피지컬 아두이노 소프트웨어 교육 플랫폼

 

  피지컬 아두이노 소프트웨어 교육 플랫폼은 소프트웨어를 처음으로 배우는 일반인과 학생을 위해 쉽게 즐겁게 소프트웨어를 배울 수 있도록 제작하였습니다. 무엇보다 일회성으로 사용하고 버려지는 아두이노와 주변 부품을 영구적으로 재사용 하자는 아이디어를 반영했습니다. 실습후에 언제든 다시 사용이 가능하고, 메이커 프로젝트를 진행할 때 아두이노와 필요 센서를 구매해 진행합니다.

 

  소프트박스는 우리 주변환경에서 흔히 볼 수 있는 7종의 센서입력부, 입력데이터를 읽고 처리하여 제어와 통신을 담당하는 제어통신부, 센서 입력을 분석하여 제어를 하기 위한 5종의 구동출력부를 인쇄회로기판(PCB) 위에 견고하게 모아 제작한 피지컬 아두이노 소프트웨어 교육키트입니다.

 

 

피지컬 아두이노 소프트웨어 교육키트 소프트박스

 

 

소프트박스는 소프트웨어를 배우기 시작하는 분들에게 가장 기본적인 “피지컬 아두이노 소프트웨어 교육키트”입니다. 소프트박스는 다양한 교육환경을 지원합니다.

 

• 스크래치, 엔트리, mBlock 환경에서 논리적 사고와 절차를 배우는 블럭코딩 지원

 

• C언어 기반의 아두이노 통합 개발환경 스케치 환경 지원

 

• 태블릿으로 코딩을 배울 수 있는 안드로이드 태블릿 교육환경을 지원합니다.

 

 

소프트웨어를 배우기 위한 다양한 학습환경을 지원하는 소프트박스

 

 

 

학생과 일반인이 처음으로 즐겁고, 쉽고, 빠르게 소프트웨어를 배울 수 있는 교육도구입니다. 주변 환경을 인식하여, 데이터를 확인하고, 적절한 반응을 하도록 센서와 구동부 제어를 하다보면 어느새 소프트웨어의 주요 기능과 원리를 학습하게 됩니다.

 

소프트박스로 프로그래밍의 기본 교육 과정을 마치면 난이도와 수준에 따른 메이커 프로젝트를 진행합니다. 다양한 프로젝트를 통해 창의적인 아이디어를 소프트웨어로 구현하는 과정을 배우도록 하는 것이 바로 프로젝트 기반 코딩교육입니다. 저희는 메이커 프로젝트를 실행하기 위한 다양한 소스코드와 메이커 활동에 필요한 콘텐츠를 제공합니다.

 

 

1.   소프트박스 제품 구성

 

소프트박스 제품의 구성은 소프트박스 교육키트, USB 연결케이블, 소프트박스 교재로 구성되어 있습니다. 견고한 케이스에 포장되어 충격, 진동에 파손되지 않습니다. USB 케이블과 소프트박스와 연결만 하면 언제든 쉽고 빠르게 소프트웨어 교육을 진행하실 수 있습니다. 소프트박스 교재는 책으로 제공하며 온라인 상으로도 모든 자료를 확인하실 수 있습니다.

 

소프트박스 교육도구	USB 연결 케이블	소프트박스 교재

 

 

2. 소프트박스 교육키트 구성 

 

소프트박스 교육키트는 크게 센서입력부, 통신제어부, 구동출력부 3부분으로 구성되어 있습니다. 각 구성부분의 기능은

 

• 센서입력부 : 온도, 빛의 밝기와 같은 주변 상황을 감지하여 값을 출력하는 7종의 센서로 구성하였다. 구성센서는 온습도 센서, 조도센서, 근접센서, 소리센서, 진동센서, 초음파센서, 조이스틱이다. 

 

• 제어통신부 : 센서가 감지한 값을 읽어 판단하여 구동출력부를 제어하는 기능을 하고, 블루투스 통신으로 스마트폰과 데이터를 주고 받아 스마트 폰에서 센서값을 보거나 원하는 구동부를 제어하는 기능을 한다. 아두이노메가 중앙퍼리장치와 블루투스모듈로 구성하였다.

 

• 구동출력부 : 제어통신부의 제어신호를 받아 구동하는 출력부를 구성한다. 소리를 내고, 색색의 LED 를 켜고, 모터를 회전시키며, 글과 그림을 표시하는 기능을 한다. 스피커, RGB LED, 스텝모터, 캐릭터 LCD, OLED 로 구성하였다.

 

소프트박스 센서입력부, 구동출력부, 제어통신부를 구성하는 부품의 위치와 구성을 나타냅니다. 아두이노 메가는 손상을 방지하도록 아크릴 케이스로 안전하게 되어 있고, 초음파센서, 온습도 센서, 조도센서, 충돌센서, 소리센서, 진동센서, 조이스틱까지 7종의 입력에 반응하는 센서가 있습니다. 구동부는 스피커, RGB LED, 스텝모터, 캐릭터 LCD, OLED 등 5종의 액츄에이터가 있습니다. 불루투스 모듈은 스마트폰과 페이링 연결을 하여 각종 센서입력을 보거나 액츄에이터를 구동하게 됩니다.

 

 

 

3. 제어통신부 

 

메인보드 : Arduino Mega (ATmega2560)
	Microcontroller: ATmega2560 Operating Voltage: 5V Input Voltage (recommended): 7-12V Input Voltage (limits): 6-20V Digital I/O Pins: 54 (of which 14 provide PWM output) Analog Input Pins: 16 DC Current per I/O Pin: 40 mA DC Current for 3.3V Pin: 50 mA Flash Memory: 256 KB of which 8 KB used by bootloader SRAM: 8 KB EEPROM: 4 KB Clock Speed: 16 MHz 블루투스 : HC-06  입력전압 : 3.6~~6V 소비전력: unpaired 30mA, paired 10mA 통신거리 : 10m
블루투스 모듈 : HC-06
	입력전압 : 3.6~~6V 소비전력: unpaired 30mA, paired 10mA 통신거리 : 10m 통신방식 : 8 data bits, 1 stop bit, no parity  설정 : AT Command 사용(보레이트, 패스, 변수) 크기 : 3.57cm*1.52cm

 

4. 센서입력부 - 7종의 센서입력부

 

센서명	외형 이미지	상세사양
온 · 습도센서		작동 전압: 3.3V~5V 측정 온도: 0~50℃ 온도 정밀도: ±2℃ 측정 습도: 20~90% RH 습도 정밀도:  ±5% 크기:30 x 21 mm
조도(빛)센서		CDS 조도 센서 디지털/아날로그 사용가능 작동전압 3.3~5V 사용전류 15mA 크기:31.5 x 14mm
충돌(근접)센서 ZAS-MIZ-C54		적외선 근접센서 동작전압: 3.3~5V 검출거리: 약 30mm이하 크기:52mm x 15mm x 8mm
소리(사운드)센서		LM393 사용 전압: 3.3V~5V 마이크 소리입력 디지털 / 아날로그 입력 가변저항(potentiometer)을 이용하여 감도 조절 가능 크기:32mm x 17mm
진동(충격)센서		진동 및 충격 감지센서 상태 확인 LED 내장 작동 전압: 3.3V~5V 크기: 25 x 21 mm 무게: 4g
초음파(거리)센서 HC-SR04		입력 전압 : 3~5.5V 측정 범위 : 2~450cm (5V기준), 2~400cm (3.3V 기준)
조이스틱 5pin Joystick		디지털, 아날로그 인터페이스 X, Y 좌표 측정 및 푸시 버튼 5핀 조이스틱 조립식 3mm 구멍 작동 전압: 3.3V~5V 크기: 37 x 31 x 32 mm 무게: 13g

 

 

 

5. 구동출력부 : 5종의 구동부

 

구동부	외형 이미지	상세사양
스피커		부저 스피커 모듈 디지털 인터페이스 작동 전압: 3.3V ~ 5V 크기: 26 x 21 mm 무게: 3g
RGB LED		10mm RGB LED 장착모듈 총 1,650만가지의 색상 표현 작동 전압: 3.3V ~ 5V 작동 전류: 10~60mA 크기: 23 x 21 mm 무게: 4g
스텝모터		스텝모터/모터드라이버 일체형 회전각도, 방향, 속도 제어 작동 전압: 5V 감속비: 1/64 회전속도: 분당 0~18 회전 크기: 57 x 41 x 31 mm 스텝모터: 28BYJ-48 드라이버: ULN2003
캐릭터 LCD		16x2 캐릭터 LCD 1602 LCD 초록색 백라이트 밝기조절 : 10K ohm 가변저항 사용
OLED		OLED 드라이버 IC : SSD1306 해상도: 128x64 화각 : 160도 크기:2.7 x 2.8cm 통신방식 : I2C 4핀 OLED 디스플레이 모듈

 

 

6. 소프트박스 제품 특징

 

softbox 아두이노 소프트웨어 교육도구의 특징은 아래와 같다.

 

• 모든 부품에 연결된 핀번호를 기판에 표시하여 직관적으로 이해할 수 있도록 제작. 

 

아래 그림은 RGB LED인데 R-5번, G-6번, B-7번으로 아두이노 핀에 대응됩니다. 소프트웨어에서 5,6,7 번 핀을 제어하면 원하는 색상으로 LED를 켤 수 있습니다.  

 

 

 

• 주변에서 쉽게 경험할 수 있는 센서와 구동부를 사용하여 쉽고 즐겁게 소프트웨어를 배울 수 있는 환경을 구성.

 

우리 주변에서 흔하게 경험하는 온도, 습도, 빛, 진동, 소리 등의 센서를 사용하여 실습합니다.

 

• 아두이노 연결 케이블을 사용하여 PC와 노트북만 있으면 언제 어디서든 소프트웨어를 배우는 환경을 구성.

 

아두이노 연결 케이블만 있다면 일반 컴퓨터(PC), 노트북, 안드로이드 태블릿(변환케이블) 에서도 쉽게 소프트웨어를 배울 수 있습니다. 

 

• 오픈소스 소프트웨어와 하드웨어를 사용하므로 새로운 센서와 구동부를 연결하여 사용이 가능하도록 설계.

 

• 견고하고 재사용이 가능: 견고하게 제작되어 부서지거나 고장이 없으며 학생이 여럿인 가정에서도 누구나 다시 사용하고 수준에 맞게 프로젝트를 스스로 실습 기능. 

 

• 비용절감: 가격이 비싼 교육도구들은 상대적으로 콘텐츠가 어렵고 따라 하기 어렵지만 소프트박스는 하드웨어적으로 모두 연결되어 있으므로 다른 비용이 들지 않는다.

 

• OTG USB 케이블을 이용하여 갤럭시노트와 같은 안드로이드 태블릿을 사용하여 소프트웨어 교육과 실습이 가능하다. 

 

• 창의적인 프로젝트 설계가 가능: 주변환경에 익숙한 센서와 액츄에이터를 사용하므로 창의적인 프로젝트 설계가 가능. 예)빛의 밝기에 따른 음악연주, 온도에 따라 변하는 전등, 거리에 따라 밝기와 소리가 변하는 인형 등) 

 

• 소프트웨어 교육 콘텐츠는 교재와 강의 자료, 동영상, 소스코드, 메이커 프로젝트 제공

(제공 홈페이지 https://www.diymaker.net)

 

 

softbox 특징

 

•견고하게 제작되어 고장이 없고, 반복적인 사용이 가능

•점퍼선을 제거하고 모듈화 하여 소프트웨어 교육에 시간 집중

•아두이노 통합개발환경인 Sketch 환경에서 소프트웨어 교육

•블럭코딩을 지원하는 엔트리, mBlock 환경에서 모든 입출력 제어 가능

•arduino UNO 보드와 환경이 동일하고 확장이 용이한 mega2560 사용 

•센서입력부(7종), 구동출력부(5종), 제어통신부(2종) 3부분으로 구성

•USB 연결 케이블로 간단한 소프트웨어 교육환경 구성

•태블릿, 스마트폰을 사용하여 프로그래밍이 가능함(otg usb 케이블)

•연결선과 USB 통신 케이블로 간단하게 실습

•다양한 프로젝트 기반의 소프트웨어 교육 프로그램 지원

•메이커들의 창작활동을 돕는 프로그램 개발과 필요 부품 지원

•창의적인 아이디어를 즉시 테스트 가능

•단순한 융합 프로젝트를 즉시 실행 가능 

 

 

7. 교육과정 

 

창의 융합 아두이노 소프트웨어 교육 과정은 최소한 16시간으로 구성된다. 12시간은 소프트웨어 개념, 블럭코딩, 아두이노 개발환경에서 소프트웨어 프로그래밍을 배운다. 4시간은 프로젝트에 기반한 메이커 과정을 체험하는 시간으로 softbox를 활용하여 배운 과정을 메이커 활동을 통해 완성하는 과정이다. 

 

아래 softbox 소프트웨어 교육도구를 사용한 한 학기 과정의 16차시 과정을 나타내었다. 비전공 학생이나 전공 기초과정으로 한 학기 수업을 진행하는 일정에 맞도록 설계하였고 프로젝트 기반의 메이커 활동은 형편에 맞게 조정하여 교육을 진행하도록 한다.

 

softbox 소프트웨어 교육 내용(16차시 48시간) 

 

차시	수업주제	상세내용	구분
1	소프트웨어란?	소프트웨어 교육이란? 소프트웨어와 생활 정보를 다루는 소프트웨어
2	컴퓨터와 소프트웨어	컴퓨터 프로그래밍 소프트웨어의 종류와 분야
3	순서도와 랩터	순서도 그리기 랩터 프로그램 설치와 사용법 랩터를 이용해 프로그래밍 연습
4	변수 배우기	변수, 배열의 의미 다양한 자료구조 랩터를 이용해 프로그래밍 연습
5	연산자 배우기	산술, 비교, 논리 연산자 비트, 증감 연산자
6	제어구조 배우기	조건, 판단, 점프 구조 순차, 선택, 반복 제어문
7	함수 배우기	함수의 기능 함수 사용법 – 라이브러리, API
8	소프트박스 센서입력부 소프트웨어1	온습도센서, 조도센서, 충돌센서
9	소프트박스 센서입력부 소프트웨어2	소리센서, 진동센서, 초음파센서, 조이스틱
10	소프트박스 구동출력부 소프트웨어	스피커, RGB LED, 스텝모터, 캐릭터 LCD, OLED 한글 출력
11	소프트박스 제어통신부 소프트웨어	스마트 폰으로 앱을 구동하여 블루투스 연동 제어하기
12	메이커프로젝트 – 스마트 화분제작 1	스마트 화분 알아보기 스마트 화분 시나리오 구성 입력부, 출력부 프로그램
13	메이커프로젝트 – 스마트 화분제작 2	제작하기
14	메이커프로젝트 – 반응하는 인형 1	반응하는 인형 알아보기 인형 기능. 외관 디자인 입력부, 출력부 프로그램
15	메이커프로젝트 – 반응하는 인형 2	제작하기
16	프로젝트 – 창의 융합 과정	개선 아이디어 도출 문제 해결 방식의 학습 창의 융합으로 문제 해결하기

 

 

8. 프로젝트기반 창의소프트웨어 교육(메이커 활동)

 

Maker Movement(메이커 운동)이란 메이커 문화 확산 운동을 말하여 DIY(Do it Yourself) 문화의 발전된 형태이다. 새로운 기술의 발전으로 누구나 자신이 원하는 것을 스스로 쉽게 만들고 서로 공유할 수 있다. 

 

제작자와 사용자간의 경계가 허물어지는 동시에, 자신이 만든 결과물을 다른 이들과 서로 공유하며 피드백을 주고받는 새로운 영역이 만들어지고 있는 것이다. 이러한 움직임을 메이커 문화(Maker Culture)라 부르는데, 이 문화를 이끌고 있는 ‘메이커(Maker)’들이 빠르게 늘어나고 있다.

 

 아두이노 소프트웨어 교육을 이수한 학생들은 메이커 실습 프로젝트는 준비된 재료(케이스, 센서, 전원부. 아두이노 보드, 구동부 등)를 가지고 학생들이 직접 디자인 하고 설계 제작하는 과정이다. 같은 제품이라도 창의적인 아이디어에 따라 많은 다양한 메이커 활동이 진행된다. 

 

- 사물에 다양한 센서, SW, 인터넷을 접목하여 사물인터넷 기본 동작원리를 이해할 수 있고 가정이나 학교 등에서 활용 가능한 DIY 창작 테마

- 자동차, 탱크, 조명, 식물농장, 인터넷토이 등 움직임이 있고, 소리가 나고, 인터넷으로 제어가 가능한 창작 플랫폼 구성

- 학생 수준별 교과 메이커 프로젝트 과정을 아래 리스트로 나타내었다.

 

•LED 조명 DIY 창작 체험

•피아노건반 연주 DIY 창작 체험

•박수 소리로 불빛 색깔 제어 DIY 창작 체험

•초인종 멜로디 연주 DIY 창작 체험

•모터로 꾸며보는 간단한 모빌 DIY 창작 체험

•진동 및 지진 감지기 DIY 창작 체험

•야간 침입 경보기 DIY 창작 체험

•온도에 따라 속도가 자동 조절되는 선풍기 DIY 창작 체험 

•물체와의 거리에 따라 조명의 밝기를 조절하는 DIY 창작 체험

•소리로 운전하는 사물인터넷 탱크 DIY 창작 체험

•다가가면 달아나는 사물인터넷 자동차 DIY 창작체험

•스마트폰을 이용하여 토양의 온 습도 감지 및 물주기

•스마트폰을 이용하여 집안의 온 습도체크 및 선풍기 제어

•스마트폰을 이용하여 장난감 움직임 제어

 

 

IT교육과 메이커 프로젝트에 유용한 자료를 보내드립니다. 주위분들에게도 알려주세요.

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