사용하는게 좋고 사용환경이 10~120도 사이라면 R1 저항으로 1 Kohm을 사용하는게 좋다.

오차를 최소화해서 정확하게 온도를 읽으려면 전압-온도 형태의 lookup table을 사용하면 되고 그 정도까지 정확할 필요가 없어 간단하게 하려면 저 구간에서는 온도-전압의 변화가 거의 리니어하기 때문에 간단한 수식으로 계산해도 된다.

R1이 1 Kohm인 경우 25도인 경우 전압이 4.545V, 125도인 경우 전압이 1.24V니까 직선의 기울기는 (1.24-4.545)/(125-25) = -0.033이 된다. 이 경우 Vo = -0.033T+5.365 라는 공식이 나오기 때문에 T = (5.365-Vo) / 0.033 이 된다. 즉 A/D컨버터의 전압값을 읽어 저 공식에 집어 넣으면 온도를 구할 수 있게 된다.

* 물론 좀 더 정확하게 하기 위해서는 calibration 과정을 거쳐줘야만 한다.

이 포스팅에서는 온도센서를 예로 들었지만 그 이외에도 환경의 변화에 따라 저항값이 변하는 타입의 센서(CDS photocell 등)는 모두 동일한 방식으로 사용하면 된다.
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얼마전에 만들었던 팬-틸트 유닛은 가위로도 자를 수 있는 얇은 알미늄판을 사용해서 구조적으로 튼튼하지 못했고 카메라등을 올려놓을 암(arm)의 길이가 짧아 90도밖에 틸트를 할 수 없는 문제가 있었다.

그래서 이번에는 문제점들을 모두 해결한 버젼 2 팬-틸트 유닛을 만들어 보았다.
설명을 쉽게 하기 위해 부품마다 이름을 붙여주었다.
팬, 틸트를 해야 하기 때문에 당연히 2개의 서보모터가 필요하다.

이번에는 충분한 두께의 철판을 사용하였다. 4개의 부품을 각각 붙여야 하는 부품에 맞춰 구멍을 뚫어 주었다.


P4위에 W1을 위의 사진과 같이 붙일 것이다. 다만 저렇게 먼저 고정시켜 버리면 W1을 S1에 고정시켜주는 볼트를 돌릴 수가 없게 된다.

그러므로 위의 사진과 같이 두개의 볼트를 먼저 W1에 끼워넣고 W1을 S1에 끼운 다음 볼트로 고정해 준다.

그 다음 W1위에 P4를 맞춰 올려놓고 넛트로 조여준다.

다음은 틸트 부분의 조립이다. P2, P3에 S2를 위의 그림과 같이 고정해주면 된다.

P2, P3를 나사로 고정시켜 주었다. 아래쪽 구멍도 고정해줘야 하는데 위쪽 2개만 해도 충분할거 같아 여기서는 그냥 놔두었다.

위에서 조림한 틸트 서보를 P4위에 올려준다. P2, P3의 구멍과 P4의 구멍을 일치시켜 나사로 고정한다.

W2를 S2에 끼워주고 나사로 고정한다.

W2에 P1을 올려 구멍을 일치시켜서 나사로 고정해 준다.


바로 위 2장의 사진이 완성된 팬-틸트 유닛을 각각 옆쪽과 앞쪽에서 본 모습이다.


최대한 앞, 뒤쪽으로 틸트 한 모습이다. 이번에는 암이 충분히 길기 때문에 서보나 다른 프레임에 걸리지 않고 180도를 움직일 수 있다.


이건 좌우로 최대로 팬 한 모습이다.

아뒤노에 연결해서 데모용으로 동작시켜 본 동영상이다. 상당히 빠르고 정확하게 움직여 준다.

* 조만간 이번에 제작한 팬-틸트 유닛 위에 웹캠이나 위 모트의 앞부분에 있는 적외선 추적 카메라를 붙여 볼 생각이다.
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아뒤노가 임베디드 환경을 처음 접하는 사람들에게 매우 쉬운 환경임에 틀림없지만 조금만 복잡한 작업을 하려고만 하면 제약사항이 꽤 많아진다.
특히 가장 아쉬운게 attachInterrupt()를 통해서 외부 인터럽트 2개(Arduino Mega에서는 6개로 늘어났다)만 사용할 수 있다는 점이다.

단순하게 센서값을 읽어서 그 값에 따라 LED나 모터를 구동하는건 별 문제가 없지만 동시에 여러개의 입력을 기다리면서 그와 별도로 작업을 처리하거나 해야 한다면 타이머 인터럽트는 거의 필수적이 되어 버린다.

물론 atmega의 타이머 관련 레지스터(TCCR2, ASSR 등등)를 직접 제어하면 인터럽트를 사용할 수 있지만 이 경우 아뒤노의 장점(?)이 사라져 버린다.
그 래서 아뒤노 라이브러리 섹션의 contributed libraries (아뒤노 사용자들이 만든 라이브러리들)에 보면 MsTimer2가 있다. Atmega의 timer 2를 사용해서 ms 단위의 해상도로 타이머 인터럽트를 걸어줄 수 있다.
현재 Atmega 1280, 328, 48/88/168, 128/8을 사용한 arduino 및 arduino clone에서 사용할 수 있다.

이 라이브러리를 사용하려면 MsTimer2를 다운받아 압축을 해제한 다음 만들어 진 폴더를 아뒤노가 설치된 폴더 내의 hardware/libraries 에 복사해 주면 그것으로 설치가 끝난다. 그리고 스케치북에 #include <MsTimer2.h> 를 넣어주면 된다.

set, start, stop 이렇게 단 3개의 메쏘드만 있어 사용법은 매우 쉽다.
먼저 MsTimer2::set(unsigned long ms, void (*f)()) 을 사용해서 타이머를 설정해 준다. 이 함수에는 두개의 파라메터가 필요하다. 첫번째는 타이머 시간(ms 단위, 즉 여기에 1000을 넣어주면 1초마다 한번씩 타이머 인터럽트가 발생한다.), 두번째는 인터럽트 서비스 루틴(인터럽트가 발생했을 때 호출할 함수) 이름이다.
set()을 이용해서 타이머를 설정했으면 MsTimer2::start() 를 호출해주면 타이머가 동작하기 시작해 정해진 시간마다 인터럽트 서비스 루틴이 실행된다.
타이머 동작을 멈추려면 MsTimer2::stop()을 호출해주면 된다.

타이머 인터럽트가 왜 유용한가는 아래의 예제를 보면 잘 알수있다.
0.5초마다 LED를 깜빡이게 하는 프로그램이다.

boolean output = HIGH;
void setup() {
  pinMode(13, OUTPUT);
}

void loop() {
digitalWrite(13, output);
output = !output;
delay(500);
}
---------------------------------------
// Toggle LED on pin 13 each second
#include <MsTimer2.h>

void flash() {
static boolean output = HIGH;

digitalWrite(13, output);
output = !output;
}

void setup() {
pinMode(13, OUTPUT);

MsTimer2::set(500, flash); // 500ms period
MsTimer2::start();
}

void loop() {
}

둘 다 같은 동작을 한다. 그런데 위의 경우와 같이 타이머 인터럽트를 사용하지 않은 경우 0.5초동안 다른 일을 하지 못하고 단지 기다려야 한다. 그에 비해 아래쪽 프로그램의 경우는 LED를 토글하는걸 인터럽트 서비스 루틴(여기서는 flash())에서 처리해주기 때문에 따로 0.5초를 기다릴 필요가 없이 그 동안 다른 일을 할 수 있게 된다. (loop() 함수에서 아무일도 하지 않는걸 확인할 수 있다. 여기에 다른 작업을 넣어주면 된다.)

예를 들어 동작중에 시리얼 포트를 통해 시간을 입력받아 LED가 깜빡이는 간격을 조정하도록 만들려면 상당히 힘들어 지지만 아래쪽 프로그램의 경우 시리얼 포트를 통해 데이터를 입력받는 부분은 loop() 안에서 처리하게 하고 그 입력받은 값에 따라 타이머 설정만 바꿔주면 실제 깜빡이는건 타이머 인터럽트가 담당해 주기 때문에 매우 간단해진다.
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이전 포스트인 Mac OS X에서 시리얼 터미널 프로그램 (Serial Terminal Emulator in Mac OS X에서 이야기했던것처럼 Mac OS X에는 GUI 인터페이스를 사용하는 쓸만한 무료 시리얼 터미널 프로그램이 없었다. (물론 telnet 터미널 프로그램은 상당히 다양하다.)
일반적인 경우는 시리얼 터미널 소프트웨어가 없어도 불편이 없지만 네트웍, 텔레컴 장비를 다루거나 임베디드 환경에서 작업하는 사람들에게 있어서는 시리얼 터미널은 가장 기본적이고 필수불가결한 툴이다.
그런 의미에서 얼마전에 발표된 CoolTerm은 Mac OS X에 있어 가뭄의 단비(?)와 같은 소프트웨어이다.

프 로그램 설명에도 써 있는것처럼 터미널 에뮬레이션 기능은 빠진 간단한 시리얼 포트 터미널 소프트웨어로 시리얼포트로 데이터를 주고 받는걸 주 목적으로 하는 임베디드 환경에서 작업하는 사람들을 주 타켓으로 하고 있다. (사실 임베디드 환경에서 작업하는 사람들에게는 터미널 에뮬레이션 기능(vt100, xterm 등등)은 없어도 관계없다.) 그렇기 때문에 데이터를 텍스트 포맷 뿐 아니고 헥사값으로도 볼 수 있고 시리얼 포트가 여러개 있는 경우 동시에 복수개의 커넥션 연결, 헥사값으로 데이터 전송 등등 임베디드 작업에 유용한 여러가지 기능들을 가지고 있다.

RTS/CTS, DTR/DSR, DCD, RI 등의 핸드쉐이크 핀의 상태를 볼 수 있다.

Options에서 통신 환경을 설정할 수 있다.

Send String에서 텍스트로 뿐 아니고 헥사값을 보낼 수도 있다.


현재 (Version 1.0) Preferences에서는 Viewer의 폰트설정만 변경할 수 있다.
Posted by nautes

일명 Poorman's version으로 구현해 본 아뒤노를 위한 마이크로SD(Transflash) 인터페이스이다.

마이크로SD 소켓을 구입하기도 힘들고 구한다 해도 SMD 타입의 좁은 피치를 가지고 있기 때문에 PCB를 만들지 않으면 신호선을 연결하기가 힘들다.
그래서 찾아낸 방법이 마이크로SD를 구입할 때 같이 껴 주는 MicroSD to SD adapter를 소켓 대용으로 이용하는 것이다.
SD의 경우 9개의 핀이 있지만 SPI모드로 동작하는 경우는 7개 핀만 사용한다. 각 핀의 배치는 다음과 같다. 이 7개의 동박면에 직접 신호선을 땜질하는 것이다.

여기서 주의할 점은 SD는 3.3V 디바이스라는 점이다. Vdd뿐 아니고 다른 핀들도 3.3V레벨의 신호를
사용해야 한다.

MicroSD(Transflash)의 핀 배치는 다음과 같다.


Arduino호환보드중에 전원으로 3.3V를 사용하는 경우는 각 핀을 Arduino SPI에 직접 연결시켜 주면 된다. 하지만 대부분의 Arduino 보드들은 5V를 사용하기 때문에 신호 레벨을 바꿔 줘야만 한다.

위 의 회로를 사용해서 Arduino와 연결해주면 된다. 단 위의 회로에서 왼쪽에 uSD to SD adapter는 라이브러리를 따로 그리기 귀찮아서 그냥 MicroSD 소켓을 사용해 버려서 핀 번호가 좀 다르다. 위의 사진을 보고 같은 이름의 핀을 연결시켜 주면 된다. ^^;;;

회로 부분만 만능기판에 만들어 본 것이다.

최종적으로 MicroSD adapter의 핀에 납땜질을 해서 신호선을 뽑아내어 만능기판 회로에 연결하고 아답터를 접착제나 실리콘을 사용하여 기판의 아래쪽에 붙여주면 된다.

이 렇게 구성하여 arduino에 연결하면 MicroSD를 FAT16으로 포맷하여 파일시스템으로 사용할 수 있게 된다. MicroSD가격이 많이 저렴해 졌기 때문에 아주 적은 비용으로 대용량의 파일시스템을 추가할 수 있기 때문에 장시간의 데이터 로그가 필요한 경우에 매우 유용하게 사용할 수 있다.

Posted by nautes

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