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Sub-1GHz를 사용한 무선 모션 감지기 설계하기

주택, 업무용 빌딩, 기타 설비에서 널리 사용되고 있는 모션 감지기는 지정된 구역에 사람이 있는 것을 감지했을 때 이를 알려준다. 감지기는 제어 패널, 경보기, 클라우드 시스템 같은 다양한 장치에 소리나 빛 또는 유/무선으로 알림을 전송할 수 있다.

무선 모션 감지기는 번거롭게 벽을 통해 배선을 할 필요가 없기 때문에, 설치 및 확장이 용이하다. 일반적인 감지 기법으로는 PIR(passive infrared), 초음파 이미터(emitter), 마이크로파 이미터 등이 있다. 실내나 실외에 설치되어 주로 침입 감지 시스템으로 사용되는 무선 모션 감지기는 무선 주파수(RF) 성능이 우수하고 전력 소모와 비용이 낮기 때문에, 일반적으로 Sub-1GHz 무선 기술을 사용한다.

SimpleLink Sub-1GHz 무선 MCU를 사용한 설계
SimpleLink™ 마이크로컨트롤러(MCU) 플랫폼에 속하는 TI의 시스템온칩(SoC) Sub-1GHz 솔루션(CC13x0 무선 MCU)은 단일칩으로 저전력이면서 풍부한 기능의 MCU와 RF 솔루션을 통합했다. 센서 시스템(그림 1)에서 이 저전력 무선 MCU는 시스템의 메인 MCU로 센서와 직접 인터페이스하거나 증폭기, 필터, 비교기를 통해서 동작할 수 있다. 또한 CC1350CC1310 무선 MCU는 주변장치 제어를 위한 I2C, UART, SPI를 통합하고 있으며, 아날로그 신호 샘플링을 위한 12bit 아날로그-디지털 컨버터(ADC)도 내장되어 있다.

칩셋 솔루션(별도의 MCU와 RF 트랜시버) 대신 SoC 무선 MCU를 사용해 기능의 집적도를 높이고 크기와 비용을 낮출 수 있다. 메인 MCU는 ARM® Cortex®-M3 아키텍처 기반 애플리케이션 및 프로토콜을 위해 충분한 플래시 및 RAM을 제공한다.


그림 1: 무선 모션 감지기 블록 다이어그램

저전력
이 MCU 제품은 매우 낮은 셧다운 또는 대기 전류(각각 0.185A 및 0.7A), 51A/MHz MIPS(million-instruction-per-second) 소모, 리시버(5.4mA) 및 트랜스미터(10dBm에서 13.4mA) 전류로 저전력 설계를 위한 토대를 제공한다. 또한 센서 컨트롤러 모듈이라고 하는 혁신적인 저전력 실행 장치를 도입해 시스템의 나머지 부분(메인 MCU)은 슬립 모드로 전환하고 센서를 모니터링할 수 있다. 따라서 매 초마다 ADC 리딩을 하면서도 시스템은 0.95A만 소모한다.
일반적인 모션 감지기 시스템에서는 센서 컨트롤러가 지속적으로 센서를 모니터링한다. 아래 그림에서 알 수 있듯이, 트리거링이 발생되면 컨트롤러가 메인 MCU를 가동시키고, 메인 MCU가 중앙 장치로 통보한다.


그림 2: 활용 사례 프로파일

소프트웨어
SimpleLink Sub-1GHz CC13x0 소프트웨어 개발 키트(SDK)는 RF 통신을 위한 두 가지의 쉬운 옵션을 제공한다. 첫 번째 옵션은 Easylink로, 지원되는 변조 방식 중의 하나와 성형 토폴로지를 위해 표준 기반 802.15.4g 스택을 사용한 고유의 기술 RF 인터페이스다. Easylink를 사용해 자체 고유 프로토콜로 기존 무선 시스템에서 모션 감지기를 추가할 수 있다. 하지만 고유의 기술 프로토콜이 없다면 TI의 15.4 스택을 사용하는 것이 더 적합하다. 이 스택은 표준 액세스 메커니즘으로 응답 확인, 보안 기능, 주파수 호핑 옵션을 포함한다. 이 툴을 사용해서 RF 재밍, 사이버 공격, 잡음이 심한 환경에서 시스템을 보호할 수 있다. TI는 또한 모니터링과 제어를 위해 센서 노드와 클라우드 사업자 사이에서 2가지 통신이 가능한 단-대-단 센서-대-클라우드 솔루션을 제공한다.

듀얼 모드 시스템
CC1350 무선 MCU는 Sub-1GHz와 블루투스 저에너지 커넥티비티를 모두 지원한다. 블루투스 저에너지 커넥티비티 솔루션을 추가해 새로운 첨단 애플리케이션 개발이 가능하다. 블루투스 저에너지 기술은(최소한의 비용으로) 모션 감지기 시스템에 쉽게 사용자 인터페이스를 추가하므로, 최종 사용자가 각각의 스마트 기기와 직접 통신해 구성을 설정하고 시스템 전반으로부터 정보를 얻을 수 있다. 그림 3은 주택 안에 다수의 모션 감지기를 설치한 것이다. 이러한 센서가 모두 Sub-1GHz 네트워크를 형성해 서로 경보 사이렌을 연결할 수 있다. 그런데 이 기기는 블루투스 저에너지 커넥티비티를 사용할 수 있으므로 스마트폰이나 태블릿으로도 액세스가 가능하다.


그림 3: 블루투스 저에너지를 사용한 무선 모션 감지기

 

블루투스 저에너지를 사용한 시스템 관리
이 시스템을 셋업하기 위해서는 블루투스 저에너지를 통해 휴대전화나 태블릿을 모션 감지기로 연결하고 Sub-1GHz 네트워크의 네트워크 속성과 보안 기밀을 전송한다. 네트워크 구성이 완료되면 모션 감지기가 Sub-1GHz 모드로 전환되고 연결된다. 휴대전화나 태블릿 인터페이스를 사용해서 감지 모드, 감도, 요일별 모드 같은 모션 센서에 관련된 것을 구성할 수 있다. 또한 경보가 울릴 때까지 기다릴 필요 없이 휴대전화를 사용해 네트워크 상태를 점검할 수 있어 시스템을 쉽게 테스트할 수 있다.

또한 블루투스 저에너지를 통해 모바일 애플리케이션으로 연결하면 시스템의 어느 부분에서든 소프트웨어 업데이트를 쉽게 푸시할 수 있으므로 항상 최신 버전으로 유지하고 버그를 교정할 수 있다. 업데이트를 알려주고, 모바일 앱 사용자에게 푸시하며 시스템을 업그레이드하라고 통보할 수 있다.

마지막으로, 블루투스 저에너지는 광고(advertisement) 기능을 제공한다. 광고 기능을 사용해 모션 감지기를 연결하지 않고도 주변 휴대전화로 통보할 수 있으므로, 배터리 상태나 네트워크 문제 등을 최종 사용자에게 자동으로 알려줄 수 있다.

추가 정보
다음 링크에서는 TI의 Sub-1GHz 및 듀얼 밴드 솔루션에 관한 추가 정보를 볼 수 있다: