품번호

504

제35회 국학생과학발명품경진 회

만능 스마트 시스

출품 야 학생 품 출품 문 과학

2013. 6. 3.

출품학생 김

지도 사 변 동 준

- 차 례 -

1.탐구 동기 목 ··························································································1

가.탐구 동기········································································································1

나.탐구 목 ········································································································2

2.발명에 도움이 되는 지식 ·············································································2

3.탐구의 설계 ······································································································5

가.탐구 상········································································································5

나.탐구 기간········································································································5

다.세부 추진 일정······························································································5

라.선행 연구 분석······························································································6

마.RC장난감이란?·····························································································8

바.로 이란?······································································································10

4.탐구의 실제 ······································································································11

<탐구과제 1>발명품 제작 계획 세우기·····················································11

<탐구과제 2>발명품 제작을 한 교과 내용 탐구·································12

<탐구과제 3>기존 제품 구조 문제 분석·········································13

<탐구과제 4>1차 작품 제작·········································································17

<탐구과제 5>2차 작품 제작·········································································18

<탐구과제 6>3차 작품 제작·········································································21

<탐구과제 7>4차 작품 제작·········································································24

<탐구과제 8>5차 작품 제작·········································································27

<탐구과제 9>기존 제품과의 비교 분석·····················································29

<탐구과제 10>발명품 제작 결과 작성·······················································30

♣ 참고문헌·············································································································31

- 3 -

- 표 목차 -

[표1].고장난 무선 장난감의 모습···································································1

[표2]. 련 자료 검색·························································································6

[표3].선행 연구 조사·························································································7

[표4].기존 제품 조사·························································································8

[표5].RC자동차 장난감 구성 부품································································9

[표6].교육용 로 분석···················································································10

[표7].발명품 제작 계획···················································································11

[표8].교과 련 내용 분석·············································································12

[표9].무선 조종 장난감 수집 ·······································································13

[표10].기존 제품 본체 분해 분석···························································14

[표11].기존 제품 조종기 분해 분석·······················································15

[표12].기존 제품 문제 분석·······································································16

[표13].1차 작품 제작·······················································································17

[표14].1차 작품 분석·······················································································17

[표15].교육용 로 보드의 구성···································································18

[표16].교육용 로 보드 로그래 ···························································19

[표17].무선 통신 방식·····················································································19

[표18].교육용 로 조종 과정·······································································20

[표19].2차 작품 분석·······················································································21

[표20].교육용 로 보드를 버려진 장난감에 부착···································22

[표21].교육용 로 보드에 블루투스 칩 설치···········································22

[표22].조종 어 리 이션 탐색·····································································23

[표23].3차 작품 분석·······················································································24

[표24]. 선 커넥터···························································································25

[표25].교육용 로 보드 재구성···································································25

[표26].어 리 이션 제작 원리·····································································26

[표27].최종 어 리 이션···············································································26

[표28].어 리 이션 마켓에 등록·································································26

[표29].만능 스마트 무선 조종 시스템 키트화 구상도·····························27

[표30].만능 스마트 무선 조종 시스템 설명서···········································28

[표31].기존 제품과의 비교 분석···································································29

- 1 -

1.탐구 동기 목

가.탐구 동기

과학의 날 행사 때 학교에서 운 하는 로 반이 로 공연을 한 이 있다.음

악에 맞추어 소녀시 춤을 추는가 하면 무선 조종에 맞추어 장애물 사이를 걸

어가기도 했다.로 안의 보드로 신호를 보내 무선으로 동작을 제어하는 것이었

다.그런데 정말로 훌륭한 기능을 수행하는 로 안의 보드가 이 때 말고는 쓰이

지 않는다는 것이 참 안타깝다는 생각을 했다.며칠 후 로 반에 참여하고 있는

김유성 학생은 무선 조종에 흥미가 생겨 부모님께 부탁하여 RC카를 구입하게

되었다.

참고로 RC는 RadioControl의 약자로 쉽게 이야기해서 무선 주 수를 이용해

장비를 운용하는 것을 말한다.RC는 많은 사업 분야에서 이용되지만,학생들은

주로 장난감을 통해서 한다.하지만 취미로 하기엔 RC장난감들은 가격이 만

만치 않다.더군다나 렴한 제품을 사면 조종기가 자주 고장나곤 한다.

나의 조종기도 마찬가지 다.1주일이 지나지 않아 조종기가 작동하지 않았다.

겨우 한 번 떨어뜨렸을 뿐이었는데 무선 작동이 되지 않았다.약간의 충격에도

쉽게 고장나는 조종기를 신해 무선 조종을 할 수 있는 방법은 없을까?라는

생각이 들었고 로 반의 보드를 이용하여 이러한 문제 을 해결하기 해 아이

디어를 내보게 되었다.

주행 쉽게 러지는 나 신 고 충격에 한

[표1].고장난 무선 장난감의 모습

- 2 -

나.탐구 목

「만능 스마트 무선 조종 시스템」을 제작하는 과정에서 만능 무선 조종 시스템

을 다양한 방법으로 만들어 보았다.문제 해결 과정에서 어려움에 착했을 때 토

의를 통해 구체 인 실험 방법을 알아보았고,아래와 같이 구체 인 목표를 설정

하 다.

1)로 반에서만 쓰고 버려지는 보드를 재활용한다.

2)조종기와 보드 세트만 있으면 어떤 무선 장난감도 사용할 수 있어야 한다.

3)쉽고 간편하게 보드를 장착할 수 있어 구나 쉽게 이용할 수 있어야 한다.

4)부품만 연결하면 고장난 장난감에서도 사용할 수 있어야 한다.

5)조종기를 따로 구입할 필요 없이 스마트폰으로 조종을 할 수 있어야 한다.

한 발명품 제작을 통해

1)사물이나 상에 한 심을 가짐으로써 나의 창의력과 탐구력을 신장

시키고

2)생활 속의 불편한 을 찾아 개선하려는 노력과 탐구 과정을 통하여

나의 문제 해결력을 신장시키며

3)발명에 한 자신감과 의욕을 증진시키고자 한다.

2.발명에 도움이 되는 지식

가.발명의 요성

1)발명을 통하여 문제해결력을 기를 수 있다.

발명은 순환 인 문제해결 과정을 통하여 다양한 사고 기능과 과정을 자

연스럽게 함으로써 우리들의 고등정신 능력의 발달에 도움을 다.발명

교육은 일반 인 실습과 달리 스스로 문제를 발견하고 해결하는 과정과 문

제 을 수정하고 보완하는 과정을 통하여 문제해결력을 신장시킬 수 있다.

2)발명은 다양한 체험의 기회를 제공해 다.

발명은 우리들이 배우는 어떤 교과의 교육내용과 역에 국한되지 않으

며,다양한 교과 내용 속에서 창의 으로 용시킬 수 있다.우리들이 사용

하고 있는 여러 가지 물건이나 제품,방법,규칙 그리고 제도 등은 모두 인

- 3 -

간의 필요와 요구에 의해 개발되었거나 만들어 진 것들이다.따라서 발명은

생활 주변의 여러 분야에서 다양한 체험의 기회를 제공한다.

3)발명은 생활 주변의 여러 가지 문제를 경험할 기회를 제공한다.

발명을 필요로 하는 문제 상황은 우리들이 생활하고 있는 다양한 장면에

서 비롯된다.일반 으로 가정이나 학교에서, 는 교통을 이용하면서도

다양한 문제해결 장면들을 직․간 으로 경험하게 된다.따라서 발명교육

은 특정한 장면에 한 문제해결능력뿐만 아니라 다양한 상황에 처하고

해결해 나갈 수 있는 기회를 경험할 수 있게 한다.

4)발명은 남을 하는 마음과 실천력을 증진시킬 수 있다.

발명은 인간의 필요와 요구에 의해 이루어진 것이다.즉 무엇이 불편하고

어려운지,그래서 보다 편리한 방법은 없는지를 고민하면서 만들어진 창조

인 활동인 것이다.따라서 발명 활동은 나 자신뿐만 아니라 남이 느끼는

불편한 들까지 생각할 수 있는 기회를 제공하며,이를 통해 남을 하는

따뜻한 인간애와 실천력을 증진시킬 수 있다.

5)발명은 국가 경쟁력 향상에 도움을 다.

우리들의 다양한 아이디어들이 실제 우리 생활에 많이 사용되고 있는 경

우를 쉽게 찾아 볼 수 있다.이러한 아이디어는 우리 생활에 편리함을 주는

동시에 생산 인 활동을 유발시킴으로써 산업체에도 정 으로 작용한다.

발명교육은 단순한 놀이나 공작이 아닌 우리들의 고등정신능력의 발달과

함께 국가경쟁력 제고에도 기여할 수 있다.

나.발명의 자세

1)빼기도 훌륭한 발명이다.

물건의 어느 분분을 빼서 더 편리하고 좋아지는 발명품도 매우 많다.

설탕은 몸에 해롭다 하여 설탕을 뺀 무가당 음식물,다리미의 선이 불편

하고 번거롭다 하여 선을 없애버린 선 없는 다리미.선 없는 기 밥솥,

선 없는 가열 기구,선 없는 텔 비 등이 있다.

- 4 -

2)더하기도 발명이다.

주의할 은 더하여 더 편리하게 되어야 한다는 것이다.발명 활동에서

가장 많이 사용하는 방법으로서 세계 으로 이 방법으로 성공한 발명품이

무수히 많다.

3)크게 하거나 작게 하는 것도 훌륭한 발명이다.

크게 하면?,작게 하면?,엷게 하면?,무엇인가 제거하면?,낮게 하면?,

짧게 하면?,가볍게 하면?.등으로 기존의 제품을 사람이 쓰기 편리하게

고치는 것이다.

4)남의 아이디어를 빌리는 것도 훌륭한 발명이다.

한때 리 잡는 끈끈이가 많이 유행하 다.이 아이디어를 다른 곳에

이용한다면 어떨까?라는 생각으로 이 착상을 빌려 바퀴 벌 잡는 끈끈

이가 발명되었고 이 착상을 빌려 쥐 잡는 끈끈이를 발명하 다.

5)모양을 바꿔보자.

물 스를 세워서 바르면 쥐기가 불편한 을 이용하여 쥐기가 편리하도

록 꼬부라진 물 스를 만들어 성공한 것,사각 모양의 상을 삼각 는 원

형으로 하여 성공한 것 등 헤아릴 수가 없다.

6)용도를 바꾸는 것도 훌륭한 발명이다.

지 이 물건을 "다른 곳에 사용할 수는 없을까?","용도를 바꾸어 사용

하면 더 편리한 곳은 없을까?"라고 생각해 볼 아는 능력을 가져야 된

다.

7)반 로 생각하는 것도 훌륭한 발명이다.

모양,크기,방향,수,성질 등 무엇이든 반 로 생각해 보는 것도 좋은

발명이 될 수 있다.벙어리 장갑은 양말에서 비롯되었고,다섯 발가락을

분리한 양말은 장갑에서 비롯되었다.이와 같이 반 로 생각을 하여 오히

려 더 큰 발명을 한 것들이 무수히 많다.

- 5 -

8)불가능한 발명은 피하라.

"쇳덩이로 을 만들겠다." 는 "설탕으로 다이아몬드를 만들겠다."

라는 생각은 재로서는 빨리 버릴수록 명한 것이다.설탕도 다이아몬

드도 탄소로 되어 있다고 하여 설탕을 불에 태워 다이아몬드를 얻는다는

것은 과학 이론으로는 될 수 있을지 모르겠지만 경제성으로나 기술 으

로는 불가능할 것이다.

9)재료를 바꿔보는 것도 훌륭한 발명이다.

재료를 바꾸어 더욱 편리하고 유용해서 소비자의 사랑을 받을 수 있어

야 성공한 발명이다.종이컵,나무젓가락, 라스틱 그릇 등 재료를 비꾸

어 성공한 발명은 무수히 많다.장갑도 고무장갑,가죽장갑,나이론 장갑,

면장갑 등 여러 가지가 있다.

10)폐품을 활용하는 것도 훌륭한 발명이다.

폐품을 이용한 발명의 기법처럼 쉬운 기법도 드물다.폐품은 어떤 형태

와 기능이든 그 형태와 기능을 유지하고 있기 때문에 창작이 아닌 개선만

으로 그 목 (발명)을 달성할 수 있다.여기에서 가장 요한 것은 폐품은

그 로 사용하면 고품이고,개선하면 발명품 이라는 사실이다.

3.탐구의 설계

가.탐구 상 :임곡 등학교 6학년 김유성

나.탐구 기간 :2012년 12월 -2013년 6월

다.세부추진 일정

12월 1월 2월 3월 4월 5월 6월

탐구 주제 선정

문헌 조사선행연구조사

사 탐구활동

작품 제작

제작된 작품의수정･보완내용

탐구

연구결과의활용방안

결과 정리

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립 과학 검색 한 특허 보원 검색 버 검색

라.선행 연구 분석

1)탐구 방법

가)인터넷이나 책자를 이용하여 찾아 .

2)탐구 내용

가)여러 가지 사이트에서 무선 조종 련 발명품을 찾아

나)캡처 화면이나 복사본을 만들어 편철함.

3)탐구 결과

가)인터넷 조사

한국특허정보원(http://www.kipris.or.kr/),네이버(http://www.naver.com/),국립

앙과학 (http://www.science.go.kr/)등의 사이트를 통해 검색하 다.

[표2]. 련 자료 검색

나)검색결과

‘무선’과 ‘조종’이란 단어로 검색해 본 결과,조종기에 한 내용이 부분이었

다.이 에서 음성으로 인식하여 조종하는 완구 로 도 있긴 했지만 스마트폰과

보드를 세트로 해서 ‘모든 무선 자동차 장난감에서 무선 조종을 할 수 있는 발

명품’은 없었다.그래서 ‘만능 스마트 무선 조종 시스템’을 제작하기로 했다.유사

한 발명품을 정리하면 아래와 같다.

- 7 -

출원명 휴 폰을 이용한 완구용 로 무선 조종 시스템 방법(2007년)

출원내용

(특허청

등록

안됨)

휴 폰으로 입력되는 음성명령을 통해 근

거리의 로 을 무선으로 조종하여 움직이게

함으로써 남녀노소 구나 쉽게 로 을 가

지고 유희를 즐길 수 있는 휴 폰을 이용한

완구용 로 무선 조종 시스템에 한 것으

로, 원공 을 받아 사용자의 음성을 입력

받은 후 이를 통해 무선조종 명령데이터를

생성하여 이를 무선으로 송하는 휴 폰

(10)과 원공 을 받아 근거리의 상기 휴

폰(10)으로부터 무선으로 송된 무선조

종 명령데이터에 따라 해당 동작을 수행하

는 로 (20)으로 구성되는 것을 특징으로

하는 휴 폰을 이용한 완구용 로 무선 조

종 시스템에 한 것이다.

비교음성으로만 인식이 되고 반응 시간이 느리지만 무선 스마트 조종

시스템은 즉각 인 움직임이 가능하다.

출원명 무선조종 비행체용 무선조종기(2010년)

출원내용

(특허청

등록

안됨)

무선조종 비행기나 무선조종 헬리콥터 등

의 무선조종 비행체를 조종할 수 있도록 된

무선조종 비행체용 무선조종기에 한 것이

다.

본 발명에 따른 무선조종 비행체용 무선조

종기는 조종사가 무선조종기(10)에 구비된

디스 이패 (14)에 출력되는 상을 보

면서 무선조종기(10)를 일측으로 기울이거

나 어서 비행체를 조종할 수 있으므로,

구나 조 만 연습하면 손쉽게 비행체를

조작할 수 있을 뿐 아니라,복잡한 조작을

단순화하여 비행체를 더욱 정 하게 제어할

수 있는 장 이 있다.

비교재 흔히 사용되는 무선 조종기와 유사하며 고장이 잘나고 가격이

비싸다는 단 이 있다.

[표3].선행 연구 조사

- 8 -

마.RC장난감이란?

1)RC란?

-RadioControl즉 ‘무선 조종’이라는 뜻이다.

2)RC장난감

-우리가 실제 생활 속에서 사용하는 RC장난감들을 살펴보고 이들의 문

제 을 보완하기 해서 어떻게 해야 할 지 알아보았다.

사 품 사 내용

☞ RC자동차

- 동 차량과 엔진 차량이 있다.동력원만 다를 뿐 기

본 구성과 작동 내용은 거의 동일하다.

-차량,모터,조종기(송신기),수신기,서보,배터리로

구성되어 있다.

-완구형은 세 ,부품교체가 불가능하므로 부품이 손

되거나 다 닳아버리면 장식용으로 락하는 경우가 많아

흔히들 1회용이라고 한다.

- 완구형의 가격은 25,000-50,000원 가 많고,10만원

이상의 제품들은 성능은 좋으나 가격이 비싸다.

☞ RC비행기

-비행기에 무선 조종을 한 기자재를 탑재하고 조종

자가 조종기를 들고 조종하는 방식이다.

- 아주 작은 완구형은 20,000원-50,000원이나 충격에

매우 약하고 고가의 제품들은 최소 15만원 이상이다.

☞ RC헬기

-최소 35,000원 이상이고 조작이 가장 어려운 편이다.

-RC비행기와 조작 원리는 비슷하다.

☞ RC보트

-최소 75,000원 이상이고 RC장난감 에 가장 고 형이라

고 볼 수 있다.태양열 지를 부착하여 작동하기도 하고 주

로 직진과 가속을 한 제어를 많이 한다.

에는 모두 고가의 제품들이었으나 자 통신의 발달로 지

은 매우 렴해졌다.완구형은 5만원 이하이고,10만원 이상의 고

가품들도 다양하다.하지만 완구형은 수신 거리가 짧고,안테나가

잘 끊어질 뿐만 아니라 충격에 약해 고장이 잦다.

[표4].기존 제품 조사

- 9 -

3)기존의 RC자동차 장난감을 만들기 한 필요 부품

조종기 수신기 변 기(없는 제품도 )

추진 터 조향 터 배터리(혹 건전지)

[표5].RC자동차 장난감 구성 부품

➟ 조종기 -지상에서 장난감을 조종할 수 있도록 한다.

➟ 수신기 -조종기에서 보낸 명령을 받아들인다.

➟ 변속기 -받아들인 명령에 해당하는 류의 세기를 모터로 보낸다.

➟ 추진 모터 -변속기에서 받아들인 류로 모터를 돌려 추진력을 발생

시킨다.

➟ 조향 모터 -수신기로부터 명령을 받아 방향을 조종한다.

➟ 배터리 - 력을 공 한다.

➡ RC자동차 장난감은 조종기로 명령값을 보내면 수신기에서 이를 받

아 모터를 작동하도록 한다.모터는 두 가지로 이루어져 있는데 추진

모터는 진,후진을 담당하고,조향 모터는 좌회 ,우회 을 담당한다.

배터리는 보통 건 지 AA사이즈를 사용하고 장난감 크기에 따라 개수

가 달라진다.보드를 설치할 때 두 개의 모터를 제어할 수 있도록 연결

하면 움직임을 통제할 수 있을 것이다.

➡ 조종기 신 스마트폰을 이용해 명령값을 송신하고 로 반 보드가

이를 수신하여 명령을 내리면 모터를 제어할 수 있을 것이다.

- 10 -

바.로 이란?

1)로 의 정의

-어떤 작업이나 조작을 자동 으로 행하는 기계 장치

-작동 방식에 따라 조종형,자동형,자율형으로 나뉜다.

-인간과 비슷하게 걷고 말도 하는 기계 장치.

2)교육용 로

사 품 사 내용

보 보

크

라고 하 주 거창한 것 리 쉽지만, 상생 에

쉽게 발견할 수 다. 그 에 도 용 학생들 심과

탐 심 극하여 창 과 과학 탐 능 배 하는 큰 몫 하고

다. 그 심에 는 보드 수업에만 쓰고 방 한다 큰 낭비가

것 다. 재 용하여 쓸 수 는 방법만 내 라도 큰 가

지닐 것 다.

[표6].교육용 로 분석

- 11 -

4.탐구의 실제

< 탐 과제1 > 발명품 제작 계획 세우기

단 계 과 정 지 도 계 획 학생 활동

문제의

인지

선행연구

기존 제품 조사

∘선행 연구에 한 조사 연구

계획 수립

•인터넷 참고도서 조사

를 통해 사 조사 실시

•기존 연구들의 문제 찾기

•기존 제품들의 문제 을

찾고 토의하기

•과학 련 내용 조사

작품

제작

계획서

아이디어 발견

∘발명 아이디어 창출 기법을 통한

탐색

∘아이디어 발상 기법을 통한 탐색

•기존 제품들의 문제 을

해결하기 한 방법 모색(

인 스토 등)

아이디어 수정 ∘최 의 아이디어 문제 수정•최 아이디어에 한 문

제 찾기

작품 계획서

∘기 구상•새로운 작품 제작의 필요

성 갖기

∘작품 계획서 작성 •작품 제작 계획서 작성

작품

제작

수정

보완

자료 수집∘제작에 필요한 자료 재료

수집

•물품 구입 재료별 특

성 조사

작품 제작

∘1차 작품 제작 보완 찾기•1차 제작 후 보완 찾아

2차 작품 제작

∘2차 작품 제작 문제 분석을

통한 보완 찾기

•2차 제작 후 보완 찾아

3차 작품 제작

∘3차 작품 제작 문제 분석을

통한 보완 찾기

•3차 제작 후 보완 찾아

4차 작품 제작

∘4차 작품 제작 문제 분석을

통한 보완 찾기

•4차 제작 후 보완 찾아

5차 작품 제작

∘5차 작품 제작 문제 분석을

통한 보완 찾기•5차 제작

발표

지도조언

발표 발표하기

•완성품을 로 반 친구들에

게 발표하고 보완할 사항

들어보기

지도조언

∘1차 지도조언 •컨설 원에게 조언받기

∘2차 지도조언 •컨설 원에게 조언받기

∘3차 지도조언•최종 조언받고 부족한

부분 보완하기

출품

활용결과 정리

∘작품 설명서 작성 •작품 설명서 작성하기

∘만능 스마트 무선 조종 시스템

사용하기•실제로 사용해보기

[표7].발명품 제작 계획

- 12 -

< 탐 과제2 > 발명품 제작을 위한 과 내용 탐

등학교 과학과 실과 교과서의 내용 에 기 자와 련된 단원을 조

사 한 내용은 아래와 같으며,과학 교과에서는 기와 자기에 련된 기 인

내용을 학습하도록 구성되어 있고,5학년 실과 교과서의 단원 7. 자 제품 만들

기에는 LED,트랜지스터,트랜스, 해콘덴서,Cds, 항 등의 자부품을 이용

하여 ‘해지면 빛나리’,‘빛감지 새소리’등의 자키트를 직 제작해 보는 시간을

갖도록 되어있다.

련단원

(학년 학기))차시 학습 내용

2.자석놀이

(3학년1학기)

1/7 자석에 붙는 것과 붙지 않는 것 구분하기

2/7 자석의 극 찾기

3/7 자석이 가리키는 방향 표시하기4/7 자석 만들기

5/7 자석의 둘 에 철가루가 늘어선 모양 찰하기

6/7 자석을 이용하여 놀이하기7/7 정보화 시 와 자석의 이용에 해 조사하기

3. 구에 불

켜기

(4학년1학기)

1/7 기를 사용하는 여러 가지 기구 찾아보기

2/7 구에 불켜기3/7 여러 가지 구에 불켜기

4/7 기가 통하는 물질 찾아보기

5/7 기부품에서 기가 통하는 부분 구분하기6/7 여러 가지 방법으로 지 2개 연결하기

7/7 휴 용 등 만들기

6. 기회로

꾸미기

(5학년2학기)

1/6 기회로를 간단한 그림으로 나타내기

2/6 기 회로도를 보고, 상하고 확인하기

3/6 여러 가지 방법으로 구 2개 연결하기

4/6 기회로에서 류가 흐르는 길 조사하기

5/6 주변에서 기 회로의 연결 살펴보기

6/6 기를 사용하는 장난감을 여러 가지 방법으로 연결하기

7. 자석

(6학년1학기)

1/9 류가 흐르는 에나멜선주 의 나침반 찰하기

2/9 고리 모양으로 감은 에나멜선 주 에서 나침반 방향 찰하기

3,4/9 여러 종류의 막 에 에나멜선을 감고 연결하기5/9 자석의 특징 알아보기

6/9 자석의 세기에 향을 주는 요인 조사하기

7/9 자석 만들기8,9/9 자석을 이용한 장난감 만들기

우리 생활과

기ㆍ 자

(5학년 실과)

기기구 다루기

자 제품 만들기

[표8].교과 련 내용 분석

- 13 -

< 탐 과제3 > 기존 제품 조 및 문제점 분석

1)탐구 내용

가)기존 RC자동차 장난감들을 분해하여 내부 구조를 악하 다.

나)기존 RC자동차 장난감들의 문제 을 분석하여 어떤 을 개선시켜야

할지 분석하 다.

2)탐구 방법

가)크기가 다른 RC장난감과 조종기가 다른 무선 장난감들을 동시에 분

해하여 내부 부품과 선,원리를 알아보았다.

나)기존 RC장난감들의 기계 인 문제,통신 인 문제,기타 문제를 찾아

분석하 다.

3)탐구 결과

가)기존 제품 구조 분석

[표9].무선 조종 장난감 수집

무선 자동차는 진,후진,좌 진,우 진,좌후진,우후진의 기능을 가지고 있

었다.자동차의 구조를 알아보기 해 분해를 하기로 했다.자동차는 나사로 조

립되어 있으며,내부에는 자 회로가 있으므로 필요한 공구를 비하 다.

- 14 -

(1)본체 분해

➜메인 보드,추진 모터 1개,조향 모터 1개,배터

리 박스,안테나, 선

⓵ 드라이버를 이용하여

나사를 뺀 후,자동차의

윗부분을 분리

➜일반 장난감과는 달리 조종기를 이용하여 움직이

므로 조종기에서 조종값을 송신 받아 2개의 모터에

움직임을 명령하는 역할을 담당

② 메인 보드

➜추진 모터 :뒷바퀴와 연결되어 있고 진과 후

진을 담당하고 있으며,조향 모터보다 크고 힘이

센 것으로 보임.

➜조향(방향)모터 :앞바퀴와 연결되어 있고 좌측

과 우측으로의 방향 환을 담당하고 있음.③ 모터

➜ 부분 AA 건 지를 이용하고 자동차 크기에 따

라 3개에서 6개 들어감.

➃ 배터리 박스

➜모든 선은 메인 보드와 연결되어 있음

➜2개의 선은 추진 모터와 연결

➜2개의 선은 조향 모터와 연결

➜2개의 선은 배터리 박스와 연결

➜2개의 선인 이유는 +,-극을 의미함⓹ 선

♣ 여러 개의 무선 자동차 장난감을 분석해 본 결과, 와 같은 공통된 구조

를 가지고 있었다.보드의 형태나 크기가 모두 다르긴 했지만 조종기로부터

명령값을 받아 모터에 움직임을 명령하는 역할을 담당하고 있다는 을 이용

하면 ‘만능 스마트 무선 조종 시스템’을 제작하는데 큰 도움이 될 것이다.

[표10].기존 제품 본체 분해 분석

- 15 -

(2)조종기 분해

➜안테나,송신기,배터리 박스, 선

➜버튼 방식, 버 방식,총모양 방식 등이 있음.

⓵ 드라이버를 이용하여

나사를 뺀 후,조종기의

윗부분을 분리

➜철이나 알루미늄과 같이 속 재료를 사용

➜가는 철사로 되어 있는 것도 있고,TV안테나처

럼 길이를 조 할 수 있는 것도 있음.

➜길이는 보통 40-60cm정도 되고,고가의 조종기

는 라스틱으로 안테나가 감싸져 있고 길이도 짧

음.② 안테나

➜ 신부호 ·데이터 등을 기신호로 바꿔 력을

크게 해서 공 의 무선 나 기 이블의 류

의 형태로 내보내는 장치

③ 송신기

➜ 부분 AA 건 지를 이용하고 조종기 크기에

따라 2개에서 8개까지 사용된다.

➃ 배터리 박스

➜송신기와 배터리 박스가 연결되어 있고 +,-극으

로 나 어져 있다.

⓹ 선

♣ 여러 개의 조종기를 분석해 본 결과,다양한 조종 방식이 있긴 했지만 모

두 진과 후진을 통제하는 구조와 좌,우 방향을 통제하는 구조로 나뉘어져

있었다.안테나 길이를 길게 하여 송수신 거리를 길게 하려고 했다.조종기마

다 사용하는 주 수가 스티커에 있는데 각자 달랐고,송신기가 있지만

약한 충격에도 부서질 것 같았다.

[표11].기존 제품 조종기 분해 분석

- 16 -

나)문제 분석

내구성

➜본체 :주행 충돌이나 손에서 떨어뜨리는 일이 있었어도 외

부나 내부에 에 띄는 손상은 없었다.하지만 안테나가 외부에

나와 있는 경우 휘어서 떨어지려고 했다.

➜조종기 :안테나가 얇은 경우 잘 구부러져서 부러지기 쉬웠고,

굵은 경우에도 충격에 약했다.

♣본체보다는 조종기가 고장이 잘난다.

통신방법주 수를 이용하여 송수신을 하고,장난감마다 다른 주 수를 사

용한다.

수신거리

➜A장난감 :7.8m

➜B장난감 :5.5m

➜C장난감 :8.3m

호환성

A라는 장난감의 조종기로 B라는 장난감을 조종할 수 없다.즉 조

종기와 장난감이 세트로 되어 있어 둘 하나만 고장나도 나머

지는 버려지게 된다.

종합

분석

주 수를 이용하는 만큼 수신거리가 짧고, 간섭에도 약하

다. 장난감마다 다른 주 수를 이용하기 때문에 조종기의

호환성이 부족하다.즉,단순 고장으로 인해 버려지는 장난감

이 많아지게 된다.이러한 을 토 로 볼 때 안정 인 통신

방법이 필요하고,하나의 조종기로 여러 개의 자동차를 통제할

수 있으며,버려진 장난감도 다시 살려 이용할 수 있는 ‘만능

시스템’이 필요하다.

[표12].기존 제품 문제 분석

- 17 -

< 탐 과제4 > 1차 작품 제작

1)탐구 내용

가)1차 작품을 제작하 다.

나)보드가 없는 움직이는 자동차를 과학 상자로 제작하 다.

2)탐구 방법

가)보드가 없는 움직이는 자동차를 과학 상자로 제작해 보면서 움직임의

원리와 제작에 한 반 인 소양을 높이고,무선 조종의 필요성을

알아보았다.

나)유선 조종과 무선 조종의 차이 에 해 알아보았다.

3)탐구 결과

과학 상 비 도 립

연결 연결 품

[표13].1차 작품 제작

1차

작품

분석

➜유선 조종이긴 하지만 실제로는 모터를 켜거나 끄는 스 치

역할만 하는 것임.

➜유선이기 때문에 한정된 거리 안에서만 움직임을 통제할 수

있고,움직이는 도 에 통제하지는 못함.

➜무선 방식을 이용하면 훨씬 더 자유롭게 움직임을 통제할 수

있음.무선 방식을 이용하려면 메인 보드와 조종기가 필요함.

수정

보완

➜무선 조종 방식을 이용해야 겠음.

➜과학 상자를 이용하여 만든 자동차 에 보드를 부착하고,보

드가 모터를 통제할 수 있도록 만들어야 겠음.

➜원격 조종기를 통해 모터를 통제할 수 있도록 메인 보드에

로그래 을 하는 방법을 익 야 겠음.

[표14].1차 작품 분석

- 18 -

< 탐 과제5 > 2차 작품 제작

1)탐구 내용

가)2차 작품을 제작하 다.

나)1차 작품의 문제 과 새로 알게 된 을 보완하여 제작하 다.

다)‘방과 후 로 반’에서 배운 교육용 로 보드와 로그래 ,근거리 무

선 통신에 해서 정리하 다.

2)탐구 방법

가)‘방과 후 로 반’에서 사용하던 교육용 로 보드의 구성과 부품에

해 교재와 배운 내용을 심으로 정리하 다.

나)‘방과 후 로 반’에서 보드를 제어하기 한 로그램과 로그래 에

해 정리하 다.

다)근거리 무선 통신 방법에 해 책자와 인터넷을 살펴보고 정리한 후,

보드와 조종기간의 원활한 무선 통신이 가능한 방법을 찾아보았다.

라)조종기로 직 보드를 제어할 수 있는 로 을 제작하 다.

3)탐구 결과

가)‘교육용 로 보드’의 구성

EduCR 2.0 로 보드

1.지그비통신 커넥터를 통해 연결된 수신기(차후 블루투스 모듈)과 조종기(스마트폰

의 역할)의 통신으로 보드가 제어된다.

2. 원스 치를 름으로 보드에 원이 인가된다.(외부 원 7V～15V)

3.시작버튼을 르면 송신기에서 송되는 데이터를 기다리게 된다.만약 값이 송신되면

그 값에 의해서 추진모터와 방향 환모터를 제어할 수 있게 되어 있다.

4. 원커넥터(+)(-)를 통해 외부의 원을 공 한다.

5.[M1]은 추진모터 [M4]는 방향 환 모터로 사용한다.

6.마이크로컨트롤러는 자동차 엔진 제어 시스템,리모컨,사무기기, 자기기, 원 도

구,장난감과 같은 자동 조정 제품과 장치에 쓰인다.

[표15].교육용 로 보드의 구성

- 19 -

방식 방식 블루 스 방식

무선

제어방식을

이용한 물건

TV 리모콘,녹음기 리모

콘,카메라 리모콘,선풍

기 리모콘,에어컨 리모

콘,USB미사일 발사 장

난감,

자동차 원격 시동장치,

무 기,무선 조종 헬리

곱터,무선 장난감 자동

차,업소용 무선 호출기,

스마트폰,자동차 음성

통화,교육용 로 ,mp3

등

특징가까운 거리에 주로

사용먼 거리에 주로 사용 아래 참조

나)‘교육용 로 보드’제어(명령) 로그램

어 프 그램 프 그래밍

[내용] 원격조종기를 활용하여로 을 앞/뒤/좌/우로 이동하게 한다.

[ 로그램]

While(1)

if(CR_RC(1))‘1’이라는 값을 보내면

CR_M4(F,3);CR_M1(F,3);M4(방향모터)는 3의 속도로 진(우회 )

M1(추진모터)는 3의 속도로 진

if(CR_RC(3))‘3’이라는 값을 보내면

CR_M4(B,3);CR_M1(B,3);M4(방향모터)는 3의 속도로 후진(좌회 )

M1(추진모터)는 3의 속도로 후진

프 그래밍 재 프 그래밍 방법

[표16].교육용 로 보드 로그래

다)근거리 통신 방법

(1)무선 통신 방식

[표17].무선 통신 방식

- 20 -

(2)근거리 통신 방식

-지그비 통신,주 수 방식,블루투스 방식 등

(3)블루투스

-뜻 :블루투스는 근거리 무선 통신 규격의 하나로 반경 10-100m

안에서 각종 자,정보 통신 기기를 무선으로 연결,제어하는 기술

규격을 말한다.

-특성 :가정이나 사무실 내에 있는 컴퓨터, 린터,휴 폰,PDA

등 정보통신기기는 물론 각종 디지털 가 제품간의 통신에

물리 인 이블 없이 무선 주 수를 이용,고속으로 데이터를

주고받을 수 있는 것이다

라)조종기로 교육용 로 조종

➀ 과학상자로 자동차를

만든다.

➁ 체인으로 바퀴를 만든

다.➂ 모터를 장착한다.

➃ 교육용 로 보드를 장

착한다.

➄ 메인 보드에 로그래

을 한다.

➅ 완성된 작품을 조종한

다.

[표18].교육용 로 조종 과정

- 21 -

2차

작품

분석

➜ ‘방과 후 로 반’에서 경험했던 내용들을 다시 한 번 정리해

으로써 이를 능숙하게 활용할 수 있도록 지도함.

➜ 겉보기에는 어렵지만 쉽게 로그래 할 수 있어 시간 소요

가 음.

➜ 로 반 교재에 나와 있는 교재용 조종기를 사용하 는데,기

존 RC자동차의 조종기와 같은 원리임.

수정

보완

➜ 방과 후 로 반에서만 사용하고 버려지는 보드를 재활용 할

수 있다는 이 좋음.

➜ 이번에 만든 로 은 방향 모터와 추진 모터 2개로 이루어지지

않았으므로 이에 맞는 로그램 조정이 필요함.

➜ 원격 조종기를 스마트폰으로 신할 수 있는 방법을 탐구해야

겠음.

➜ 보드와 스마트폰을 하나의 시스템으로 발 시켜야 겠음.

➜ 보드와 스마트폰의 통신을 해서는 스마트폰 안에 내장되어

있는 블루투스 칩을 이용해야 겠음.

[표19].2차 작품 분석

< 담 과제6 > 3차 작품 제작

1)탐구 내용

가)3차 작품을 제작하 다.

나)로 반 보드를 재활용하여 버려진 장난감에 부착할 수 있는 방법을 알

아보았다.

다)조종기 역할을 스마트폰으로 신할 수 있는 방법을 알아보았다.

2)탐구 방법

가)로 반 수업에서만 쓰이는 교육용 로 보드를 버려진 장난감에 부착

하여 쉽게 사용할 수 있는 방법을 다양한 방법으로 탐구하 다.

나)블루투스 방식을 이용해 스마트폰으로 보드를 통제하기 해 어 리

이션을 탐구하 다.

- 22 -

3)탐구 결과

가)교육용 로 보드를 버려진 장난감에 부착하기

➀ 기존 장난감 보드를

제거한다.➁ 선 연결 ⓷ 선 연결

⓸ 선 연결⓹ 인두로 커넥터 선

작업을 한다.

⓺ 기존 장난감에 보드

를 부착한다.

[표20].교육용 로 보드를 버려진 장난감에 부착

나)스마트폰과 통신하기 한 블루투스 칩을 보드에 설치하기

블루 스 지그비 통신 에

[표21].교육용 로 보드에 블루투스 칩 설치

- 23 -

다)조종기 역할을 할 수 있는 어 리 이션 탐색 활용

다 한 원격 어플 숫 어플 값 사진

어링 사진 버튼 누 수 는 사진 하는 사진

[표22].조종 어 리 이션 탐색

- 24 -

3차

작품

분석

➜ 보드 – 피복을 벗겨내는 과정에서 펜치와 같은 공구가 필요

하고 선끼리 꼬아서 연결했을 때 테이 로 붙이면 잘 떨어지는

경향이 있음.

➜ 어 리 이션 – 숫자 어 의 경우 페어링은 잘 되지만,명령

값 이 보드에 달되어 움직이기까지 2-3 정도의 시간이 소요

됨.

➜ 어 리 이션을 실행시켰을 때 바로 조종기 화면이 뜨지 않는

번거로움이 있음.

➜ 근거리 통신 – 블루투스를 이용했을 때 수신 거리 비교

A장난감 – 39.7m /B장난감 -35m

수정

보완

➜ 보드 – 버려진 장난감에 보드를 장착할 때 구나 쉽게

선을 연결할 수 있는 커넥터를 활용해야 겠음.

➜ 작은 장난감에도 보드를 설치할 수 있도록 교육용 로 보드

를 재구성하고 크기를 조정할 필요가 있음.

➜ 어 리 이션 – 조종기의 송신값이 빠르게 달하여 반응할

수 있고,조종기 화면이 바로 뜰 수 있는 어 리 이션 제작이

필요함.버튼 방식 말고도 센서 모드도 어 리 이션으로 제작하

면 좋을 것 같음.

➜ 페어링이 쉽게 되고,잘 끊어지지 않는 블루투스 장착

[표23].3차 작품 분석

< 탐 과제7 > 4차 작품 제작

1)탐구 내용

가)4차 작품을 제작하 다.

나)3차 작품의 문제 을 수정 보완하여 작품을 제작하 다.

2)탐구 방법

가) 선을 쉽게 연결할 수 있는 커넥터를 검색하여 구입하 다.

나)교육용 로 보드에서 무선 자동차 조종에 필요한 부분만 남기고,크

기를 최소화시켜 보기로 했다.

다)교육용 로 보드를 조종할 수 있는 어 리 이션을 제작하는 방법을

알아보고,안드로이드 마켓에 탑재하는 방법을 찾아보았다.

- 25 -

3)탐구 결과

가)원터치 커넥터 활용

에 커 검색 원 커 커 에 연결

[표24]. 선 커넥터

나)교육용 로 보드의 최 화

새로운 보드 상도

1.시작,원 스 치 -기존 장난감의 스 치에서 통제할 수 있도록 조정

2.모터 -추진 모터와 방향 모터 2개만 연결할 수 있도록 하고 나머지 모

터들은 삭제

3.크기 – 체 인 보드의 크기를 될 수 있는 한 작게 만들기

4.통신 – 지그비 통신 커넥터에 블루투스만 연결하면 되므로 나머지는 삭제

[표25].교육용 로 보드 재구성

- 26 -

Googleplay에서 ‘안드로

이드 블루투스 조종기’로

검색하여 다운받아 설치

로 메인보드의 블루투

스와 페어링

조종기 모드를 선택 후 ‘센

서모드’와 ‘버튼모드’를 선

택하여 조종

다)조종 어 리 이션 제작

조종값 송신(어 리 이션) 보드에서 수신하여 모터에 명령

‘1’이라는 값 추진 모터 – 진 명령

‘2’이라는 값 추진 모터 – 후진 명령

‘3’이라는 값 정지

‘4’이라는 값 방향 모터 – 좌회 명령

‘5’이라는 값 방향 모터 – 우회 명령

[표26].어 리 이션 제작 원리

[표27].최종 어 리 이션

라)어 리 이션 마켓에 등록

[표28].어 리 이션 마켓에 등록

- 27 -

< 탐 과제8 > 5차 작품 제작

1)탐구 내용

가)5차 작품을 제작하 다.

나) 구나 ‘만능 스마트 무선 조종 시스템’을 구입하면 아무 장난감에나

쉽고 간편하게 설치할 수 있도록 키트화 시키는 방법을 탐구하 다.

2)탐구 방법

가)‘만능 스마트 무선 조종 시스템’을 키트화 시킨 것에 한 구상도를 그

려보았다.

나)‘만능 스마트 무선 조종 시스템’을 구입하여 설치하는 설명서를 만들어

보았다.

3)탐구 결과

가)‘만능 스마트 무선 조종 시스템’키트화 구상도

[표29].‘만능 스마트 무선 조종 시스템’키트화 구상도

- 28 -

나)‘만능 스마트 무선 조종 시스템’설명서

[만능 스마트 시스 ]

⓵ 보드 ⓶ 연결 원 커 ⓷ 어플리

[보드 립 방법]

⓵ 드라이버로 장난감 윗부

분 분리한 후 기존 보드와

연결된 선을 자른다.

⓶ 새 보드를 기존 보드 자

리에 이로 부착한다.

⓷ 뒷바퀴 쪽 추진 모터

선과 M1 선을 커넥터로

연결

⓸ 앞바퀴 쪽 방향 모터

선과 M4 선을 커넥터로

연결

⓹ 원 연결선 연결

⓺ 작동 상태를 확인 후 드

라이버로 장난감 윗부분 조

립

[어플리 실행 방법]

⓵ 장난감 스 치를 켜고Google Play에서 ‘안드로이드 블루투스 조종기’로 검색

하여 다운로드

⓶ 로 메인보드의 블루투

스와 페어링

⓷ 조종기 모드를 선택 후 ‘센서모드’와 ‘버튼모드’를 선택하

여 조종

[표30].‘만능 스마트 무선 조종 시스템’설명서

- 29 -

< 탐 과제9 > 기존 제품과의 비 분석

구분 기존의 RC장난감 발명품

조

종

기

(송

신

기)

장► 조종시 그립감이 좋다.

► 스마트폰을 조종기로 사용하

므로 휴 가 용이하다.

► 어 만 다운받으면 어떤 스마

트폰도 조종기로 이용할 수 있

다.

► 기존 조종기에 비해 내구성이

뛰어나다.

► 조종법이 편리하고 다양하다

(버튼모드와 센서모드 두 가지

방식으로 조종 가능)

단

► 크기가 커서 휴 가 불편하다.

► 충격에 약하다.

► 안테나가 끊어지기 쉽다.

► 건 지를 넣어야 한다.

► 그립감이 떨어진다.

통신방법

► 주 수를 이용하여 작동한다.

► 주 간섭이 있으면 오

작동이 잘 일어난다.

► 블루투스를 이용하여 작동한다.

► 송수신이 매우 안정 이고

간섭에 큰 향을 받지 않는

다.

수신거리 ► 5m이내 ► 10-30m

아이폰

헬기

장난감과

비교

► 송신기를 아이폰에 꽂아 주 수 방식으로 조종한다.

► 용 어 리 이션(아이폰 헬기 조종 로그램)을 다운받아 스마

트폰으로 조종하지만,블루투스 방식이 아닌 주 수 방식이기 때문

에 수신 거리가 6m이내이고 간섭에 약하다.

► 무엇보다도 본 발명품과 달리 1 의 헬기 제품만 조종할 수 있

으므로 스마트폰으로 조종한다는 것 이외에는 기존 RC 제품과 별

차이 이 없다.

► 가격은 63,000원 정도이다.

종합분석

► ‘만능 스마트 무선 조종 시스템’하나만 있으면 모든 무선 자

동차에서 이용할 수 있다는 것이 가장 큰 장 이다.

[표31].기존 제품과의 비교 분석

- 30 -

< 탐 과제10 > 발명품 제작 결과 작성

1)탐구 내용

가)발명품의 제작 결과를 작성하 다.

2)탐구 방법

가)발명품의 특징을 알아보고 발명품을 활용할 수 있는 방법 제작 성

과를 작성하 다.

3)탐구 결과

가)발명품 제작 결과

무선 장난감을 사용해 본 사람이면 비싼 가격에 비해 조종기가 쉽게 고

장나는 경험을 구나 했을 것이다.그러한 불편함을 조 이나마 개선하기

해 보드와 스마트폰을 이용한 ‘만능 스마트 무선 조종 시스템’을 발명하

다.

처음엔 ‘과연 할 수 있을까?’라는 생각에 망설여지기도 했지만 나의

생각이 실화되고 그것이 하나의 발명품으로 탄생하는 과정을 보면서

엄청난 자신감을 얻음과 동시에 발명의 매력에 푹 빠지게 되었다.

본 발명품의 특징을 다시 한 번 정리하면 다음과 같다.

(1)보드와 스마트폰만 있으면 아무 장난감에나 부착하여 이용 가능

(실용성)

(2) 방해를 거의 받지 않고 수신 거리가 멀다.

(효율성)

(3)어 리 이션만 있으면 되므로 폐 스마트폰을 재활용 할 수 있음

(경제성)

(4)휴 가 용이하고 견고함.

(간편성,내구성)

- 31 -

나)발명품 제작 성과

(1)필요에 의해 불편한 것을 고쳐나가려는 탐구 인 자세와 다양한

가능성을 상상해보는 자세가 생겼다.

(2)제작 과정 동안 직면하는 문제 을 해결해 나가려는 문제 해결력과

도 정신이 생겨났다.

(3)작품을 구상하고 토의한 후 정리하여 발표하는 능력이 길러졌다.

(4)주변에 있는 것들을 조 만 다시 생각해보면 더 좋은 새로운 것을

만들 수 있다는 교훈을 얻었다.

[참고문헌 ]

1. 등학교 과학과 4-6학년 교과서

2.발명 교육의 이론과 실제(2001)특허청,한국학교발명 회

3.한국특허정보원(http://kipris.or.kr)

4.국립 앙과학 (http://scirnce.go.kr)

5.네이버(http://naver.com)

6.한국발명 진흥회(http://www.kipa.org)