1. 실험 과정 및 결과, 결론
1) 아두이노 나노 보드를 확장 쉴드에 결합한 후, 주변 환경을 감지할 조도 센서와 레인(빗물) 센서를 각각 아날로그 핀에 연결했습니다. 수동 제어를 위한 스위치 모듈 2개와 창문을 물리적으로 열고 닫아줄 서보 모터를 지정된 디지털 핀에 알맞게 연결했습니다.
2)아두이노 IDE를 이용해 센서 값에 따라 창문이 반응하는 프로그램을 작성했습니다. 비가 오거나(레인 센서), 날이 어두워지면(조도 센서) 서보 모터가 특정 각도로 회전해 창문을 닫고, 평상시에는 창문을 열도록 조건문을 설계했습니다. 스위치를 누르면 센서와 상관없이 수동 제어가 가능하도록 우선순위를 두었습니다.
3)스마트 창문의 아크릴/우드락 외관 프레임을 조립하고, 내부에 회로와 서보 모터를 고정했습니다. 완성 후 컴퓨터와 연결해 센서 임계값을 조정하며 오작동 없이 창문이 부드럽게 열고 닫히는지 최종 테스트를 진행했습니다.
결과:
int cdsPin = A0;
int motorIA = 5;
int motorIB = 6;
int swClose = 8;
int swOpen = 9;
int doorState = 0;
void setup() {
Serial.begin(9600);
pinMode(motorIA,OUTPUT);
pinMode(motorIB,OUTPUT);
pinMode(swClose,INPUT);
pinMode(swOpen,INPUT);
}
void loop() {
int cdsValue = analogRead(cdsPin);
Serial.println(cdsValue);
if(cdsValue <= 300) //밝은데
{
if(doorState == 0) //창문이 닫혀있으면
{
doorState = 1; //도어의 상태는 열림상태로 변경
digitalWrite(motorIA,HIGH);
digitalWrite(motor
외형적으로 아크릴과 우드락 프레임으로 만들어진 소형 주택 창문 모양의 키트입니다. 창문 위쪽이나 내부에 아두이노 보드와 센서들이 깔끔하게 배치되어 있고, 창문 힌지(경첩) 부분에 서보 모터가 연결되어 있어 모터가 움직일 때마다 창문이 앞뒤로 열고 닫히는 구조입니다.
또,스마트 창문은 상황에 따라 세 가지 편리한 기능을 보여줍니다.
먼저 비가 올 때 자동으로 닫히는 기능이 있습니다. 외출했을 때 갑자기 비가 내려도 레인 센서가 빗물을 감지하는 순간 창문이 즉시 알아서 닫히기 때문에 방 안이 젖을까 봐 걱정할 필요가 없습니다.
두 번째는 어두워지면 자동으로 닫히는 기능입니다. 밤이 되거나 주변이 어두워지면 조도 센서가 이를 인식해 창문을 자동으로 닫아주므로, 매번 신경 쓰지 않아도 보안과 사생활을 편리하게 보호할 수 있습니다.
마지막으로 센서들이 작동하는 중이더라도 사용자가 원할 때 언제든 움직일 수 있는 수동 제어 기능도 갖추고 있습니다. 내장된 스위치 버튼을 누르면 자동 모드와 상관없이 언제든지 창문을 자유롭게 열고 닫을 수 있어 상황에 맞춰 편리하게 사용할 수 있습니다.
결론:
이번 탐구를 통해 주변의 밝기나 빗물을 스스로 감지해서 알아서 열고 닫히는 스마트 창문을 성공적으로 완성했습니다.
결론적으로 사물인터넷(IoT) 기술은 어렵고 복잡한 것이 아니라, 우리 생활 속의 작은 불편함을 센서와 자동화 장치로 해결해 주는 기술이라는 것을 알게 되었습니다. 이번에 배운 원리를 활용한다면 창문뿐만 아니라 비닐하우스 개폐 장치나 자동차 와이퍼처럼 우리 주변의 수많은 곳에 똑같이 적용할 수 있을 것입니다. 이번 활동은 과학 기술이 사람들의 삶을 어떻게 더 편리하고 안전하게 만들어 주는지 깊이 깨닫게 해 준 소중한 기회였습니다.
2. 핵심 과학/기술 원리
조도 센서(CdS)의 원리: 황화카드뮴을 이용한 센서로, 빛의 양이 많아지면 저항이 작아지고 어두워지면 저항이 커지는 성질을 가집니다. 아두이노는 이 저항 변화에 따른 전압 값을 아날로그 데이터로 읽어 밝기를 판별합니다.
레인 센서의 전도성 원리: 센서 판 위에 빗물(전해질)이 닿으면 끊어져 있던 회로가 물을 통해 연결되면서 전류가 흐르게 됩니다. 물이 묻을수록 저항이 낮아지는 특성을 이용해 비가 오는지 판별합니다.
서보 모터의 펄스 폭 변조(PWM) 제어: 일반 모터와 달리 서보 모터는 특정 각도로 정밀 제어가 가능합니다. 아두이노가 보내는 펄스 신호의 길이에 따라 모터의 회전 각도를 제어하여 창문을 원하는 만큼 열고 닫습니다.
3. 활용 사례 (2~3가지)
1)집안의 미세먼지 센서나 이산화탄소 센서와 연동하여, 실내 공기 질이 나빠지면 자동으로 창문을 열어 환기하고 비가 오면 알아서 닫는 시스템에 활용됩니다.
2) 외부의 온·습도 및 강우 여부를 센서로 감지하여, 비닐하우스의 천장 개폐 장치를 자동으로 조절함으로써 작물이 최적의 환경에서 자라도록 돕습니다.
3)자동차 앞 유리에 부착된 빗물 감지 센서가 비의 양을 스스로 판단하여, 운전자가 조작하지 않아도 와이퍼의 속도를 자동으로 조절해 주는 시스템에 쓰입니다