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FPGA기반의 무선 온도 제어 시스템
A Wireless Temperature Control System based on FPGA 원문보기

멀티미디어학회논문지 = Journal of Korea Multimedia Society, v.15 no.7, 2012년, pp.920 - 930  

박정욱 (안동대학교 컴퓨터공학과) ,  고주영 (안동대학교 대학교육개발원) ,  박종훈 (에이투스) ,  홍문호 (에이투스) ,  이영학 (경운대학교 항공전자공학과) ,  심재창 (안동대학교 컴퓨터공학과)

초록
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본 연구는 ASIC기반의 유선 온습도 제어 시스템을 FPGA기반의 무선 제어 시스템으로 설계하고 구현하였다. FPGA 분야와 무선제어 시스템은 산업 현장에서 특히 온도와 습도 측정하는 분야에서 빠르게 성장하고 있다. FPGA는 저렴한 비용으로 빠르게 개발 할 수 있고, 원하는 CPU와 IO를 설정하여 시스템을 구성할 수 있다. 주변 장치를 IP 기반으로 설계하고 쉽게 변경할 수 있다. 무선화는 복잡하고 변화가 많은 현장에서 설치가 간편하고 유지 보수가 용이한 장점이 있다. 본 연구에서는 Sprtan-6 FPGA로 MicroBlaze 기반의 32비트 RISC CPU, 터치 및 주변 장치를 구현하고 임베디드 리눅스를 포팅하고, 지그비 무선 통신을 추가하였다. 시스템에 리눅스 OS와 웹 서버를 추가하여 웹을 통한 모니터링과 제어 기능을 구현하였다. 기존의 시스템과 비교할 때 성능향상 뿐만 아니라 개발이 쉽고 가격도 저렴하다. 연구에서는 특히 리눅스 기반의 개발환경 구축과 사용자 인터페이스 구현에 연구를 집중하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, we designed and built a wired temperature controller system which is based on ASIC for a wireless temperature controller system based on FPGA. FPGA devices and wireless controller systems are growing quickly especially for industrial systems for sensing temperature and humidity. FPGA ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 그리고 자일링스사에서 제공하는 공개 소스 리눅스를 운영체제로 채택하여 포팅하고, 실제 무선 온도 제어 시스템을 구현하기 위한 GUI(Graphic User Interface)와 네트워크 및 웹 서버애플리케이션을 구현한다[8]. 무선 온도 제어 시스템을 구성한 후에 기존의 시스템에 비하여 가질 수 있는 장점과 성능 비교에 관하여 고찰한다.
  • 정밀 온도 및 습도 제어 시스템이 산업의 여러 방면에서 널리 활용되고 있다. 본 연구는 산업용 무선 온도 제어기의 무선기능의 추가와 개발 및 유지보수의 편리성을 위해서 FPGA(Field Programmable Gate Array) 기반 시스템으로 설계 및 구현을 하였다. (주)삼원테크의 온도 제어기는 ARM 계열의 MPU(Multi-Processor Unit)가 활용되며 온도 측정장치와 제어기는 RS 232C 및 485 방식의 유선기반의 방식이다.
  • 본 연구에서는 FPGA기반 무선 온도 제어 시스템을 설계 및 구현한다. 디질런트사의 Atlys Spatran-6 FPGA 개발 보드로 프로토타입의 구성 및 테스트를 한다.
  • 본 연구에서는 무선 온도 제어시스템을 위한 하드웨어를 직접 설계하였다. 자일링스사의 sprtan-6 FPGA칩을 사용하고 기존의 삼원 온도 시스템을 구현할 주변 장치와 무선 통신에 필요한 지그비 모듈을 설계하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
임베디드 운영체제란 무엇인가? 임베디드 운영체제는 타깃 시스템인 하드웨어에 내장 되어 동작하는 소프트웨어를 의미한다. 점차 임베디드 시스템의 요구기능이 복잡해짐에 따라 프로그램도 복잡해지고, 지원해야 하는 서비스가 다양화됨에 따라 프로그램을 보다 효율적으로 관리하기 위해서 최근의 모든 임베디드 시스템에서는 임베디드 운영체제를 사용한다.
타깃 시스템에 수행될 운영체제 및 프로그램의 컴파일을 위해서는 교차개발 환경을 구축해야 하는데, 교차개발 환경은 무엇인가? 타깃 시스템에 수행될 운영체제 및 프로그램의 컴파일을 위해서는 교차개발 환경을 구축해야 한다. 교차개발 환경이라 함은 주 컴퓨터(host computer)와 타깃 시스템의 프로세서가 서로 다른 경우, 주 컴퓨터에서 사용되는 타깃용 도구라고 정의할 수 있다[15]. 교차개발 환경을 이용하여 컴파일 된 프로그램은 JTAG, 이더넷 또는 시리얼 포트를 통해 타깃 시스템의 플래시 메모리와 같은 저장장치로 다운로드 된다.
삼원테크의 온도 제어기에 들어가는 MPU는 어떤 계열인가? 본 연구는 산업용 무선 온도 제어기의 무선기능의 추가와 개발 및 유지보수의 편리성을 위해서 FPGA(Field Programmable Gate Array) 기반 시스템으로 설계 및 구현을 하였다. (주)삼원테크의 온도 제어기는 ARM 계열의 MPU(Multi-Processor Unit)가 활용되며 온도 측정장치와 제어기는 RS 232C 및 485 방식의 유선기반의 방식이다. FPGA를 활용하여 제품의 성능은 향상하고 비용은 낮추며, 무선화를 통해서 설치 및 관리를 편리하도록 시스템을 설계하고 구현하였다.
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참고문헌 (21)

  1. 류재경, 이수현, 정용진, "SURF 알고리즘 기반 특징점 추출기의 FPGA 설계," 멀티미디어학회 논문지, Vol. 14, No. 3, pp. 368-377, 2011. 

  2. 심재창, 김익동, 지그비기술의 응용과 실습, 홍릉과학출판사, 안동, 2007. 

  3. 나종화, 강순주, 윤용익, 반윤용, 은성배, 김흥남, Embedded System Programming 이론 및 실습, 한국전자통신연구원, 대전, 2003. 

  4. 임채덕, 김태호, "임베디드 소프트웨어 통합 개발 환경 기술," 정보과학회지, Vol. 24, No. 8, pp. 46-52, 2006. 

  5. 남원길, 통합 브이엠웨어 서버 시스템 구축을 통한 비용절감 방법, 숭실대학교 정보과학대학원 석사학위논문, 2009. 

  6. 윤성기, 이규선, 강병권, "FPGA 및 마이크로프로세서를 적용한 무선컨트롤러 구현," 춘계학술발표대회논문집, Vol. 2004, No. 1, pp. 405-408, 2004. 

  7. 이경학, 고형화, "재구성 가능한 통신 단말 플랫폼의 설계 및 구현," 멀티미디어학회논문지, Vol. 10, No. 1, pp. 66-73, 2007. 

  8. 이숭열, 실시간 운영체제를 위한 내장형 웹서버 설계 및 구현, 충남대학교 대학원 석사학위논문, 2008. 

  9. 이석철, 정신일, 김창수, "USN 기반의 지하역사 모니터링 시스템의 설계 및 개발," 멀티미디어학회논문지, Vol.12, No.11, pp. 1629-1639, 2009. 

  10. 심갑식, 장재혁, USN 기반의 무선 멀티 커뮤니케이션 회로 설계 및 구현, 한국콘텐츠학회 Vol. 11 No.8, 2011. 

  11. 이기훈, 임베디드 리눅스 환경에서 디지털 TV에 최적화된 GUI 라이브러리 플랫폼 개발, 경북대학교 일반대학원, 석사학위논문, 2007. 

  12. 김진태, 내장형 시스템을 위한 애플리케이션 플랫폼 구현, 성균관대학교 대학원, 석사학위 논문, 2004. 

  13. 윤지훈, 채영훈, 문승진, "Nano-X Window System 기반의 모바일 플랫폼 개발을 위한 에뮬레이터 설계 및 구현에 관한 연구," 한국지능시스템학회 학술발표 논문집, Vol.14, No.2, pp. 135-138, 2005. 

  14. 임철호, 임베디드 리눅스용 웹 브라우저 포팅, 한국기술교육대학교 대학원, 2004. 

  15. 강선례, 내장형 시스템용 웹 서버 개발, 상명대학교 대학원, 석사학위논문, 2004. 

  16. www.gnu.org/s/libmicrohttpd, GNU libmicrohttpd, 2011. 

  17. 조주현, "임베디드 실시간 시스템의 개발환경," 한국정보처리학회지, Vol.9, No.1, pp. 120-126, 2002. 

  18. 최병윤, 임베디드 리눅스 웹 서버와 네트워크 디바이스 드라이버 설계 및 구현에 관한 연구, 안동대학교 대학원, 석사학위논문, 2004. 

  19. 정광성, 김창범, 문철횽 "xilinx spartan3 FPGA를 이용한 8bit processer LED 조명 board 설계," 정보 및 제어 심포지엄 논문집, Vol. 9, No. 10, pp. 331-332, 2009. 

  20. http://digilent.us, Atlys Board, 2011. 

  21. 이재만, 이연옥, 이승호, SoC(sytem on chip)기반의 임베디드 실험 키트 및 응용 프로그램의 개발, 한밭대학교 논문집, Vol.23, No.- pp. 65-80, 2006. 

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