IoT 센서를 구현하는 쉬운 방법

귀하의 IoT 애플리케이션이 다양한 센서와 강력한 IoT 연결 프로세서를 필요로 하며, 빠르게 작동 가능한 프로토타입으로의 경로를 원한다면, TE Connectivity(TE)의 센서 메자닌 보드와 SD 600eval이 최적의 솔루션입니다.

소개

센서는 사물인터넷(IoT)의 눈과 귀입니다. 센서 없이는 IoT 애플리케이션의 핵심인 빅데이터 분석을 구동하는 정보가 어디에서 나올 수 있을까요? 환경 센서는 스마트 빌딩에서 에너지 효율적인 난방 및 냉방을 가능하게 하고, 대규모 농업 애플리케이션에 사용되는 센서는 습도와 토양 상태를 테스트하여 효율적인 작물 관리, 해충 감지, 수확 및 운송을 지원합니다. 센서 데이터를 지식으로 변환하여 새로운 비즈니스 및 비즈니스 모델을 구동하는 기회가 점점 커지고 있으며, 그 결과 새로운 IoT 제품에서 귀하의 아이디어를 시장에 가장 먼저 내놓는 것이 성공의 가장 중요한 요소가 될 수 있습니다.

시간을 단축하여 시장에 제품을 출시하는 가장 좋은 방법 중 하나는 기존 개발 하드웨어를 활용하여 작동 중인 코드와 고급 운영 체제 및 애플리케이션 지원을 이용하는 것입니다. IoT 애플리케이션의 경우, Android, Linux 또는 Windows IoT Core가 이미 실행 중인 표준 프로세서 보드를 확보하는 것이 일반적입니다. 주요 프로세서 보드와 호환되는 다양한 센서 기능(환경 및 위치)을 포함하는 센서 확장 보드는 애플리케이션 개발을 위한 완벽한 시스템을 제공합니다. Arrow SD 600eval 프로세서 보드와 TE Connectivity(TE)의 Sensor Mezzanine Board를 사용하면 기록적인 시간 안에 IoT 솔루션을 개발할 수 있는 해결책이 될 수 있습니다.

센서 개발 보드를 사용하여 설계를 가속화하기

디자인을 신속하게 시작하는 가장 빠른 방법 중 하나는 원하는 센서를 포함하는 개발 보드를 사용하는 것입니다. 이를 통해 최종 하드웨어의 폼 팩터가 완성되기 전에 소프트웨어 개발을 조기에 시작할 수 있습니다. 인기 있는 96보드 표준과 같은 개발 키트용 표준 폼 팩터의 증가로 인해 복잡한 IoT 응용 프로그램에 필요한 처리 능력, 온보드 메모리 및 주변 장치를 갖춘 Arrow SD 600eval 같은 메인 보드를 찾기가 훨씬 쉬워졌습니다. 아래 그림 1에 표시된 TE의 Sensor Shield 개발 보드는 96보드 표준과 호환되는 표준 폼 팩터에 세 가지 인기 있는 센서 디바이스를 포함하고 있습니다.

TE의 센서 실드에 포함된 센서는 MS8607 압력, 온도 및 습도 센서, TSYS01 온도 센서, 그리고 KMA36 회전 및 선형 위치 센서를 포함합니다. 이러한 센서는 표준 직렬 인터페이스를 사용하여 마이크로컨트롤러에 쉽게 연결할 수 있으며, 사물인터넷(IoT) 응용 프로그램에 이상적인 고급 기능을 제공합니다.

소형 MS8607 복합 센서

많은 IoT 애플리케이션에서는 소형 크기와 저전력이 중요한 요구 사항입니다. 압력, 습도 및 온도를 소형 패키지로 제공하는 결합 센서는 크기와 전력 제한이 있는 애플리케이션에 탁월한 선택이 될 수 있습니다. TE의 MS8607은 초소형 5 x 3 x 1 mm QFN 패키지를 사용하여 크기가 작을 뿐 아니라, 아래 그림 2에 표시된 것처럼 10~2000 mbar 압력, 0% RH~100% RH 습도, -40~85 oC 온도의 광범위한 작동 범위를 제공합니다. TE의 MS8607은 또한 일반적인 IoT 애플리케이션에 대해 0.016 mbar, 0.04% RH 및 0.01 oC의 뛰어난 해상도를 제공합니다. 공급 전압은 1.5V에서 3.6V까지 넓은 범위에서 작동하여 저전력 동작을 지원합니다. I2C 직렬 인터페이스를 통해 MS8607을 표준 마이크로컨트롤러에 쉽게 연결할 수 있습니다.

고해상도 압력 기능과 높은 압력, 습도 및 온도(PHT) 선형성이 결합된 MS8607은 스마트폰, 태블릿 및 PC의 고도계와 같은 환경 모니터링, 그리고 난방, 환기 및 공조(HVAC), 기상 관측소, 정밀 3D 프린터, 가전제품 및 가습기와 같은 PHT 애플리케이션에 이상적인 후보가 됩니다. MS8607은 10년 이상 널리 사용된 검증된 MEMS 기술을 사용하여 제조되었습니다.

고정밀 KMA36 회전 및 선형 위치 IC

위치 센싱은 모터, 밸브 또는 로봇 팔과 같은 기계적 요소의 위치가 복잡한 프로세스를 제어하는 산업 IoT 애플리케이션에서 중요한 요소일 수 있습니다.  이러한 애플리케이션에서는 비접촉 작동, 높은 정밀도, 마모 저항성 및 환경 변화에 대한 내성이 주요 요구사항인 경우가 많습니다. TE의 KMA36은 매우 신뢰할 수 있고 고정밀의 범용 자기 위치 센서 IC입니다. 이 센서는 13비트를 사용하여 최대 0.04도의 해상도로 정확한 회전 또는 선형 측정을 제공합니다. 아래의 그림 2에서 볼 수 있듯이, 자기저항 요소와 아날로그-디지털 변환기 및 신호 처리 기능을 결합하여 표준 소형 패키지인 TSSOP 패키지에 완전히 통합되었습니다. 

정밀도가 중요한 애플리케이션에서 TE의 KMA36에 사용된 이방성 자기 저항(AMR) 기술은 외부 자석의 자기각도를 기계적 접촉 없이 전체 360° 범위에서 정확하게 측정할 수 있을 뿐만 아니라, 자석 극 스트립의 극 길이 5mm에서 증분 위치를 결정할 수 있습니다. I2C를 통한 자동 웨이크업 기능을 포함한 슬립 및 저전력 모드는 KMA36을 배터리 기반 애플리케이션에 이상적인 선택으로 만들어줍니다. 위치 데이터는 독립형 작동 또는 마이크로컨트롤러 기반 애플리케이션을 위해 PWM 또는 디지털 I2C 통신 버스를 사용하여 전송할 수 있습니다. 프로그래밍 가능한 매개 변수는 사용자에게 추가 데이터 처리를 간소화할 수 있는 다양한 구성 옵션을 제공합니다. KMA36은 기계적 공차, 온도 변화 또는 열 응력으로 인한 자기 드리프트에 거의 민감하지 않습니다. 유지보수가 필요 없는 동작과 높은 대역폭은 가혹한 산업 환경에서도 강력한 구현을 보장합니다.

TSYS01 고해상도 온도 센서

많은 산업용 IoT 처리 응용 분야에서 정밀한 온도 측정은 매우 중요합니다. 일부 산업 프로세스의 온도에서 작은 차이만으로도 성공적인 결과와 실패 사이의 차이를 초래할 수 있습니다. 특정 산업 프로세스에서는 작업자의 안전이 이러한 정확한 측정에 의존하기 때문에 정밀성과 견고한 작동이 더욱 중요합니다.  TE의 TSYS01은 단일 칩으로 이루어진 고해상도 온도 센서입니다. 이 센서는 온도 감지 칩과 24비트 델타 시그마 아날로그-디지털 변환기를 포함하고 있습니다. 디지털 24비트 온도 값과 내부에서 공장 세팅된 정밀 보정 값의 조합은 고정밀의 온도 판독과 높은 측정 해상도를 제공합니다. TSYS01은 I2C 또는 SPI 인터페이스를 통해 어떠한 마이크로컨트롤러에도 연결할 수 있습니다. 마이크로컨트롤러는 일반적으로 ADC 값과 보정 매개변수를 기반으로 온도 결과를 계산하는 데 사용됩니다.

SD 600eval 보드를 사용하여 클라우드에 연결하기

센서에 의해 데이터가 수집되면, 데이터를 추가로 처리하고 결과를 임계값 목표와 비교하며, 데이터를 클라우드 기반 저장소로 전송하여 ‘빅 데이터' 분석 처리를 수행해야 할 수도 있습니다. 예를 들어, 산업 공장의 모든 모터에서 얻은 센서 데이터를 사용하여 기계적 마모를 예측하고 선제적으로 라인 정지 사건을 방지할 수 있습니다. 모든 고객 공장에서 사용되는 모든 모터에 대한 데이터가 모터 제조사에게 제공된다면, 제조사는 이 데이터를 결합하여 더욱 상세한 분석을 수행할 수 있습니다. 아마도 모터 제조사는 분석 결과를 서비스 형태로 공장 소유자에게 판매하여 유지보수 및 수리 활동을 안내하는 데 도움을 줄 수도 있습니다. 센서 데이터 분석의 활용은 과거에는 단순히 제품만을 판매하고 지식은 판매하지 않았던 기업들에게 완전히 새로운 비즈니스 모델과 수익원을 열어줍니다.

TE의 센서 보드로 수집된 데이터를 클라우드에 연결하기 위해서는 프로세서 베이스 보드가 필요합니다. 설계를 빠르게 프로토타입화하고 검증하려면 동일한 96보드 연결 형태를 사용하는 베이스 보드가 이상적입니다. 아래 그림 4에 표시된 Arrow SD 600eval 보드는 매우 컴팩트한 96보드 표준을 사용하지만, 중요한 처리 능력, Wi-Fi를 포함한 다양한 연결 옵션, 그리고 주목할 만한 온보드 메모리를 제공합니다. 이는 클라우드 연결이 가능한 견고한 센서 처리 플랫폼에 필요한 모든 것을 갖춘 것입니다.

SD 600eval의 처리 능력은 다양한 휴대전화와 연결된 애플리케이션에서 사용되는 인기 있는 Snapdragon 프로세서를 기반으로 합니다. Snapdragon 쿼드 코어 프로세서를 사용함으로써 SD 600eval이 Android 및 Linux를 실행할 수 있으며, 가능한 가장 폭넓은 연결성을 지원합니다. 온보드에 탑재된 2GB의 LPDRAM과 16GB의 eMMC 저장소는 이러한 운영 체제를 효율적으로 실행할 수 있게 해줍니다. 이렇게 작은 폼팩터에서도 연결성은 놀라운 수준으로 듀얼 밴드 2.4GHz 및 5Hz WLAN 802.11a/b/g/n/ac, Bluetooth 4.x + BR/EDR + BLE 및 외부 또는 온보드 안테나를 지원하는 GPS를 제공합니다. 기가비트 이더넷과 SATA 연결도 지원됩니다.

멀티미디어 기능은 4-레인 MIPI 카메라 직렬 인터페이스(CSI), 2-레인 MIPI CSI 및 1080p HD 비디오 재생 기능을 통해 매우 인상적입니다. 오디오 처리에는 PCM/AAC+/MP3/WMA가 ECNS 및 Audio+ 후처리를 포함합니다. 두 개의 USB 2.0 타입 A 커넥터(호스트 모드 전용)와 Micro AB를 통한 OTG USB 2.0이 추가 연결 옵션을 제공합니다.  60핀 고속 커넥터 및 40핀 저속 커넥터를 통해 확장성이 뛰어납니다.

하드웨어 기능은 인상적이지만, 사용 가능한 소프트웨어는 애플리케이션 프로그램에서 이러한 하드웨어 기능을 직접 액세스할 수 있도록 쉽게 만들어줍니다. Android나 Linux를 사용하여 개발을 진행하면 드라이버, 프레임워크 및 애플리케이션 프로그램 인터페이스(APIs)를 활용해 개발이 매우 간편합니다. 광범위한 사용자 안내서, 보드 지원 패키지(소스 및 바이너리), 부트 로더 및 설치 도구는 개발에 큰 도움을 주어 매우 빠른 출발이 가능합니다.

결론

귀하의 IoT 애플리케이션이 다양한 센서와 강력한 IoT 연결 프로세서뿐만 아니라 신속한 작동 프로토타입 경로가 필요하다면, TE의 Sensor Mezzanine Board와 SD 600eval은 최적의 솔루션입니다. 아래 참조 섹션에 제공된 링크를 통해 Arrow에서 SD 600eval 및 필요한 TE 센서를 주문하세요. 망설이지 말고 지금 시작하세요!