【프로젝트#13】 손 안대고 손 소독하기! 자동 손 소독기 직접 만들어 봅시다!
여러 사람이 이용하는 공동 장소에서는 손소독기가 있어도, 요즘 같은 시기에 직접 소독제를 만지기 꺼려하는 경우가 있게 되는데요, 이에 손 대지 않고 이용할 수 있는 자동 손소독기를 직접 만들어 보겠습니다.
1. 자동 손소독기 특징
제작의 주안점은, 센서를 이용해 자동으로 작동하며, 소독액 리필 및 교환이 편리하도록 고려하였습니다.
또한, 전원 코드를 연결하지 않는 무선방식으로 충전식 배터리를 사용하였으며, 아두이노를 활용할 수도 있지만, 아두이노 없이 작동 가능하다면 전력 소모량이 적어지고, 비용도 낮아지는 장점이 있음을 반영했습니다.
다만, 아두이노 사용하지 않는 펌프방식을 채택하다보니, 소독액이 어느정도 묽어야만 펌핑이 가능하기에, 액상 타입의 소독액만 사용 가능하고 겔타입 소독액은 사용이 어렵습니다. 하지만, 젤 타입도 식염수를 적당량의 비율로 섞어주면, 사용가능합니다. 이번 영상에 사용한 방법 또한 젤 용액과 식염수를 희석하여 사용하였습니다.
케이스는 3D 툴을 이용하여 3D 프린팅으로 출력해봤습니다. 물론, 종이 상자나 기존 상품 케이스 같은 것을 활용하셔도 좋습니다.
2. 자동 손소독기 재료 준비
① 근접센서 : FC-51 또는 TCRT-5000 1개, 기능은 동일하며, 적외선 LED 부착위치가 조금 다릅니다. 본 회로에서는 FC-51 사용.
② 파워 트랜지스터 (Power TR) : TIP32C 1개, PNP 타입이며, 100V 3A까지 견딜수 있는 전력용 TR입니다.
③ 레귤레이터 : AMS1117(5v용) 1개 , 5v 이상의 입력 전원을 정확히 5v 출력으로 유지시켜 주는 정전압 모듈이며, 5V로 동작되는 부품(근접센서, 샤플로 펌프)을 보호하는 역할도 합니다. 만약, USB 전원(5V)을 사용한다면, 레귤레이터를 생략할 수 있습니다.
④ On/Off 전원스위치 : 스위치의 역할은 전원을 연결하거나 차단하는 역할로 사용 되기에 스위치의 종류에 크게 구애받지 않습니다. 록커(Rocker)스위치나, 토글스위치, 슬라이드 스위치 등 갖고 있는 스위치 중에 선택하면 되며, 본 회로에서는 록커 스위치 규격에 맞추어 케이스를 디자인 하였기에, 록커 스위치를 사용합니다.
⑤ 저항 (Resistor) : 저항은 본 글에서 사용한 펌프를 사용할 경우 100~300옴의 저항을 사용하며, 만약 더 작은 용량의 모터를 사용한다면, 1㏀ 이상의 저항을 사용해야 될 수 있습니다. 중요한 것은, 직접 테스트를 통해 본인이 갖고 있는 펌프가 원활히 잘 작동할 수 있는 저항 값을 찾아야 합니다.
⑥ 다이오드 (Diode) : 1N4002~1N4007 사이의 다이오드는 모두 사용 가능 합니다. 마지막 숫자 2는 2A , 3은 3A, 7은 7A로, 최대 견딜 수 있는 허용 전류를 의미합니다. 다이오드는 모터의 역전류에 의한 회로 보호용으로 사용됩니다.
⑦ 전원잭 모듈 (DC005-Power Jack) : 리튬배터리 소켓 중에 배럴잭 타입의 소켓을 사용하게 될 경우, 전원잭 모듈을 사용하면, 연결이 편리합니다. 전원잭 모듈 없이 직접 선으로 연결하여도 무방합니다.
⑧ 리튬배터리 및 전용 소켓 : 18650 3.7v 2개 직렬 연결하여 7.4v로 출력이 되도록 직렬 소켓을 사용합니다.
회로가 정상 동작하기 위해서는 최소 5V이상의 전원이 입력되어야 하며, 모터가 들어간 회로에서는 전압보다, 전류가 더 중요한데요, 18650과 같은 전류의 세기가 좋은 배터리를 사용하는 것이 좋습니다. 하지만, 리튬이온 배터리는 합선에 의한 스파크 및 발화가 될 수 있으니 다루실 때 반드시 주의를 기울여야 합니다. (합선 주의! 충전시 장시간 자리이탈 금지! )
⑨ 미니 샤플로 펌프 (3v~5v) : 기어가 달린 모터 펌프로서, 내경-외경 크기가 3mm-5mm인 튜브를 사용하는 모터입니다. 실제 튜브 사용은 2mm-4mm 튜브를 사용했습니다. 만약, 모터가 잘 돌아가지 않는다면, 입력 전원이 특히 전류가 부족한 건 아닌지? 확인해 보시고, 기어 박스 속에 윤활제 같은 것을 발라 보세요.
⑩ 워터펌프용 튜브 : 내경-외경 2mm-4mm인 튜브(호수)를 사용 했습니다.
⑪ 분사 노즐 : 형태 조절이 가능한 (Adjustable Oil Coolant Nozzle: 쿨란트 노즐)을 사용했는데요, 꼭 이런 노즐이 아니라도 되니 주변에서 쉽게 구할 수 있는 것으로 노즐을 대신 할 수 있습니다.
※ 주의! 만약, 사용하고자 하는 모터가 달라진다면, 튜뷰의 치수가 달라질 수 있으며, 동작을 시킬 수 있는 전압이 다를 수 있으니 이에 맞게 전원부 구성을 하셔야 합니다.
3. 자동 손소독기 연결도 & 회로도
화면의 왼쪽이 실물 이미지로 된 연결도이고, 오른쪽이 회로도 입니다. 함께 참고해서 연결해 보세요
: 회로 동작 원리 설명
근접센서에 물체가 접근하면 적외선 송신 LED에서 발사된 적외선이 물체에 반사되어, 수신LED로 입력되어 물체가 있음을 OUT 핀을 통해 HIGH(약 4.x V전압) 신호로 출력하게 됩니다.
이 신호 전압이 TR의 B(베이스) 단자로 입력되면, 스위칭 작용에 의해 E(에미터)에 연결된 5V의 전원이 C(콜렉터)로 빠져나가면서 모터를 구동하게 되는 원리입니다.
회로에 사용된 모터와 근접센서의 입력이 5V를 넘지 않아야 하기에, 5V레귤레이터를 연결했습니다.
만약, 5V USB전원을 사용할 경우, 레귤레이터가 필요 없기 때문에 바로 연결하면 됩니다.
4. 자동 손소독기 케이스 디자인
작품의 케이스를, 3D 프린팅으로 출력해서 제작했습니다.
먼저 세정액의 직경을 고려하고, 분사 노즐과 튜브의 직경, 스위치와 센서의 홀 사이즈를 결정합니다.
그리고, 배터리를 내장할 것이지 등에 따라, 전체적인 작품의 크기와 모양을 디자인하면 됩니다.
케이스는 3D 프린팅 출력을 고려하여 캡과 바디로 분리해서 작업 했습니다.
디자인은 라이노로 하였고, 편집 파일도 제공해드리니, 수정해서 사용해도 됩니다.
대부분의 3D 프린터에서 출력가능한, g-code 파일과 stl 파일도 제공해드립니다.
A- 캡 케이스 디자인
먼저, 캡 케이스의 디자인을 살펴 보세요.
자신이 가지고 있는 소독액 용기와 부품의 크기를 실측하여 홀의 크기를 결정하면 됩니다.
홀의 크기는 실제 실측치보다, 1~3mm 정도 조금 더 크게 디자인하는 것이 좋습니다.
라이노와 같은 3D 디자인 툴에서 작업한 결과물을 슬라이서 프로그램으로 넘기기 위해서는 보통 '.stl '파일로 저장하게 됩니다.
대표적인 슬라이서 프로그램인 큐라(Cura)에서 확장자 '.stl'로 저장한 파일을 연 모습입니다.
큐라에서는 보통 프린팅이 진행되면서 오류가 없을지? 사전 체크해 볼 수 있고, 벽을 몇%로 채울지? Support를 넣거나? 배드와 익스트루더 온도 등에 대한 옵션을 설정하게 되죠, 마지막으로 G-Code 파일로 저장하고 3D프린터로 옮겨 출력하면 됩니다.
아래는, 실제 3D 프린터로 출력한 결과 모습입니다.
B- 바디 케이스 디자인
아래는 바디케이스를 디자인한 모습입니다.
근접 센서가 부착되는 방향과 위치를 고려하였고, 배터리를 외부에 부착하기 위한 홀을 추가 했어요.
글자는 양각보다는 음각으로 하는 것이 출력하기에는 더 용이합니다.
그럼 이제, 바디 케이스를 슬라이서로 넘겨 보겠습니다.
큐라(Cura)에서 모델링 파일을 불러 왔을 때, 3D툴에서 디자인한 기준점(C-PLAN)에 따라 모델링의 방향이 다르게 넘어 오는데요, 출력하기에 적합한 방향과 위치를 잡아줍니다. 기타 벽 채움(Infill) 밀도(%)와 지지대(Support) 사용 등 필요한 설정을 해주고서, 출력을 위한 G-Code 파일로 저장합니다.
이어, 3D 프린팅을 합니다.
▶ 《 자동 손소독기 - 3D 프린팅 파일 다운로드 》
1. 디자인 뷰 파일( .png, .pdf )
2. 라이노3D 디자인 작업 파일(.3dm)
3. 슬라이서 편집가능 파일 (.stl)
4. 3D 프린터 출력용 파일(.gcode)
위와 같은 파일을 모두 압축하여 올립니다. 필요하신 분은 받아서 편집하거나 사용해 보세요.
5. 자동 손소독기 작품 조립 제작
손 세정제 펌프캡은 가운데 부분을 뽑아내고 호수를 끼워 만들었습니다.
오일 쿨란트 노즐에도 호수를 최대한 끝까지 밀어 넣는 것이 좋습니다.
이제 부터는 납땜으로 부품을 연결합니다. 그냥 선만 감아도 되지만 인두기를 이용하여 납땜을 해 놓으면, 더 안정적으로 작동합니다.
만약 브레드 보드를 사용하여 연결하려면, 본체 케이스를 좀 더 크게 만드는 것이 좋습니다.
주의해야 할 것은, 전기적으로 합선이 되면 안 되기에, 열수축 튜브나 테이프 등으로 감아 주면 좋습니다.
아래, 이미지 처럼 근접센서 모듈에 있는 가변저항을 돌려 센싱을 원하는 거리를 맞추어 봅니다.
작동 거리가 너무 가까울 때는 가변저항을 반대쪽으로 돌려 작동거리를 늘려주세요.
처음엔 배터리를 내장할 계획이었으나, 넣을 공간이 부족하여 홀을 뚫어 외부에 부착하였습니다.
작동이 제대로 된다면, 이제 부품들을 제대로 고정시켜 보겠습니다.
글루건은 부착도 쉽고, 탈착도 가능하기 때문에 적당히 고정시키기에 좋습니다.
글루건은 전기적으로 절연체이기 때문에 회로나 모듈에 방사되어도 큰 문제 없습니다. 다만, 열 배출이 잘 되도록 전부 덮어 씌우지는 마세요.
캡과 바디는 유격이 있기 때문에, 최종 조립이 다되면, 양면 테이프로 고정을 시켜주면 좋습니다.
아래가 완성된 이미지 입니다.
참고로 아래 전체 제작과정을 담은 영상을 참고해서, 여러분만의 자동 손소독기를 만들어 보세요~ ^^
《 전체 작업과정과 설명 영상으로 시청하기 》
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