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IoT 지원 스마트 온도 조절기의 부상

Published Date
Author Alan Yoon

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이미지 출처: Johannes/stock.adobe.com, AI로 생성

조셉 다우닝(Joseph Downing), 마우저 일렉트로닉스

 2025년 3월 13일

 

냉난방 시스템이 자동화되어 있을 뿐만 아니라 지능적으로 관리되어 쾌적함과 효율성이 최적화된 집. 이는 바로 실내 환경을 제어하는 방식을 재편하는 기술 발전인 사물 인터넷(IoT)이 지원되는 스마트 온도조절기가 보여주는 미래이다. 이러한 진화를 이해하는 것은 숙련된 전기 엔지니어는 물론 호기심 많은 소비자 모두에게 중요하다.

IoT 지원 스마트 온도조절기는 기존의 온도조절기 기능에 IoT의 강력한 기능을 통합한 고급 장치이다. 이 같은 시스템을 사용하면 난방, 환기 및 냉방(HVAC) 시스템을 원격으로 모니터링하고 제어하여 실내 상태 및 에너지 사용량에 대한 실시간 데이터를 제공할 수 있다. 이러한 온도 조절기는 산업 및 주거 공간 모두에 유용하다. HVAC 시스템에 대한 상세한 인사이트와 제어 기능을 제공하기 때문에 에너지 효율을 개선하고 운영 비용을 절감하는 데 매우 유용하다.

이 프로젝트에서는 스마트 온도 조절기를 중심으로 개념 증명을 구축하는 데 필요한 부품과 소프트웨어, 단계를 살펴보고, 몇 가지 르네사스 일렉트로닉스(Renesas Electronics) 솔루션을 중점적으로 다룬다.

 

프로젝트 자료 및 리소스

 

프로젝트 BOM(자재 명세서)

 

프로젝트 코드/소프트웨어

 

추가 리소스

 

추가 하드웨어

 

프로젝트 기술 개요

 

르네사스 EK-RA2A2 평가 키트

 

르네사스 EK-RA2A2 평가 키트(그림 1)는 엔지니어가 RA2A2 MCU 그룹을 사용하여 애플리케이션을 평가하고 개발하는 데 도움이 되는 포괄적인 도구이다. 이 키트는 특히 내장형 시스템을 제작하는 데 유용하며 르네사스의 RA 플렉시블 소프트웨어 패키지(FSP) 및 e² studio 통합 개발 환경(IDE)을 활용한다. 이 키트의 주요 기능은 다음과 같다:

  • MCU 네이티브 핀 액세스: 마이크로컨트롤러의 핀에 직접 액세스하여 하드웨어 수준의 세부적인 상호 작용이 가능하다.

  • 시스템 제어 액세스: 시스템 운영 관리 및 제어를 위한 인터페이스로 애플리케이션 개발의 유연성을 향상시킨다.

  • 에코시스템 액세스: 다양한 에코시스템 애드온과의 호환성으로 추가 기능 및 주변기기를 통합할 수 있다.

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그림 1: 르네사스 EK-RA2A2 평가 키트. (출처: 마우저 일렉트로닉스)

 

이 키트는 엔지니어가 혁신적인 아이디어를 산업 자동화, 가정용 기기, 에너지 관리 시스템과 같은 실용적인 실제 애플리케이션으로 전환할 수 있도록 지원하므로 최신 임베디드 시스템 개발을 위한 필수 도구이다.

 

르네사스 U159-DA16200MEVZ DA16200 Pmod 보드

 

르네사스 U159-DA16200MEVZ DA16200 Pmod 보드(그림 2)는 Pmod가 장착된 개발 보드에 원활한 Wi-Fi 통합을 제공하도록 설계되었다. 이 보드는 표준 Pmod Type 3A(확장 UART) 연결을 갖추고 있어 광범위한 Pmod 지원 장치와 호환된다.

이 보드의 핵심은 DA16200 시스템 온 칩(SoC)을 기반으로 하는 르네사스 DA16200MOD 모듈이 통합되어 있다는 점이다. 이 모듈은 강력한 무선 성능을 제공하여 안정적이고 효율적인 Wi-Fi 연결을 보장한다. Type 3A Pmod 커넥터는 통합 프로세스를 간소화하여 엔지니어가 대규모 수정 없이 프로젝트에 Wi-Fi 기능을 빠르게 추가할 수 있다.

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그림 2: 르네사스 U159-DA16200MEVZ DA16200 Pmod 보드. (출처: Renesas Electronics)

 

르네사스 US082-HS3001EVZ 습도 센서 Pmod 보드

 

르네사스 US082-HS3001EVZ 상대 습도 센서 Pmod 보드(그림 3)는 HS3001 습도 및 온도 센서를 사용하여 시제품 제작 공정을 간소화하려는 엔지니어 및 전문가를 위한 탁월한 도구이다. 이 센서는 높은 신뢰성, 장기적인 안정성, 정밀한 측정, 빠른 응답 시간을 제공한다.

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그림 3: 르네사스 US082-HS3001EVZ 상대 습도 센서 Pmod 보드. (출처: 마우저 일렉트로닉스)

 

이 보드는 표준 Pmod Type 6A(확장 I²C) 연결을 갖추고 있어 호환 커넥터가 있는 모든 MCU 평가 키트와 쉽게 통합할 수 있다. 이 설계에는 양쪽에 Pmod 커넥터가 포함되어 있어 엔지니어가 여러 Type 6/6A 보드를 데이지 체인으로 연결할 수 있다. 이를 통해 여러 센서를 단일 MCU Pmod 커넥터에 연결할 수 있으므로 시스템 설계의 유연성과 확장성이 향상된다.

또한 e² studio 소프트웨어 지원은 센서와 MCU를 연결하는 데 필요한 코드를 생성하여 개발 프로세스를 간소화하므로 개발 시간이 크게 단축된다.

 

소프트웨어 개요

 

e² studio IDE 및 코딩 도구

 

e² studio는 Renesas 마이크로컨트롤러를 위해 특별히 설계된 Eclipse 기반 IDE이다. 개발 프로세스를 간소화하고 개선하기 위해 맞춤화된 다양한 고급 기능을 통합하여 Eclipse의 강력한 코드 편집기를 기반으로 한다.

e² studio를 통해 엔지니어는 전체 개발 라이프사이클을 효율적으로 관리할 수 있다. 샘플 코드를 다운로드하는 초기 단계부터 복잡한 디버깅 프로세스까지 e² studio는 포괄적인 지원을 제공한다. 정교한 디버깅 툴, 프로젝트 관리 기능, 다양한 르네사스 개발 툴과의 원활한 통합 등 확장된 기능을 제공한다.

 

RA FSP

 

르네사스 RA FSP는 르네사스 RA 마이크로컨트롤러 제품군을 기반으로 임베디드 시스템 설계 작업을 하는 엔지니어를 위해 맞춤화된 포괄적인 고급 솔루션이다. 엔트리 레벨부터 고성능 마이크로컨트롤러까지 전체 RA 제품군에서 완벽한 소프트웨어 호환성을 보장하므로 다양한 애플리케이션에 다용도로 사용할 수 있다.

 

주요 기능 및 이점

  • 고급 보안

    • Arm® TrustZone®: 고급 보안 기능을 통합하여 잠재적인 위협으로부터 IoT 디바이스를 보호한다.

    • 보안 IoT 개발: 프로덕션 지원 드라이버 및 미들웨어 스택을 사용하여 보안 커넥티드 IoT 디바이스를 쉽게 만들 수 있다.

  • 고성능 HAL 드라이버

    • 효율성: 낮은 메모리 사용량으로 고성능을 제공하는 동급 최고의 하드웨어 추상화 계층(HAL) 드라이버를 제공한다.

    • 통합: 통신 및 보안과 같은 복잡한 모듈의 구현을 간소화하여 Azure RTOS 및 FreeRTOS를 포함한 통합 미들웨어 스택을 통해 구현한다.

  • e² studio IDE

    • 직관적인 컨피규레이터: 설정 프로세스를 간소화하는 사용자 친화적인 컨피규레이터를 제공한다.

    • 지능형 코드 생성: 프로그래밍 및 디버깅 효율성을 향상시켜 더 빠르고 쉽게 개발할 수 있다.

  • 개방형 소프트웨어 에코시스템

    • 유연성: 베어메탈 프로그래밍, Azure RTOS, FreeRTOS, 선호하는 RTOS, 레거시 코드 및 타사 에코시스템 솔루션 등 다양한 프로그래밍 모델을 지원한다.

    • 비용 효율성: FSP와 e² studio는 모든 르네사스 장치에 무료로 제공되므로 개발자에게 비용 효율적인 솔루션을 제공한다.

애플리케이션

  • IoT 디바이스: 강력한 보안 기능을 갖춘 안전한 커넥티드 IoT 디바이스를 개발하는 데 이상적이다.

  • 임베디드 시스템: 간단한 설계부터 복잡한 설계까지 다양한 임베디드 시스템 애플리케이션에 적합하다.

  • 산업 자동화: 고성능의 안전한 솔루션으로 산업 자동화 시스템 개발을 강화한다.

엔지니어와 전문가는 르네사스 RA FSP를 활용하여 개발 프로세스를 가속화하고, 고품질의 안전한 소프트웨어를 보장하며, 다양한 애플리케이션과 장치에서 유연성을 유지할 수 있다.

 

프로젝트 개발

 

하드웨어 조립

 

하드웨어 구성은 한 가지 예외를 제외하고는 간단하다. 르네사스 EK-RA2A2에는 두 개의 Pmod 커넥터를 사용할 수 있다: Pmod 1은 Type-2A(향상된 SPI) 및 Type-6A(향상된 I²C)를 지원하며, Pmod 2는 Type-6A(향상된 I²C), Type-2A(향상된 SPI), 및 Type-3A(향상된 UART)를 지원한다. 이 프로젝트에 사용되는 Wi-Fi 모듈은 UART를 사용하므로 Pmod 2 연결을 사용한다.

  1. 보드의 2차측 EX3 위치에서 Pmod 2 커넥터 근처의 패드를 가로질러 단락을 납땜한다(그림 4). 이렇게 하면 두 패드 사이의 연결 트레이스가 차단되어 RXD 신호가 활성화되고 EX1이 열려 있다.

그림 4: EX3 및 EX1 위치. (출처: 마우저 일렉트로닉스)

  1. 모듈 칩이 위를 향하도록 US159-DA16200MEVZ 보드를 Pmod 2 커넥터에 꽂는다.

  2. US082-HS3001EVZ 보드를 Pmod 1 커넥터에 꽂는다.

  3. Grove 전기 센서 모듈을 EK-RA2A2 보드의 J28에 있는 Grove 2 커넥터에 꽂는다.

 

소프트웨어 설치

 

이 프로젝트에는 다음 소프트웨어 버전이 필요합니다:

  • 르네사스 RA FSP 버전 5.7.0

  • e² studio 버전 2024-10

  • SEGGER J-Link RTT Viewer 버전 8.10f

  • GCC ARM Embedded Toolchain 버전 13.2.1.arm-13-7

필요한 FSP 및 e² studio 버전을 다운로드하고 올바른 GCC ARM 임베디드 툴체인이 설치되어 있는지 확인하는 가장 쉬운 방법은 르네사스 GitHub 링크를 사용하여 e² studio Windows 설치 관리자와 함께 FSP를 다운로드하는 옵션을 선택하는 것이다(그림 5).

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그림 5: 르네사스 GitHub FSP v5.7.0. (출처: 마우저 일렉트로닉스)

 

이렇게 하면 한 곳에서 쉽게 최신 버전을 사용할 수 있다. 다운로드가 완료되면 다음 단계를 완료한다.

  1. 다운로드한 Windows 설치 관리자를 연다.

  2. Custom Install를 선택한다(그림 6).

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그림 6: 르네사스 RA FSP 설치 유형 창. (출처: 마우저 일렉트로닉스)

 

  1. Welcome, Extra Features 및 Customise Features 화면에서 Next를 클릭하여 Additional Software 화면이 표시될 때까지 기다린다(그림 7).

  2. GNU ARM Embedded 13.2-Rel1 확인란을 선택한 후 Next를 클릭한다.

 

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그림 7: 추가 소프트웨어 선택 화면. (출처: 마우저 일렉트로닉스)

  1. 나머지 화면의 안내에 따라 설치를 완료한다.

  2. J-Link RTT 웹사이트로 이동하여 Downloads를 선택한다.

  3. J-Link 소프트웨어 Windows 설치 관리자를 다운로드한다(그림 8).

 

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그림 8: J-Link RTT 설치 프로그램 다운로드. (출처: 마우저 일렉트로닉스)

 

소프트웨어 통합 및 데모

 

보드를 프로그래밍하기 전에 DA16200 Pmod 보드의 Wi-Fi 모듈에서 SDK를 업데이트해야 한다. DA16200 SDK 업데이트 가이드는 보드 연결, 현재 SDK 버전 확인, 필요한 소프트웨어 다운로드 및 장치 업데이트 방법에 대한 지침을 제공한다.

Wi-Fi 모듈에서 SDK를 업데이트한 후 GitHub 리포지토리로 이동하여 녹색 Code 버튼을 클릭한 다음 Download ZIP 를 선택하여 프로젝트 코드를 다운로드한다(그림 9).

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그림 9: GitHub 저장소 다운로드 링크. (출처: 마우저 일렉트로닉스)

 

그런 다음 코드를 e² studio로 가져온다:

  1. e² studio를 연다.

  2. File을 클릭하고 Open Projects from File System을 선택한다.

  3. Archive (그림 10)를 클릭한 다음 Renesas_RA2A2_Demo가 포함된 다운로드 폴더로 이동하여 선택한다.

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그림 10: 프로젝트 가져오기 창. (출처: 마우저 일렉트로닉스)

 

  1. Eclipse 프로젝트 라벨이 있는 파일의 확인란만 선택한 다음(그림 11) Finish를 클릭한다.

 

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그림 11: 선택한 프로젝트 가져오기. (출처: 마우저 일렉트로닉스)

 

  1. 소프트웨어를 가져온 후에는 프로젝트를 선택한다.

  2. 빌드(망치) 아이콘을 클릭하거나 Ctrl+B를 눌러 프로젝트를 빌드한다(그림 12).

 

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그림 12: 가져온 프로젝트 디스플레이. (출처: 마우저 일렉트로닉스)

 

  1. 빌드가 성공하면 콘솔에 " Build finished(빌드 완료)"가 표시된다(그림 13).

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그림 13: 성공적인 빌드 완료. (출처: 마우저 일렉트로닉스)

 

  1. 디버그 아이콘을 클릭하거나 F11을 눌러 디버그 모드를 시작한다(그림 14).

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그림 14: 디버그 콘솔 모드. (출처: 마우저 일렉트로닉스)

 

  1. Play 아이콘을 클릭하여 코드를 실행한다.

 

코드가 실행되기 시작하면 컴퓨터의 네트워크 구성을 열고 사용 가능한 모든 무선 네트워크를 확인해야 합니다. Renesas_Wifi 네트워크를 선택하고(그림 15) 요청된 비밀번호로 12345678을 입력한다.

참고: 프로젝트 매개변수 내에서 SSID와 비밀번호를 수정하여 최종 용도에 맞게 사용자 지정할 수 있다.

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그림 15: 네트워크 설정의 Renesas_WiFi 네트워크 SSID. (출처: 마우저 일렉트로닉스)

 

시스템은 HTTP 서버로 구성되며 PC는 클라이언트 역할을 한다. 사용 가능한 브라우저 창을 사용하여

"http://192.168.10.2/index.html"

로 이동하여 브라우저 인터페이스를 확인한다.

여기에서 HS3001에서 제공하는 센서 데이터, 푸시 버튼 수 및 LED 제어를 볼 수 있다(그림 16).

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그림 16: 사용자 지정 가능한 브라우저 디스플레이. (출처: 마우저 일렉트로닉스)

 

맺음말

 

IoT 지원 스마트 온도조절기는 실내 환경의 관리 방식에 있어 중요한 도약을 의미한다. 첨단 감지, 스마트 연결, 실시간 데이터 분석이 결합된 이 장치들은 안락성과 편리성을 향상시킬 뿐만 아니라 에너지 효율성과 비용 절감 효과도 제공한다. 가정 및 산업 환경에서의 스마트 온도 조절기 도입은 보다 지속 가능하고 지능적 관리가 가능한 미래를 향한 걸음이 될 것이다.

 

저자 소개

Profile Photo of Joseph Downing

조셉 다우닝(Joseph Downing)은 2011년에 기술 지원 스페셜리스트로 마우저 일렉트로닉스에 입사했으며 나중에 기술 콘텐츠 스페셜리스트로 직책을 옮겼다. 20년 넘게 전자 산업에 종사하면서 Intel, Radisys, Planar 같은 회사들을 거쳤다. 그 자신이 열렬한 메이커로서 Mouser.com의 Application and Technology 사이트에 올라오는 기술 프로젝트 및 자료와 더불어 Trade Shows 사이트도 담당하고 있다.