🤖 Arduino Nano로 만드는 초음파 거리 측정기 🌟

콘텐츠 대표 이미지 - Arduino Nano: 초음파 센서를 이용한 거리 측정기 제작

안녕, 친구들! 오늘은 정말 재밌는 프로젝트를 함께 해볼 거야. 바로 Arduino Nano와 초음파 센서를 이용해서 거리 측정기를 만들어 볼 거란 말이지! 😎 이 프로젝트를 통해 우리는 프로그래밍의 기초부터 하드웨어 제어까지 다양한 걸 배울 수 있을 거야. 그럼 이제부터 우리의 멋진 여정을 시작해보자구!

💡 참고: 이 글은 재능넷(https://www.jaenung.net)의 '지식인의 숲' 메뉴에 등록될 예정이야. 재능넷은 다양한 재능을 거래하는 플랫폼이니, 이 프로젝트를 마스터하고 나면 너의 새로운 재능을 공유해볼 수도 있겠지?

🛠️ 준비물

자, 그럼 우리의 멋진 거리 측정기를 만들기 위해 필요한 준비물들을 살펴볼까?

Arduino Nano 보드
HC-SR04 초음파 센서
브레드보드
점퍼 와이어 (수-수, 수-암)
USB 케이블 (Arduino Nano 연결용)
OLED 디스플레이 (옵션)
9V 배터리 + 배터리 클립 (휴대용으로 만들고 싶다면)

이 정도면 충분해! 혹시 이 중에 뭔가 없다고? 걱정 마, 재능넷에서 다른 사람들의 도움을 받아 구할 수 있을 거야. 재능넷은 이런 식으로 서로의 재능과 자원을 공유하는 멋진 플랫폼이지. 😉

🧠 Arduino Nano: 작지만 강력한 두뇌

우리의 프로젝트의 핵심, Arduino Nano에 대해 좀 더 자세히 알아볼까? Arduino Nano는 작은 크기에 엄청난 성능을 가진 마이크로컨트롤러 보드야. 이름에서 알 수 있듯이, 정말 '나노' 사이즈지만 그 안에 담긴 기능은 어마어마해!

Arduino Nano의 주요 특징을 살펴볼까?

마이크로컨트롤러: ATmega328
동작 전압: 5V
입력 전압: 7-12V
디지털 I/O 핀: 14개 (6개는 PWM 출력 가능)
아날로그 입력 핀: 8개
플래시 메모리: 32 KB
SRAM: 2 KB
EEPROM: 1 KB
클럭 속도: 16 MHz

이 작은 보드 하나로 우리는 정말 다양한 프로젝트를 만들 수 있어. 오늘 우리가 만들 거리 측정기는 그중 하나일 뿐이지. 상상력을 발휘해보면 Arduino Nano로 할 수 있는 일들이 무궁무진해!

🌊 초음파 센서: 소리로 거리를 측정한다고?

자, 이제 우리의 두 번째 주인공인 초음파 센서에 대해 알아볼 차례야. 우리가 사용할 HC-SR04 초음파 센서는 어떻게 거리를 측정할까? 🤔

🦇 재미있는 사실: 박쥐들도 초음파를 이용해 주변 환경을 탐지하고 먹이를 찾아다녀. 우리의 센서는 마치 작은 박쥐처럼 동작한다고 볼 수 있지!

초음파 센서의 동작 원리는 다음과 같아:

초음파 발사: 센서에서 초음파를 발사해.
반사파 대기: 발사된 초음파가 물체에 부딪혀 돌아올 때까지 기다려.
시간 측정: 초음파가 돌아오는 데 걸린 시간을 측정해.
거리 계산: 측정된 시간을 이용해 거리를 계산해.

초음파의 속도는 대략 340m/s야. 이 속도를 이용해서 우리는 아주 정확하게 거리를 측정할 수 있지!

HC-SR04 초음파 센서의 주요 특징을 살펴볼까?

동작 전압: 5V
동작 전류: 15mA
동작 주파수: 40Hz
최대 범위: 4m
최소 범위: 2cm
측정 각도: 15도
트리거 입력 신호: 10µs TTL 펄스
반향 출력 신호: 입력 비례 TTL 펄스 폭

이 센서는 정말 대단해! 2cm에서 4m까지의 거리를 아주 정확하게 측정할 수 있지. 게다가 사용하기도 굉장히 쉬워. Arduino와 연결해서 몇 줄의 코드만 작성하면 바로 거리를 측정할 수 있다니, 정말 놀랍지 않아?

🔌 연결: Arduino와 초음파 센서의 만남

자, 이제 우리의 두 주인공을 연결할 시간이야! Arduino Nano와 HC-SR04 초음파 센서를 어떻게 연결하면 될까? 걱정 마, 생각보다 훨씬 쉬워. 😉

먼저, HC-SR04 초음파 센서의 핀 구성을 살펴볼게:

VCC: 전원 공급 (5V)
Trig: 트리거 신호 입력
Echo: 에코 신호 출력
GND: 접지

이제 이 핀들을 Arduino Nano와 연결해볼 거야. 여기 연결 방법을 자세히 설명해줄게:

VCC → 5V: 센서에 전원을 공급해줘야 해. Arduino Nano의 5V 핀과 센서의 VCC 핀을 연결해줘.
Trig → D9: 트리거 신호를 보내기 위해 Arduino의 디지털 핀 9번과 센서의 Trig 핀을 연결해.
Echo → D10: 에코 신호를 받기 위해 Arduino의 디지털 핀 10번과 센서의 Echo 핀을 연결해.
GND → GND: 마지막으로, 센서의 GND 핀을 Arduino의 GND 핀과 연결해줘.

이렇게 연결하면 기본적인 세팅은 끝이야! 정말 간단하지?

이 연결도를 보면서 차근차근 따라 해보자. 처음에는 좀 헷갈릴 수 있지만, 몇 번 해보면 금방 익숙해질 거야. 그리고 기억해, 항상 전원을 연결하기 전에 모든 연결이 제대로 되었는지 다시 한 번 확인하는 게 좋아. 안전이 최우선이니까! 🛡️

💻 코딩 시작: 거리 측정의 마법

자, 이제 하드웨어 연결은 끝났어. 다음은 뭐다? 바로 코딩이지! 🧙‍♂️ 우리의 Arduino에게 어떻게 동작해야 하는지 알려줄 시간이야. 걱정 마, 어려운 거 아니야. 한 줄 한 줄 차근차근 설명해줄게.

먼저, Arduino IDE를 열고 새로운 스케치를 시작해보자. 그리고 다음 코드를 입력해봐:


// HC-SR04 초음파 센서 핀 설정
const int trigPin = 9;
const int echoPin = 10;

// 변수 선언
long duration;
int distance;

void setup() {
  // 시리얼 통신 시작
  Serial.begin(9600);
  
  // 핀 모드 설정
  pinMode(trigPin, OUTPUT);
  pinMode(echoPin, INPUT);
}

void loop() {
  // 트리거 핀 초기화
  digitalWrite(trigPin, LOW);
  delayMicroseconds(2);
  
  // 트리거 핀에 10µs 동안 HIGH 신호 보내기
  digitalWrite(trigPin, HIGH);
  delayMicroseconds(10);
  digitalWrite(trigPin, LOW);
  
  // 에코 핀으로부터 신호 읽기
  duration = pulseIn(echoPin, HIGH);
  
  // 거리 계산
  distance = duration * 0.034 / 2;
  
  // 시리얼 모니터에 거리 출력
  Serial.print("Distance: ");
  Serial.print(distance);
  Serial.println(" cm");
  
  delay(1000);  // 1초 대기
}

우와, 코드가 좀 길어 보이지? 하지만 걱정 마. 하나씩 뜯어보면 정말 간단해. 자, 이제 코드를 자세히 살펴볼게.

1. 변수 선언 및 핀 설정


const int trigPin = 9;
const int echoPin = 10;

long duration;
int distance;

여기서는 우리가 사용할 핀 번호와 변수들을 선언하고 있어. trigPin은 9번, echoPin은 10번으로 설정했어. 이건 우리가 앞서 연결한 대로야. duration은 초음파가 되돌아오는 시간을, distance는 계산된 거리를 저장할 거야.

2. setup() 함수


void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(trigPin, OUTPUT);
  pinMode(echoPin, INPUT);
}

setup() 함수는 프로그램이 시작될 때 한 번만 실행돼. 여기서는 시리얼 통신을 시작하고 (우리가 거리를 모니터로 볼 수 있게), 핀 모드를 설정하고 있어. trigPin은 신호를 보내니까 출력으로, echoPin은 신호를 받으니까 입력으로 설정했지.

3. loop() 함수

이제 진짜 중요한 부분이야. loop() 함수는 계속해서 반복 실행되는 부분이야.


void loop() {
  digitalWrite(trigPin, LOW);
  delayMicroseconds(2);
  
  digitalWrite(trigPin, HIGH);
  delayMicroseconds(10);
  digitalWrite(trigPin, LOW);
  
  duration = pulseIn(echoPin, HIGH);
  
  distance = duration * 0.034 / 2;
  
  Serial.print("Distance: ");
  Serial.print(distance);
  Serial.println(" cm");
  
  delay(1000);
}

이 부분을 단계별로 설명해줄게:

트리거 신호 보내기: trigPin을 잠깐 HIGH로 설정했다가 다시 LOW로 바꿔. 이게 초음파를 발사하는 신호야.
에코 신호 받기: pulseIn() 함수로 echoPin이 HIGH가 되는 시간을 측정해. 이게 초음파가 물체에 부딪히고 돌아오는 데 걸린 시간이야.
거리 계산: 측정된 시간을 이용해 거리를 계산해. 여기서 0.034는 음파의 속도(340m/s)를 cm/µs 단위로 바꾼 값이야. 2로 나누는 이유는 초음파가 왕복하니까!
결과 출력: 계산된 거리를 시리얼 모니터에 출력해.
대기: 1초 동안 기다렸다가 다음 측정을 시작해.

이렇게 하면 우리의 거리 측정기가 완성되는 거야! 정말 대단하지 않아? 이제 이 코드를 Arduino Nano에 업로드하고 실행해보자.

🚀 실행 및 테스트: 우리의 작품을 시험해보자!

드디어 우리의 거리 측정기가 완성됐어! 이제 실제로 동작하는지 테스트해볼 시간이야. 정말 흥미진진하지 않아? 😃

테스트 방법은 다음과 같아:

Arduino IDE에서 '업로드' 버튼을 눌러 코드를 Arduino Nano에 업로드해.
업로드가 완료되면, IDE의 상단 메뉴에서 '도구' → '시리얼 모니터'를 선택해.
시리얼 모니터가 열리면, 우측 하단에 '9600 보드'가 선택되어 있는지 확인해.
이제 초음파 센서 앞에 물체를 놓고 거리를 측정해봐!

시리얼 모니터에 "Distance: XX cm"와 같은 형식으로 거리가 표시될 거야. 물체를 앞뒤로 움직여보면서 거리가 어떻게 변하는지 관찰해봐.

💡 팁: 처음에는 자를 이용해서 실제 거리와 측정된 거리를 비교해보는 것도 좋아. 이렇게 하면 우리의 거리 측정기가 얼마나 정확한지 알 수 있지!

만약 결과가 예상과 다르다면, 다음 사항들을 체크해봐:

모든 연결이 제대로 되어있는지 확인해.
코드에 오타가 없는지 다시 한 번 확인해.
센서 앞에 장애물이 없는지 확인해.
센서가 물체를 향해 제대로 정렬되어 있는지 확인해.

대부분의 경우, 이 정도만 체크해도 문제를 해결할 수 있을 거야. 그래도 안 된다면? 걱정 마, 우리에겐 재능넷이 있잖아! 거기서 다른 개발자들의 도움을 받을 수 있을 거야.

🔧 개선 및 확장: 더 멋진 기능을 추가해보자!

우리의 기본적인 거리 측정기가 잘 동작하고 있다면, 이제 더 멋진 기능들을 추가해볼 차례야. 어떤 것들을 해볼 수 있을까? 😎

1. LED로 거리 표시하기

거리에 따라 다른 색의 LED를 켜보는 건 어때? 예를 들어:

0-10cm: 빨간색 LED
11-50cm: 노란색 LED
51cm 이상: 초록색 LED

이렇게 하면 시각적으로도 거리를 쉽게 확인할 수 있겠지? 코드는 이렇게 수정할 수 있어:


const int redLED = 3;
const int yellowLED = 4;
const int greenLED = 5;

void setup() {
  // 기존 코드...
  pinMode(redLED, OUTPUT);
  pinMode(yellowLED, OUTPUT);
  pinMode(greenLED, OUTPUT);
}

void loop() {
  // 기존의 거리 측정 코드...

  // LED 제어
  if (distance <= 10) {
    digitalWrite(redLED, HIGH);
    digitalWrite(yellowLED, LOW);
    digitalWrite(greenLED, LOW);
  } else if (distance <= 50) {
    digitalWrite(redLED, LOW);
    digitalWrite(yellow  LED, HIGH);
    digitalWrite(greenLED, LOW);
  } else {
    digitalWrite(redLED, LOW);
    digitalWrite(yellowLED, LOW);
    digitalWrite(greenLED, HIGH);
  }
}

이렇게 하면 거리에 따라 다른 색의 LED가 켜질 거야. 정말 멋지지 않아?

2. 부저로 경고음 내기

물체가 너무 가까워지면 경고음을 내는 기능을 추가해보자. 이건 주차 보조 시스템 같은 걸 만들 때 유용할 거야!


const int buzzerPin = 6;

void setup() {
  // 기존 코드...
  pinMode(buzzerPin, OUTPUT);
}

void loop() {
  // 기존의 거리 측정 코드...

  // 부저 제어
  if (distance < 20) {
    tone(buzzerPin, 1000, 100);  // 1kHz 소리를 100ms 동안 냄
  } else {
    noTone(buzzerPin);
  }
}

이제 물체가 20cm 이내로 가까워지면 경고음이 울릴 거야. 주의해야 할 때 귀로도 알 수 있게 되었어!

3. OLED 디스플레이로 거리 표시하기

시리얼 모니터 대신 OLED 디스플레이를 사용하면 더 멋진 거리 측정기가 될 거야. 이렇게 하면 컴퓨터 없이도 거리를 확인할 수 있지!

먼저, Adafruit_SSD1306 라이브러리를 설치해야 해. 그리고 코드를 이렇게 수정해보자:


#include <wire.h>
#include <adafruit_gfx.h>
#include <adafruit_ssd1306.h>

#define SCREEN_WIDTH 128
#define SCREEN_HEIGHT 64

Adafruit_SSD1306 display(SCREEN_WIDTH, SCREEN_HEIGHT, &Wire, -1);

void setup() {
  // 기존 코드...

  if(!display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, 0x3C)) {
    Serial.println(F("SSD1306 allocation failed"));
    for(;;);
  }
  display.clearDisplay();
}

void loop() {
  // 기존의 거리 측정 코드...

  // OLED에 거리 표시
  display.clearDisplay();
  display.setTextSize(2);
  display.setTextColor(WHITE);
  display.setCursor(0, 0);
  display.print("Distance:");
  display.setCursor(0, 25);
  display.print(distance);
  display.print(" cm");
  display.display();
}
</adafruit_ssd1306.h></adafruit_gfx.h></wire.h>

이제 OLED 디스플레이에 거리가 표시될 거야. 휴대성이 훨씬 좋아졌지?

4. 블루투스로 데이터 전송하기

HC-05나 HC-06 같은 블루투스 모듈을 사용하면 측정한 거리를 스마트폰으로 전송할 수 있어. 이렇게 하면 원격으로 거리를 모니터링할 수 있지!


#include <softwareserial.h>

SoftwareSerial bluetooth(2, 3); // RX, TX

void setup() {
  // 기존 코드...
  bluetooth.begin(9600);
}

void loop() {
  // 기존의 거리 측정 코드...

  // 블루투스로 데이터 전송
  bluetooth.print("Distance: ");
  bluetooth.print(distance);
  bluetooth.println(" cm");
}
</softwareserial.h>

이제 블루투스로 연결된 디바이스에서 실시간으로 거리 데이터를 받을 수 있어. 스마트홈 프로젝트에 활용하면 어떨까?