얼마 전 수색 및 구조 사례에 관한 글을 읽었습니다. 누군가 하루의 대부분을 트레일을 벗어난 곳에서 길을 잃었는데, 다른 사람들과 충분히 가까워 빛이나 신호 불이 있었다면 거의 즉시 발견되었을 상황이었습니다. 하지만 주변 사람들은 찾아볼 이유가 없었습니다. 휴대전화 신호도 없고, 도움을 요청할 방법도 없었으며, 그만큼 중요하게는 능동적으로 신호를 보낼 방법도 없었습니다. 그 공백이 계속 마음에 남았습니다.
불편한 진실은 우리의 비상 통신 대부분이 전력망과 인프라가 여전히 작동한다는 전제에 기반한다는 것입니다. 휴대전화 기지국, Wi-Fi, 매달 요금을 내는 위성 서비스 등이 그렇습니다. 하지만 사람들이 실제로 도움을 요청하기 위해 신호를 보내야 하는 순간은 인프라가 고장 나는 순간인 경우가 불균형적으로 많습니다. 산불로 휴대전화 기지국이 파괴되거나, 허리케인으로 전력과 통신이 며칠 동안 끊기거나, 애초에 신호가 없는 곳으로 하이킹을 가거나, 지진으로 공공 시설이 사람들의 위치를 파악하기는커녕 연락조차 하기 어려워진 상황 등이 그 예입니다. 공공 서비스가 신속하게 도달할 수 없는 바로 그런 상황에서 대부분의 사람에게 남는 것은 목소리와 주머니 속에 있는 물건뿐입니다.
다른 프로젝트에 사용하고 남은 ESP32 보드가 서랍 가득 있었고, 응급 신호 장치에 실제로 필요한 기능 중 상당 부분을 이 보드들이 이미 잘 수행한다는 생각을 계속하게 되었습니다. 정확하고 반복 가능한 타이밍으로 메시지를 깜박이거나 삐 소리로 알리는 방법, 그리고 중간에 어떤 인프라도 없이 근처의 다른 무선 장치와 통신할 수 있는 라디오가 그것입니다. 특히 ESP-NOW는 라우터나 액세스 포인트, 심지어 페어링도 필요하지 않습니다. 그저 근처에서 듣고 있는 모든 장치에 피어 투 피어로 브로드캐스트합니다. 이것이 바로 이 대회가 말하는 "오프그리드" 동작입니다. 전력망이 없기 때문에 작동하는 것이지, 사실은 전력망에 조용히 의존하는 것이 아닙니다.
그래서 저는 SIGNAL 을 만들었습니다. 공공 시설을 이용할 수 없을 때 다음 두 가지 일을 수행하도록 설계한 버튼 하나짜리 포켓 크기의 장치입니다.
여기서 소개하는 프로토타입은 판지, 글루건 접착제, 서랍에서 꺼낸 부품으로 만들었으며, 이는 의도적인 선택입니다. 이 장치가 세련되고 비싼 제작 방식으로만 작동한다면 전체 취지가 무너집니다. 누구나 기본 공구와 저렴한 부품으로 만들 수 있어야 하며, 전자 부품이 검증된 후에는 PVC나 3D 프린팅 케이스로 업그레이드할 수 있어야 합니다. 이것은 실제 응급 서비스를 대체하기 위한 것이 아닙니다. 그런 서비스가 아직 누군가에게 도달할 수 없는 정확한 시간대에 시간을 벌고 발견 가능성을 높이기 위한 것입니다. 실제 재난에서는 그 시간이 가장 중요한 경우가 많습니다.
전자 부품
외함 — 판지 버전(여기에 사진으로 나온 것)
도구
OLED 디스플레이(I2C, 핀 4개)
푸시 버튼
부저(선택 사항)
모든 부품을 제자리에 장착했으면 USB를 통해 ESP32를 컴퓨터에 연결하고 펌웨어 플래시 단계로 넘어가세요 — 다음 단계입니다.
배선을 모두 연결했으니 이제 ESP32에 코드를 넣을 차례입니다. (코드 링크는 3단계에 제공되어 있습니다.)
1. Arduino IDE 설치
아직 설치하지 않았다면 arduino.cc에서 최신 버전을 다운로드하세요. 이 프로젝트는 표준 Arduino IDE(2.x)를 사용해 제작하고 테스트했습니다.
2. ESP32 보드 지원 추가
그런 다음 Tools → Board → Boards Manager를 열고 "esp32"를 검색한 뒤 Espressif Systems의 패키지를 설치하세요.
3. U8g2 라이브러리 설치
Sketch → Include Library → Manage Libraries를 열고 "U8g2"를 검색한 뒤 oliver(olikraus)가 만든 라이브러리를 설치하세요. 이 라이브러리는 텍스트, 반전된 메뉴 강조 표시, Morse 라이트 가이드 상자 등 모든 OLED 렌더링을 처리합니다.
4. 보드와 포트 선택
Tools → Board에서 사용 중인 ESP32 개발 보드를 선택하세요(일반 보드라면 보통 "ESP32 Dev Module"로도 잘 작동합니다). Tools → Port에서는 보드를 연결했을 때 표시되는 COM 포트 / 장치를 선택하세요. 아무것도 표시되지 않으면 보드에 사용된 USB-직렬 칩에 따라 CP210x 또는 CH340 USB 드라이버가 필요할 가능성이 높습니다.
5. 부저 유형 설정
스케치 상단 근처에 다음과 같은 한 줄이 있습니다:
패시브 부저라면 이 값을 true로 두고, 액티브 부저를 사용한다면 false로 설정하세요. 배선이 1단계와 일치한다는 전제하에 업로드 전에 수정해야 할 부분은 이 한 줄뿐입니다.
6. 업로드
업로드 화살표를 클릭하세요. IDE가 스케치를 컴파일하고 플래시합니다. 일반적인 ESP32에서는 1분 정도 걸립니다. 완료되면 보드가 자동으로 재설정됩니다.
빠른 확인
재설정 후 1~2초 이내에 OLED에 "SIGNAL" 시작 화면이 표시되어야 합니다. 한 번 클릭하면 메인 메뉴로 들어가고, 다시 클릭하면 선택된 항목이 반전된 막대로 강조 표시된 프리셋 목록(SOS, MED, FIRE, LOST, HERE, OK, 2.4G BEACON)을 차례로 스크롤해야 합니다. 화면이 계속 빈 상태라면 SDA/SCL 배선과 코드의 I2C 주소(0x3C)가 사용 중인 OLED 모듈과 일치하는지 확인하세요. 일부 0.96" 보드는 0x3D로 출고됩니다.
외함 제작으로 넘어가기 전에 펌웨어 내부에서 실제로 어떤 일이 일어나는지 이해해 두면 좋습니다. SIGNAL을 제작하는 데 필수는 아니지만, 나중에 수정하거나 확장하려는 경우 도움이 됩니다.
버튼 처리
전체 장치는 버튼 하나로 작동하므로 펌웨어는 delay()를 전혀 사용하지 않고 버튼을 계속 폴링합니다. 비차단 디바운스 루프가 밀리초 단위로 누름/해제 시간을 추적해 단일 클릭, 더블 클릭, 길게 누르기(600ms 이상)를 구분하므로 화면에서 다른 작업이 진행 중이어도 입력이 차단되지 않습니다.
Morse 엔진
각 프리셋 메시지(SOS, MED, FIRE 등)는 표준 ITU Morse 조회 테이블을 사용해 점, 대시, 간격의 시퀀스로 변환되며, 프리셋을 선택할 때 한 번 타이밍 기호 목록으로 확장됩니다. 그런 다음 별도의 타이밍 루프가 millis()를 사용해 이 목록을 순서대로 처리하고 부저와 화면상의 라이트 가이드를 동기화해 켰다 끕니다. 재생 중 보이는 "LIGHT ON / LIGHT OFF" 페이스 조절은 바로 이 기능으로 작동합니다.
디스플레이
모든 화면(시작 화면, 메뉴, Morse 페이서, 비콘 상태)은 I2C를 통해 U8g2 라이브러리로 그립니다. 메뉴 강조 표시, 반전된 Morse 라이트 블록, 실시간 비콘 카운터는 모두 정적인 이미지가 아니라 약 25 FPS의 새로 고침 루프에서 다시 그려집니다.
ESP-NOW 비콘
비콘 모드는 액세스 포인트 없이 ESP32의 WiFi 라디오를 스테이션 모드로 초기화한 다음, 장치 이름, 상태 문자열, 증가하는 패킷 카운터가 담긴 작은 packed struct를 2.5초마다 브로드캐스트 주소로 전송합니다. ESP-NOW는 피어리스·비연결 방식이므로 같은 채널에서 수신 중인 주변의 모든 ESP32가 페어링이나 네트워크 설정 없이 이를 수신할 수 있습니다.
상태 머신
모든 기능은 하나의 중앙 상태 변수(시작 화면 → 메뉴 → Morse 재생 → 비콘 모드)를 통해 연결되며, 버튼 핸들러가 상태 전환을 결정하고 각 상태에는 자체 업데이트 및 렌더링 함수가 있습니다. 덕분에 재생, 비콘 송신, 메뉴 로직이 깔끔하게 분리됩니다.
다음은 프로토타입에서 실제로 사용한 부품 배치입니다. 커팅 매트 위에 골판지 한 장을 놓고 공예용 칼로 잘라 만들었습니다:
부품
전면 패널 절개부 표시하기
고정된 치수를 기준으로 작업하기보다는, 자르기 전에 실제 OLED 모듈과 버튼 캡을 판지 위에 직접 대고 윤곽을 따라 그리는 편이 좋습니다. 공급업체마다 부품 크기가 충분히 다르기 때문에 "표준" 치수를 적용하면 오히려 맞지 않을 수 있습니다. 제가 사용한 OLED 창은 폭 3cm인 패널의 상단 가까이에 중앙에 배치되어 있고, 버튼 절개부는 그 아래에 있으며 버튼 캡의 지름보다 약간 작게 만들어 캡이 판지에 걸리고 아래로 빠지지 않게 했습니다.
조립 순서
어떤 이음새에든 접착제를 바르기 전에 전자 부품을 내부에 넣고 모든 것을 가조립해 보세요. 붙인 뒤 판지를 다시 덧붙이는 것보다 벽을 조금 잘라내는 편이 훨씬 쉽습니다.
외함을 만들고 전자 부품의 가조립 상태까지 확인했다면, 이제 모든 것을 완전히 닫을 차례입니다.
1. 최종 접착 전에 맞춤 상태 재확인
모든 부품을 케이스 안에 넣은 상태에서 보드를 한 번 더 켜 보세요. 디스플레이는 창에 맞닿고, 버튼 캡은 구멍을 통과하며, 버저는 그릴과 정렬되어야 합니다. 마지막 이음새를 봉한 뒤보다 지금 어긋난 부분을 찾아내기가 훨씬 쉽습니다.
2. USB 또는 배터리 선 배치
USB로 전원을 공급한다면, 케이블을 후면 벽이나 바닥의 작은 홈을 통해 뺄지 지금 결정하세요. 최종 접착 후가 아니라 접착하기 전에 홈을 잘라야 합니다. 충전/부스트 모듈이 있는 LiPo 배터리를 사용한다면 이때 해당 모듈을 장착하고(내부 벽에 고정할 때는 핫 글루로 충분합니다) 출력선을 ESP32의 전원 핀으로 연결합니다.
3. 전자 부품 스택 고정
스탠드오프 조각을 영구적으로 붙이고, 브레드보드/퍼프보드 위쪽을 가로지르도록 핫 글루를 조금 바르거나 판지 탭을 추가해 케이스 안에서 움직이지 않게 하세요. 케이스를 기울이거나 떨어뜨렸을 때 내부의 어떤 것도 움직이지 않게 하는 것이 목표입니다. 맨 브레드보드에서 벗어나 케이스로 옮기는 이유가 바로 그것입니다.
4. 마지막 이음새 닫기
아직 붙이지 않은 마지막 벽이나 바닥 패널을 접착제로 닫습니다. 군데군데 조금씩 바르기보다는 이음새 전체를 따라 접착제를 길게 바르세요. 골판지 가장자리는 구조적으로 가장 약한 부분이며, 이음새 전체를 접착하면 반복해서 다룰 때 훨씬 더 잘 견딥니다.
모든 기능은 하나의 버튼으로 제어하며, 동작은 다음 세 가지입니다.
메시지 선택
전원을 켜면 SIGNAL은 시작 화면을 표시한 다음 메인 메뉴로 이동합니다. 메인 메뉴에는 SOS, MED, FIRE, LOST, HERE, OK, 2.4G BEACON의 7개 프리셋이 표시되며, 현재 선택된 항목은 반전 강조 막대로 나타납니다. 한 번 클릭하면 항목을 순환하고, 길게 누르면 강조 표시된 항목이 활성화됩니다.
모스 페이서 모드(SOS, MED, FIRE, LOST, HERE, OK)
활성화되면 디스플레이가 페이싱 모드로 전환됩니다. 상단 바에는 현재 활성화된 메시지가 표시되고, 화면 중앙에는 해당 메시지의 모스 타이밍에 정확히 맞춰 "LIGHT ON"이라고 표시된 채운 블록과 "LIGHT OFF"라고 표시된 윤곽선 상자가 번갈아 나타납니다. 손전등을 들고 화면에 맞춰 켰다 껐다 하기만 하면 됩니다. SIGNAL이 모스 변환과 타이밍을 대신 처리하므로 모스 부호를 전혀 알 필요가 없습니다. 화면 하단에는 참고용으로 현재 기호(점, 대시 또는 일시 정지)도 표시됩니다. 메시지는 두 번 클릭해 중지하고 메뉴로 돌아갈 때까지 계속 반복됩니다.
내장 버저는 여기서 선택 사항입니다. 연결되어 있다면 같은 패턴에 맞춰 삐 소리를 내지만, 버저를 연결하지 않아도 시각적 광원 안내 기능은 독립적으로 완전히 작동합니다. 따라서 더 단순한 버전을 만들고 싶다면 필수 부품이 아닙니다.
2.4G 비콘 모드
"2.4G BEACON"을 선택하고 길게 누르면 SIGNAL이 연속 ESP-NOW 브로드캐스트 모드로 전환됩니다. 2.5초마다 장치 이름, 긴급 상태 문자열, 증가하는 패킷 카운터가 포함된 조난 패킷을 같은 채널에서 수신 대기 중인 주변 장치로 전송합니다. 라우터, 액세스 포인트 또는 페어링은 필요하지 않습니다. OLED에는 실시간 전송 횟수와 각 브로드캐스트가 성공적으로 전송되었음을 확인하는 "TX OK" 표시가 나타나며, 버저가 연결되어 있다면 전송마다 짧은 삐 소리도 납니다. 이 모드는 장치를 곁에 두거나 눈에 잘 띄는 고정된 장소에 놓은 상태에서 백그라운드로 계속 실행하도록 설계되었습니다. 언제든 두 번 클릭하면 브로드캐스트를 중지하고 메뉴로 돌아갑니다.
여기서 설명한 버전은 판지, 핫 글루, 그리고 손에 있던 부품을 사용한 작동 프로토타입입니다. 하지만 이 설계가 특정 외함에 묶여 있는 것은 아닙니다. 다음과 같은 방향을 시도해 볼 만합니다.
외함 재료 바꾸기
배선과 펌웨어는 케이스가 어떤 재료로 만들어졌는지와 전혀 무관합니다. 같은 공예용 칼이나 레이저 커터로 절단한 3mm PVC 시트를 사용하면, 여기에서 사용한 것과 완전히 동일한 컷아웃 배치를 유지하면서도 더 단단하고 내후성이 뛰어난 하우징을 만들 수 있습니다. OLED 창, 버튼 구멍, 부저 그릴의 위치도 그대로입니다. 3D 프린팅 인클로저는 또 다른 자연스러운 다음 단계입니다. 같은 설치 면적(4단계의 패널 치수와 대략 일치하는 크기)을 기준으로 케이스를 모델링하면, 작업대 위의 프로토타입이 아니라 실제로 하이킹에 휴대하거나 장기간 비상 가방에 넣어 둘 수 있을 만큼 튼튼한 장치가 됩니다.
전용 수신기 장치
현재 SIGNAL 비콘은 ESP-NOW를 통해 조난 패킷을 브로드캐스트하지만, 이를 수신하도록 특별히 설정된 장치는 없습니다. 버튼 메뉴는 필요 없이 전원과 디스플레이만 갖춘 간소화된 두 번째 ESP32 빌드를 고정 기지국으로 설치하면, 수신된 모든 패킷을 타임스탬프와 신호 출처와 함께 출력할 수 있습니다. 이렇게 하면 이 장치는 "누군가 듣고 있기를 바라며 허공에 신호를 보내는" 도구에서 실제 두 노드 조난 시스템으로 바뀝니다.
태양광 또는 더 나은 전원
프로토타입은 USB 또는 기본적인 LiPo 구성으로 작동합니다. 진정한 오프그리드 환경에서 며칠간 사용하려면, 기존 LiPo boost module 앞단에 소형 태양광 패널과 charge controller를 추가하면 됩니다. 그러면 벽면 콘센트를 전혀 사용하지 않고도 SIGNAL이 낮 동안 세류 충전되고 밤에 브로드캐스트할 준비를 갖출 수 있습니다.
방수 처리
판지는 당연히 내후성이 없습니다. PVC 셸, 실리콘 이음매 실링 또는 외부 레이어로 재밀봉 가능한 방수 가방을 사용하는 방법만으로도 내부 부품이 완성된 후에는 쉽게 해결할 수 있는 문제입니다. 실제 야외 환경에서 의존하기 전에 처리할 만한 가치가 있습니다.
프리셋 목록 확장
Morse 프리셋과 비콘 상태 문자열은 모두 펌웨어에서 간단한 lookup table로 정의되어 있으므로, 새 메시지(사용자 지정 호출 부호나 다른 유형의 비상 상황)를 추가하는 일은 코드를 재구성하는 것이 아니라 몇 줄을 편집하는 작업에 불과합니다.
SIGNAL은 인상적인 무언가를 만들려는 시도로 시작한 것이 아닙니다. 비상 상황에서 실제로 도움을 줄 수 있는 단 한 가지를 제외하면 거의 모든 사람이 한 사람에게 연락할 수 있다는 사실에 대한 반응으로 시작했습니다. 이동통신망, wifi, 클라우드 서비스는 모두 재난이 특히 잘 파괴하는 인프라에 의존합니다. 그 어느 것에도 의존하지 않는 것은 배터리, 라디오 칩, 그리고 전력망의 허가 없이도 도움을 요청하는 신호를 보내려는 사람입니다.
이 빌드는 의도적으로 단순합니다. 버튼 하나, 디스플레이 하나, 부저 하나, 그리고 상당히 생소한 기술인 Morse code를 누구나 압박감 속에서도 별도의 훈련 없이 첫 시도에 정확히 실행할 수 있도록 바꿔 주는 코드로 구성됩니다. 이것은 완성품이 아니라 판지 프로토타입이며, 바로 그것이 핵심입니다. 직접 제작하는 데 필요한 장벽은 일반 부품 몇 개와 한가한 오후 한 번이지, fabrication lab이나 전문 기술이 아닙니다.
오프그리드 복원력은 비싸고 과도하게 설계된 장비를 의미할 필요가 없습니다. 때로는 10달러짜리 마이크로컨트롤러와 점·대시 lookup table, 그리고 타워가 다운되더라도 여전히 이렇게 말할 방법이 있도록 하겠다는 결심이면 충분합니다. " 나 여기 있어 라고 말하고 이해받을 수 있도록 말입니다.
원문: https://www.instructables.com/SIGNAL-Pocket-Off-Grid-Morse-Pacer-Emergency-Beaco/
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