THine Value 라즈파이용 카메라 연장키트가 가져다 주는 4개의 메리트. 다양한 산업용 IoT시스템의 실용화의 문을 열수있게 되다

2021.06.21
  • NEW
  • 기사
  • 칼럼

자인일렉트로닉스는 20213월에 싱글보드 컴퓨터「Raspberry Pi(라즈베리파이, 라즈파이)」와 카메라 모듈과의 접속거리를 대폭적으로 늘릴수 있는 장거리 전송키트 「Cable Extension Kit for Raspberry Pi Camera(제품품번은 THSER101)」를 발매 하였다.그림1지금까지의 Raspberry Pi단품으로는 카메라 모듈을 접속하는 케이블의 길이가 20cm~30cm에 불가했다. 하지만, 장거리 전송키트를 사용함으로써, 거리를 한번에 확장할수 있게 되었다. 표준의 이더넷 케이블「CAT5e」를 사용했을 경우, 최대 15m까지 가능하고, 실드처리된 고품질의 이더넷 케이블을 사용했을 경우 에는 최대 20m까지도 연장할수 있다.
 

 
그림1  라즈파이와 카메라의 접속거리를 최대 20m까지 늘릴수 있다.

이번 장거리 전송키트에 관한 업계 관계자나 유저평가는 상당히 높다. 예를들어, Raspberry Pi Foundation(라즈베리파이 재단이 발행하는 공식 매거진「MagPi」에 소개기사가 게제되는등 호의적인 평가를 받을수 있었다 , 그러한 평가를 받을수 있었을까? 그것은 아마도 장거리 전송키트가 가져다주는 메리트가 크기 때문일 것이다.
지난번 컬럼기사에서는, 최적의 어플리케이션의 대표사례로서, 포도나 복숭아, 배와 같은 비교적 높은 선반을 사용하여 작물을 재배하는 농장용 IoT(Internet of Things)시스템을 소개하였다. 선반의 높이는 농장에 따라 다르지만, 2m정도가 일반적이다. 이로인해 지상에 놓은 Raspberry Pi와 선반위에 설치된 카메라 모듈이 케이블로 접속할수 없다. 여기서 발매된 장거리 전송키트가 등장한다. 이것을 사용하면, 비교적 간단히 문제를 해결할수 있다.
물론, 장거리 전송키트의 메리를 느낄수 있는 어플리케이션은 농장용 IoT시스템 뿐만이 아니다. 이번 컬럼기사에서는 안전성」「경량화」「접근용이성」「안정성이라는 4개의 메리를 키워드로 하여 장거리 전송키트의 최적 어플리케이션을 4가지 소개하고자 한다.

 

Raspberry Pi, 활용예가 급증하는 3가지 이유

우선, 장거리 전송키트의 구체적인 솔루션을 소개하기전에, 산업분야에서 Raspberry Pi활용사례가 급속하게 늘고 있는 이유를 간단하게 정리해보자. 구체적으로는 3개의 이유가 있다고 생각할수 있다.

첫번째는, 가격이 저렴하다는 점이다. 산업용 IoT시스템에서는 각종센서에서 데이터를 모아서 그 데이타를 생산효율 개선이나 인건비 절감에 활용한다. 그렇게 하기 위해서는 센서에서 취득한 데이타를 처리하여, 호스트로 보내는 전자기기가 필요하다. 하지만, 이 전자기기를 처음부터 개발해서는 꽤 많은 시간과 비용이 든다. 가능한 간편하게 개발하고 싶다. 여기서 수천엔에 구입가능한 Raspberry Pi를 이용하는 케이스가 급증하고 있는것이다.

두번째는, 노하우의 입수성이 높다는 점이다. Raspberry Pi에서는 유저포럼가 정비되어 있어, 이곳에 다양한 정보가 집결되어 있다. 사용시에 어떤 문제에 봉착해도, 해결의 실마리가 될 정보를 찾아낼 가능성이 높다. 때에 따라서는 유저포럼의 사이트에 질문을 던지면, 전세계의 유저로부터 회답을 받을수 있다.

세번째는, 에코시스템이 정비되어 있는점이다. 예를들어, 카메라모듈이나 무선통신 모듈, 디스플레이, microSD카드리더, 온도/습도/초음파/회전각 센서등의 주변기기가 준비되어 있어, Raspberry Pi에 간단하게 접속하여 사용할수 있다. 또한, OS에 대해서도 공식OS「Raspberry Pi OS」외에,「NOOBS」「Ubuntu(MATE)」「Windows 10 IOT Core」등이 준비되어 있다. 어떤 어플리케이션에 활용하든, 그것을 실현할때 필요한 하드웨어와 소프트웨어가 갖춰져 있다는 이야기다.

또한, 이번에 발매한 장거리 전송키트에 접속할수 있는 카메라모듈은 「Raspberry Pi High Quality Camera(HQ카메라)」「Raspberry Pi Camera Module V2(V2 카메라)」 2종류다. 전자는 화소수가1230만화소이고, 최대 50프레임/초 까지 대응가능하고, 후자는 800만화소이고, 최대 30프레임/초까지 대응가능하다.

메리트①:안전성

이제부터 발매된 장거리 전송키트「Cable Extension Kit for Raspberry Pi Camera」의 최적
어플리케이션의 4개의 메리트를 키워드로 소개해보자.
첫번째 키워드는안전성이다.그림2일반적으로 카메라모듈은 용도가 결정되면 최적의 설치위치는 자동적으로 결정된다. 예를들어, 감사카메라의 경우, 감시의 대상이 되는 공간전체를 촬영할 필요가 있기 때문에, 천장이나 천정주변의 측벽과 같은 높은곳에 설치를 해야 한다. 이때 Raspberry Pi단품으로는 카메라모듈과의 거리를 20cm~30cm밖에 떨어뜨려놓을수 없어, Raspberry Pi도 카메라모듈과 같은 높은 장소에 같이 설치할수밖에 없게 된다.

 
그림2 안전성감시카메라

이때 문제가 되는것은 안전성이다. 문제가 생기거나 고장으로 인한 유지보수가 필요
하게 되었을때, 담당자는 사다리에 올라 높은장소에서 작업하지 않으면안된다.
물론, 
일반주택이라면 높이가 그다지 문제가 되지 않을것이다. 하지만, 공장이나 쇼핑센터 등과 같은곳은 천정이 상당히 높다. 그러한 높은곳에서의 작업은 상당히 위험하다. 어떤 사고나 사다리에서 떨어지게 된다면 부상을 입을 위험성이 높다.
이 문제는, 이번에 발매한 장거리 전송키트를 사용하면 해결할수 있다. Raspberry Pi
카메라모듈과의 거리를 최대 20m까지 늘릴수 있어, Raspberry Pi를 지상에 놓여져 있는 테이블이나 책상위에 설치할수 있기 때문이다. 유지보수 작업시 위험성을 일체 배제 할수 있다. 위험했던 작업이 안전한 작업이 된다는 이야기다.

 

메리트②:경량화

두번째 키워드는 경량화이다.그림3서두에 언급한대로 카메라 모듈의 최적의 설치위치는 용도가 결정되면 자동적으로 결정되게 된다. 로봇팔은 물건을 잡는 손끝을 촬영하지 않으면 안된다. , 카메라 모듈은 로봇팔의 끝단에 가까운 위치에 설치할 필요가 있다.
 
그림3 경량화로봇팔

여기서 문제가 되는것은, Raspberry Pi의 설치장소다. Raspberry Pi와 카메라모듈을 접속 하는 케이블의 길이가 20cm~30cm밖에 안되기 때문에 Raspberry Pi도 로봇팔에 설치할수밖에 없게 된다. 하지만, Raspberry Pi는 비교적 무겁다. V2카메라의 무게는 약4g(외형사이즈는 약2.5cm×2.4cm×0.9cm)이지만,「Raspberry Pi 4 Model B」는 그 12배인 약48g(9cm×5.5cm×1.8cm)이나 된다. 이 때문에, 로봇팔의 구동제어에 필연적으로 악영향을 미칠수밖에 없다. 최악의 경우, 물건을 정확하게 집어서, 소정의 위치에 이동시키는 작업이 안될지도 모른다.
이 문제도, 이번 장거리 전송키트를 사용하면, 해결가능하다. 케이블 길이는 최대 20m확보할수 있기 때문에, Raspberry Pi를 로봇팔이외의 장소에 설치할수 있게 되었기 때문이다. 카메라 모듈뿐 이라면 약4g정도로 상당히 가벼워, 이 때문에 로봇팔의 동작에 악영향을 미치지는 않는다.
 

메리트③:접근 용이성

 세번째 키워드는 접근 용이성이다.그림4 이 키워드에서 유추되는 최적의 어플리케이션은 지난번 컬럼기사에서 소개한 농업용 IoT와 동일하다. 하지만, 이번은 좀 다른 방향으로 소개하고 싶다.

 
그림4 접근 용이성과수원

 일반적으로, 과수원등을 대상으로 한 산업용 IoT시스템에서는 카메라모듈을 수m간격 으로 설치한다. 즉 카메라모듈의 사용대수가 많아, 다양한 장소에서 카메라를 설치 해야만 한다. Raspberry Pi단품에서는 카메라 모듈과 접속하는 케이블 길이가 20cm~30cm밖에 안되므로, Raspberry Pi는 카메라 모듈과 아주 가까운곳에 설치해야만 한다. 따라서, 유지보수나 영상데이터의 수집을 실시할때, 카메라모듈과 Raspberry Pi를 설치한 장소를 한곳씩 순회해야 하는 필요성이 있다.
본래, IoT시스템의 도입목적은 인건비 삭감이다. 그럼에도 불구하고, 설치장소를 한곳씩 순회하는 작업이 발생해서는 인건비의 삭감이 아닌 오히려 비용이 증가된다.
 여기서 발매된 장거리 전송키트가 필요하게 되는데, 카메라 모듈과 Raspberry Pi를 접속하는 케이블의 길이는 최대20m까지 늘릴수 있기 때문에, Raspberry Pi를 한곳에 모아서 설치할수 있다. 문제가 발생하거나, 고장이 났을 경우의 유지보수 작업은 매우 용이해지고, 영상데이터의 수집작업도 편해진다. 기대한 인건비 절감이 가능하다는 이야기이다.

메리트④:안정성

4번째 키워드는 안정성이다.그림5예를들어, 농약살포나 영화촬영, 측량, 화물배송등에 사용되는 대형 드론에는 2대의 카메라 탑재되어 있다.(스테레오 카메라)
대형 드론의 비행 안정성을 생각하면, 4g정도의 가벼운 카메라 모듈은, 기체의 비교적 앞단에, 48g정도의 무거운 Raspberry Pi는 기체의 중앙부에 두고 싶어한다.
무거운것은 중앙에 두는것이 밸런스 확보도 할수있고, 비행을 제어하기도 쉽기때문이다.

 
그림5 안정성드론

 그런데, 카메라 모듈과 Raspberry Pi을 연결하는 케이블 길이가 20cm~30cm밖에 늘릴수 없다. 물론, 대형 드론의 끝단에서 중앙부까지의 거리는, 제품에 따라 다르지만 20cm~30cm보다 짧은 케이스도 많을것이다. 하지만, 실제로 케이블은 드론중앙에 위치할 필요가 있다. 이 때문에, 20cm~30cm의 케이블 길이로는 부족하고, Raspberry Pi를 기체의 중앙부에 둘수없게 되는 사태가 발생된다.
 이 문제도, 장거리 전송키트를 사용하면 간단하게 해결할수 있다. 카메라 모듈과 Raspberry Pi를 접속하는 케이블의 길이를 최대 20m까지 늘릴수 있기 때문에, Raspberry Pi는 기체의 중앙부에 설치할수 있다. 이 때문에 대형드론의 비행자세에 영향을 미치지 않으며, 카메라모듈과 Raspberry Pi를 탑재할수 있게 된다.


 

컨셉검증(PoC)에 효과를 발휘

마지막으로, 산업용 IoT등과 같은 용도로, Raspberry Pi를 활용하는 케이스가 급중하고 있는 이유를 또하나 들어보자. 그것은, Raspberry Pi를 사용하면 컨셉 실제검증(PoC:Proof of Concept)」을 간편하게 실행할수 있다는점 이다.
본래 전자기기/시스템의 개발초기 단계는, 인적 리소스도 비용도 적다. 이 때문에, 반도체칩(IC)이나 프린트기판을 제조하거나, 금형을 작성하여 케이스를 만들거나 하는것은 현실적이지 않다. 이 때문에, 간단한 목업(Mock-up)으로 PoC를 실시하는 경우가 적지 않아, 이것으로는 좀처럼 검증의 정도를 높이기 쉽지 않은 실정이다.
하지만, Raspberry Pi를 사용하면, 소수의 인적리소스와 약간의 비용으로 실물에 가까운 시제품을 만들수 있다. 이것이라면, PoC검증 정도를 상당히 높을수 있을것이다. 이 결과, 시제품의 성능과 기능, 편의성등을 브러쉬업 할수 있게 되어, 양산품의 성공확률을 높일수 있게 된다.

자인일렉트로닉스에서는 이번에 발매된 장거리 전송키트「Cable Extension Kit for Raspberry Pi Camera」의 주요부품인 V-by-One HS대응 트랜스미터/리시버IC 「THCV241A/THCV242」판매도 실시하고 있다. 따라서, Raspberry Pi와 카메라모듈, 장거리 전송키트로 구성한 시제품을 사용한 PoC를 실시하여, 양호한 결과를 얻을수 있다면, 바로 양산으로 이행할수 있게 된다.
※「Raspberry Pi」Raspberry Pi재단의 등록상표입니다.