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1. 융합다빈치클럽(소규모 학술동아리) 결과보고서
1.1. 학술주제 및 목표
아두이노를 활용한 태양광 자동 추적기 제작이 학술주제이며, 코딩 스터디와 태양광 발전기 제작이 학술 목표이다. 처음 봐 아두이노 종결 키트(초급편) 5개와 태양광 추적기 2개를 구매하여 재료비로 400,000원을 사용하였다. 아두이노 기본 지식을 습득하기 위해 개인학습을 하고 매주 화상회의를 진행하였으며, 미니프로젝트 회로설계 및 코딩 활동을 이어나갔다. 태양광 추적기는 조립, 회로설계, 소스 코딩을 진행하여 고정형과 추적형으로 나누어 실험을 진행하였다.
아두이노 스터디를 통해 작동원리, 하드웨어 및 소프트웨어 등을 학습하고 예제 프로그래밍과 시현을 진행하였다. 또한 팀원 간 비대면 회의를 통해 이슈와 궁금점을 해결하였다. 교수님 앞에서 조도센서, 부저, LED 등을 활용한 다양한 미니프로젝트를 시연하며 아두이노 활용 능력을 보여주었다. 태양광 추적기의 소스 코드는 서보 모터 제어, 조도센서 값 비교, 모터 작동 등의 알고리즘으로 구성되어 있다. 추적형 태양광 발전기는 4개의 조도센서로 태양광을 측정하여 top, bottom/left, right 평균값 차이를 줄이는 방향으로 서보모터를 작동시켜 태양을 추적하는 원리이다. 실제 실험 결과, 추적형 태양광 발전기는 고정형 발전기보다 전류 생산량이 29.5% 더 많은 것으로 나타났다.
동아리 활동을 통해 팀원들 간 협력과 소통의 중요성을 배울 수 있었다. 실내에서 테스트할 때와 실제 실험 간 결과가 다르다는 것을 알게 되어 실험 환경에 대한 고려가 필요하다는 점을 깨달았다. 향후에는 태양광 패널 크기와 휴대성을 개선하여 더 효율적인 태양광 추적기를 개발할 계획이다. 이를 통해 태양광 발전의 효율을 높이고 이를 활용한 다양한 응용 제품을 만들어낼 수 있을 것으로 기대된다.
1.2. 재료비 및 운영 결과
1.2.1. 아두이노 기본 학습
아두이노 기본 학습을 통해 팀원들은 코딩 스터디와 실습 활동을 진행하였다. 처음 아두이노를 접하는 팀원들이 많았기에 기초적인 부분부터 차근차근 공부하였고, 매주 화상회의를 통해 정기적으로 스터디를 진행하였다. 이를 통해 아두이노 프로그래밍 언어와 IDE(통합개발환경)를 다루는 데 어려움이 없어졌으며, 효과적으로 프로젝트를 진행할 수 있었다. 또한 아두이노 키트를 활용하여 직접 회로를 구성하고 프로그래밍하는 미니프로젝트를 진행하여 아두이노의 작동 원리와 활용 방법을 익혔다. 특히 조도 센서, LED, LCD 등을 활용한 다양한 실험을 통해 아두이노의 기능과 활용 가능성을 확인할 수 있었다. 이처럼 체계적인 학습과 실습을 통해 팀원들은 아두이노에 대한 이해도를 높일 수 있었고, 추후 태양광 추적기 제작에 필요한 기본 역량을 갖출 수 있었다.
1.2.2. 태양광 추적기 제작
태양광 추적기는 4개의 조도센서와 2개의 서보모터를 활용하여 태양의 위치를 실시간으로 추적한다. 먼저 4개의 조도센서(왼쪽 위, 오른쪽 위, 왼쪽 아래, 오른쪽 아래)가 태양광의 세기를 측정한다. 센서들의 평균값 차이를 이용하여 태양의 상하/좌우 방향을 파악한다. 이를 바탕으로 서보모터를 구동하여 태양광 패널의 각도를 조정한다. 이러한 과정을 반복하면 태양광 패널이 태양을 계속해서 추적하게 된다.
클럽 참여 학생들은 우선 아두이노 기본 학습을 통해 프로그래밍과 하드웨어 제어 능력을 기르고, 이를 바탕으로 태양광 추적기 제작에 돌입하였다. 아두이노 키트와 서보모터, 조도센서 등을 활용하여 회로를 구성하고 소스 코드를 작성하였다. 특히 센서 값의 차이를 이용하여 서보모터의 구동 각도를 조절하는 알고리즘을 개발하였다.
실험 설계 및 결과 분석 과정에서는 고정형 태양광 발전기와 추적형 태양광 발전기의 성능을 비교하였다. 추적기 성능 평가를 위해 조도센서 값의 평균과 차이를 시각화하여 나타내었고, 실제 전류 생산량 측정 실험도 진행하였다. 그 결과 추적형 태양광 발전기가 고정형 대비 약 29.5% 더 많은 전류를 생산할 수 있음을 확인하였다.
이러한 태양광 추적기 제작 활동을 통해 학생들은 아두이노를 활용한 하드웨어 및 소프트웨어 구현 능력을 기르고, 실험 설계와 데이터 분석 역량을 향상시킬 수 있었다. 또한 팀원들 간 협력을 통해 문제를 해결하는 과정에서 의사소통 능력과 리더십도 기를 수 있었다. 향후에는 추적기의 휴대성과 효율성을 높이기 위한 추가적인 개선 방안을 모색할 계획이다.
1.3. 정량적 활동 성과
1.3.1. 아두이노 스터디 및 미니프로젝트
처음봐 아두이노 종결 키트(초급편)를 이용한 개인 학습과 매주 진행한 화상 회의로 아두이노 기본 지식을 습득하였다. 개인학습을 한 후 공대 1호관에서 미니프로젝트 회로설계 및 코딩을 하였다.
아두이노 아날로그핀을 사용하여 조도센서를 작동시키고, 휴대폰의 flash 기능을 이용하여 빛의 밝기를 변화시키며 측정하였다. 부저를 사용하여 음악을 재생시켰고, IDE에서 tone() 함수를 이용하였으며, 옥타브를 변화시키거나 능동부저/수동부저를 사용하여 다양한 시도를 했다. IDE에서 for문을 활용하여 LED 빛의 세기를 제어했으며,...
