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하드웨어

필수

  • ESP32 (권장)
  • HUB75 P3 (64x32) 2ea

선택

  • 사이드 패널
    • 네오픽셀 (WS2812B 등)
  • HUD
    • OLED SSD1306 (128x64)
  • 컨트롤러
    • ESP-Now 수신용 ESP32 (RAM 부족으로 추가 보드 필요)
    • IR Remote (저렴하게 구성 가능하지만, 공개 행사용으로 권장되지 않음)
  • Boop 센서
    • VL53L1X
  • 조도센서 (권장되지 않음)
    • BH1750
    • CDS를 이용한 자작 센서

주의: ESP32-C3, ESP32-S2, ESP32-S3 등의 보드는 일반 ESP32와 다릅니다. 구입시 주의해주세요!

일반 ESP32를 권장하는 이유입니다.

  1. 저렴하고 구하기 쉬우며 보드 종류가 다양합니다.
  2. 다른 ESP32 대비 프로그램 업로드와 디버깅이 편리합니다.
  3. 듀얼 코어를 활용하여 HUD를 사용해도 60FPS가 유지됩니다.

가장 저렴한 4MB Flash 보드로도 구동 가능하도록 만들어졌으며, 더 많은 표정이나 이미지 탑재를 위해 16MB Flash 모델을 사용하셔도 됩니다.

ESP32 핀맵

I2C를 제외한 핀맵은 변경 가능합니다. 사용 가능한 핀은 여기를 참고해주세요.

HUB75

HUB75 ESP32 Desc.
1 25 R1
2 26 G1
3 27 B1
4 GND GND
5 14 R2
6 12 G2
7 13 B2
8 32 E
9 23 A
10 19 B
11 5 C
12 33 D
13 18 CLK
14 4 LATCH
15 15 OE
16 GND GND

NeoPixel

ESP32 Desc.
17 DI/DO

I2C

ESP32 Desc.
21 SDA
22 SCL

기타

ESP32 Desc.
34 CDS
35 IR Receiver

사이드 패널

WS2812B 등 NeoPixel을 사용하는 어떤 형태든 가능합니다. 이 부분에는 정답이 없으므로 참고만 해 주세요.

저는 WS2812B LED 스트립을 이용해 만들었으며, 미터당 144개의 LED가 달린 제품을 사용했습니다.

side_panel.png

멀티컬러 3D 프린팅을 이용해서 만들었으며 도면은 아래 링크를 참고해주세요.

https://www.printables.com/model/803669-side-panel-for-cm1-protogen

I2C

HUB75 구동을 위해 많은 핀을 사용하였으므로 GPIO가 부족합니다. 따라서 대부분의 추가 확장은 I2C 버스를 통해 이루어집니다.

I2C 버스의 속도를 설정 할 수 있습니다. 단위는 Hz 이며 1 ~ 1,000,000(1MHz) 까지 설정 가능합니다. 기본값은 100,000(100kHz)입니다.

  i2c:
    frequency: 100000

속도를 올리게 되면 노이즈로 인해 통신이 실패할 수 있습니다. 케이블의 길이를 줄이거나 적절한 이격, 또는 선을 꼬으고 차폐하여 노이즈를 줄일 수 있습니다. 자세한 내용은 여기를 참고해주세요.

HUD

헤드 내부에서 모니터링을 위한 SSD1306 OLED(128x64)입니다.

컨트롤러

표정을 한 가지만 사용하고 전혀 바꾸지 않는다면 필요하지 않습니다. 그러나 표정을 바꾸기 위해서는 반드시 필요한데, 프로토젠은 우리의 신경과 연결되어 있지 않기 때문입니다.

IR 리모컨

전통적으로 많이 쓰인, 단순하고 신뢰성이 높은 방식입니다.

  • 장점

    • 직관적이고 단순함
    • 저렴함 (리모컨 + 센서를 2024년 기준 $1 이내로 구성 가능)
    • 저전력 (코인 전지 하나로 몇 개월씩 사용 가능)

  • 단점

    • 센서에 조준해야 되므로 자연스러운 액팅은 불가능
    • 비교적 낮은 보안 (다른 프로토젠에게 영향을 주거나 해킹/트롤에 취약)

ESP-Now 리모컨

ESP-Now는 ESP 보드에서 사용 가능한 Wi-Fi 기반의 Connectionless 통신입니다. 대기 모드부터 시작하면, Wi-Fi는 연결 되기까지 많은 시간도 필요하므로 반응 속도도 떨어지고 전력 소모도 많습니다. 그러나 이 방법을 이용해 연결 없이 통신을 하게 되면, 최대 250 bytes의 적은 데이터만 보낼 수 있지만 반응 속도도 빨라지고, 자연스럽게 전력 소모도 줄어듭니다.

마침 메인보드로 ESP32를 사용중이므로 같이 사용 할 수 있으면 좋았겠지만, 아쉽게도 RAM 부족으로 동시 구동은 어렵습니다. 다른 ESP 보드와 I2C 연결을 통해 사용하도록 구성하는 것을 권장드립니다.

  • 장점

    • 센서에 조준할 필요가 없으므로 자연스러운 액팅 가능
    • 비교적 높은 보안

  • 단점

    • 제품화된 리모컨 없음
    • IR 대비 비교적 고전력
    • 비교적 비싼 가격

I2C를 통해 연결되므로 각각 SCL, SDA를 연결해주면 됩니다.

Boop 센서

코 앞을 감지하는 센서입니다. 코 앞에 본인 또는 타인의 손 등 물체가 감지되면, 표정이 변화하는 액팅을 가능하게끔 해줍니다.

이 기능을 구현하기 위해 VL53L0X 센서를 테스트해보았는데, PETG 소재의 바이저를 투과하지 못하는 문제가 있어 사용이 불가능했습니다. 반면 VL53L1X 센서는 살짝 문제가 있지만 정상 사용이 가능한 것으로 확인되었습니다.

VL53L1X

최대 4m 거리, 최대 50Hz 주기로 측정 가능한 레이저 ToF 센서입니다. 현재 ToasterFirmware에서 지원하는 유일한 Boop 센서이며, 다른 I2C 장치 처리로 인해 최대 30Hz 주기로 측정 가능합니다.

조도센서

밝기를 낮추면 플리커링 현상이 발생하므로, 최대 밝기로 고정하여 사용하는 것을 권장합니다.

자동 밝기 조정을 위한 센서입니다. 현재 2종을 지원합니다.

BH1750

LUX 단위의 조도 측정을 지원하는 디지털 조도센서입니다. I2C를 통해 연결되므로 각각 SCL, SDA를 연결해주면 됩니다.

CDS

KY-018 과 같은 모듈 형태를 사용하여도 좋고(테스트 되지 않음), 회로 구성이 간단하므로 CDS와 1k 저항을 이용하여 직접 자작해도 좋습니다.