멘탈을 다시 부여잡고..
오늘의 주제는 임베디드 제품의 설계 및 부품선정 입니다.
임베디드 장치는 앞서 이야기 했듯, 특화된 장치 입니다.
주어진 목적에 대해서(요구사항)
정해진 입력에 정해진 출력을 정해진 시간내에 주면 됩니다.
만약 자전거에 무선 자동 변속기를 달았는데
버튼을 눌렀고 버튼의 신호를 읽어 무선으로 전송하여
기어를 변속 시작하는데 까지 사람이 인지하기 힘든 시간(~10ms) 이내에 전송 이 완료되어 변속이 시작되면 된다고 가정하였을때
이에 적절한 부품을 선정해 보도록 하겠습니다.
작동에 필요한 행동들을 정의하면
-기어를 올린다, 내린다(1단)
-기어를 올린다, 내린다(2단)
-기어를 최대로 올린다, 최저로 내린다(끝-끝)
-변속기의 배터리 상태 측정
-단별 기어 위치 미세 조정
으로 변속기 쪽의 모터 제어를 제외하면 상태정보 정도이기 때문에 연산량이 많이 필요를 하지는 않습니다.
그리고 변속기나 레버쪽은 무선/휴대용이기 때문에 배터리가 오래 가야 합니다.
그럼 CPU는 저전력의 저사양이라도 상관이 없으므로
cortex-m3나 avr atmega 혹은 attiny, 8051 어떤것을 쓰던 상관이 없습니다.
그리고 자전거에서 핸들과 변속기의 거리가 1m 이내 이므로
802.11과 같은 WiFi는 단가도 비싸고 올라가야 할 내용들이 많아서 무겁기 때문에 사용자가 구매할 경우 가격이 많이 올라가게 됩니다.
또한 패킷을 만들어서 보내는데 여러단계를 거치므로 10ms 이내에는 들어오겠지만 cpu 성능이 느리거나 복구시 오래 걸릴 수 있으므로
그리 좋은 선택은 아닙니다.
그렇다면 1m 정도의 거리를 통신할 수 있는 최적의 솔루션은 bluetooth나 zigbee 정도겠군요.
(그 외에 제가 모르는 다른 통신 방법도 있겠지만..)
그럼 현재까지 필요한 정보로는
stm32(cortex-m3)나 atmega128 정도의 마이크로 프로세서에
bluetooth나 zigbee를 장착하면 되는 것으로 보여집니다.
그럼 micom과 무선장치를 연결하는 방법으로
bluetooth나 zigbee 모두 uart를 통해 접속하는 법을 제공하므로
micom에는 uart 포트가 1개 이상만 있으면 됩니다(대개 2~3개 지원하니 멀 선택하던 상관이 없군요)
stm32가 좋다고는 하지만 웬지 전 STMicro를 싫어하니(어?) Ti로 가던가
만만하다고 알려진 ATmega 시리즈(아두이노 로도 유명한)를 골라보도록 합니다.
(새로운 칩이 싸다고 하도 개발의 난이도가 있기 때문에 개발자가 좋아하는 칩을 고르기도 합니다.)
그럼 ATmega + bluetooth가 확정되었고
기어를 변속하기 위해서 모터가 필요한데 모터의 종류를 보니 먼가 드럽게 많습니다!!! 듀듕!
일단 기어 변속을 위해서는 당겨지는 힘이 세어야하고, 위치를 제어할 수 있어야 하니
서보 모터나, 엔코더 모터 정도가 선택지 입니다.
스텝모터는 V(전압)이 높아서 배터리로 작동시키는 좋지 않은 녀석이고, 부피가 큰데다 전기도 많이 먹습니다
DC 기어드는 써본적은 없지만.. 제어를 위해서는 엔코더가 필요하고(위치제어) 그러면 엔코더 모터와 동일해지게 되니 제외
아무튼 결론은 만만한 서보 모터가 선택되어지는군요
그럼
ATmega + bluetooth + Servo
로 제품에 들어갈 핵심 부품들은 선정이 완료 됩니다.
그 이후에는 프로그램의 크기등에 의해 ATmega168 -> 128 -> 96 -> 64 -> 32 등으로
가격 다운(물론 용량도 다운) 시킬수 있으며
bluetooth 에서 SPP(Serial Port Profile)을 쓰지 않고 GPIO 포트를 제어하게 된다면
변속 레버쪽은 GPIO 전송 + bluetooth slave
기어 쪽이 bluetooth master + GPIO 수신 + servo 제어 등으로 더욱 간소화 하여 사용이 가능합니다.
그리고 변속기는 앞 / 뒤 두개를 제어야 해야 하니
입력 키는
앞 기어 + / - 키 2개
뒷 기어 + / - 키 2개
총 4개의 키가 필요하며
추가 기능을 위해서는 오래 눌러서 작동을 시키거나 펑션 키가 필요하니
영업과의 협의를 통해 어떤 시나리오로 작동 시킬지 결정을 합니다
이 단계에서는 개발자의 편의를 위해(최악 시나리오) 가장 많은 키인 경우로 상정하고 추가키가 있는 경우 총 6개의 버튼을 가정합니다
그리고 변속에 필요한 모터는 앞기어 / 뒷기어 로 총 2개가 독립적으로 제어되어야 하니
2개의 PWM 채널이 있으면 가장 편리할 것으로 생각됩니다.
고로
atmega (2 pwm / 1 serial) / 2 servo / bluetooth 정도가 현재로서 선택된 사양입니다.
결론 : 그러니까 그냥 시마노 Di2 지르세요 (어?)
임베디드란 무엇인가
프로그래밍 언어란
개발의 길로 들어서려는 분들을 위한 오늘의 조언
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