서보모터를 이용하여 자동으로 차를 우려내어 주는 TeaMaker입니다. 

아이디어는 단순하지만 어쩌면 귀찮을 수도 있는 일을 자동으로 해주는 기계를 만들어내는 것을 보면 유용해 보이기도 합니다. 한번쯤 만들어서 프로젝트로 올려보고 싶은 주제이기도 합니다.

 

URL: http://www.instructables.com/id/DIY-Automated-Tea-Maker/

　

　

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Intro

 　

　

자신만의 Tea Maker를 스스로 만들어 봅시다.

이 값싸고 작은 기계는 뜨거운 물을 부어놓고 작동시키기만 하면 티백을 물에 담그고, 잘 저어서, 건져내는 과정은 물론 차가 준비되면 알람을 울리게 할 수도 있습니다.

 

 물론 이 자체는 완전히 새로운 컨셉은 아닙니다.(유사한 컨셉을 온라인에서 발견할 수 있습니다) 그러나 저는 아직까지 보지 못 한 2가지의 중요한 특징을 추가하였습니다. 우선 외관을 깔끔하게 만들어서 부엌에 놔두고 싶게끔 만들었고, ‘접기’모드를 통하여 이동성을 높였습니다.

 

 삼축 토글 스위치를 사용하여 3가지의 다른 모드를 제공합니다. 꺼짐과 접기, 준비와 우리기 모드가 그것입니다. 접기 모드를 선택하면 날 부분이 수직으로 내려가면서 들고 다니기가 쉬워집니다.

스위치를 중간에 놓으면(준비 모드) 날 부분이 올라가 티백을 걸기 좋은 위치에 멈춰서 여러분이 티백을 걸고, 머그를 가져다 놓을 시간을 줍니다.

마지막으로 토글을 우리기 모드에 두면 티백이 뜨거운 물 쪽으로 내려갑니다. 그리고 정해진 시간 동안 특정한 간격으로 티백을 위 아래로 움직여서 저어줍니다. (디폴트 값 5 x [50초 + 젓기], 최종적으로 약 5분 소요)

 

 우리기 모드가 끝난 후 차가 준비되면 여러분이 직접 선택한 멜로디가 흘러나옵니다.(코드를 조정하여 원하는 멜로디를 만드세요)
 원래 처음에 이 기획은 여자친구에게 줄 선물을 만드는 것에서 시작했습니다. 하지만 생각해 보니 여기에 디자인을 공개하여 홈메이드 선물 콘테스트 참여를 유도하는 것도 재미있을 것 같았습니다.

　

　

Step 1: 준비물과 도구

 　

　

기본적인 납땜 기술이 요구됩니다. 또한 너무 작은 케이스에 모든 부품들을 쑤셔 넣으면 만드는 과정이 어려워집니다.. 약간 큰 케이스를 사용하면 납땜과 설치가 더욱 쉬워진다는 점 참고하세요.

 

 준비물 리스트

 

1. 케이스: 약간 크고 단단하여 안정성이 있어야 합니다. 왜냐하면 티백을 내리는 과정에서 넘어지면 안 되기 때문이죠. 저는 나무로 만들어진 박스를 사용했는데 (17.5 x 8 x 6.5cm) 하얀색으로 색을 칠해서 더욱 보기 좋게 만들었습니다. 물론 나무로 원하는 사이즈를 잘라서 만들 수도 있겠고 3D프린터를 사용해서 만들어도 문제 없습니다. 또한 목공 도구를 사용하여 경첩이나 자물쇠를 달아도 좋습니다.

 

2. 아두이노 마이크로 혹은 호환 보드: 사실 아무 아두이노 보드를 사용해도 문제는 없습니다. 다만 크기를 고려함은 물론 이 장치를 만드는데 최소한의 핀만 사용하기에 크기가 클 필요는 없습니다. 그런 점에서 마이크로 정도가 딱 좋습니다. 이 프로젝트는 USB케이블로 전원을 공급받거나 DC어탭터를 사용할 수 있습니다.

 

3. 마이크로 서보 모터(Micro servo motor): 막대기 끝부분의 젖은 티백을 지탱하고 움직일 수 있을 정도로 충분히 크고 힘이 있어야 합니다. 저는 확실한 작동을 위하여 약간 큰 것을 사용했는데 일반적인 마이크로 서보를 사용해도 큰 문제는 없을 것 같습니다. 서보모터의 날은 평평하고 곧은 것을 사용했습니다.

 

4. 작은 자기 스피커(Small magnet speaker ): 2개의 연결선이 있어야 합니다. 아주 작은 것이라도 소리만 충분히 크다면 문제없습니다.

 

5. 삼축 미니 토글 스위치(3 Position Mini Toggle Switch): 핀이3개 있는 것이 가장 좋습니다. 핀이 더 많아도 필요가 없습니다. A 2K2 Ω resistor는 스위치를 쉽게 만드는데 도움을 줄 것입니다.

 

6. 일반 LED: 크기와 색은 아무래도 좋습니다. 여러분의 취향입니다. 물론 가장 LED에 가장 적합한 저항을 연결해 줘야 합니다. 링크(website)를 따라가셔서 저항값을 계산하세요.(여러분이 고른 LED의 전업과 자세한 사항을 확인하세요. 명심해야 할 것은 아두이노는 최대 5V의 전압을 제공한다는 점입니다.)

 

7. LED 덮개(Led bezel): 외관을 더욱 멋지게 해 줍니다.

 

8. 서킷 보드: 서킷 보드에 필요한 부품들을 납땜하세요. 여러분들이 제작한 케이스 안에 잘 맞을 수 있도록 크기를 조절해야 합니다. 점퍼 와이어는 서보모터를 연결하기 편하게 해줍니다.

 

9. 서보모터에 붙일 일자형 막대: 어떤 종류의 막대라도 좋습니다. 다만 길이는 여러분의 세팅에 따라서 상이합니다. 끝부분 위쪽에 약간 홈을 파서 티백을 걸 수 있게 해줍니다. 저는 의사들이 혀를 밀어내서 목을 볼 때 이비인후과에서 사용하는 막대기(13.5cm)를 사용했습니다.

 

 그리고 마지막으로 아래의 도구가 필요합니다.

 

1. 납땜용 납과 전선

 

2. 케이스가 나무로 만들어졌다면 나무용 톱, 혹은 드레멜 같은 공구세트

 

3. 드릴

 

4. 글루건과 글루스틱

　

　

Step 2: 케이스 준비

 　

　

　

이번 과정은 상당히 주관적입니다. 왜냐하면 여러분이 어떤 종류의 케이스를 선택했는지에 따라서 달라지기 때문입니다.

저는 나무로 케이스를 제작했기에 나무 케이스 제작에 대하여 알려드리겠습니다. 저는 상자를 박스 부분과 덮개 부분의 합치는 방법으로 구성했습니다.

박스와 덮개 부분에 2개의 경첩과 2개의 자물쇠를 달아서 연결하는 방식입니다. 이러한 방식으로 연결하면 내부를 열어보기가 쉽고, 따라서 수리와 기능을 변경하는데 용이하게 됩니다. 최종적으로 사포질을 하고 흰 색으로 칠해서 마무리 했습니다.

 

 나무를 자르는 것은 생각보다 쉬워서 저는 서보모터의 날 부분을 밖으로 빼기 위해 모터 크기에 맞게 상자 윗부분을 직사각형으로 잘라낸 후 울퉁불퉁한 절단면을 사포질을 해서 마무리 했습니다.

서보모터의 크기에 맞게 잘라냈기에 붙이는 작업은 어렵지 않았고 나사를 사용해서 고정시켰습니다.

드릴로 3개의 구멍을 뚫어서 구멍에 LED와 스위치,(양쪽 다 너트를 사용하여 고정시켰습니다.) 파워케이블을 배치했습니다.

　

　

Step 3: 회로 구성과 부품 배치

 　

　

여러분이 어떤 아두이노를 선택했느냐에 따라서 회로 구성이 약간 달라질 수 있습니다. 핀을 배치하는 방법도 다양하지만 여기까지 따라오신 분들이라면 정확하게 핀을 배치하고 선 작업만 잘 해주시면 문제 없습니다.

 여러분의 아두이노를 서킷 보드 위에 설치할 수 있어야 합니다. 시간을 아끼기 위한 팁을 드리자면 보드에 연결하기 위한 선을 아두이노와 똑 같은 위치에 넣으면 보드 전체가 아두이노와 정확하게 맞아 떨어지고 몇 개의 핀만 납땜하면 안전하게 회로를 구성할 수 있습니다.

여러분께서 핀 번호를 번경하고 싶으시다면 D1 ~ D13중에 아무 핀이나 사용하셔도 무방합니다. 다만 반드시 핀과 함께 코드도 변경해 주셔야 함을 잊지 마세요.

일단 납땜이 완료되면 부품들을 박스 내부에 고정시키는 작업을 해야 합니다. 대부분의 전자 보드는 모서리에 홈이 있어서 드라이버를 사용해 상자 내부에 고정시키는 것이 어렵지는 않습니다. LED 덮개와 스위치는 볼트와 너트를 사용하여 고정시킵니다. 스피커는 글루건을 사용하여 박스 내부에 고정시켜 줍니다.

　

　

Step 4: 아두이노 코드 업로드

 　

제 보드를 동작하는데 필요한 코드를 깃허브(GitHub)에서 찾아냈습니다. 여러분이 필요하다면 변경도 가능합니다.

 

- 핀 번호: 만약 여러분이 회로 구성대로 똑같이 선을 연결했다면 문제는 없습니다. 하지만 내부 공간이나 편의를 위해 핀 번호를 변경하고 싶다면 소프트웨어 코딩과 하드웨어 핀 번호를 정확하게 설정하여 변경해야 합니다.

 

- 서보모터 위치: 서보모터는 종류가 다양하기에 몇몇 값은 다를 수도 있습니다. 구성한 코드에서는 4가지의 다른 값을 설정했습니다. 우리기 값, 준비 값, 움직임 값, 꺼짐 값은 막대기를 내려서 우리게 하는 것, 막대기를 올려서 기다리게 하는 것, 약간 밑으로 내려서 차를 젓는 것, 접는 위치에 두는 것과 동일합니다. 여러분이 준비한 케이스와 서보모터의 크기에 따라서 이러한 값이 조금씩 달라집니다.

 

- 알람: 차가 우러난 후의 알람음은 원하는 멜로디를 낼 수 있는 코드를 업로드하면 변경이 가능합니다.

 

 스케치에 업로드 하기 전에 적합한 아두이노 보드를 선택하셔야 합니다.

 

 이 코드는 저에게 있어서는 완벽할지 몰라도 개선의 가능성은 남아 있습니다. 특히 스위치 부분에서 디바운스 타임(debounce time) 기능을 추가해주면 원치 않는 오작동을 피할 수 있습니다. 어쨌든 안정적으로 연결되고 토글 스위치가 정확하게 움직인다면 문제는 없습니다.(적어도 제가 만들 당시는 문제 없었습니다)

　

아두이노 코드 내려받기(Tea_maker.ino)

　

　

Step 5: 테스트와 디버깅

 　

　

이제 Tea Maker가 움직일 준비를 마쳤습니다.

 아두이노에 프로그램을 업로드하고, 모든 부품을 케이스 안에 넣어 주세요. 이제는 테스트와 디버깅을 할 시간입니다.

 

- 아마 가장 골치 아픈 부분이 막대기 부분 이라고 생각합니다. 스위치를 끄면 접기 위치인 위쪽 방향으로 막대기가 향해야 합니다.

 

다른 위치값을 설정할 때도 케이스의 크기와 머그잔의 크기를 고려하여 정확하게 위치가 맞도록 조정해줘야 합니다.

 

제가 추천하는 방법은 장치에 전원을 공급했을 때 막대를 위쪽으로 위치시키는 접기 위치에 가도록 맞추는 것입니다. 만약 이상한 위치에 간다면 꺼짐 값을 약간 조정하여 막대기가 수직에 오도록 할 수 있습니다.

 

(제 비디오를 보시면 아시겠지만 막대가 정확하게 위를 향하고 있지는 않습니다. 한 쪽으로만 기우는 이유를 설명하자면 슬프게도 제 보드의 로더를 태워먹어서 꺼짐 값을 수정한 스케치를 업로드 할 수 없었기 때문입니다. 마지막 남은 해결책은 아두이노 전체를 교체하는 것인데 모든 납땜을 다시 해야만 했습니다. 하지만 크리스마스가 얼마 남지 않은 시점이라 보기에는 나빠도 더 이상 건드릴 수 없어서 그대로 놔두었습니다.)

 

- 스위치가 문제없이 잘 작동한다면 아두이노에 전원을 공급하게 됩니다. 꺼짐 위치에 있는 막대기는 스위치를 가운데로 움직이면 Tea Maker의 LED가 켜짐과 동시에 준비 위치로 움직입니다.

 

 모든 것이 정상 작동하면 편하게 기다리면서 여러분들의 티타임을 즐기세요. 여기까지 읽어주신 모든 분들에게 감사드리고, 혹시 제가 여러분이 직접 제작한 디자인을 볼 수 있다면 더욱 즐거울 것입니다.