스마트한 프린터 분진제거 - 팬 제어 시스템 설계 (마지막 회) ③

팬 제어 시스템 설계

프린터 내부의 잉크 분진으로 인한 부품의 손상, 인쇄품질의 저하 등 여러 문제를 해결하기 위해 잉크 분진 제거를 위한 팬과 필터 시스템을 도입하는 것은 매우 중요한 일입니다. 그러나 분진 제거 팬이 프린터의 동작 상태 즉, 프린트 헤드의 이동에 맞춰 적절하게 작동하도록 제어하는 것은 효율적인 분진 제거와 유지보수의 핵심이라고 할 수 있습니다. 잉크 분진 제거에 대한 글 마지막회인 이번 3부에서는 프린터의 동작에 따라 잉크 분진 제거 팬을 자동으로 제어하는 시스템을 설계해 보고, 이를 통해 스마트한 분진제거 솔루션을 구현하는 방법에 대해 얘기하도록 하겠습니다.

팬 제어의 필요성

잉크젯 프린터는 문서나 사진 등을 출력하는 중에만 잉크분진이 발생됩니다. 물론, 유지보수를 위한 헤드 청소 등의 동작시에도 잉크 분진이 발생되기도 합니다. 따라서 프린터가 동작하지 않을 때는 분진 제거 팬이 계속 작동하고 있을 필요는 없는 것이죠. 반면, 인쇄 작업이 진행되는 동안, 즉 프린트 헤드가 이동을 했을 경우부터 작업이 종료된 후 약 2-3분간 분진 제거 팬을 작동시킴으로 인해 프린터 내부의 분진을 효과적으로 제거할 수 있다는게 목표라고 할 수 있습니다. 이러한 잉크 분진 제거팬을 제어하는 시스템은 팬의 수명을 연장하며, 소음 문제를 최소화할 수 있으며 더 나아가 프린터의 소비전력도 출여주는 효과를 얻을 수 있습니다.

센서기반의 팬 제어

팬을 제어하기 위한 시스템의 핵심은 프린터 헤드의 움직임을 정확히 감지하여 팬을 상황에 맞춰 작동시키는 것입니다. 이 방법은, 프린터 헤드의 움직임을 감지할 수 있는 센서와 MCU(마이크로컨트롤러)를 활용하는 방법이 있습니다.

헤드 움직임 감지 센서:

IR 센서(적외선 센서): 프린프 헤드의 움직임을 감지하기 위한 방법으로는 IR(적외선)센서를 사용하는 방법을 고려해 볼 수 있습니다. IR센서를 헤드가 이동하는 경로상에 설치하고 헤드가 움직일 때 발생하는 반사 신호를 감지하여 그 이동을 확인하는 방법입니다. 프린트 헤드가 이동한다는게 감지되면 그 신호를 마이크로컨트롤러로 전달하여 마이크로컨트롤러가 팬을 작동시키는 원리입니다.

자기(Magnetic) 센서: 하지만, 프린트 헤드의 움직임을 보다 정밀하게 감지하기 위해서는 IR센서보다 마그네틱센서를 사용하는게 더 나은 선택이 될 것 같습니다. 마그네틱센서는 프린트 헤드에 자석을 부착한 후 프린트 헤드의 움직임에 따라 발생하는 자기장의 변화를 감지하여 마이크로컨트롤러에게 그 신호를 전달하여 팬 제어의 정확성을 높일 수 있는 방법입니다.

마이크로컨트롤러:

아두이노(Arduino)와 ESP32와 같은 마이크로컨트롤러를 사용하여 센서에서 감지된 신호를 받아 팬의 동작을 제어할 수 있습니다. 마이크로컨트롤러는 센서가 감지한 신호가 입력되면 그 데이터를 기반으로 프린터 헤드의 동작 상태를 파악하고, 지정된 시간만큼 팬을 켜거나 끄는 등의 동작을 제어할 수 있게 됩니다.

또한, 아미크로컨트롤러를 사용한다면 직접적인 프로그래밍을 통해 팬이 작동해야 할 시간을 정밀하게 조절할 수 있는 타이머 기능이 구현가능합니다. 즉, 프린터가 인쇄를 멈춘 후에는 프린트 헤드가 움직이지 않겠지만 이후에도 일정 시간 동안 팬은 계속 작동하게 설정함으로써 프린터 내부의 공간에 남아 있는 분진을 제거할 수 있습니다.

팬 제어시스템의 설계

잉크 분진 제거 팬을 제어하기 위한 시스템을 구현하기 위해서는 하드웨어와 소프트웨어 모두가 필요합니다. 이를 단계별로 설명하도록 하겠습니다.

하드웨어 구성:

전원 공급: 잉크 분진 제거용 팬과 마이크로컨트롤러 모두 프린터의 USB 포트에서 제공하는 5V 전원을 사용할 수 있도록 설계하는게 별도의 부품이 필요하지 않아 적절한 방법일 것으로 생각됩니다.

센서 설치: 프린터 헤드에 마그네틱을 부착하고, 프린터 내부에 이 마그네틱 센서의 자기장을 감지할 수 있는 적절한 위치에 센서를 설치하여 프린터 헤드의 움직임을 감지합니다. 이때 센서는 헤드가 지나는 경로에서 간섭을 주지 않아야 합니다.

팬 연결: 팬은 마이크로컨트롤러의 출력 핀에 연결된 릴레이를 통해 동작 시킵니다. 이렇게 함으로써 마이크로컨트롤러가 팬의 전원을 제어할 수 있게 됩니다.

소프트웨어 설계:

에너지 효율성: 프린트 헤드가 움직일때만 팬이 작동하도록 하여 전력 소비를 최소화하고, 프린트 헤드의 동작이 멎췄을 경우 잔여 분진 제거를 위해 2-3분간 팬이 독작을 한 이후에 팬이 자동으로 꺼지도록 설계합니다.

센서 신호 처리: 마이크로컨트롤러는 마그네틱 센서가 발생하는 신호를 주기적으로 수신하게 됩니다. 주기적으로 데이터를 읽어 들인 후 헤드의 움직였다고 확인이 되면 릴레이에 신호를 보내 팬을 작동시키게 됩니다.

타이머 기능 구현: 프린터 헤드가 인쇄를 멈춘 후 팬이 2~3분간 계속 작동할 수 있도록 타이머를 설정해야 합니다. 이 타이머 시간은 사용자가 조절할 수 있어야 하며, 제ㅐ어보드내 가변 저항을 통해서 간단히 구현할 수 있습니다.

구동 소스 예

const int sensorPin = 2; // 센서 입력을 2번 핀에 할당
const int fanPin = 3; // 팬 제어는 3번 핀
const int potPin = A0; // 가변 저항 입력 라인
unsigned long previousMillis = 0;
unsigned long fanDelay = 10000; // 기본 타이머 10초

void setup() {
pinMode(sensorPin, INPUT);
pinMode(fanPin, OUTPUT);
}

void loop() {
int sensorValue = digitalRead(sensorPin);
int potValue = analogRead(potPin);
fanDelay = map(potValue, 0, 1023, 1000, 10000); // 타이머 시간 조절

if (sensorValue == HIGH) {
digitalWrite(fanPin, HIGH); // 프린터 동작 중 팬 작동
previousMillis = millis(); // 타이머 초기화
}

if (millis() - previousMillis >= fanDelay) {
digitalWrite(fanPin, LOW); // 타이머가 끝나면 팬 꺼짐
}
}

이 소스는 프린트 헤드의 움직임을 감지했을 때(출력 시작) 팬이 작동하도록 하고, 프린트 헤드가 움직임을 멈춘 후에는 일정 시간(10초) 동안 팬이 계속 작동하도록 타이머를 설정하도록 하는 기본적은 소스입니다.

잉크 분진 제거팬 솔루션의 완성

이렇게 설계된 잉크 분진 제거 팬의 제어시스템은 프린터 내부의 잉크분진을 효율적으로 관리할 수 있는 솔루션을 제공합니다. 이 시스템을 도입함으로 인해 프린터 내부의 분진으로 인한 오염을 줄일 수 있고, 이를 통해 프린터의 유지보수 주기가 늘어나며, 장비의 수명 또한 연장되는 효과를 가져옵니다. 당연히 인쇄 품질을 높여 주는건 덤으라 할 수 있겠습니다.

결론

잉크 분진을 줄여 프린터 내부의 청결상태를 유지하는 것은 단순한 유지보수를 넘어, 장비의 성능을 처음 구입 당시의 상태를 지속적으로 유지할 수 있습니다. 이러한 세서와 마이크로컨트롤러를 도입하여 분진을 효율적으로 관리하는 시스템을 구축한다면 프린터 관리의 새로운 표준으로 자리 잡지 않을까 생각합니다.

다음에는 실제 잉크분진 팬을 제작하여 사용하는 포스팅을 준비하도록 하겠습니다.