Texas Instruments Innovation Challenge Korean BoosterPack Design Contest 2014 최종리포트 TI LaunchPad 용 Share Block Share Block for TI LaunchPad 소속 - 한림대학교

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1 Texas Instruments Innovation Challenge Korean BoosterPack Design Contest 204 최종리포트 TI LaunchPad 용 Share Block Share Block for TI LaunchPad 소속 - 한림대학교전자공학과 / 성명 - 문유신, 김정민, 이경호 Hallym University the Department of Electronic Engineering / Mun yusin, Kim Jungmin, Lee Kyungho 개요 프로젝트개발동기현재설계되어있는 MSP430 LaunchPad 에여러가지다양한 BoosterPack 을위혹은아래에결합하여사용하는것은상당히물리적인제한점이있다. 현재 MSP430 LaunchPad 용 BoosterPack 은전자에서언급했듯이 LaunchPad 의상부면이나하부면에각 고유한기능의 BoosterPack 을결속하여사용하는방식이다. 그러나이러한방식으로 겹겹이쌓아나가는결속방법은다수의 BoosterPack 을사용하게될경우에화면표시기의가림이발생하거나여러 BoosterPack 에장착되어있는부품들의높이가있기때문에사용상상당한제한점이발생하게된다. 현재 LaunchPad 와 Booster Pack 의결속의문제점을구체적인예를들어설명하면, LCD 표시기가장착된 BoosterPack 과 Matrix 방식의 Key Pad 가장착된 BoosterPack 을동시에사용할경우결속된상황에따라 LCD BoosterPack 의 LCD 창을원활하게보지못하게

2 되거나혹은 Matrix 방식의 Key Pad BoosterPack 의 Key 누름동작을할수없는상황이 발생하게된다. < 그림 - 현재 LaunchPad 와 Booster Pack 의결속방법 > 이러한문제점을해결하고, 기존에 TI LaunchPad 용 BoosterPack 를호환하여사용할수있으며, LaunchPad 에복잡한회로연결을회피하여 LaunchPad 의저변확대를위해서 TI LaunchPad 용 Share Block 프로젝트를진행하게되었다. 이프로젝트는제품명 MSP-EXP430F5529LP MSP430F5529 USB LaunchPad Evaluation Kit 와고유한기능을가지고있는 BoosterPack 과의쉬운연결성및교육교보재로 사용할때펌웨어개발에편리함을보장해주는 LaunchPad 용 Share Block 개발 프로젝트이다. 개요 2 Share Block 소개 Share Block 은상기명 LaunchPad 의총 40 개로인출되어있는핀헤더를 4 방 (Share Block 을지면에놓은후바라본상태에서상, 하, 좌, 우 ) 으로분배할수있도록 구성되어있다. 이러한구조를이용하게되면, LaunchPad 가장착된 Share Block 의주변 4 방에다른기능을갖는 Share Block 을연이어붙여마치블록을조립하듯이사용하고자 하는기능의 BoosterPack 갖다붙여편리하게사용할수있다.

3 뿐만아니라 BoosterPack 을 LaunchPad 에쌓는기존의방식에비해서남는여분의핀헤더를목적에맞게사용할수있고, LunchPad 가단순히간단한동작만을시험적으로테스트하는 Test Target Board 에그치지않을것이다. 또 LaunchPad 의사용자타깃분석을자체적으로해본결과 LaunchPad 는대학혹은그에준하는교육기관에서임베디드교육목적으로사용할가능성이높은바전자회로나임베디드관련분야에다소생소한사람들도간단하게 Share Block 을갖다붙인후펌웨어소스코딩으로임베디드시스템에입문할수있는좋은교육용교보재가될것이라판단된다. < 그림 2 - Share Block 이적용된 LaunchPad 와 Share Block 의 Concept > 이런 Share Block 을기초로하여각각의고유한기능을갖고있는다양한 Share Block 을 그림 3 에나타내었다. LaunchPad 와함께사용할수있도록우선적으로문자 LCD 표시기를내장한 CLCD Share Block, Matrix 방식의 Keypad 를내장한 Keypad Share Block, Analog to Digital Converter 활용을위한 ADC Share Block, Blue-Tooth Module 과 Zigbee Module 을탑재한 Wireless Communication Share Block, RFID 수신기를탑재한 RFID Share Block, Bread Board 를장착하여손쉽게추가적전자회로를구성할수있는 DIY Share Block, MSP430F5529 LaunchPad 를장착하여전자에소개한 Share Block 을제어할수있는 LaunchPad Share Block 을제작하였다.

4 < 그림 3 다양한기능을각 Share Block 에설계한 Share Block Concept Design > < 그림 4 RFID 카드인식도어락에필요한 Share Block 을모아구성한도어락 > 다양한 Share Block 을이용하여 LaunchPad 를사용하는사용자가생각하는다양한 아이디어를손쉽게구성할수있는예시를 그림 4 에나타내었다.

5 Share Block 에대한보다상세한설명은 본문 에서이어나가도록하겠다. 본문 PCB 회로설계본프로젝트를시작하며 PCB 회로를설계하여사용하기로결정하였다. 기본적으로한 Share Block 을제작하는데총 200 개의구멍에납땜을하고이를배선하는작업이매우비효율적이기때문에 Proteus 7 의 ARES 툴을이용하여 PCB 회로를설계하는작업을진행하였다. Share Block 의핵심은 LaunchPad 에외부로인출된 40 개의핀헤더를상, 하, 좌, 우방향의모든핀헤더들과서로공유하는상태가되어야하고, 동시에 PCB 제작단가를낮추기위해 2-Layer 방식으로설계를하였다. < 그림 5 Share Block 의 PCB 설계모습 > 위 그림 5 는 Share Block PCB 의모습을나타낸다. LauchPad 와직접적으로연결되는 각각의핀마다 LaunchPad 의외부인출핀의번호를적어다른 Share Block 에서사용시

6 포트를쉽게찾을수있도록라벨을달아주었으며네방향의모든포트가대응되도록 MCU 에서나가는핀들이연결되어있다. < 그림 6 PCB 회로도의 3D Visualization > 위 그림 6 은설계회로를바탕으로 PCB 의실제제작된모습을 3D Visualization 한 모습이다. PCB 의크기는가로, 세로 80mm 인총넓이 80mm 2 이며재질은 FR-4 를사용하고 HASL 처리를하는것으로제작업체에의뢰를하였다.

7 < 그림 7 Share Block 의실제모습 > 이러한 Share Block 을기초로하여각각의 Share Block 들은고유한기능을갖게끔 다음에나타낸부품을이용하여 Share Block Part 를제작하였다. 본문 2 사용부품목록 번호 종류 품명 수량 비고 프레임 2T 투명아크릴 3T 포맥스 (Red) 2 Share Block 외장케이스제작용도 2 CLCD LMB64ADC-D (26) CLCD Share Block 3 4 가변저항스위치 RV09H-20SQ 0KΩ MR2-0-C3-BR 5 빵판 브레드보드 80 DIY Share Block 온도센서 CDS 가변저항 IR 수광 38KHz 블루투스모듈 XBee 모듈 LED RFID 리더기 LED 3X4 Keypad 저항 LM35DZ LLS05-A RV09H-20SQ 0KΩ LTOP-ML38ATH HC-06 Xbee 3 파이고휘도 LED 반투명 UST-RFID 3 파이고휘도 LED 반투명 NT-804AN-BW Keypad Matrix 300K Resister ADC Share Block ADC Share Block Wireless Communications Share Block RFID Share Block Keypad Share Block 7 MCU MSP430F5529 LaunchPad Share Block 8 PCB Share Block PCB 7 9 핀헤더 핀헤더 Dual 2x40Pin Straight(2.54mm) 5 20 핀헤더 핀헤더 Dual 2x40Pin Rightangle(2.54mm) 5 2 핀헤더소켓 핀헤더소켓 Dual 2x20 Rightangle(2.54mm) 20 본문 3 사용부품목록 Share Block 은 CLCD Share Block, Keypad Share Block, ADC Share Block, RFID Share Block, Wireless Communication Share Block, DIY Share Block, LaunchPad Share Block 으로총 7 개의 Parts 로구성되어있다.

8 < 그림 8 MSP430F5529 LaunchPad 를탑재하는 LaunchPad Share Block > LaunchPad Share Block 은 Share Block 의 USB 단자위치부분에구멍을뚫어 Micro USB 를연결하여 PC 에설치되어있는 Code Composer Studio 나 Energia 로의개발이가능하도록제작했다. 좌측면, 우측면, 하측면에핀헤더와헤더소켓을위치하여 USB 단자기있는면을제외한어떤면으로도 Share Block 의부착이가능하다. < 그림 9 문자 LCD 표시기를탑재한 CLCD Share Block > CLCD Share Block 은가변저항을장착해문자의밝기조절이가능하도록제작했다. 좌측에 ON/OFF 스위치를사용하여 CLCD 의전원연결을선택할수있다. 이는 CLCD Share Block 이다소전력소모가크기때문에이와같이설계하였다. 따라서 CLCD Share Block 을연결하였어도그사용여부를 ON/OFF 스위치로선택할수있다.

9 < 그림 0 - Matrix 방식의 Keypad Share Block > Keypad Share Block 은 Block 내부에 Pull-up Resistor 회로를구성하여외부에서는 Keypad 만보이게제작했다. 3 개의 Column 을 Enable 시키며 Polling 방식으로입력을받는다. < 그림 Bread Board 를탑재한 DIY Share Block > DIY Share Block 은 Block 에 Bread Board 를부착시키고, Bread Board 의좌, 우측에핀헤더소켓을부착하여핀들을보다편하게사용할수있도록한다. 좌측은 PORT~3 이위치하고, 우측에는 PORT4, Port6~8 과전원으로사용하는 5V, 3.3V, GND 로구성되어있다.

10 < 그림 2 Blue-Tooth 와 Zigbee Module 을탑재한 Wireless Communication Share Block > Wireless Communication Share Block 은 Block 내부에 Blue-tooth 와 Zigbee Module 을내장했다. 외부는전원상태 LED 와 Status LED 를장착했고, Toggle 스위치를사용하여 Blue-tooth 와 Zigbee Module 을선택적으로사용할수있도록제작하였다. < 그림 3 RFID 수신기를내장한 RFID Share Block > RFID Share Block 은외부에 RFID 안테나가위치하고, 3 개의 LED 로상태를표시하도록 제작했다. 3 개의 LED 는대기, 확인, 오류를표시한다. 소프트웨어적으로등록한카드를

11 Tag 하게되면좌측의 Green LED 를점멸하고, 등록되지않은카드를 Tag 할경우에는 우측의 Red LED 를점멸하도록제작했다. 평시에는 Yellow LED 를켜게된다. 본문 3 Share Block 의활용 제작한 Share Block 은 L 사의블록장난감과같이핀을삽입하여조립이가능하다. 회로 구성이비교적쉽기때문에회로제작에익숙하지않은사용자들도단몇분이면사용법을 숙지하고, 손쉽게사용을할수있다. < 그림 4 Share Block 들로만구성한 RFID 디지털도어락구성 > 위사진은각종 Share Block 을활용하여 RFID 카드디지털도어락에필요한회로및부품구성을 Share Block 으로구현한모습이다. 문개폐여부를확인하는 CLCD 와, 비밀번호입력에필요한 Keypad, RFID 를연결했다. 사용하는핀은겹치지않도록하여다수의 Share Block 을연결하여사용하는데무리가없도록제작할수있다. 결론 프로젝트보완점

12 기존네오디움자석과접촉단자를이용하여 Share Block 간의연결이쉽고간단하게될수있도록제작을기획하였으나, 원하는모양의접촉단자부품을국내에서는물론해외에서도구입할수없었으며, 이러한관계로차선책인핀헤더를이용하여연결이가능하도록제작을하였다. 이는 Share Block 간의연결이다소불편해지는결과를가져왔다. 예를들어 Share Block 을일직선상으로연결할경우에는연결에큰어려움이없지만정사각형모양으로연결또는분리시어려움에대한보완점이있으나, 이는연결단자를헤더가아닌접촉단자로연결하게되면해결될것으로보인다. 결론 2 맺음말 이번 TI BoosterPack Design Contest 204 의프로젝트를진행하게되면서 TI LaunchPad 의유용하고편리한사용에관한여러가지아이디어의생각과향후 TI LaunchPad 가현재 Arduino 플랫폼이점령한인터렉티브임베디드시스템분야에서새로운강자로발돋움하여전기전자를전공하는학생들혹은임베디드시스템에대하여관심이많은많은사람들에게호평을받으며손쉽게사용될수있게끔추가적인하드웨어설계가되어시판되었으면하는우리의생각을이프로젝트에녹여낼수있어서좋았다. 이프로젝트를준비했던우리팀이생각했던 TI LaunchPad 는앞으로 From Concept to Completion! 으로생각에서바로결과물이나올수있는그런간단한하드웨어의연결, 이를이용한 Wiring 과 Arduino 컴파일러와상당부분호환되는편리한펌웨어제작 컴파일러인 Energia 를통하여이뤄졌으면좋겠다. 끝으로이러한프로젝트를진행할수있도록 TI BoosterPack Design Contest 204 에 대한소식을전해주신전자공학과이선우교수님과우리팀에게프로젝트도전의기회를

13 주고 LaunchPad 를지원해준 Texas Instruments Korea 의해당부서관계자여러분들에게 감사의인사를올린다. 결론 3 참고문헌. TED 강의 - Ayah Bdeir: Building blocks that blink, beep and teach( 관련동영상링크 : 2. LM B64ADC-D (26) Datasheet 3. LM35DZ Datasheet 4. LLS05-A Datasheet 5. Blue-Tooth Slave Module HC-06 Datasheet 6. UST-RFID Datasheet 7. NT-804AN-BW Keypad Matrix Datasheet 결론 4 시연동영상 시연동영상링크 : youtu.be/eyunyflmss8

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