지난번 포스트에서 드론 제작 관련한 기본적인 구상을 진행했었습니다. 이제 대략적인 구조를 잡았으니, 실제 드론 제작에 필요한 부품 및 준비물을 알아봐야 겠습니다.
목차
필요한 부품 리스트
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부품명 |
용도 |
갯수(EA) |
개당 가격(원) |
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아두이노 Micro 2EA (혹은 아두이노 나노) |
FC 보드/RF조종기 |
2 |
7,800(4,000) |
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GY-521(MPU6050) |
가속/자이로 센서 |
1 |
2,100 |
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nRF24L01 |
RF통신용 |
2 |
8,600 |
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USB 케이블 |
아두이노 FW 다운로드용 |
1 |
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GPS |
위치정보 수신용 |
1 |
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카메라 |
영상 촬영 |
1 |
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드론 Frame |
드론 제작용 |
1 |
19,000 |
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Motor |
드론 동력 |
4 |
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프로펠러 |
드론 동력 전달 |
8 |
4개에 3,000 |
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드론용 배터리(Li-Po) |
드론 전원 공급 |
3 |
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배터리 충전기 및 충전 케이블 |
배터리 충전용 |
1 |
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수축 튜브 |
각 케이블 연결시 사용 |
1 |
3,000 |
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보드 연결용 커넥터 |
케이블 연결용 |
충분히 |
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케이블 타이 |
케이블 정리 |
충분히 |
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주요 부품 설명
아두이노 Micro
저는 일단 FC 보드와 조종기 보드를 아두이노 마이크로로 선정하였습니다. 앞전에도 얘기는 하였지만, 저는 별도의 조종기를 사용하지 않고 좀더 원거리의 RF통신을 가능하게 하기 위해 RF송신기를 자체로 만들 생각입니다. (그래서 2개의 마이크로 보드가 필요합니다.)
또한 드론 프레임크기가 아무래도 작은 크기다 보니 FC도 아두이노 보드들 중에 작은 사이즈의 보드를 찾아보니 아두이노 마이크로가 눈의 띄더군요. 아두이노 우노나 나노와는 달리 ATMega32u 를 main cpu로 사용하지만, 기능상의 차이는 ATmega328과는 큰 차이가 없습니다. 아두이노 마이크로는 자체 USB to Serial 을 지원해서 인지 스마트폰에 사용하는 5pin 커넥터를 지원하여 편리하게 F/W를 다운로드 할수 있는 장점이 있습니다.
아래는 제가 가지고 있는 아두이노 나노 보드 입니다.
물론 아두이노 나노와는 크기에선 차이가 없으나, 이왕이면 편리한게 좋을꺼 같아서 마이크로를 선택하였습니다. 중국에서 제조된 호환보드를 구입하였으나(가격이 저렴한게 큰 이유입니다.) 가격은 3천원 정도 비쌉니다. 만약 가격은 고려하신다면 아두이노 나노를 선택해도 될꺼 같습니다.
GY-521(MPU6050)
드론 제작시 널리 쓰이는 가속도, 자이로 센서 입니다. 참고용을 산 책과 구글에서 검색한 드론 제작 관련 자료에서도 많이 쓰이는 센서인걸로 보입니다. FC 보드에 올려서 사용할 OpenSource 플렛폼인 Multiwii에서도 MPU6050을 지원하기 때문에 좀더 손쉽게 제작에 사용할수 있습니다.
nRF24L01
nRF24L01은 RF 송수신을 할수 있는 모듈입니다. 2.4GHz 의 주파수를 사용하며, 크기도 작고 가격적인 측면에서도 저렴하게 구입할수 있는 RF통신 모듈입니다. 2.4Ghz 통신을 하려면 일반적으로는 블루투스나 WIFI를 생각할수 있는데, 아무래도 블루투스나 WIFI는 전력을 많이 소모하고 통신거리에도 한계가 있기 때문에(WIFI는 안테나를 어떻게 장착하느냐에 따라 틀리긴 합니다.) nRF24L01을 선정하게 되었습니다.
nRF24L01에다가 LNA를 부착한 모듈을 인터넷 마켓상에서 판매를 하고 있습니다. 개당 가격이 8천6백원 정도 하는데, 부담되는 가격은 아니라서 2개를 구입을 하였습니다. 물론 1개는 RF수신용(FC보드에 연결하여 사용), 다른 1개는 RF송신용입니다.
저는 별도로 RF송신용 조종기는 아두이노 마이크로 + nRF24L01 의 조합으로 만들어볼 생각입니다.
GPS
제가 잡았던 Concept중에 하나가 GPS를 사용하여 원하는 위치로 이동하여 비행하는 드론이었습니다. 따라서 GPS가 필요한데, 문제는 아두이노 마이크로에 과연 GPS를 사용할수 있는가? 입니다.
위 그림은 아두이노 마이크로 보드입니다. 각 모듈과 통신할수 있는 인터페이스는 SPI, I2C, Serial등이 있는데, I2C는 GY-521과 연결이 되어야 하고, SPI는 nRF24L01과 연결이 되어야 합니다. 남은 인터페이스가 I2C(I2C는 병렬로 연결가능), Serial인데 GPS는 주로 Serial로 좌표 데이터를 얻어옵니다. 따라서 GPS는 시리얼로 연결이 가능한데, 시리얼이 디버깅이나 다른 용도로 사용이 될수 있기 때문에 약간은 고민이 필요한 부분입니다. GPS는 진행하면서 어떻게 해야 할지 결정하기로 했습니다.
집에 굴러다니는 GPS 모듈이 몇개 있기때문에 만약 사용하게 된다면 바로 붙여서 사용하면 될껄로 생각됩니다.
드론 Frame
드론 제작시 중요한 부품중 하나가 드론의 형체가 되는 Frame입니다. Frame은 크기와 용도에 따라서 매우 다양한데, 제가 만들려는 드론은 미니 드론이기 때문에 크기가 작고 단단하면서도 가벼운 드론 Frame을 찾아보기로 했습니다.
포털 사이트나 구글에서 미니 드론 Frame을 검색해 보면 수많은 내용이 검색이 됩니다. 그중에서 눈에 띄는 드론 Frame이 있어서 구입해보기로 결정하였습니다.
대략 10CM 정도 되는 크기인데 막상 구입하여보니 생각보다 많이 작은거 같습니다. 이 드론 Frame은 FPV 카메라를 장착할수 있고, 레이싱에도 최적화 되어있다고 하니 드론을 제작하게 되면 재밌을꺼 같은 느낌이 듭니다.
또한 무게도 굉장히 가벼워서 제가 생각했던 드론에 적합한 것으로 생각이 됩니다. (소재가 카본이라고 하더군요.) 제작 완성이 기대가 됩니다.
모터 및 프로펠러
드론의 비행에 있어서 중요한 부품입니다. 드론을 공중으로 띄우려면 동력이 전달이 되어야하는데, 동력을 만드는게 모터이고 그 동력으로 공중에 띄우는 역할을 프로펠러가 하게 됩니다.
드론에서 쓰이는 모터는 브러시리스 모터(Brushless Motor)가 주로 쓰인다고 합니다. 브러시리스 모터를 사용하는 이유는 모터의 수명과 관련이 있습니다. 현재 준비단계에서 모터를 구입해야 하는데, 사실 드론 프레임부터 개별적으로 부품을 선정하여 제작을 하기 때문에 처음 진행하는 저로써는 어떤 모터를 써야 할지 아직 감히 잡히지 않았습니다. 따라서 제작을 진행후 알아본 후에 모터를 선택하기로 하였습니다.
일단 드론 Frame에 맞게 프로펠러는 여분까지 총 8개를 구입하였습니다.
배터리
드론 제작에 필요한 배터리는 알아보니 리튬-폴리머 배터리를 주로 사용한다고 합니다. 줄여서 리포(Li-Po) 배터리라고 하더군요. 그래서 리포 배터리를 구입하려고 알아봤습니다. 배터리는 드론의 크기와 모터의 사용 및 종류, 체공시간을 고려하다보니 워낙 종류도 많고 다양해서 준비 단계에서 맞게 선택하기가 어려운 점이 있었습니다.
그래서 일단은 제작을 진행하면서 모터와 더불어 선택을 보류하기로 했습니다. 제가 생각한 비행시간이 길고, GPS와 카메라를 부착한 드론에 맞는 배터리는 좀더 나중에 결정해도 늦지 않을꺼 같습니다.
카메라
드론을 조종하면서 가장 흥미있는 부분이겠죠? 카메라를 장착하여 드론 비행시에 하늘에서 바라본 풍경을 찍고 보는게 큰 재미일꺼 같습니다. 그런데 준비 단계에서 어떤 카메라를 선택할지 여부가 좀 어려운 측면이 있습니다.
여러가지 조건에 맞는 카메라를 선택하는것도 마찬가지고 제작을 진행하면서 어떤게 적절할지 고민을 해봐야 할것 같습니다. 개발을 진행하다보면 초기에 하드웨어 선정을 하고 나면 진행중에 맞지 않는 부분이 생기는데, 이런 부분을 방지하기 위해서 일단 선택을 뒤로 미루도록 하겠습니다.
간단하게 알아본 바로는 고프로 같은 카메라와, FPV라는 드론 촬영시에 유용한 카메라가 있는거 같습니다. 추후 포스트에 어떤 카메라가 좋을지 자세히 기술해 보도록 하겠습니다.
기타 제작시 필요한 부품 및 도구들
드론을 제작하기 위해서는 주요한 부품외에도 제작에 필요한 도구들이나 소모성 부품들이 필요합니다. 어떤것들이 필요한지 한번 나열해 보겠습니다.
- 수축튜브 – 납땜 혹은 연결한 케이블을 튜브로 고정시키시 위해 사용
- 케이블 타이 – 케이블 정리시 필요
- 배터리 충전기 및 충전 케이블 – 배터리를 충전하기 위한 도구들
- USB to Serial 케이블 – 아두이노 F/W 다운로드용
- 만능 기판 혹은 작은 사이즈 브레드 보드 – 아두이노와 각 모듈들의 회로 구성이 필요
- 커넥터 – 아두이노 및 모듈 연결용
- LED 소자 – 전원 확인용 및 디버깅용
- 인두기,납,니퍼,스트리퍼 – 드론 제작시에 필요한 도구들
드론 회로도
아래 링크는 아두이노로 회로를 구성할때 간단하게 도식화하여 회로를 그릴수 있는 툴입니다.
Fritzing 이라는 툴인데요. 아래 링크를 들어가서 다운로드 받으면 됩니다.
요즘은 워낙 오픈소스가 잘 되어있어서, 개발하는 사람 입장에서는 너무 환영할 일인거 같습니다.
저도 Fritzing으로 드론 회로도를 그려보도록 하겠습니다.
먼저 FC보드의 회로도 입니다.
다음은 RF송신기의 회로도입니다.
Fritzing 툴을 써서 그려봤는데, 생각보다 사용하기 간편하고 유용한거 같습니다. 예전에 Orcad같은 툴로는 이렇게 도식화를 하기 어려운점이 있었는데,(더군다나 유료 툴입니다.) 이렇게 도식화 하기 간편하고 무료인 Fritzing은 많은 장점이 있는거 같습니다.
지금까지 드론제작에 필요한 부품과 드론 회로도에 대하여 기술해 봤습니다. 다음 포스트에서는 드론 제작에 필요한 환경구축 및 FC보드의 F/W인 Multiwii에 대하여 알아보도록 하겠습니다.
