NB-IoT를 활용한 발열 제어 시스템 구현

Implementation of Heat Control System using NB-IoT

Abstract

사물인터넷이 활성화 되면서 많은 센서 디바이스들이 늘어나고 있다. 센서들은 네트워크 유선망을 설치하여 사용하거나 이동통신망을 사용할 수 있다. 이동통신망은 전송률 관점에서 볼 때 크게 고속 통신과 저속통신 두 가지로 분류 할 수 있다. 이동 통신망에서 수억 개의 센서들의 경우 고속 통신을 사용하기에는 자원 낭비가 심하게 발생하게 된다. 이러한 자원을 낭비하지 않고 전송 속도를 줄이고 자원을 적절히 할당하여 이용할 수 있는 통신이 필요하다. 최근 이동통신에서 저전력 기술 중 하나인 협대역 인터넷(NB-IoT)이 여러 기업에서 각광받고 있다. 현재 NB-IoT 또는 기타 저전력 통신들만이 빠르게 늘어나는 센서 디바이스들을 인터넷에 연결시킬 수 있는 가능성을 가지고 있다고 볼 수 있다. 본 논문에서는 화웨이 NB-IoT 통신 모듈을 이용한 히터 제어 장치, 제어 장치의 정보를 수집하는 서버, 장치에 기본 설정을 할 수 있는 응용프로그램을 설계 및 구현하였다. 이 시스템의 주요 기능은 온도 및 히터 상태 수집하여 서버에 주기 보고, 서버에서의 히터 제어, 히터가 자동으로 동작하기 위한 파라미터 설정이 있다. 본 시스템은 히터뿐만 아니라 도로 정보, 스마트 농업, 소규모 저수지 등 유선 통신이 구축 되지 않은 곳에 응용할 수 있다.

Internet of thing becomes more active, many sensor devices are increasing. Sensors can use network wired network or use mobile communication network. From the viewpoint of the transmission rate, the mobile communication network can be roughly divided into two types of high-speed communication and low-speed communication. In the case of hundreds of millions of sensors in the mobile communication network, resources are wasted to use high-speed communication. Communication is required to reduce the transmission rate and appropriately allocate resources without wasting such resources. As the Internet of Thing has been activated, Narrowband Internet of Thing(NB-IoT), which is one of the low-power technologies in recent mobile communications, is in the spotlight from various companies. Currently, it can be seen that only NB-IoT or other low power consumption communication has the potential to be able to connect to the Internet with rapidly increasing sensor devices. In this paper, we designed and implemented a heater controller using Huawei NB-IoT communication Module, a server that collects controller information, and an application that allows default settings for devices. The main function of this system is to collect temperature and heater status and give it to the server, control the heater from the server, and set parameters for the heater to operate automatically. The system can be applied to places where wired communication is not established, such as road information, smart agriculture, and small reservoirs as well as heaters.

그림 2. USIM 및 기타 장치 회로도 Fig. 2. USIM and Other Device Schematic

그림 3. NB-IoT 모듈 부 회로도 Fig. 3. NB-IoT Module Part Schematic

그림 4. 통신 모듈 전원부 회로도 Fig. 4. Power Part Schematic

그림 5. MCU 부분 회로도 Fig. 5. MCU Part Schematic

그림 6. 출력 부분 회로도 Fig. 6. Out Part Schematic

그림 7. PCB 제작 Fig. 7. PCB Product

그림 8. 펌웨어 순서도 Fig. 8. Firmware Flowchart

그림 9. 히터 시스템 순서도 Fig. 9. Heater System Flow Chart

그림 10. 통신 설정 프로그램 Fig. 10. Communication Settings Program

그림 11. 관제 시스템 Fig. 11. Monitoring System

그림 13. 히터 동작 그래프 Fig. 13. Heater operation graph

그림 1. 시스템 블록도 Fig. 1. System Block Diagram

그림 12. MCU 통신 로그 Fig. 12. MCU Communication Log

표 1. 주요 AT CMD Table 1. Primary AT CMD

표 2. 데이터 패킷 구조 Table 2. Data Packet Structure