P. 224 활동노트 플러그드 : 팔 굽혀 펴기 자동 측정 시스템 만들기 II(비상교육 정보교과서)

본 위키는 비상교육 고교 정보교과서 P. 224 활동노트 플러그드 : 팔 굽혀 펴기 자동 측정 시스템 만들기 II에 대한 내용을 서술합니다.

P. 224 활동노트 플러그드 : 팔 굽혀 펴기 자동 측정 시스템 만들기 II

다음과 같은 조건의 '팔 굽혀 펴기 자동 측정 시스템'을 만들려고 한다. 이 문제를 해결하기 위해 피지컬 컴퓨팅을 설계하고 오른쪽과 같은 회로를 완성하였다. 제어 프로그램을 작성하여 피지컬 컴퓨팅을 완성해보자.

조건	완성된 회로도
초음파 센서를 이용해서 가슴과 지면 사이의 거리를 측정한다. 측정 거리가 10cm 이하일 경우 발광 다이오드가 켜지고, 팔 굽혀 펴기 횟수가 한 개 올라간다. 팔을 펼 때에는 20cm 이상이어야 한다. 측정을 시작하거나 종료할 때는 버튼을 누른다. 반 아이들이 모두 실행한 후, 횟수를 비교하는 그래프를 출력한다.	329x329픽셀

※ 교과서의 회로에서 버튼 회로는 수정했으니 참고바랍니다.

풀업 저항을 사용했으며 저항 및 플로팅 현상에 대한 자세한 내용은 택트 스위치 문서에서 확인하세요.

1. 주어진 문제의 '현재 상태'와 '목표 상태'를 각각 적어 보자.

현재 상태	초음파 센서를 통해 가슴과 지면 사이의 거리를 측정하고 있다. 현재 측정된 거리가 10cm 이하일 경우 발광 다이오드가 켜진다. 측정된 거리가 10cm 이하일 때 팔 굽혀 펴기 횟수가 증가한다. 팔을 펼 때는 반드시 거리가 20cm 이상이어야 한다. 측정 시작 및 종료는 버튼을 눌러야 한다. 현재까지 팔 굽혀 펴기 횟수는 개인별로 기록되고 있다.
목표 상태	모든 반 아이들이 초음파 센서를 이용하여 팔 굽혀 펴기를 수행한 후, 각자의 횟수를 기록한다. 각 아이들의 팔 굽혀 펴기 횟수를 비교할 수 있는 그래프를 출력한다. 측정이 원활하게 이루어져야 하며, 버튼을 통해 시작과 종료가 명확히 구분되어야 한다. 발광 다이오드의 상태가 팔 굽혀 펴기 동작의 유효성을 나타내야 한다.

2. 피지컬 컴퓨팅을 제어하는 프로그램을 작성해 보자.

(1) 입력 자료 만들기

#define TRIGGER_PIN  10
#define ECHO_PIN     11
#define LED_PIN      12
#define BUTTON_PIN   8

int count = 0;
bool measuring = false;
bool isInPosition = false;  // 10cm 이하에 있는지 여부

void setup() {
  pinMode(LED_PIN, OUTPUT);
  pinMode(BUTTON_PIN, INPUT);
  pinMode(TRIGGER_PIN, OUTPUT);
  pinMode(ECHO_PIN, INPUT);
  Serial.begin(9600);
}

(2) 계산하기

단순히 초음파 센서 값을 확인하고 카운트를 한다면 몸이 10cm 이내에 있는 동안 계속 카운트가 되어 측정 횟수에 오류가 생깁니다.

IsInPosition 변수를 사용하여 초음파 센서 값 10cm 이내에 들어온 이후 몸을 다시 들어올려 20cm 밖으로 나가면 카운트가 1 올라가도록 했습니다.

void loop() {
  if (digitalRead(BUTTON_PIN) == LOW) {
    measuring = !measuring;
    if (measuring) {
      count = 0;
      isInPosition = false;  // 초기화
      Serial.println("측정 시작!");
    } else {
      Serial.print("총 팔 굽혀 펴기 횟수: ");
      Serial.println(count);
    }
    delay(500); // debounce delay
  }

  if (measuring) {
    delay(50); // 측정 간격
    long duration, distance;

    // 초음파 발사
    digitalWrite(TRIGGER_PIN, LOW);
    delayMicroseconds(2);
    digitalWrite(TRIGGER_PIN, HIGH);
    delayMicroseconds(10);
    digitalWrite(TRIGGER_PIN, LOW);

    // 반사된 초음파 수신
    duration = pulseIn(ECHO_PIN, HIGH);

    // 거리 계산 (cm 단위)
    distance = (duration / 2) * 0.0343; // 소리의 속도: 0.0343 cm/μs

    if (distance > 0) {
      if (distance <= 10) {
        digitalWrite(LED_PIN, HIGH);
        if (!isInPosition) {
          isInPosition = true;  // 10cm 이하로 들어옴
        }
      } else if (distance >= 20) {
        digitalWrite(LED_PIN, LOW);
        if (isInPosition) {
          count++;  // 다시 10cm 이상으로 나가면 카운트 증가
          isInPosition = false;  // 상태 초기화
        }
      }
    }
  }
}

(3) 출력 자료 만들기

import matplotlib.pyplot as mplot

# Sample data
names = ['Student A', 'Student B', 'Student C']
counts = [5, 8, 3]

# Create bar graph
mplot.bar(names, counts, color=['blue', 'orange', 'green'])

# Set graph title and axis labels
mplot.xlabel('Students')
mplot.ylabel('Push-up Count')
mplot.title('Push-up Count Comparison')

# Show the graph
mplot.show()