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【 아두이노Proj#6】 선없는 조이스틱 블루투스 무선 미니카 만들기~! (HC-05)

 지난 시간 조이스틱을 이용한 미니카를 만들어 보았다. 하지만, 선이 연결되어 있어 움직임과 거리에 제약이 있어 많이 불편하였다. 이에, 최근에 다루었던 블루투스 통신 기능을 활용하여 무선으로 깔끔하게 제작해 보도록 하자.

▶ 선수 학습 :

    1. [아두이노 모듈#14] 조이스틱 Joystick 사용하기 #1 ☜ (클릭)

    2. [아두이노 모듈#15] L9110S 모듈 사용하기 #1 (모터 드라이버 참조)  ☜ (클릭)

    3. [아두이노 모듈#6] 조이스틱 미니카 만들기 (유선 미니카 기본 참조)  ☜ (클릭)

    4. [아두이노 모듈#16] 아두이노... 블루투스통신 (블루투스 설정법 참조) ☜ (클릭)

    5. [아두이노 모듈#18] 아두이노... 블루투스통신 (블루투스 제어법 참조) ☜ (클릭)

▶ 미니카 제작 재료 (우노보드 대신 나노보드로 대체 가능)

( ※ 배터리 전원을 5V이하로 공급 시 Step-UP 컨버터를 사용하면 되고, 5V이상을 공급 시에는 AMS1117과 같은 5V 정전압 컨버터 같은 것을 사용하면 됩니다)
예시) 18650 3.7v 1개 사용시 → Step-Up컨버터 / 18650 3.7v 2개 사용시→ 정전압 컨버터

▶ 실습 목표 :  

 1. [ L9110S 모터 모듈을 활용하는 방법에 대해 이해 할 수 있다. ] 

 2. [ 조이스틱의 컨트롤 기능을 익힐 수 있다.  ]

 3. [ Step up 컨버터를 이용해 낮은 입력 전압을 5V전압으로 승압해 주는 컨버터를 다룰 수 있다. ]

 4. [ 블루투스 모듈의 셋업과 페어링(연결) 및 사용법을 익힐 수 있다. ]

 5. [ 아두이노 두 대 상호간 통신을 통해 제어하는 방법을 익힐 수 있다 ]

▶ 실습 회로도면 :
  (이미지 클릭하면 확대 가능)

[1. 미니카 본체 연결도]
※ 18650(3.7v) 배터리를 1개 사용하는 미니카 회로도 입니다. 
당연히 움직이는 속도가 빠르지 않을 수 있고 동작 시간도 짧을 수 있습니다. 만약 배터리를 추가하여 활용하고자 할 때는 아래 미니카 전원보강회로 도면을 참고해 주세요.

[2. 미니카 블루투스 조정기 연결도]

※ 블루투스 페어링(자동 연결)을 위해서는, 선수학습 4번을 통해 블루투스 설정법을 확인하여, 본체에 있는 블루투스 모듈은 마스터(Master)로 설정하고, 조이스틱 조정기의 블루투스는 슬레이브로(Slave)로 설정 작업이 필요하다. 
(물론 마스터와 슬레이브가 반대로 바뀌어도 상관이 없다)

[ 5V 이상의 배터리 2개를 사용시 회로 연결도 ]
:  만약 5v이상의 배터리를 공급한다면,  Stepup 모듈은 필요치 않으며, 18650 두 개를 직렬로 연결하면 7.4v가 되고 Vin에 입력하고,  모터 드라이버 모듈에도 공급을 해주면 높은 전압(전력)으로인해 모터에 힘이 잘 전달 됩니다.  
이 때, 블루투스는 5V를 넘겨 입력하면 안 되기에, 아두이노의 5V 단자에서 연결해야 하니 주위하세요.

▶ 실습 절차  :  

1.   부품을 준비하여 위와 같은 회로를 각각 구성한다. 

   -  미니카의 베이스 판은 아크릴 판 혹은 MDF 등 주변에서 쉽게 구할 수 있는 것으로 한다.

   -  미니카의 구동 바퀴 외에 보조바퀴를 달아도 되고, 여기처럼 미끌리면서 지지 해줄 수 있는 둥근 나사로 간단히 해결하여도 좋다. 

   - 미니카의 구동속도나 파워를 높이고자 한다면, 3.7V 베터리 2개를 직렬연결 해주거나, 충분한 전류가 공급될 수 있도록 베터리부분을 보강 해준다. 

2.   아래 코드를 작성하고 각각의 프로그램을 로딩 후 실행시킨다.

3.  응용실습 :  코딩 부분을 수정하여 조이스틱의 대각선 방향 제어가 되도록 실습해본다. (선수학습 3번 참조)

▶ 프로그램 코드 및 설명  : 

【 코드1-본체 】

#include <SoftwareSerial.h>
SoftwareSerial BTSerial(2, 3); // BTSerial(Rx, Tx)
int A_1A = 9;
int A_1B = 10;
int B_1A = 5;
int B_1B = 6;
int speed = 250;   // speed: 0~ 255
char joyBT;

void setup() {
  //핀을 초기화 하고, 출력설정
  pinMode(A_1A, OUTPUT);
  pinMode(A_1B, OUTPUT);
  pinMode(B_1A, OUTPUT);
  pinMode(B_1B, OUTPUT);
  digitalWrite(A_1A, LOW);
  digitalWrite(A_1B, LOW);
  digitalWrite(B_1A, LOW);
  digitalWrite(B_1B, LOW);
  Serial.begin(9600);  
  BTSerial.begin(9600);
}

void loop() {
  if (BTSerial.available()) {      
    joyBT = BTSerial.read();
    Serial.println(joyBT);        
    switch (joyBT) { 
     case 'f' :        // 모터 전진        
        //모터A
        analogWrite(A_1A, speed);
        analogWrite(A_1B, 0);    
        //모터B
        analogWrite(B_1A, speed);
        analogWrite(B_1B, 0);
        break;
     
    case 'b' :        // 모터 후진                
        analogWrite(A_1A, 0);
        analogWrite(A_1B, speed);            
        analogWrite(B_1A, 0);
        analogWrite(B_1B, speed);  
        break;
       
    case 'l' :        // 모터 좌회전                
        analogWrite(A_1A, speed);
        analogWrite(A_1B, 0);            
        analogWrite(B_1A, 0);
        analogWrite(B_1B, speed);        
        break;    
    
    case 'r' :        //모터 우회전                
        analogWrite(A_1A, 0);
        analogWrite(A_1B, speed);            
        analogWrite(B_1A, speed);
        analogWrite(B_1B, 0);
        break;
    
    case 's' :        // 모터 정지      
      analogWrite(A_1A, 0);  
      analogWrite(A_1B, 0);    
      analogWrite(B_1A, 0);
      analogWrite(B_1B, 0);
      break;    
    }
  }
}

【 코드2-조정기 】

#include <SoftwareSerial.h>
SoftwareSerial BTSerial(2, 3); // BTSerial(Rx, Tx)
int BTstates=0;       // 블루투스 신호 상태 저장용 변수

const int X_AXIS =0; //마우스 X 축 (A0)
const int Y_AXIS =1; //마우스 Y 축 (A1) 
int xVal=0;
int yVal=0;

void setup() {
  BTSerial.begin(9600);  
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  
  xVal=map(analogRead(X_AXIS),0,1023,100,0); //x축값 읽어 저장 
  yVal=map(analogRead(Y_AXIS),0,1023,300,200); //Y축값 읽어 저장
  
  // 모터 전진 //
  if (xVal >= 60 && yVal >= 225 && yVal <=275)  { 
    BTSerial.write('f');
    Serial.println('f');
  }
  
  // 모터 후진 //
  else if (xVal <= 40 && yVal >= 225 && yVal <=275)  { 
    BTSerial.write('b');
    Serial.println('b');
  }
  
  // 모터 좌회전 //
  else if (yVal <= 240 && xVal >= 25 && xVal <= 75)  { 
    BTSerial.write('l');
    Serial.println('l');
  }

  // 모터 우회전 //
  else if (yVal >= 260 && xVal >= 25 && xVal <= 75)  { 
    BTSerial.write('r');
    Serial.println('r');
  }

 else { 
    BTSerial.write('s');
    Serial.print('s');
  }
  delay(100); 
}

▶ 아두이노 파일다운 :

(다운받아서 압축을 풀어 사용하세요)

▶ 조립 과정 및 동작 영상 :

[ YouTube 고화질 영상보기 ]

https://youtu.be/zcgeo4yLVnw

【 레오나르도활용#5】 조이스틱 마우스 만들기! (Leonardo) 

 아두이노 레오나르도(Leonardo)에 조이스틱을 이용하여 PC 마우스를 만들어 보자~!

아두이노.cc 에서 제공되는 마우스관련 함수를 이용하면 어렵지 않게 간단히 구현 할 수 있다. 

Let's get it~!

▶ 선수 학습 :

    1. [레오나르도 활용#1] 레오나르도 보드 사용법(보드 스팩& 설치-연결 참조)  ☜ (클릭)

    2. [레오나르도 활용#3] 어두워지면 PC화면 잠그기 (레오나르도 보드& 단축키사용 참조)  ☜ (클릭)

    3. [레오나르도 활용#3] 어두워지면 PC강제 종료시키기(셧다운 명령 & 윈도우 단축키사용 참조)  ☜ (클릭)

▶ 실습 목표 :  
 1. [ 키보드 키 값 제어 함수에 대해 이해할 수 있다. ]
 2. [ 레오나르도 보드를 이용해 PC를 제어(종료)할 수 있다. ] 

 3. [ 레오나르도 보드와 Joystick 모듈을 이용해 PC 마우스를 만들어 볼 수 있다. ] 

▶ 실습 회로도면 :
  (이미지 클릭하면 확대 가능)

▶ 프로그램 코드 및 설명 1 : 

/* 아두이노 조이스틱 마우스 만들기  */

#include  <Mouse.h>
const int LEFT_BT=4;     //마우스 좌버튼
const int MIDDLE_BT=3; //마우스 가운데 버튼
const int RIGHT_BT=2;   //마우스 우버튼
const int X_AXIS =0;     //마우스 X 축 (A0)
const int Y_AXIS =1;     //마우스 Y 축 (A1)

  
void setup ( ) {  

  Mouse.begin();    // 마우스 컨트롤 관련 함수 선언   
  pinMode(LEFT_BT, INPUT);
  pinMode(MIDDLE_BT, INPUT);
  pinMode(RIGHT_BT, INPUT);  

}

void loop ( )  {

  int xVal=readJoystick(X_AXIS);   //x축값 읽어 저장 
  int yVal=readJoystick(Y_AXIS);   //Y축값 읽어 저장

  Mouse.move(-xVal, yVal, 0);      //해당 좌표로 마우스 이동
  // '-' 부호를 통해 상하좌우 위치 반대로 조정 가능                              
  readButton(LEFT_BT, MOUSE_LEFT);   //좌측 버튼
  readButton(MIDDLE_BT, MOUSE_MIDDLE); //가운데 휠 버튼
  readButton(RIGHT_BT, MOUSE_RIGHT);     //우측 버튼
  delay(5);  
}

int readJoystick(int axis)  {
  int val=analogRead(axis);
  val=map(val, 0, 1023, -4, 4);  //입력값 맵핑(미세조정 :-3,-3 ~ -10, 10) 
  if(val <=2 && val >= -2)   // 미세한 이동 값은 반영 되지 않도록 함 
    return 0;                       
  else
    return val;                     //맵핑된 값 전달 
}

// 버튼 누름 판별하여 마우스 클릭 처리 (함수)
void readButton(int pin, char mouseCommand)  {
  // 버튼을 눌렀을 때, 
  if(digitalRead(pin)==HIGH)  {
    if(!Mouse.isPressed(mouseCommand)) {  //클릭상태가 아니라면,    
      Mouse.press(mouseCommand);          // 클릭 처리
    }
  }
  else {                // 이미 클릭 되어 있던 상태라면  
    if(Mouse.isPressed(mouseCommand)) {
      Mouse.release(mouseCommand);   //릴리즈(누르지 않음)처리
    }
  }
}

※ Arduino 제공 레퍼런스 참조 (마우스 관련 함수 등)

https://www.arduino.cc/reference/en/language/functions/usb/mouse/

Functions

Mouse.begin()
Mouse.click()
Mouse.end()
Mouse.move()
Mouse.press()
Mouse.release()
Mouse.isPressed()

▶ 아두이노 파일다운 :
(다운받아서 압축을 풀어 사용하세요)

▶ 영상강좌 :  

(유튜브로 보기)

https://youtu.be/jBXkvg5PBpg

(전체화면 보기로 보세요)

【 아두이노Proj#6】 조이스틱 미니카 만들기~! 

 조이스틱을 이용하여 아두이노 미니카(mini car)를 만들어 보려 한다. 

물론 무선으로 제어가 가능한 방법들도 많이 있지만, 구성이 간단하고 쉽게 조립해서 바로 실행시켜 볼 수 있어 유선으로 제어를 해보려 한다. 아두이노를 배우는 단계에 있다면, 쉬운것 부터 차근 차근 만들어 보는 경험을 쌓는 것이 매우 도움이 되기 때문이다. 또한 조이스틱과 소형의 L9110s 모터 드라이버를 활용해보는 공부도 될 것이다. 

▶ 선수 학습 :

    1. [아두이노 모듈#14] 조이스틱 Joystick 사용하기 #1 ☜ (클릭)

    2. [아두이노 모듈#15] L9110S 모듈 사용하기 #1 (모터 드라이버 참조)  ☜ (클릭)

▶ 미니카 제작 재료

▶ 실습 목표 :  

 1. [ L9110S 모터 모듈을 활용하는 방법에 대해 이해 할 수 있다. ] 

 2. [ 조이스틱으로 유선 제어를 응용해 볼 수 있다. ]

 3. [ Step up 컨버터를 이용해 낮은 입력 전압을 5V전압으로 승압해 주는 컨버터를 다룰 수 있다. ]

▶ 실습 회로도면 :
  (이미지 클릭하면 확대 가능)

※ 위 회로 연결에서 모터의 회전 방향이 반대가 될 경우 연결선을 서로 바꾸어 주면 된다. 

  (예를 들어, Motor A 가 반대 방향으로 회전 할 경우 A1-A 와 A1-B 에 연결한 선을 서로 바꾸어 연결한다)

※ 속도제어를 위해서는 디지털 포트 중에서 PWM신호 출력이 가능한 아두이노 포트(숫자앞 '~'표시) 를 연결해야 한다.

▶ 실습 절차  : 

1.   부품을 준비하여 위와 같은 회로를 구성한다. 

   -  미니카의 베이스 판은 아크릴 판 혹은 MDF 등 주변에서 쉽게 구할 수 있는 것으로 한다.

   -  조이스틱과 연결 되는 케이블은 유연성이 있는 연선(4선 혹은 3선)으로 연결한다.

2.   아래 코드를 작성하고 프로그램을 로딩 후 실행시킨다.(혹은 첨부파일 다운)

3.  코딩1은 조이스틱으로 상하좌우 제어만 가능한 기본 코드로 먼저 적용해 본다.

4.  코딩2는 조이스틱의 대각선 방향을 제어 해볼 수 있는 코드로, 필요한 경우 시리얼모니터링을 통해 데이터 값을 참고하여 코드 속 수치 값을 변경해주거나  자신만의 알고리즘으로 변경해본다. 

※  선수학습 1(조이스틱 편) 을 참고하여, 조이스틱을 상하좌우, 대각선방향 등 작동시켰을 때 나오는 값을 참고 하여, 아래 코딩에서 사용 되는 Jox, Joy의 좌표값을 적당한 값으로 수정할 필요가 있을 수 있다. 

(예를 들어, " if (Joy >= 90 && Jox < 20) ..." 에서  '90' 이나 '20'과 같은 수치 값 조정)

▶ 프로그램 코드 및 설명 (코드1) : 

/* 조이스틱 미니카 제어 (방향 : 상하좌우) */

/* L9110s 모터드라이버
   오른쪽모터
   L9110s A_1A 9 
   L9110s A_1B 10 
   왼쪽모터
   L9110s B_1A 5
   L9110s B_1B 6
*/
int A_1A = 9;
int A_1B = 10;
int B_1A = 5;
int B_1B = 6;
int speed = 250;   // speed: 0~ 255

void setup ( ) {  
  //핀을 초기화 하고, 출력설정
  pinMode(A_1A, OUTPUT);
  pinMode(A_1B, OUTPUT);
  pinMode(B_1A, OUTPUT);
  pinMode(B_1B, OUTPUT);
  digitalWrite(A_1A, LOW);
  digitalWrite(A_1B, LOW);
  digitalWrite(B_1A, LOW);
  digitalWrite(B_1B, LOW);
  Serial.begin(9600);  
}

void loop ( )  {
  int Jox = map(analogRead(A0), 0, 1023, -100, 100);
  int Joy = map(analogRead(A1), 0, 1023, -100, 100);
  Serial.print(" JoX : ");
  Serial.print(Jox);
  Serial.print("    JoY : ");
  Serial.println(Joy);
   
  if (Jox >= 90 && Joy <= 20 && Joy >= -20)  {
    // 모터 전진
    //모터A
    analogWrite(A_1A, speed);
    analogWrite(A_1B, 0);    
    //모터B
    analogWrite(B_1A, speed);
    analogWrite(B_1B, 0);
  }
  else if (Jox <= -90 && Joy <= 20 && Joy >= -20) {
    // 모터 후진
    //모터A
    analogWrite(A_1A, 0);
    analogWrite(A_1B, speed);    
    //모터B
    analogWrite(B_1A, 0);
    analogWrite(B_1B, speed); 
  }
  else if (Joy >= 90 && Jox < 20)  {
    //모터 우회전
    // 모터A 
    analogWrite(A_1A, 0);
    analogWrite(A_1B, speed);    
    // 모터B 
    analogWrite(B_1A, speed);
    analogWrite(B_1B, 0);
  }   
  else if (Joy <= -90 && Jox < 20) {
    // 모터 좌회전
    // 모터A 
    analogWrite(A_1A, speed);
    analogWrite(A_1B, 0);    
    // 모터B 
    analogWrite(B_1A, 0);
    analogWrite(B_1B, speed);  
  }

    // 모터 정지
  else {
    analogWrite(A_1A, 0);  
    analogWrite(A_1B, 0);    
    analogWrite(B_1A, 0);
    analogWrite(B_1B, 0);
  }
}

▶ 프로그램 코드 및 설명 (코드2): 

/* 조이스틱 미니카 제어 (방향 : 상하좌우 & 대각선 제어) */

/* L9110s 모터드라이버 
   오른쪽모터 
   L9110s A_1A 9 
   L9110s A_1B 10 
   왼쪽모터 
   L9110s B_1A 5 
   L9110s B_1B 6 
*/ 
int A_1A = 9; 
int A_1B = 10; 
int B_1A = 5; 
int B_1B = 6; 
int speed = 250;   // speed: 0~ 255 

void setup ( ) {  
  //핀을 초기화 하고, 출력설정 
  pinMode(A_1A, OUTPUT); 
  pinMode(A_1B, OUTPUT); 
  pinMode(B_1A, OUTPUT); 
  pinMode(B_1B, OUTPUT); 
  digitalWrite(A_1A, LOW); 
  digitalWrite(A_1B, LOW); 
  digitalWrite(B_1A, LOW); 
  digitalWrite(B_1B, LOW); 
  Serial.begin(9600);   
} 

void loop ( )  {
  int Jox = map(analogRead(A0), 0, 1023, -100, 100); 
  int Joy = map(analogRead(A1), 0, 1023, -100, 100); 
  Serial.print(" JoX : "); 
  Serial.print(Jox); 
  Serial.print("    JoY : "); 
  Serial.println(Joy); 
    
  if (Jox >= 90 && Joy <= 20 && Joy >= -20)  { 
    // 모터 전진 
    //모터A 
    analogWrite(A_1A, speed); 
    analogWrite(A_1B, 0);     
    //모터B 
    analogWrite(B_1A, speed); 
    analogWrite(B_1B, 0); 
  } 
  else if (Jox <= -90 && Joy <= 20 && Joy >= -20) { 
    // 모터 후진 
    //모터A 
    analogWrite(A_1A, 0); 
    analogWrite(A_1B, speed);     
    //모터B 
    analogWrite(B_1A, 0); 
    analogWrite(B_1B, speed);  
  } 
  else if (Joy>=90 && Jox<20 Jox<=20 && Jox>=-20 && Joy>=90)  { 
    //모터 우회전 
    // 모터A  
    analogWrite(A_1A, 0); 
    analogWrite(A_1B, speed);     
    // 모터B  
    analogWrite(B_1A, speed); 
    analogWrite(B_1B, 0); 
  }    
  else if (Joy<=-90 && Jox<20 Jox<=20 && Jox>=-20 && Joy<=-90) { 
    // 모터 좌회전 
    // 모터A  
    analogWrite(A_1A, speed); 
    analogWrite(A_1B, 0);     
    // 모터B  
    analogWrite(B_1A, 0); 
    analogWrite(B_1B, speed);   
  }

   // 동북방향
  else if ( Jox >= 90 && Joy >= 90 ) {
    analogWrite(A_1A, 120);
    analogWrite(A_1B, 0);    
    analogWrite(B_1A, speed);
    analogWrite(B_1B, 0);  
  }

   // 서북방향
  else if ( Jox >= 80 && Joy <= -80) {    
    analogWrite(A_1A, speed);
    analogWrite(A_1B, 0);    
    analogWrite(B_1A, 140);
    analogWrite(B_1B, 0);  
  }
  
  // 동남방향
  else if ( Jox <= -90 && Joy >= 80) {    
    analogWrite(A_1A, 0);
    analogWrite(A_1B, 120);    
    analogWrite(B_1A, 0);
    analogWrite(B_1B, speed);  
  }
  // 서남방향
  else if ( Jox <= -80 && Joy <= -80) {    
    analogWrite(A_1A, 0);
    analogWrite(A_1B, speed);    
    analogWrite(B_1A, 0);
    analogWrite(B_1B, 140);  
  }

   // 모터 정지
  else { 
    analogWrite(A_1A, 0);   
    analogWrite(A_1B, 0);     
    analogWrite(B_1A, 0); 
    analogWrite(B_1B, 0); 
  } 
}

▶ 아두이노 파일다운 :

(다운받아서 압축을 풀어 사용하세요)

# 1.  <코딩 1>

# 2.  <코딩 2>

▶ 조립 과정 및 동작 영상 :

[ ▶ 유튜브에서 보기 ]

https://youtu.be/GbwqPd2gi_s