THine Value 라즈베리파이와 카메라의 케이블 접속을 연장하는 키트 산업용 IoT의 프로토 타이핑을 가속

2021.05.24
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싱글보드 컴퓨터Raspberry Pi라즈베리파이, 라즈파이)」를 모르는 전기/전자 기술자는 없다고 해도 과언이 아닐것이다. 본래 교육용으로 개발되었으나, 현재는 전자공작등과 같은 취미용도나 전자기기의 프로토 타이핑(시제품용도로 폭넓게 활용되고 있다. 최근에는 전자기기의 프로토 타이핑 용도로 사용되는 케이스가 급증 하고 있다. 유저에 따라서는 라즈베리 파이로 개발한 장치를 그대로 실제IoT시스템에 적용하는 사용방법도 당연시 되어가고 있다고 한다.

왜 그런것일까? 이유는 3가지가 있다. 그중 1가지는 산업분야에서의 IoTInternet of Things기술적용이 급속하게 늘고있다는점IoT시스템은, 각종 센서에서 데이터를 수집하여 그 데이터를 생산효율 개선 및 인건비 삭감등에 활용한다. 그러기 위해서는 센서에서 취득한 데이터를 처리하여 호스트에 보내는전자기기가 필요해진다. 하지만, 그 전자기기를 처음부터 개발해서는 너무 많은 시간과 비용이 들기 마련이다. 손쉽게 개발가능한점이 수천엔에 구매가능한 Raspberry Pi가 선택되는 이유다.
 2번째 이유는, Raspberry Pi의 신뢰성이 개선 되었다는점이다. 아무리 저가이면서 손쉽게 개발할수 있더라도, 신뢰성이 너무 낮으면 시제품에만 사용되고, 실제 산업분야 IoT시스템에는 적용되지 않는다. Raspberry Pi는 사양이 갱신되어 새로운 제품이 출시될때마다, 신뢰성이 개선되고 있다. 특히, 최신제품인Raspberry Pi 4 Model B에서는 산업분야에서의 채용이 가능한 레벨까지 신뢰성이 높아졌다라고 한다.
 3번째 이유로는, 유저포럼의 존재다. 유저포럼이 정비되어 있다보니, Raspberry Pi를 이용할때 필요한 많은 정보들이 집결되어 있다. 사용시에 어떤 문제에 봉착되어도 해결의 실마리가 될 정보를 찾아낼 가능성이 높다. 때에 따라서는 온라인에서의 서포트도 받을수 있다. 이러한 3가지 이유로 인해, 산업분야용 IoT시스템에 있어서의 Raspberry Pi로 개발한 시제품을 그대로 활용하는 사용방법이 가능해진것이다.


접속가능한 거리가 너무 짧다

현재의 Raspberry Pi에서는, 산업분야향  IoT시스템으로서 사용하는 환경에 따라 성능이나 사양이 충분하지 않는 경우가 있는것도 사실이다.
산업분향 IoT시스템에서는 센서에서 취득한 영상 데이터를 대상으로 하는 케이스가 많다. 하지만, Raspberry Pi단품에서는 카메라 모듈과 접속가능한 케이블의 길이가 최대 20cm30cm정도로 매우 짧다. 이 정도 거리로는 용도가 한정적일수 밖에 없다.
예를들어, 농업용 IoT시스템에서는 작물의 육성상태를 카메라 모듈로 촬영하여,  영상을 원격으로 감시하고, 어떤 문제가 발견되었을때, 담당자가 현장에 가서 대책을 강구한다. 하지만, 케이블이 최대 20cm30cm로는 선반위에서 키우는 포도나 복숭아, 배등과 같은것을 감시하는것은 어렵다. 선반의 높이는 농장에 따라 다른데, 2m정도가 일반적이기 때문에, 지상에 둔 Raspberry Pi와 선반위의 설치된 카메라 모듈과의 접속을 할수 없기 때문이다. 4m정도의 긴 케이블을 준비해서, Raspberry Pi와 카메라 모듈을 억지로 접속하면 영상신호는 보낼수 있겠지만, 영상에 많은 노이즈가 들어와, 이것으로는 작물의 육성상태를 감시한다라는 목적을 실현할수는 없게 된다.
물론, Raspberry Pi와 카메라모듈을 하나의 케이스에 넣어서, 선반위에 설치하면, 케이블 길이문제는 해결된다. 하지만, 그 케이스를 설치할수 있는 장소가 제한적일수 밖에 없어, 근본적인 해결방법이 되지는 않는다.


V-by-One HS신호를 활용

케이블에 대한 문제를 해결하기 위해 자인일렉트로닉스에서는 Raspberry Pi와 카메라 모듈과의 접속거리를 최대 15m까지 늘릴수 있는 장거리 전송 키트를 개발 하였다그림1). 이 장거리 전송키트의 정식명칭은 Cable Extension Kit for Raspberry Pi Camera, 제품의 품명은THSER101이다.

 
그림최대15m의 영상데이터 전송이 가능

고속인터페이스 기술V-by-One HS을 이용한다. 장거리 전송키트의 구성을 그림2로 나타내었다. 카메라모듈에는 송신보드를 접속하고, Raspberry Pi에는 수신보드를 접속한다. 송신보드에는 MIPI CSI-2신호를 V-by-One HS신호로 변환하는 트랜스미터시리얼라이저ICTHCV241A를 탑재하고 있고, 수신보드에는 V-by-One HS신호를 MIPI CSI-2신호로 변환해주는 리시버디시리얼라이저ICTHCV242를 탑재하였다.
송신보드와 수신보드 사이는 이더넷 케이블CAT5e로 연결한다. 표준적인 케이블 을 사용하였을 경우의 전송 가능거리는 15m인데실드처리한 고품질 케이블을 사용하면 20m정도의 전송도 가능해진다. 또한, MIPI CSI-2신호와 V-by-One HS신호의 변환에 필요한 시간은 거의 없으므로, 카메라모듈에서 촬용한 영상을 리얼타임으로 Raspberry Pi에 보낼수 있다.

 
그림2 「Cable Extension Kit for Raspberry Pi Camera」의 시스템구성
 

현시점에서는, Raspberry Pi 4 Model BRaspberry Pi 3 Model B+라는 2가지 모델에서 동작확인이 되었다. 기타 모델에 대해서도 동작할 가능성이 매우높다」 (자인일렉트로닉스 의견
한편, 대응하는 카메라 모듈은 2종류가 있다. 2종류 모두 Raspberry Pi전용 카메라 모듈이다. 한가지는Raspberry Pi High Quality CameraHQ카메라)」이다. 화소수는 1230만화소이며, 최대 50프레임/초 대응 가능하다. 또한가지는 Raspberry Pi Camera Module V2V2카메라)」이며, 800만화소로 최대 30프레임/초 대응이 가능하다. 2013년에 발매된 기존의 Raspberry Pi전용 카메라모듈Raspberry Pi Camera V1.3V1.3카메라)」에 대해서는 , 동작하는 모드가 한정적이지만, 사용은 가능하다.그림3)

 
그림3 V1.3카메라의 동작이 확인된 모드
 

Raspberry Pi전용 카메라모듈 이외에는 사용할수 없다. Raspberry Pi에는 카메라 모듈의 인증기능이 탑재 되어있기 때문이다. 이로인해 전용 카메라모듈 이외 에는 접속 할수없다.

프로그래밍은 일체 불필요

 발매한 Cable Extension Kit for Raspberry Pi Camera에서는 송신보드와 수신보드외에,
카메라모듈이나 Raspberry Pi와 접속하는 FFC(Flexible Flat, CAT5e 케이블케이블
길이는 2m, Raspberry Pi에 수신보드를 고정시키는 부자재등이 동봉되어있다.
그림4)

 
그림Cable Extension Kit for Raspberry Pi Camera」 동봉품

 소프트웨어 개발은 일체 불필요하다. 카메라모듈의 각종 데이터를 읽어, 전송에 필요한 파라메터를 자동적으로 설정하는 기능을 탑재했기 때문이다. 이 때문에 구입하면 바로 사용을 시작할수 있다.
또한, 이미 시장에서는 Raspberry Pi와 카메라 모듈을 접속하는 케이블 길이 연장의 장거리 전송키트가 발매되고 있다. 예를들면, MIPI CSI-2신호를 HDMI케이블로 전송할수 있도록 하는 기능의 제품이다. MIPI케이블보다 HDMI케이블이 장거리 전송에 적합하기 때문이다. 하지만 이장거리 전송키트를 사용해도 5m정도밖에 연장할수 없다.
또한, 마이크로파 대역의 신호전송에 사용되는 SMASub Miniature type A케이블을 이용하여 MIPI신호의 전송을 가능하게 한 장거리전송 키트도 있다. 이것을 사용하면 2m를 넘는 데이타 전송이 가능하다. 하지만, SMA케이블은 특수한것으로, LAN케이블CAT5e)과는 달리, 저렴하면서 손쉽고 입수하는것은 불가능하다.
Cable Extension Kit for Raspberry Pi Camera는 이미 판매가 시작되었다. 인터넷 온라인 판매점인 Digi-Key사의 웹사이트를 통해서 구입가능하다. 가격은  6943엔이다 202145일 시점)。
구입처는 여기에서

솔루션 비즈니스를 강화한다.

지금까지 자인일렉트로닉스는 반도체 IC의 개발/판매를 중심으로 한 비즈니스를 중점적으로 진행해왔으며, 반도체IC를 탑재한 키트나 솔루션의 개발/판매에 대해서는 주력하지 못했다. 반도체 IC를 구입하여 충분히 사용할수 있는 유저는 한정적이므로 지금까지 이상의 유저를 확보하기 위해서는 반도체 IC를 손쉽게 이용할수 있는 환경을 구축하는것이 필요하다. 그러한 발상에서 자인일렉트로닉스는 반도체 IC를 그대로 이용할수 있는 솔루션 비즈니스(키트 비즈니스에 착수했다.

이번에 발매한 Cable Extension Kit for Raspberry Pi Camera, 솔루션 비즈니스의 제1탄 제품이다. 앞으로 키트나 솔루션의 라인업을 확충해나갈 생각이다.예를들면  UVCUSB Video Class에 대응가능한 Web Camera등의 제품화를 검토하고 있다.

이상



※「Raspberry Pi」는Raspberry Pi 재단의 등록상표입니다.