[DIY] 수동기어 인디케이터 만들기 - 2케이블로 동작하는 QM5용 [1/4]

안녕하세요!
수동기어 인디케이터를 이번에 만들었습니다.

무엇하는 물건이냐면 - 현재 기어 위치를 숫자로 표시 해 주는 장치 입니다.
QM의 경우 자동기어 모델의 경우 - 수동 모드로 바꾸면 현재 기어가 표시 되죠 - 그것과 같은 기능을 합니다.  다만 진짜 수동 기어모델에는 없는 기능을 직접 만든 것입니다.

1%도 선택되지 않는 수동 모델을 위한 근사한 선물이자 제가 필요한 기능을 가지게 되었습니다.

우선 실제 동작 영상부터 서비스~ 들어 갑니다.
(시내 주행이라 정상보다 일찍 6단 까지 넣었습니다 ^.^ 촬영해준 친구에게 감솨~)



글은 모두 4개로 구분하여 올렸습니다.

1. 소개글, 개별 단수 인식 방법과 필요한 부품 [지금 보고있는 글입니다]
2. 센서 모듈 만들기와 장착
3. 회로 구성을 위한 회로도와 마이컴 소스코드
4. 완성품 설치와 동작 모습 소개

  * 추가! : AVR 8535L 사용 개선 버전


왜 만들게 되었나?

QM5의 경우 6단 수동미션이라 간혹(!) 주행중에 몇단 기어가 들어가 있는지 까먹는 경우가 자주 발생했습니다. 특히나 기어 조작 유격이 매우 짧은 유럽식 스타일이라 - 종종 이전 기어 위치를 까먹고 잘못 조작하기도 해서... 생각만 하다가 결국 만들어 버렸습니다.
특히 최근에, 오르막에서 평행 주차 하다가 후진 상태에서 1단 조작을 잘못하여 계속 후진임을 모르고 뒤로 밀어 버려 범퍼가 약간 상하기 까지 하여 - 꼭 만들려고 마음을 먹었답니다 ㅠ.ㅠ

QM5 후진은 레버를 당긴 후 1단 위치로 당기면 좀더 왼쪽으로 조작 되고, 1단 처럼 앞으로 밀면 후진 입니다. 문제는 후진에서 빼는 동작(중립)을 확실히 하지 않고 1단 위치로 조작할 경우 후진이 빠지지 않고 그냥 후진 상태임에도 불구하고 1단으로 조작 한 것으로 착각 하는 수가 있습니다.

QM5 자동기어 모델의 경우 수동 모드에서 현재 기어 단수가 표시 됩니다. 그런데 수동의 경우 해당 기능이 없습니다. 다만 1단, 중립, 후진 인식은 내부적으로 스위치가 달려 있어서 적당한 판단을 하고 있습니다. (1단에서만 HDC작동, 후진의 경우 뒷쪽 주차 센서 동작)

기어 상태 확인은 어떻게 하나?

차량 기본 상태에서 알수 있는 방법은 없습니다. 구지 미션을 뒤지면 1단, 중립, 후진 까지는 스위치가 있습니다. 하지만 나머지 기어 상태는 알 수가 없습니다.
시중에 판매되고 있는 수동 기어 인디케이터도 있더군요! - 하지만 일반 5단 미션용에, 판단 방식이 기어 봉에 직접적으로 접촉되는 기계적인 스위치 방식이라 QM5에는 적용 할 수 없는 방식입니다. 특히 후진시에는 조작이 많이 별난 관계로 그러한 방식은 사용 할 수 없습니다.

수동 기어 조작장치를 보면 쉽게 아이디어를 낼 수 있습니다.
즉 수동 기어 조작은 결국 케이블 2개로 이루어집니다.
좌우로 조작시에 변동이 일어나는 셀렉터 케이블, 그리고 앞뒤로 조작하여 실제 변속을 이루는 시프터 케이블 입니다.
이 두 케이블은 각각 위치값을 4개, 3개를 가집니다. 아래와 같습니다.
  셀렉터 케이블: 4개의 위치로 - [후진], [1/2단], [3/4단], [5/6단]
  시프터 케이블: 3개의 위치로 - [후진/1단/3단/5단], [중립], [2단/4단/6단]

1단을 넣는 다고 생각 하면, 우선 시프트 레버를 왼쪽으로 움직입니다[셀렉터 케이블을 3/4단에서 1/2단으로 옮김], 그리고 앞쪽 방향으로 움직이면[시프터 케이블을 [후진/1/2/3단으로] 1단이 들어 가게 되는 것이죠.

그렇습니다! 이 두 케이블의 움직임을 확인하고 개별 기어에 맞는 상태를 조합하면 현재 기어 단수를 알 수 있습니다.

그 과정을 전달하는 케이블이 장착된 실사진은 아래와 같습니다.


정비 매뉴얼에 나와 있는 그림은 아래와 같습니다.



인디케이터는 어떻게 만들 것이가?

기어와 연결된 2개의 케이블에서 4개 / 3개의 위치 값을 알면 현재 기어 단수를 알 수 있다는 것은 증명이 되었습니다. 그렇다면 이 값을 눈으로 볼 수 있어야 하는 것이죠. 어떻게 표시를 하면 좋을까요?
처음에는 개별 기어 단수에 해당하는  LED 7개를 이용해서 기어 위치에 대응해서 불빛을 보이게 할까 생각도 했습니다. 이 경우 쉽게는 TTL IC 몇개만 조합해도 구성이 가능 할 것 같더군요...
그런데! - LED로 기어 위치에 맞는 점등을 하면 - 결국 운행 도중에 현재 기어 단수를 구별하는 것은 여전히 어렵다는 것입니다. 흔들리는 차량에서 LED 7개가 제대로 구분이 안 될것이라는 것이죠.
또한 이미 나와 있는 제품의 동영상이 보니! - 7segment 방식으로 이루어져서 개별 기어 위치를 '숫자'로 보여 주고 있었습니다. 넵! 그렇습니다. 이 제품 만큼은 만들어야 .... 하는 의무? 감도 생기더군요. (해당 제품: DMZ 쉬프트 인디케이터)
그래서 과감히(?) 7-segment를 이용해서 숫자로 표시 하는 장치를 만드는 것을 목표로 잡았습니다.

해결 해야 할 사항

입력과 출력에 대한 대충의 요구조건이 정리 되었습니다. 이제 현실화를 위해 해결 사항을 정리 해 봅니다.

1. 셀렉터 케이블(1)의 위치 값 읽기
2. 시프터 케이블(2)의 위치 값 읽기
3. 읽은 위치값을 회로로 입력받기
4. 입력 받은 신호를 조합하여 개별 기어위치 판단
5. 기어위치에 대한 7-seg.혹은 개별 LED로 출력

케이블 조작 위치를 알기 위한 센서 선택

셀렉터 케이블, 시프터 케이블은 기어 조작마다 동작하는 매우 중요한 장치입니다. 이런 장치에 함부로 기계적인 스위치를 장착 하던지 본드로 붙인다던지 하면 문제의 발단을 제공할 수 있을 겁니다.
그래서 기존 장치를 훼손하지 않고 위치값을 알기 위한 센서가 필요로 합니다.
그냥 기계적인 스위치와 연결 할 것인가? - 그렇게 하기에는 개별 조작에 대한 위치 차이에 맞는 기성부품을 찾는 것은 힘들고, 기계적인 무리가 올 것 같습니다.

그래서 기계적인 접촉이 없어도 되는 방법으로 리드 스위치를 채택 했습니다.
리드 스위치(Magnetic reed switch)는 자석을 가까이 가져가면 단자가 붙어서 ON상태가 되고, 자성이 없으며 OFF가 되는 "자석 스위치" 입니다.
자석을 기어 케이블 조작과 연동하여 움직이게 하고, 리드 스위치를 조작에 따른 변화 위치에 맞게 위치 시켜서 개별 위치를 알아내는 것이죠. 더욱이  리드 스위치의 가격은 매우 싸답니다!

[사진: Reed switch]
실제 크기는 7mm 정도 부터 시작해서 1xmm 정도입니다. 아래는 확대 사진 입니다.

위치값 입력, 판단, 출력은 어떻게 해야 하나?

리드 스위치의 현재 상태를 읽어서 어느 기어가 선택되었는지 판단하고, 최종적으로 7-Segment LED로 출력을 해야 합니다. 그러기 위해서 '컴퓨터'를 한대 설치 할 수는 없는 일이고!
그렇다고 TTL IC를 조합하기에는 일이 너무 번그롭습니다. [제가 전자공학과 전공도 아니라 TTL조합하여 회로 만들기에는 넘 가혹하죠]
그래서 '마이컴'을 도입 하기로 마음 먹었습니다.
요즘 마이컴은 종류도 많고, 이미 회로 구성까지 마쳐서, C로 프로그래밍 하여 다운로드 후 바로 이용 가능한 수준이더군요.
컴파일테크놀로지 제품은 BASIC까지 그냥 돌려 버립니다. 대신 모듈가격이 AVR모듈보다 2배 가격이라...
고민 했는 결과 대중적인 AVR 모듈에 공짜 C컴파일러를 사용 하는 것으로 결정 했습니다. BASIC은 당장 이용은 쉽지만 일반적이지 못하고 모듈 가격이 무려 2배라는 치명적 문제가 있었죠.
이 AVR 모듈로 ATMega128 모듈에 C로 프로그래밍을 해 넣고, 스위치 입력값 7개(4+3)을 받고 내부 판단 루틴을 거쳐서 7-Segment 출력을 하게 구성 하는 것입니다.
[제 전문 분야가 프로그래밍 입니다. 이번 수동기어 인디케이터 에서 가장 쉽고 재미있게 한 것이C 프로그래밍을 해서 AVR을 동작 시킨 것입니다]

[사진: Dr.Kimrobot ATMega128-100 모듈]

필요 부품들을 나열하면 아래와 같습니다.

  1 x ATMega128 마이컴 모듈
  8 x LED
  1 x 7 Segment (common anode형)
  1 x 레귤레이터 7805 + 방열판
  7 x 리드 스위치 (10mm 이하 크기)
16 x 330옴 저항 (1/4W)
  1 x 10pin 커넥터
  2 x 5pin 커넥터
  1 x 만능기판 (적당한 크기?!)
충분한 케이블 타이 - 소, 중, 대 크기별로
적당한 압축 튜브 - 케이블 타이 묶을 크기와 / 필요 요소용

여기까지 만들기에 필요한 필수 사항과 부품들을 정리 해 보았습니다.

다음 글에는 기어케이블 위치값을 읽기 위한 센서 모듈을 만들어 보겠습니다.
센서 모듈을 고정하는 일이 이번 DIY에서 가장 힘들고 어려운 작업 입니다.

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