Magician Main Board for Sensing Robot
Source code and documentation for the PCB and firmware of the main board of Magician sensor robot
PROJECT DESCRIPTION
https://github.com/magician-project/magician_main_board/tree/main1
Magician Main Board는 Magician sensor robot을 위한 오픈소스 하드웨어 및 펌웨어 프로젝트입니다. 이 프로젝트는 Arduino Nano 기반 보드에서 3개의 VL53L0X Time-of-Flight 거리 센서를 읽고, 여러 개의 조명을 제어하며, 측정값과 장치 상태를 Serial 또는 Ethernet으로 전송합니다.
쉽게 말하면, 로봇이나 검사 장치에서 여러 방향의 거리를 측정하고, 그 결과에 따라 조명을 켜거나 끄며, 외부 시스템이 네트워크로 상태를 확인하고 제어할 수 있게 만든 센싱/라이트 컨트롤 보드입니다.
이 프로젝트에는 WIZnet W5100 Ethernet 모듈이 사용됩니다. W5100은 Arduino Nano가 유선 Ethernet 네트워크에 연결될 수 있도록 해주며, 사용자는 Telnet 방식으로 보드에 접속해 조명 모드, 센서 기반 동작, 상태 출력 등을 제어할 수 있습니다.
Features
3개의 VL53L0X 거리 센서 지원
Magician Main Board는 3개의 VL53L0X ToF 거리 센서를 I²C 버스에 연결합니다. 각 센서는 XSHUT 핀을 통해 개별적으로 초기화되고 주소가 설정되므로, 같은 I²C 버스에서 여러 센서를 함께 사용할 수 있습니다.
조명 제어 기능
보드는 기본적으로 6개의 직접 GPIO 조명 출력을 지원하며, 74HC595 shift register를 사용할 경우 최대 8개의 조명을 제어할 수 있습니다. Shift register를 추가로 연결하면 더 많은 조명 출력으로 확장할 수도 있습니다.
W5100 기반 Ethernet 제어
WIZnet W5100을 통해 보드는 Ethernet 네트워크에 연결됩니다. 사용자는 Telnet 포트 23으로 접속해 조명 모드 변경, 센서 기반 조명 선택, 상태 조회 등의 명령을 보낼 수 있습니다.
센서 기반 자동 조명 선택
펌웨어는 거리 센서 값을 읽고, 가장 가까운 물체의 위치에 따라 특정 조명을 선택하는 동작을 지원합니다. 이를 통해 단순한 수동 조명 제어를 넘어, 센서 반응형 조명 시스템으로 활용할 수 있습니다.
Serial 및 Ethernet 상태 리포팅
보드는 버튼 상태, 거리 센서 값, 조명 상태를 CSV 형태로 출력합니다. 이 데이터는 PC, 로봇 제어 프로그램, 검사 시스템 등에서 쉽게 파싱해 사용할 수 있습니다.
System Architecture
Magician Main Board의 전체 구조는 다음과 같습니다.
| 단계 | 구성 요소 | 역할 |
|---|---|---|
| 센싱 | VL53L0X x3 | 거리 측정 |
| 제어 | Arduino Nano / UNO | 센서값 처리 및 조명 제어 |
| 조명 출력 | GPIO 또는 74HC595 | LED/Light 제어 |
| 네트워크 | WIZnet W5100 | Ethernet 통신 |
| 사용자 입력 | Analog Button x2 | 수동 입력 |
| 외부 제어 | Serial / Telnet | 명령 입력 및 상태 확인 |
데이터 흐름은 다음과 같습니다.
거리 센서 측정 → Arduino Nano가 값 처리 → 조명 상태 결정 → GPIO/74HC595로 조명 제어 → W5100을 통해 Ethernet으로 상태 출력 및 명령 수신
Role and Application of the WIZnet Chip
사용된 WIZnet 칩: W5100
주요 인터페이스: Ethernet
주요 기능: Telnet-style control, sensor/light status reporting, network command input
Magician Main Board에서 W5100은 보드를 외부 네트워크와 연결하는 핵심 역할을 합니다. Arduino Nano가 센서값과 조명 상태를 처리하면, W5100은 이 정보를 Ethernet을 통해 외부 시스템으로 전달하거나 외부에서 들어오는 제어 명령을 보드로 전달합니다.
W5100을 사용하는 이유는 다음과 같습니다.
- 유선 Ethernet 기반이라 로봇, 검사 장치, 전시 장비처럼 안정적인 연결이 필요한 환경에 적합합니다.
- Telnet 방식으로 간단히 접속할 수 있어 별도 복잡한 앱 없이도 장치를 테스트하고 제어할 수 있습니다.
- 센서값과 조명 상태를 네트워크로 전달할 수 있어 외부 PC나 제어 시스템과 연동하기 좋습니다.
Market & Application Value
| 시장 | 적용 가능성 |
|---|---|
| 로봇 센싱 | 거리 감지 및 반응형 조명 제어 |
| 검사 장비 | 위치 감지, 조명 패턴 제어 |
| 미디어아트 | 관람객 거리 기반 조명 반응 |
| 교육 시장 | Arduino, I²C, Ethernet, 센서 제어 실습 |
| 프로토타이핑 | 센서-조명-네트워크 통합 보드 예제 |
WIZnet Strategic Value
Magician Main Board는 WIZnet W5100이 단순히 인터넷 연결용 모듈이 아니라, 센서 기반 로봇 제어 장치의 네트워크 인터페이스로 활용될 수 있음을 보여줍니다.
특히 이 프로젝트는 센서 입력, 조명 출력, Serial 통신, Ethernet 제어가 하나의 보드 안에서 함께 동작한다는 점에서 WIZnet Maker 콘텐츠로 가치가 있습니다. 개발자는 이 예제를 통해 W5100을 이용한 실시간 장치 제어, Telnet 기반 명령 처리, 센서 데이터 리포팅 구조를 참고할 수 있습니다.
Summary
Magician Main Board는 Arduino Nano, VL53L0X 거리 센서, 조명 출력, WIZnet W5100 Ethernet을 결합한 센싱 로봇용 메인 보드 프로젝트입니다. 3개의 거리 센서로 주변을 감지하고, 감지 결과에 따라 조명을 제어하며, Serial과 Ethernet을 통해 상태를 출력하고 명령을 받을 수 있습니다.
이 프로젝트의 가치는 W5100을 이용해 소형 임베디드 보드를 네트워크 기반 로봇/센싱 시스템으로 확장했다는 점에 있습니다. 로봇, 검사 장비, 미디어아트, 교육용 센서 네트워크 실습 등 다양한 분야에서 참고할 수 있는 오픈소스 예제입니다.
FAQ
Q1. 이 프로젝트는 무엇을 해결하나요?
여러 개의 거리 센서와 조명을 하나의 Arduino 기반 보드에서 제어하고, 그 상태를 Ethernet으로 확인하거나 제어할 수 있게 합니다.
Q2. 이 프로젝트에서 WIZnet W5100은 어떤 역할을 하나요?
W5100은 보드를 Ethernet 네트워크에 연결해 Telnet 명령 수신, 상태 출력, 외부 시스템 연동을 가능하게 합니다.
Q3. 어떤 센서를 사용하나요?
VL53L0X Time-of-Flight 거리 센서 3개를 사용합니다.
Q4. 조명은 몇 개까지 제어할 수 있나요?
기본 GPIO 방식으로 6개, 74HC595 shift register를 사용하면 8개 조명을 제어할 수 있습니다. Shift register를 추가하면 더 확장할 수 있습니다.
Q5. 어디에 활용할 수 있나요?
센싱 로봇, 검사 장비, 반응형 조명 시스템, 미디어아트 설치물, Arduino Ethernet 교육용 프로젝트 등에 활용할 수 있습니다.