본문 바로가기
아두이노우노 R4

시각 장애인을 위한 점자 디스플레이 시스템 개발 2

지구 빵집 2025. 7. 9. 10:20
반응형

 

시각장애인을 위한 점자 디스플레이 장치 개발 프로젝트를 도와드리겠습니다. 42개의 스텝모터를 제어하는 것은 복잡한 작업이므로 체계적인 접근이 필요합니다.

 

점자 디스플레이 게발에 관한 게시물

 

시각 장애인을 위한 점자 디스플레이 개발 1 

시각 장애인을 위한 점자 디스플레이 개발 2 

시각 장애인을 위한 점자 디스플레이 개발 3 

시각 장애인을 위한 점자 디스플레이 개발 4 

스테퍼 모터와 아두이노 - 완벽한 가이드, 점자 구현 참고

시각 장애인을 위한 점자 디스플레이 시스템 개발 5 - Gemini

 

 

시스템 구성 개요

주요 구성요소:

  • Arduino Mega 2560 (I/O 핀 부족 문제 해결)
  • A4988 스텝모터 드라이버 42개
  • 스텝모터 42개 (NEMA 17 권장)
  • 멀티플렉서 (74HC4067 또는 CD74HC4051)
  • 전원 공급 장치 (12V/24V, 최소 10A)
  • 점자 핀 메커니즘

 

하드웨어 구성도

 

 

위 이미지 코드는 아래와 같다.

 

<!DOCTYPE html>
<html lang="ko">
<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
    <title>점자 디스플레이 하드웨어 구성도</title>
    <style>
        body {
            font-family: 'Arial', sans-serif;
            margin: 20px;
            background-color: #f5f5f5;
        }
        .container {
            max-width: 1200px;
            margin: 0 auto;
            background: white;
            padding: 20px;
            border-radius: 10px;
            box-shadow: 0 4px 6px rgba(0,0,0,0.1);
        }
        .title {
            text-align: center;
            color: #2c3e50;
            margin-bottom: 30px;
            font-size: 24px;
            font-weight: bold;
        }
        .diagram {
            display: flex;
            flex-direction: column;
            gap: 30px;
        }
        .section {
            border: 2px solid #3498db;
            border-radius: 10px;
            padding: 15px;
            background: #ecf0f1;
        }
        .section-title {
            font-weight: bold;
            color: #2980b9;
            margin-bottom: 10px;
            font-size: 16px;
        }
        .component {
            background: #fff;
            border: 1px solid #bdc3c7;
            border-radius: 5px;
            padding: 10px;
            margin: 5px;
            display: inline-block;
            text-align: center;
            min-width: 120px;
        }
        .arduino {
            background: #27ae60;
            color: white;
        }
        .driver {
            background: #e74c3c;
            color: white;
        }
        .motor {
            background: #f39c12;
            color: white;
        }
        .multiplexer {
            background: #9b59b6;
            color: white;
        }
        .power {
            background: #34495e;
            color: white;
        }
        .connection {
            display: flex;
            align-items: center;
            justify-content: center;
            margin: 10px 0;
        }
        .arrow {
            font-size: 20px;
            margin: 0 10px;
            color: #7f8c8d;
        }
        .grid {
            display: grid;
            grid-template-columns: repeat(auto-fit, minmax(150px, 1fr));
            gap: 10px;
            margin: 15px 0;
        }
        .pin-info {
            background: #e8f6f3;
            border: 1px solid #1abc9c;
            border-radius: 5px;
            padding: 10px;
            margin: 10px 0;
        }
        .specs {
            background: #fdf2e9;
            border: 1px solid #e67e22;
            border-radius: 5px;
            padding: 15px;
            margin: 20px 0;
        }
        .warning {
            background: #fadbd8;
            border: 1px solid #e74c3c;
            border-radius: 5px;
            padding: 10px;
            margin: 10px 0;
            color: #c0392b;
        }
    </style>
</head>
<body>
    <div class="container">
        <div class="title">점자 디스플레이 하드웨어 구성도 (42개 스텝모터)</div>
        
        <!-- 전체 시스템 개요 -->
        <div class="section">
            <div class="section-title">📋 시스템 개요</div>
            <div class="connection">
                <div class="component power">전원 공급장치<br>12V/24V 10A</div>
                <div class="arrow">→</div>
                <div class="component arduino">Arduino Mega 2560<br>메인 컨트롤러</div>
                <div class="arrow">→</div>
                <div class="component multiplexer">멀티플렉서<br>74HC4067 x6</div>
                <div class="arrow">→</div>
                <div class="component driver">A4988 드라이버<br>x42</div>
                <div class="arrow">→</div>
                <div class="component motor">스텝모터<br>NEMA 17 x42</div>
            </div>
        </div>

        <!-- Arduino Mega 2560 핀 배치 -->
        <div class="section">
            <div class="section-title">🔌 Arduino Mega 2560 핀 할당</div>
            <div class="pin-info">
                <strong>디지털 핀 사용:</strong><br>
                • 핀 2-13: 멀티플렉서 제어 (S0, S1, S2, S3) x 3개<br>
                • 핀 22-53: STEP 신호 출력 (32개 핀)<br>
                • 핀 A0-A15: DIR 신호 출력 (16개 핀)
            </div>
            <div class="grid">
                <div class="component">핀 2-5: MUX1 제어</div>
                <div class="component">핀 6-9: MUX2 제어</div>
                <div class="component">핀 10-13: MUX3 제어</div>
                <div class="component">핀 22-37: STEP 1-16</div>
                <div class="component">핀 38-53: STEP 17-32</div>
                <div class="component">A0-A9: STEP 33-42</div>
                <div class="component">A10-A15: DIR 1-6</div>
            </div>
        </div>

        <!-- 멀티플렉서 구성 -->
        <div class="section">
            <div class="section-title">🔄 멀티플렉서 구성 (74HC4067)</div>
            <div class="grid">
                <div class="component multiplexer">MUX 1<br>DIR 신호 1-16</div>
                <div class="component multiplexer">MUX 2<br>DIR 신호 17-32</div>
                <div class="component multiplexer">MUX 3<br>DIR 신호 33-42</div>
            </div>
            <div class="pin-info">
                <strong>74HC4067 핀 연결:</strong><br>
                • S0, S1, S2, S3: 채널 선택 (Arduino 디지털 핀)<br>
                • EN: GND (항상 활성화)<br>
                • VCC: 5V, GND: GND<br>
                • SIG: Arduino 디지털 핀<br>
                • C0-C15: A4988 DIR 핀들
            </div>
        </div>

        <!-- A4988 드라이버 구성 -->
        <div class="section">
            <div class="section-title">⚡ A4988 드라이버 연결</div>
            <div class="specs">
                <strong>각 A4988 드라이버 연결:</strong><br>
                • VDD: 5V (로직 전원)<br>
                • GND: 공통 접지<br>
                • VMOT: 12V/24V (모터 전원)<br>
                • 1A, 1B, 2A, 2B: 스텝모터 4선<br>
                • STEP: Arduino 디지털 핀<br>
                • DIR: 멀티플렉서 출력<br>
                • MS1, MS2, MS3: 마이크로스테핑 설정<br>
                • RST, SLP: 5V (항상 활성화)<br>
                • EN: GND 또는 제어 핀
            </div>
        </div>

        <!-- 전원 공급 -->
        <div class="section">
            <div class="section-title">🔋 전원 공급 시스템</div>
            <div class="connection">
                <div class="component power">AC 220V</div>
                <div class="arrow">→</div>
                <div class="component power">SMPS<br>24V 15A</div>
                <div class="arrow">→</div>
                <div class="component power">DC-DC 컨버터<br>24V→5V 3A</div>
            </div>
            <div class="specs">
                <strong>전원 분배:</strong><br>
                • 24V: A4988 VMOT (모터 전원)<br>
                • 5V: Arduino, A4988 VDD, 멀티플렉서<br>
                • 각 모터 최대 소비전류: 1.5A<br>
                • 총 예상 소비전력: 약 300W
            </div>
        </div>

        <!-- 점자 메커니즘 -->
        <div class="section">
            <div class="section-title">⚙️ 점자 핀 메커니즘</div>
            <div class="grid">
                <div class="component">스텝모터</div>
                <div class="component">리드 스크류<br>또는 캠</div>
                <div class="component">점자 핀</div>
                <div class="component">리미트 스위치<br>(선택사항)</div>
            </div>
            <div class="specs">
                <strong>메커니즘 사양:</strong><br>
                • 점자 핀 높이: 0.6-0.8mm<br>
                • 응답 시간: 100ms 이하<br>
                • 정밀도: 0.1mm<br>
                • 내구성: 100만회 이상
            </div>
        </div>

        <!-- 주의사항 -->
        <div class="warning">
            <strong>⚠️ 주의사항:</strong><br>
            • 전원 공급 시 과전류 보호 회로 필수<br>
            • 방열판 설치로 A4988 발열 관리<br>
            • 공통 접지 확실히 연결<br>
            • 노이즈 필터링을 위한 커패시터 추가 권장
        </div>
    </div>
</body>
</html>

 

 

## 소프트웨어 구현

 

다음으로 Arduino 코드 예시를 제공하겠습니다:

 

/*
 * 42개 스텝모터 점자 디스플레이 제어 시스템
 * Arduino Mega 2560 + A4988 드라이버 + 멀티플렉서
 */

#include <AccelStepper.h>

// 멀티플렉서 제어 핀 정의
const int MUX1_S0 = 2, MUX1_S1 = 3, MUX1_S2 = 4, MUX1_S3 = 5;
const int MUX2_S0 = 6, MUX2_S1 = 7, MUX2_S2 = 8, MUX2_S3 = 9;
const int MUX3_S0 = 10, MUX3_S1 = 11, MUX3_S2 = 12, MUX3_S3 = 13;

// 멀티플렉서 SIG 핀
const int MUX1_SIG = A10;  // DIR 신호 1-16
const int MUX2_SIG = A11;  // DIR 신호 17-32
const int MUX3_SIG = A12;  // DIR 신호 33-42

// STEP 핀 배열 (42개)
const int stepPins[42] = {
  22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37,  // 1-16
  38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53,  // 17-32
  A0, A1, A2, A3, A4, A5, A6, A7, A8, A9                           // 33-42
};

// 멀티플렉서 제어 핀 배열
const int mux1Pins[4] = {MUX1_S0, MUX1_S1, MUX1_S2, MUX1_S3};
const int mux2Pins[4] = {MUX2_S0, MUX2_S1, MUX2_S2, MUX2_S3};
const int mux3Pins[4] = {MUX3_S0, MUX3_S1, MUX3_S2, MUX3_S3};

// 점자 상태 배열 (42개 점자 셀)
bool brailleState[42] = {false};
bool targetState[42] = {false};

// 모터 설정
const int STEPS_PER_REV = 200;  // 1.8도 스텝모터
const int MICROSTEPS = 16;      // A4988 마이크로스테핑
const int BRAILLE_HEIGHT_STEPS = 32;  // 점자 높이에 해당하는 스텝 수
const int MAX_SPEED = 1000;
const int ACCELERATION = 500;

// 스텝모터 객체 배열
AccelStepper steppers[42];

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  Serial.println("점자 디스플레이 시스템 초기화...");
  
  // 멀티플렉서 제어 핀 초기화
  for(int i = 0; i < 4; i++) {
    pinMode(mux1Pins[i], OUTPUT);
    pinMode(mux2Pins[i], OUTPUT);
    pinMode(mux3Pins[i], OUTPUT);
  }
  
  // 멀티플렉서 SIG 핀 초기화
  pinMode(MUX1_SIG, OUTPUT);
  pinMode(MUX2_SIG, OUTPUT);
  pinMode(MUX3_SIG, OUTPUT);
  
  // 스텝모터 초기화
  for(int i = 0; i < 42; i++) {
    steppers[i] = AccelStepper(1, stepPins[i], -1); // DRIVER 타입
    steppers[i].setMaxSpeed(MAX_SPEED);
    steppers[i].setAcceleration(ACCELERATION);
    steppers[i].setCurrentPosition(0);
  }
  
  Serial.println("초기화 완료!");
}

void loop() {
  // 시리얼 명령 처리
  if(Serial.available()) {
    processSerialCommand();
  }
  
  // 모터 실행
  updateMotors();
  
  delay(1);
}

// 멀티플렉서 채널 선택
void selectMuxChannel(int muxNum, int channel) {
  int* pins;
  
  switch(muxNum) {
    case 1: pins = (int*)mux1Pins; break;
    case 2: pins = (int*)mux2Pins; break;
    case 3: pins = (int*)mux3Pins; break;
    default: return;
  }
  
  digitalWrite(pins[0], channel & 0x01);
  digitalWrite(pins[1], (channel >> 1) & 0x01);
  digitalWrite(pins[2], (channel >> 2) & 0x01);
  digitalWrite(pins[3], (channel >> 3) & 0x01);
}

// DIR 신호 설정
void setDirection(int motorNum, bool direction) {
  if(motorNum < 0 || motorNum >= 42) return;
  
  if(motorNum < 16) {
    // MUX1 사용 (모터 0-15)
    selectMuxChannel(1, motorNum);
    digitalWrite(MUX1_SIG, direction);
  }
  else if(motorNum < 32) {
    // MUX2 사용 (모터 16-31)
    selectMuxChannel(2, motorNum - 16);
    digitalWrite(MUX2_SIG, direction);
  }
  else {
    // MUX3 사용 (모터 32-41)
    selectMuxChannel(3, motorNum - 32);
    digitalWrite(MUX3_SIG, direction);
  }
  
  delayMicroseconds(1); // 신호 안정화
}

// 점자 패턴 설정
void setBraillePattern(int cellNum, bool state) {
  if(cellNum < 0 || cellNum >= 42) return;
  
  targetState[cellNum] = state;
  
  // 방향 설정
  bool direction = state; // true = 올라감, false = 내려감
  setDirection(cellNum, direction);
  
  // 목표 위치 설정
  int targetPos = state ? BRAILLE_HEIGHT_STEPS : 0;
  steppers[cellNum].moveTo(targetPos);
}

// 전체 점자 패턴 설정
void setBrailleText(String pattern) {
  if(pattern.length() != 42) {
    Serial.println("오류: 패턴 길이는 42자여야 합니다.");
    return;
  }
  
  for(int i = 0; i < 42; i++) {
    bool state = (pattern.charAt(i) == '1');
    setBraillePattern(i, state);
  }
}

// 모터 업데이트
void updateMotors() {
  for(int i = 0; i < 42; i++) {
    if(steppers[i].distanceToGo() != 0) {
      steppers[i].run();
    }
  }
}

// 시리얼 명령 처리
void processSerialCommand() {
  String command = Serial.readStringUntil('\n');
  command.trim();
  
  if(command.startsWith("SET:")) {
    // 예: SET:111000111000111000111000111000111000111000
    String pattern = command.substring(4);
    setBrailleText(pattern);
    Serial.println("패턴 설정 완료");
  }
  else if(command.startsWith("CELL:")) {
    // 예: CELL:5:1 (5번 셀을 1로 설정)
    int firstColon = command.indexOf(':');
    int secondColon = command.indexOf(':', firstColon + 1);
    
    if(firstColon != -1 && secondColon != -1) {
      int cellNum = command.substring(firstColon + 1, secondColon).toInt();
      int state = command.substring(secondColon + 1).toInt();
      
      setBraillePattern(cellNum, state == 1);
      Serial.println("셀 " + String(cellNum) + " 설정: " + String(state));
    }
  }
  else if(command == "STATUS") {
    printStatus();
  }
  else if(command == "HOME") {
    homeAllMotors();
  }
  else if(command == "STOP") {
    stopAllMotors();
  }
  else {
    Serial.println("알 수 없는 명령: " + command);
    Serial.println("사용 가능한 명령:");
    Serial.println("  SET:<42자리 패턴> - 전체 패턴 설정");
    Serial.println("  CELL:<번호>:<상태> - 개별 셀 설정");
    Serial.println("  STATUS - 현재 상태 출력");
    Serial.println("  HOME - 모든 모터 홈 위치");
    Serial.println("  STOP - 모든 모터 정지");
  }
}

// 상태 출력
void printStatus() {
  Serial.println("=== 점자 디스플레이 상태 ===");
  for(int i = 0; i < 42; i++) {
    Serial.print("셀 ");
    Serial.print(i);
    Serial.print(": ");
    Serial.print(brailleState[i] ? "올림" : "내림");
    Serial.print(" (위치: ");
    Serial.print(steppers[i].currentPosition());
    Serial.print(", 목표: ");
    Serial.print(steppers[i].targetPosition());
    Serial.println(")");
  }
}

// 모든 모터 홈 위치로
void homeAllMotors() {
  Serial.println("모든 모터를 홈 위치로 이동 중...");
  
  for(int i = 0; i < 42; i++) {
    setDirection(i, false); // 내려가는 방향
    steppers[i].moveTo(0);
    brailleState[i] = false;
    targetState[i] = false;
  }
  
  // 모든 모터가 멈출 때까지 대기
  while(true) {
    bool allStopped = true;
    for(int i = 0; i < 42; i++) {
      if(steppers[i].distanceToGo() != 0) {
        steppers[i].run();
        allStopped = false;
      }
    }
    if(allStopped) break;
  }
  
  Serial.println("홈 위치 이동 완료");
}

// 모든 모터 정지
void stopAllMotors() {
  for(int i = 0; i < 42; i++) {
    steppers[i].stop();
  }
  Serial.println("모든 모터 정지");
}

// 점자 문자 변환 함수 (추가 구현 가능)
void displayBrailleChar(char ch, int startCell) {
  // 점자 문자 매핑 테이블을 구현하여
  // 각 문자에 해당하는 6점 패턴을 설정
  // 예: 'A' = 100000 패턴
  
  // 이 부분은 점자 문자 체계에 따라 구현
}

/*
 * 사용 예시:
 * 1. 시리얼 모니터에서 "SET:111000111000111000111000111000111000111000" 입력
 * 2. 개별 셀 제어: "CELL:5:1"
 * 3. 상태 확인: "STATUS"
 * 4. 홈 위치: "HOME"
 */

 

 

구현 시 고려사항

1. 전원 관리

  • 42개 모터 동시 구동 시 큰 전류가 필요합니다
  • SMPS 24V 15A 이상 권장
  • 각 A4988마다 방열판 부착 필수

2. 성능 최적화

  • 모든 모터를 동시에 움직이지 말고 순차적으로 제어
  • 멀티플렉서 채널 전환 시 지연시간 고려
  • 인터럽트 기반 스테핑으로 성능 향상 가능

3. 기계적 설계

  • 점자 핀 높이: 0.6-0.8mm (표준 점자 규격)
  • 점자 셀 간격: 2.5mm (가로), 2.8mm (세로)
  • 리드 스크류 피치 최적화로 정밀도 확보

4. 소프트웨어 확장

  • 한글/영문 점자 변환 라이브러리 추가
  • USB/블루투스를 통한 PC 연동
  • 점자 새로고침 속도 조절 기능

5. 안전 기능

  • 과전류 보호 회로
  • 모터 온도 모니터링
  • 비상 정지 기능
  • 점자 핀 위치 피드백 (엔코더 또는 리미트 스위치)

이 설계를 기반으로 단계적으로 구현하시면 됩니다. 먼저 소수의 모터로 프로토타입을 만들어 테스트한 후 전체 시스템으로 확장하는 것을 권장합니다.

추가로 궁금한 점이나 특정 부분에 대한 상세한 설명이 필요하시면 언제든 문의해 주세요!

 

 

반응형
저작자표시 비영리 변경금지 (새창열림)

'아두이노우노 R4' 카테고리의 다른 글

아두이노 메가 2560 핀아웃, 사양 및 회로도에 대한 최종 가이드  (2) 2025.07.09
시각 장애인을 위한 점자 디스플레이 시스템 개발 5 - Gemini  (2) 2025.07.09
시각 장애인을 위한 점자 디스플레이 시스템 개발 4  (5) 2025.07.09
시각 장애인을 위한 점자 디스플레이 시스템 개발 3  (4) 2025.07.09
시각 장애인을 위한 점자 디스플레이 시스템 개발 1  (7) 2025.07.09
스테퍼 모터와 아두이노 - 완벽한 가이드, 점자 구현 참고  (1) 2025.07.06
Arduino Uno R4 Wifi의 LED 매트릭스를 시계열 그래프로 사용하는 데모  (7) 2025.07.01
Arduino UNO R4 Wifi 및 Sensirion SHT40을 사용한 온도 그래프  (0) 2025.07.01

캐어랩 고객 지원

취업, 창업의 막막함, 외주 관리, 제품 부재!

당신의 고민은 무엇입니까? 현실과 동떨어진 교육, 실패만 반복하는 외주 계약, 아이디어는 있지만 구현할 기술이 없는 막막함.

우리는 알고 있습니다. 문제의 원인은 '명확한 학습, 실전 경험과 신뢰할 수 있는 기술력의 부재'에서 시작됩니다.

이제 고민을 멈추고, 캐어랩을 만나세요!

코딩(펌웨어), 전자부품과 디지털 회로설계, PCB 설계 제작, 고객(시장/수출) 발굴과 마케팅 전략으로 당신을 지원합니다.

제품 설계의 고수는 성공이 만든 게 아니라 실패가 만듭니다. 아이디어를 양산 가능한 제품으로!

귀사의 제품을 만드세요. 교육과 개발 실적으로 신뢰할 수 있는 파트너를 확보하세요.

지난 30년 여정, 캐어랩이 얻은 모든 것을 함께 나누고 싶습니다.

카카오 채널 추가하기

카톡 채팅방에서 무엇이든 물어보세요

당신의 성공을 위해 캐어랩과 함께 하세요.

캐어랩 온라인 채널 바로가기

캐어랩

'아두이노우노 R4' Related Articles

티스토리툴바