RGB LED는 오색 찬란 무지개 색상을 자유롭게 표현할 수 있는 재료입니다. 하지만 여러개를 사용하기위해서는 회로나 프로그래밍이 복잡해져서 직접 제작하기엔 부담이 큽니다. 이를 위해 지금 소개해 드릴 20개단위로 LED 체인으로 구성된 제품을 사용하면 손쉽게 독립제어되는 다수의 RGB LED 사용이 가능해집니다. 관련제품 사용법을 알려드리겠습니다.
손쉽게 사용가능하도록 라이브러리와 아두이노 예제 소스가 제공됩니다. 한줄 만 수정하면 그대로 이용 가능합니다. 관련 동영상을 보신 후, 아래의 상세과정을 참고하시기 바랍니다. ^^.
- 이하 사용법 안내 -
라이브러리 설치 방법 1.압축해제후, 2. WS2801.cpp 등의 파일이 들어있는 폴더를 아두이노 설치폴더의 Libraries 폴더에 복사후, 3. 폴더명을 WS2801으로 변경하시기 바랍니다. 4. 아두이노 스케치를 재 시작합니다.
예제소스 및 수정 소스코드 폴더를 보시면 Example 폴더에 예제파일이 있습니다. 소스코드 상단주석과 설명을 보시면 설명이 되어있습니다. 해당 소스코드에서 통신용(data선, clock선)으로 사용되는 핀 2개의 번호를 확인하셔서 해당핀에 케이블을 연결하시면됩니다. 본 제품은 모듈(pixel)의 수가 20개이므로, 기본 25개로 되어있는 부분을 20으로 수정하시면 됩니다.
int dataPin = 2; // 데이타 전송용 데이타 핀번호 ( 다른핀으로 변경 가능) int clockPin = 3; // 데이타 전송시 클럭용 핀번호 ( 다른핀으로 변경 가능)
즉, 위 코드 한줄만 바꿔주시면 끝입니다. 20개 모듈체인 2세트를 연결시엔 40으로 변경해야겠죠
케이블 단자 안내 (시작 모듈 기준)
BLUE
Clock
GREEN
Data
RED
VCC ( 5V전원입력선)
WHITE (2라인)
GND (아두이노 및 외부전원 GND와 연결)
(주의. 색상은 시작모듈 기준입니다, 두번째 모듈부터는 시작모듈 기준 배치와 동일하며 케이블 색상은 바뀔수 있으니 잘라서 사용시 주의하시기 바랍니다.아래 그림 참조)
VCC -->
--> VCC
GND -->
RGB
--> GND
DATA-->
모듈
--> DATA
CLK -->
--> CLK
시작모듈/끝모듈 구분법 어디가 시작이고 어디가 끝인지를 구분하시기 위해 모듈 밑면에 있는 화살표를 참고하시면 됩니다. 시작모듈에 케이블을 연결하시면 됩니다.
관련제품
RGB LED 독립 색상 제어 20개 연결형 정전압 아답터 5V 2000mA SMPS 점퍼 와이어 M/F 10개형 아두이노 UNO 브레드보드 점퍼 케이블 ( Solderless Breadboard Jumper Wire 75 pcs ) 브레드보드 호환형 DC 잭 아답터 (DC Barrel Jack Adapter - Breadboard Compatible)
아두이노와 GND, CLOCK, DATA 핀 3개만 연결해주시면 됩니다.
아두이노와 Clock, Data 신호가 연결되는 시작모듈 을 찾기 위해서 모듈 뒷면을 보시면 화살표시가 있습니다.
Male/Female 점퍼 케이블을 이용하시면 케이블 작업이 손쉬워 집니다.
20개 묶음을 2세트(총 40개) 연결한 장면입니다. (단, 전원은 힘 좋은 녀석 사용이 필수겠죠 ^^.)
Tip. 기본 20개 체인형 제품이지만, 2세트를 묶어 40개를 연결하거나 1개나 N개 단위로 잘라서 사용도 가능한 .... 기특한 녀석입니다.
다루는 내용 . 아두이노 프로그래밍 환경(스케치) 설치하기 . PC에 아두이노 보드 인식시키기 . 프로그래밍한 뒤 아두이노에 전송하여 작동시키기
개요: 본글은 아두이노를 처음 사용하는분들을 위한 안내문입니다. 모든 아두이노 보드의 설치작업은 유사하며, 사용되는 USB시리얼 통신용 칩에 따라 드라이버 파일이나 inf설정 파일만 다릅니다. 본 글을 통해 아두이노 프로그래밍 환경인 스케치(Sketch)를 설치하고, 아두이노 보드를 PC에 인식시킨 후 아두이노에 기본 장착된 LED를 제어하는 프로그램을 전송하여 실행시키는 과정까지 다루고 있습니다. 아마도, 마이크로콘트롤러와 프로그래밍에 대해 아무것도 모르시던 분들도 1시간내에 아두이노에 장착된 LED를 제어해보고 그 가능성을 경험해보실 수 있을실 겁니다.
순서 .아두이노 스케치를 다운로드 받아서 설치하기 .아두이노를 PC에 인식시키기 .스케치(아두이노 개발환경)의 실행 .예제 소스 불러오기(Blink; LED깜빡이) .예제 컴파일 및 아두이노에 전송 .작동 상태 확인
자, 그럼 차근 차근 하나 둘 순서대로 진행해 보겠습니다
1단계. 준비물 확인
준비물
CASE 1 :: 아두이노 보드 자체에 USB시리얼 변환기능이 포함된 제품의 경우 .아두이노 UNO
, Mega2560
.USB 케이블 (A to B 타입단자) CASE 2 :: 아두이노 FIO, Pro, Pro mini, LilyPad 등(내장 USB시리얼변환기가 없는 경우) .아두이노 보드 [
아두이노 리스트
] .FTDI USB시리얼 변환기 [
제품선택 가이드
] .A to mini-B 타입 USB케이블 [
]
아두이노는 Linux , Mac OS, Windows 모두를 지원하며 본 글은 Windows 환경의 경우를 기본으로 소개합니다.
사용하시는 OS용 파일을 선택하여 다운로드 합니다. 본 예제에서는 Windows 를 선택합니다.
다운로드 받은 파일은 zip압축파일이며 이를 원하는 위치에 압축 해제합니다. (*가령 윈도우의 경우 파일명은 arduino-0022.zip(87MB) 이며 버전이 업그레이드되면 제목의 숫자가 증가됩니다.)
압축을 해제하면 arduino-0022 같은 폴더가 보이며 그안에 arduino.exe 실행 파일이 보입니다. 아두이노 개발환경(스케치)은 설치과정 없이 곧바로 실행할 수 있게 배포되므로 이것으로 설치과정이 완료되었습니다. ^^. arduino.exe 를 실행하면 아두이노 개발환경이 열립니다. 일단 종료해 둡니다.
3단계. PC에 아두이노 연결하기
UNO와 대다수의 아두이노 보드들은 PC와 연결시 별도의 전원이 없이 작동이 가능합니다. 즉, USB케이블을 통해 시리얼통신 신호를 주고 받는것과 더불어 전원도 공급받게 됩니다.
호환되는 USB케이블로 PC와 아두이노를 연결합니다. FIO나 Pro mini같은 아두이노의 경우 FTDI USB시리얼 변환보드를 경유해 PC와 연결합니다. 전원 ON상태 표시등(초록색 LED)에 불이 들어옵니다.
4단계. 드라이버 설치하기
아두이노(가령 UNO)와 PC를 케이블로 연결하면, 잠시 후 새장치를 발견하여 드라이버를 설치한다는 메시지가 나오게됩니다. 그리고 몇 초 동안 짱구를 돌리며 열심히 노력하던 우리의 윈도우OS는 결국 자동인식에 실패했다는 메시지를 남기곤 숨어버립니다. (단, 윈도우 환경과 보드 종류에 따라 드라이버를 자동인식하여 설치하는 경우도 있습니다.)
결국 여러분이 직접 드라이버를 골라서 설치해 주셔야하는데요, 많은 분들이 이미 이 작업에 익숙해져 있으실 겁니다. 가령 아래의 순서대로 하시면 됩니다. (다른방법을 사용하셔도 되며, 드라이버 위치만 참고하시면 됩니다.)
.윈도우 시작 > 제어판 > 장치 관리자("장치 및 프린터" 그룹) 를 엽니다. .장치리스트에서 "포트"를 선택하면, "Arduino UNO (COMxx)"라는 장치명이 보입니다. .해당장치를 우측버튼으로 클릭한 뒤 "드라이버 업데이트"를 선택합니다.
.직접 드라이버 검색위치지정을 선택합니다. UNO와 Mega2560 의 경우: > 2단계에서 다운로드 후 압축해제한 arduino-00xx 폴더내에 있는 drivers 폴더를 선택 Pro, Pro mini, FIO, LilyPad등의 FTDI시리얼 보드 사용제품의 경우: > drivers폴더안에 있는 FTDI USB Drivers 폴더를 선택
.위도우가 UNO 장치 인식을 완료하게됩니다.
장치 설치가 완료된 이후엔 장치관리자 "포트" 장치 리스트에서 인식된 아두이노 보드의 COM번호를 알아두는게 중요합니다.
4단계 순서대로 다시 보기 (드라이버 설치 과정 캡쳐이미지, WINDOWS 7 기준) 드라이버 설치과정을 아래의 캡쳐된 이미지 순서대로 다시한번 살펴봅니다.
아두이노와 PC를 연결합니다. 가령, UNO + USB Cable + PC USB 포트 가령, Pro mini + FTDI USB 시리얼 변환기 + USB mini Cable + PC USB 포트
윈도우가 장치를 발견하고 드라이버 자동설치를 시도합니다.
드라이버 자동설치에 실패합니다.
(아두이노 종류와 OS에 따라 자동설치 되는 경우도 있습니다.)
참고로, UNO와 Mega2560의 경우 MAC OS와 Linux에서 자동 인식된다고 합니다.
정상적으로 장치설치가 완료되면 포트(COM & LPT) 리스트에 등록되게 되지만,
정상인식이 되지 않아 장치관리자 "기타장치"에 Arduino UNO란 이름으로 등록되어있습니다.
다음의 절차를 통해 장치를 정상 인식시킵니다.
장치인식을위해 해당 장치(가령 Arduino UNO)를 우측버튼으로 클릭 후, 드라이버 소프트웨어 업데이트를 선택합니다.
자동검색을 하지말고, 수동으로 컴퓨터에있는 드라이버 찾아보기를 선택합니다.
찾아보기 버튼을 누르고, 해당 장치드라이버가 있는 폴더를 찾아 지정해줍니다.
UNO와 Mega2560의 경우, 2단계에서 설치한 아두이노 프로그램 폴더(arduino-00xx)내에 있는 drivers 폴더를 선택해줍니다.
FIO, LilyPad, Pro, Pro mini등은 drivers폴더안에 있는 FTDI USB Drivers 폴더를 선택해줍니다.
*참고사항: UNO와 Mega2560은 dirvers폴더에 들어있는 inf(설정)파일 한개만 있으면 됩니다.
기타 구형 아두이노들은 FTDI칩을 사용하므로 FTDI칩 인식용 장치드라이버 파일들이 필요합니다.
보안경고가 나오면 설치 허용을 선택합니다.
장치 인식이 완료되었습니다.
장치관리자 > 포트 정보를 보면 Arduino UNO(COMxx)와 같이 새로운 COM포트로 등록된 것을 확인할 수 있습니다.
컴퓨터 환경에 따라 COM번호는 다른 번호로 할당될 수 있습니다.
위 과정은, Windows OS 버젼별로 약간의 차이가 있지만 거의 비슷합니다.
자, 이제 아두이노 프로그램 설치와 장치인식이 모두 완료 되었습니다. 이제 본격적으로 프로그래밍을 해보고 아두이노에 전송하여 작동시켜 보도록 합시다!
5단계. 아두이노 개발환경(스케치)을 실행합니다.
2단계에서 설치된 arduino.exe 를 실행합니다. 앞으로 자주 실행을 해야 하므로 단축아이콘을 만들어두면 편리합니다.
심플 담백한 스케치화면
6단계. 아두이노 보드종류 선택하기
'단순 무식한 컴파일러에게 아두이노의 종류를 알려주세요!'
아두이노 보드들이 많은 부분에서 호환성을 갖고 있지만, 구동속도( 8MHz, 16MHz), 전압레벨( 3.3V , 5V), 포트의 수, 프로그래밍 용량등의 차이가 있으므로 개발을 할때 이를 고려해 줘야 합니다. 스케치 개발환경에서 여러분이 사용하는 아두이노의 종류가 무엇인지 자동인식하지 못하므로 직접 보드 종류를 지정해 주는 과정을 꼭 하셔야합니다.
스케치 메뉴에서 Tools > Board를 선택한 뒤 목록에서 자신의 보드명을 찾아서 선택해 줍니다.( 가령, Arduino UNO)
7단계. 시리얼 포트 선택하기
'스케치에게 아두이노와 통신할 COM번호를 알려줍니다'
PC와 아두이노간의 프로그램 전송 및 데이타통신을 위해서는, 4단계에서 아두이노 통신용으로 등록된 COM번호(위 경우 COM9번)를 지정해줘야합니다.
스케치 메뉴에서 Tools > Serial Port를 선택한 뒤 연결된 아두이노 포트번호를 지정합니다.
연결된 시리얼 장치가 여러개일때 아두이노의 COM번호 식별이 안될경우, 아두이노를 케이블에서 제거할때 목록에서 사라지는 COM번호가 아두이노 할당 COM번호입니다. (4단계에서와 같이 장치관리자에서 포트 리스트를 확인해도 됩니다.)
8단계. Blink 예제 소스코드 불러오기
스케치 메뉴에서 File > Examples > 1.Basics > Blink를 선택하여 불러옵니다. 새로운 창이 뜨면서 아래와 같은 간단한 예제소스코드가 불러들여지게 됩니다.
아래의 소스는 아두이노 13번핀을 1초마다 ON, OFF를 반복하게 합니다.
/* Blink Turns on an LED on for one second, then off for one second, repeatedly.
This example code is in the public domain. */
void setup() { // initialize the digital pin as an output. // Pin 13 has an LED connected on most Arduino boards: pinMode(13, OUTPUT); }
void loop() { digitalWrite(13, HIGH); // set the LED on delay(1000); // wait for a second digitalWrite(13, LOW); // set the LED off delay(1000); // wait for a second }
9단계. 컴파일 및 아두이노에 전송하기
verify & compile 하기 (생략 가능) 소스코드를 검증하고 컴파일하기 위해 재생버튼같이 생긴 verify & compile 버튼을 눌러줍니다.
Verify/Compile
참고로, 컴파일이란 사람이 이해가능한 소스코드를 기계어로 번역하는 과정입니다. 컴파일을 하기전에는 아두이노의 종류에따라 일부 설정을 달리하여 컴파일하므로 자신이 사용중인 아두이노 보드의 종류를 잘 설정(6단계 참고)해줘야합니다. 보드 종류가 틀리면, 컴파일 결과를 전송하거나 전송 후 작동시 문제가 될 수 있습니다. 앞으로 소스코드를 수정한 뒤 검증이 필요할때마다 이 버튼을 눌러주면 소스코드 검증이 이뤄지고 문제시 오류메시지를 확인할 수 있습니다.
upload 하기 이제 컴파일된 정보를 아두이노로 전송하기위해 upoad 버튼을 눌러줍니다. ctrl-U 단축키를 눌러도 됩니다.
Upload to I/O Board
참고로, verify & compile 버튼을 누르지 않고 곧바로 upload버튼을 눌러도 됩니다. (이경우, 자동으로 컴파일 과정이 수행된 후 업로드가 이뤄지게 됩니다. 그리고, 소스코드 수정 후 곧바로 upload 버튼을 눌러주는 것 보다는 verify버튼을 눌러서 코드검증을 한 뒤에 문제가 없는경우 upload하는 것을 추천드립니다. )
10단계. LED Blink - 발광다이오드의 깜빡임 확인하기
upload버튼을 누르면 아두이노 시리얼통신 관련 Tx RX LED들이 빠르게 점등되는것 을 볼 수 있습니다. 아두이노와 PC가 서로 정보를 주고(Tx, Transmit) 받기(Rx, Receive) 하면서 컴파일된 정보를 전달하는 과정입니다. 이과정은 UNO의 경우 5초도 안걸립니다.
소스코드에서 정의한대로 아두이노 보드를 보면 LED 하나가 1초 주기로 점등하는 것을 확인 할 수 있습니다. UNO를 비롯한 최근의 모든 공식 아두이노 보드들은 디지탈 13번 핀에 LED와 저항이 달려있으므로 별도로 LED를 장착하지 않아도 간단한 LED 제어 테스트를 해볼 수 있습니다.
일부 서적이나 안내글에서 LED를 저항도 없이 5V전원이나 아두이노 출력핀에 연결하는 경우가 있습니다.
이는 잠깐이라도 하지 않는것이 좋습니다. (실행은 자유지만, LED는 물론이고 값비싼 아두이노까지 단명할 수 있습니다;; )
물론 AVR 자체 및 전류제한회로등에 의한 보호기능이 약간은 있겠지만, 완전하지 않으며 아두이노 수명단축을 재촉하는 일이 될 수 있으므로 LED연결시엔 꼭 전류제한용 저항을 장착하시기 바랍니다.
어
떤값의 저항을 사용할지 모르신다면, 보통 2V정도에서 작동하는 LED를 5V전원에서 작동하는 경우 200~330옴 정도를 많이
사용합니다. 이때 전류제한용 저항의 값이 작아지면 더 밝아지고, 커지면 어두워집니다. 너무 큰저항값을 사용하면 LED가 꺼지죠
(정확한 저항값 계산은 관련자료를 찾아보시며 많이 나올겁니다)
참
고로, 표준아두이노의 경우 디지탈핀13번에는 내부LED용 전류제한저항이 기본으로 내장되어있지만, 외부에 별도로 연결된 LED와는
무관합니다. (싱크방식으로 연결할수는 있긴합니다만 그건 나중에 회로공부를 조금 하신후에 응용하세요^^)
그러므로 13번핀이라도 직결하지 마시기 바랍니다.
아두이노 핀을통해 LED를 직접 구동할 경우엔 항상
[그림3.] 같이 전류제한용 저항을 함께 연결해주시기 바랍니다.
[그림1] LED 5V전원 직결
[그림2] 디지탈 5V출력에 LED 직결
[그림3] 디지털 5V출력에 전류제한용 저항과 LED 직결 (권장)
한가지 더 말씀드리면, FND나 LED여러개를 구동할때도 역시 LED 하나마다 개별적으로 저항이 들어가는게 원칙입니다.
(다만 동시에 한개만 작동하는경우 회로구성에 따라 저항개수를 줄이수는 있습니다.)
그리고, 여러개의 LED를 구동할때는 전체 전류허용량을 고려해야합니다.
그림4.를 참고하시기 바랍니다. 핀하나에서 흘릴수있는 최대전류량이 40mA입니다.
즉, LED 구동시 이값을 넘기면 안된다는 얘기입니다. 그래서 각각 저항을 추가해 줘야합니다.
그리고 또한가지 잊지말아야 할것은 전체허용전류량입니다.
즉, 핀하나당 전류가 40mA이하로 흘러야함과 동시에, 전체적으로 200mA가 넘지않아야 합니다.
전자칠판을 만들기위한 재료 대부분은 쇼핑몰에서 바로 구입가능하지만 적외선펜만은 국내 판매처가 없으며(있다면 제게 좀 알려주세요), 자작을 위해 적외선 LED를 구하려해도 일반적인 부품이 아니므로 인터넷 전자부품상에서도 판매를 안하고 있습니다. 직접 사양에 맞는 제품을 구매하러 용산,구로,을지로를 돌아다니셔도 비슷한 제품은 있는데 주파수(빛의 파장)가 달라서 기껏 차비,시간, 돈을 들여서 구매한 부품이 무용지물이 될 수 있습니다. (저의 슬픈 경험담 입니다.)
하지만, 노력하면 배우는게 있습니다. Wiimote와 딱 맞는 940nm파장의 IRED를 구했습니다. 게다가, 작동 전원으로 건전지 1.5V 직결 사용이 가능하므로 "저항? 그런거 난 잘 몰라" 하시는 분들에게도 최적인 적외선 LED를 찾았습니다. 그리고 좀 많이 구매를 해뒀습니다. (적외선펜을 만드시려는 분들은 맨 아래의 "적외선펜만들기"링크를 참고하시기 바랍니다. 저항도, 스위치도, 전선과, 건전지 케이스도 필요없는 적외선펜 만드는 방법을 알려드립니다.)
"나는 꼭 부품을 직접 구할꺼야!! " 라는 분들은 아래의 사양을 참고하시고요, 교통비, 시간 절약하실 분들은 저한테 구입해 주시면 감사하겠습니다. (위의 온라인샵 링크 참조)
사양소개:
직경(mm)
파장(nm)
정격전압(V)
최대전압(V)
dc Fwd 전류(I)
화각(deg)
5
940
1.36
1.7
100mA
+-20
특징1. Wiimote와 최적의 궁합 파장인 940nm 제품입니다. (링크: 테스트 자료 참조) 특징2. 최대 허용전압이 1.7V이므로 일반 1.5V전지를 저항없이 연결해서 사용할 수 있습니다.
(일반 1.5V 건전지도 처음 사용시 전압을 측정해보면 1.6V가 넘습니다. 때문에 최대허용 전압이 1.6V인 IRED는 저항을 연결하여 사용해야 안전합니다.)
특징3. +-20도의 화각. 수신기와의 각도에 덜 민감하므로 적외선펜, 광점 트래킹 등 광범위한 용도로 사용하실 수 있습니다.
IRED 응용 사례:
Wii Remote Controller (Wiimote)를 이용한 전자칠판 만들기: 적외선 펜 만들때 사용됩니다.
IR SENSOR BAR : Wiimote를 리모컨 용도로 사용할때 모니터 위에 센서바를 설치해야합니다. 이것도 IRED로 제작가능합니다. 참고 링크: 초간단 센서바 만들기
자작 적외선 카메라용 포인터: Wiimote가 없어도 일반 웹캠으로 적외선펜의 모션 트래킹이 가능합니다.
터치패드구현: IR Array로 다량의 빛을 유리면에 방사후 손가락이 닿는 위치에서 반사되는 적외선을 카메라로 캡쳐하면 적외선펜 없이도 UI구현이 가능합니다.
홍채인식 Eye Tracking: 모니터 쪽에서 적외선을 쏘고 사람의 눈에서 반사되는 적외선을 카메라로 감지하여, 눈알?의 각도를 측정해 냅니다. 쉽게말하면 사용자가 어딜 보는지 알려주는 장치입니다. 저도 사용해 봤는데요, 여러분이 알고있는 대형 웹사이트 운영사들이 이미 보유하고 있습니다. 왜냐고요? 새로운 디자인을 할때 여러분이 어딜 먼저볼지, 얼마동안 쳐다보는지 등을 미리 테스트 해볼 수 있기 때문입니다. 아직은 수천만원짜리 고가 장비이지만, 언젠가 개인용으로 저렴하게 나올때가 있을지 모릅니다. 기다리기 싫으시면 그냥 여러분이 만들어 보시죠!
