Wi-Fi 지원 터치스크린을 초소형 IIoT 사용자 인터페이스로 사용하는 이유와 방법

산업 자동화(IA) 장비에는 세분화된 메뉴가 있는 복잡한 다중 화면 패널에서부터 ON/OFF만 표시된 커다란 주황색 스위치처럼 간단한 제품에 이르기까지 매우 다양한 사용자 인터페이스가 사용됩니다. 레오나르도 다 빈치의 말을 환언하여 설명하자면, 사용자 인터페이스는 가능한 한 단순해야 합니다. 사용자 인터페이스는 작업 처리에 적합해야 하며, 불필요하게 복잡해서는 안 됩니다.

산업 자동화 시스템에서는 초소형의 사용자 인터페이스를 작동 시스템 가까이에 실장해야 하는 경우가 많고, 또한 시스템이 재구성될 때는 사용자 인터페이스의 위치를 쉽게 변경할 수 있어야 합니다. 유연한 터치스크린 디스플레이가 가능해 사용자 인터페이스에서 장비와 무선으로 통신할 수 있습니다. 따라서 산업용 사물 인터넷(IIoT) 응용 분야에서뿐만 아니라 가정 자동화 프로젝트에도 유용하게 사용됩니다. 조명 또는 차고 문을 여는 리모컨과 같이 간단한 응용도 가능합니다.

실험실 기술자들이 솔레노이드를 사용하여 조명을 켜고 끄고, 팬을 제어하며, 잠긴 문을 여는 등의 단순한 제어 작업을 위해 로컬 네트워크에 전용 랩톱을 연결하도록 설정하는 것을 본 적이 있습니다. 이는 괜찮은 시스템이긴 하지만 기본적인 안정성이 결여되어 있습니다. 예를 들어 랩톱에서 네트워크 연결이 끊어진 경우, 페일 세이프로 인해 모든 조명이 켜지고 문들이 열렸습니다.

적절한 안정성을 갖춘 더욱 깔끔하고 효율적인 솔루션은 무선으로 네트워킹되는 터치스크린입니다. MikroElektronika는 우수한 단일 기판 컴퓨터(SBC) 시스템을 제조하는 업체로, MIKROE-3923 내장형 평가 기판(밝은 3.5인치 320 x 240 박막 트랜지스터(TFT) 디스플레이의 정전 용량 방식터치스크린 포함) 등을 제공합니다(그림 1). 이 기판은 USB 호스트 및 장치 모드를 모두 지원하는 USB-C 커넥터를 통해 재충전되는 단일 셀 리튬 배터리로 구동될 수 있습니다.

그림 1: MIKROE-3923(전면 및 후면 모습 확인)에는 3.5인치 320 x 240 TFT 디스플레이와 정전 용량 방식 터치스크린이 있으며, 세련된 디자인의 베젤이 보호 기능까지 제공합니다. 수많은 센서 및 버저가 있으며 Wi-Fi를 사용하여 로컬로 인터페이스할 수 있습니다. (이미지 출처: MikroElektronika)

MIKROE-3923은 24비트의 색심도를 지니며, 6개의 고휘도 LED를 사용하여 500:1의 높은 명암비를 제공합니다. 따라서 대부분의 조도 환경에서 눈에 잘 띄며, 보기 쉽고, 가시성이 높은 디스플레이를 제공합니다. 이는 강한 조명이 사용되는 산업 시설에서 중요한 요소이며, 햇빛에 노출되어 있을 수 있는 가정 자동화 시스템에 있어서도 마찬가지입니다. 이 터치스크린은 다중 터치뿐만 아니라 제스처도 지원합니다. 이는 예를 들어 운영자가 전체 디스플레이를 빠르게 스와이프하여 시스템을 신속하게 꺼야 하는 상황에서 유용할 수 있습니다.

이 기판은 MikroElektronika mikroBUS 확장 헤더를 지원하며 호환 가능한 mikroBUS 장치에 인터페이스할 수 있습니다. MikroElektronika MIKROE-2336 CC3100 mikroBUS Click Wi-Fi mikroBUS 확장 기판(그림 2)은 확장 헤더에 쉽게 플러그인하여 시설의 Wi-Fi 네트워크에 안정적인 연결을 제공할 수 있습니다. 또한 CC3100 Click은 Wi-Fi 액세스 포인트로도 작동할 수 있습니다. 이 제품은 중앙 액세스 포인트로 작동하고 MIKROE-3923에 직접 네트워크로 연결된 시스템을 처리하는 컴퓨터를 제어할 수 있으므로, 산업 또는 가정 자동화 시스템에서 매우 중요한 이점으로 작용할 수 있습니다. 따라서 네트워킹 및 유지 보수가 간편해지고 시스템 안정성이 높아집니다.

그림 2: MikroElektronika CC3100 Click Wi-Fi mikroBUS 확장 기판은 MIKROE-3923에 안정적인 Wi-Fi 연결을 제공할 수 있습니다. 기존 Wi-Fi 네트워크의 노드로 작동하거나 Wi-Fi 액세스 포인트 역할을 할 수 있습니다. (이미지 출처: MikroElektronika)

MIKROE-3923에는 가장 일반적인 오디오 형식을 지원하는 오디오 코덱이 있습니다. 스피커가 기판 실장형 3.5mm 잭에 연결되면, 합성 음성과 가청 터치스크린 클릭을 사용한 구두 알림을 포함하여 운영자에게 오디오 피드백을 제공하는 데 사용할 수 있습니다.

MIKROE-3923의 센서에는 3축 가속도계 및 자력계가 포함됩니다. 이 센서는 많은 사람들이 드나드는 대규모 IIoT 시설에서 장치의 무단 이동 또는 제거를 감지하기 위해 사용할 수 있습니다. 무단 이동이나 훼손이 감지되면 MIKROE-3923은 Wi-Fi를 통해 보안 시스템에 경고를 전송하며 스피커를 통해 경보를 울릴 수 있습니다.

이 기판의 메인 프로세서는 부동 프로세서 장치(FPU)가 포함된 NXP MK64FN1M0VDC12 120MHz Arm Cortex-M4입니다. 1Mbyte의 프로그램 메모리 플래시, 256Kbytes의 SRAM, 복잡한 에지 처리를 위한 충분한 처리 성능을 갖추고 있습니다. 또한 MIKROE-3923은, 사용자 인터페이스 역할뿐만 아니라 연결 장비의 중앙 제어 컴퓨터 역할도 하는 산업용 장비에서의 메인 SBC로도 사용할 수 있습니다.

MIKROE-3923에는 데이터 저장에 사용할 수 있는 microSD 카드 슬롯이 있으며, MK64FN1M0VDC12용 펌웨어도 업그레이드할 수 있습니다. 또한 MIKROE-3923에는 프로그램 플래시 메모리 또는 비휘발성 데이터 스토리지로 사용할 수 있는 8Mbyte 플래시 메모리 모듈도 있습니다. 따라서 응용 제품의 상수 또는 보정 데이터를 저장하고, 시스템 작동에 대한 데이터 로깅도 수행할 수 있습니다. 이러한 기능은 가정 자동화 시스템에서 시간에 따라 온도를 로깅하거나, 산업 자동화 시스템에서 효율성을 개선하여 비용을 줄이기 위한 방법을 찾기 위한 추후 실험용으로 성능 데이터를 로깅하는 데 유용합니다.

결론

IA, IIoT 및 가정 자동화의 발전으로 인해, 매우 작고 사용하기 쉬우며 밝은 조명에서도 볼 수 있는 유연한 사용자 인터페이스 옵션에 대한 요구가 늘었습니다. 충분한 처리 성능 및 Wi-Fi 연결을 갖춘 초소형 터치스크린 사용자 인터페이스는 단순한 제어 패널 그 이상의 기능을 수행할 수 있습니다. 또한 복잡한 장비 또는 IIoT 네트워크의 주 제어 컴퓨터로서 작동함으로써 운영이 단순화되고 유지 관리가 용이해집니다.