보트용 GPS 타이밍 환기 시스템 제작: PIC16F628A로 릴레이 구동 팬 제어

선실 습기 제거를 위한 신뢰성 높은 GPS 제어 팬 제작하기. PIC16F628A 마이크로컨트롤러, 릴레이, 12V 배터리, LCD 디스플레이를 사용합니다.

좁고 습한 공간에서는 환기가 필수적입니다. 적절한 공기 흐름 없이 습기가 쌓이면 곰팡이와 균류의 온상이 됩니다. 목재 표면이 많은 제 보트에서 저는 단순하면서도 효과적인 해결책을 설계했습니다: 일정 스케줄로 작동하는 릴레이 구동 팬을 자동차 배터리로 구동하고, 정확한 타이밍을 위해 GPS 모듈로 관리합니다.

제어된 환기가 중요한 이유

작은 방에서 정체된 공기는 결로를 유발합니다. 시간이 지나면 이 습기가 곰팡이 성장을 촉진해 목재를 손상시키고 공기질을 저하시킵니다. 정기적인 청소로 완화할 수 있지만, 환기 자동화가 더 일관되고 유지보수가 적은 접근법입니다.

시스템 개요

팬은 다음을 수행해야 합니다:

• 공기를 효율적으로 순환시킬 것
• 일정한 스케줄로 자동 작동할 것
• 12V 자동차 배터리에서 전력을 공급받을 것
• 팬이 꺼져 있을 때 전용 충전기로 배터리 충전할 것
• LCD에 현재 시간과 상태 표시할 것

주요 구성품:

• 12V 4.5A 팬
• PIC16F628A 마이크로컨트롤러
• 12V 배터리와 충전기
• 릴레이 2개 (팬 제어용 & 충전기 제어용)
• GPS 모듈 (Skylab SKM53 시리즈)
• LCD 디스플레이
• 퓨즈 (12V, 8A)
• 각종 저항, 커패시터, 커넥터

팬은 매시간 5분간 작동하며, 이 값은 펌웨어에 하드코딩되어 있습니다. 팬 작동 시 충전기 릴레이를 비활성화해 과충전을 방지하고, 팬 정지 시 릴레이를 다시 활성화해 배터리를 완충 상태로 유지합니다.

Skylab SKM53을 이용한 GPS 타이밍

SKM53은 매초 UART로 NMEA 문장을 출력합니다. RMC 문장에서 현재 UTC 시간을 추출합니다. 예시:

$GPRMC,075747.000,A,2233.89990,N,11405.3368,E,3.9,357.8,260210,,,A*6A

처음 여섯 자리(075747)가 07:57:47을 나타냅니다. 세 번째 콤마 뒤의 상태 필드('A' 또는 'V')가 유효한 고정 여부를 나타냅니다. 펌웨어는 이 플래그를 확인한 후 타임스탬프를 사용합니다.

안정적인 직렬 통신을 위해 데이터시트는 RXD와 TXD에 10kΩ 풀업 저항과 디커플링 커패시터(10µF 전해 + 0.1µF 세라믹)를 권장합니다. 브레드보드에서는 0.1µF 세라믹 하나만 사용했는데 불안정함은 없었습니다.

Skylab 데이터시트(PDF) 발췌 화면.

블록 다이어그램

시스템을 개별 블록으로 시각화하면 트러블슈팅과 회로도 작성이 간편해집니다.

하드웨어 설계

회로도는 블록 다이어그램을 따르며 각 구성품의 연결을 보여줍니다.

단순함을 위해 LM7805 선형 레귤레이터를 선택하고 추가 평활 커패시터를 달아 발진을 방지했습니다. 최신 스위칭 레귤레이터가 효율은 더 좋지만, LM7805의 신뢰성과 수중에 있는 부품으로 실용적인 선택이었습니다.

모든 부품은 견고한 PCB에 장착했으며, 팬과 충전 회로 각각에 12V 8A 퓨즈를 달아 안전성을 확보했습니다.

펌웨어 구조

C 소스는 주석이 잘 달려 있고 명확한 구조를 따릅니다:

1. 라이브러리 포함 및 컨피규레이션 비트 설정
2. 상수 정의 (크리스탈 주파수, 포트 할당)
3. 전역 변수 선언
4. 함수 프로토타입
5. 인라인 주석과 함께 함수 구현
6. 메인 루프 진입: GPS 데이터 읽기, 타이머 관리, 릴레이 토글

예: UART 초기화.

// UART 포트 초기화 함수
void uart_init(void) {
  TXSTAbits.BRGH = 0; // 고속 보레이트 비활성화
  TXSTAbits.SYNC = 0; // 비동기 모드
  TXSTAbits.TX9 = 0;  // 8비트 전송
  RCSTAbits.CREN = 1; // 연속 수신 활성화
  /* 보레이트 계산 (16MHz 크리스탈, 9600bps):
   * SPBRG = (16MHz / 9600) / 64 - 1 = 25 */
  SPBRG = 25;
  PIE1bits.RCIE = 1;  // UART 수신 인터럽트 활성화
  RCSTAbits.SPEN = 1; // 직렬 포트 활성화
  TXSTAbits.TXEN = 1; // 전송 활성화
}

전체 소스 다운로드: jc_lettheairflow.c.zip.

결론

정확한 타이밍을 위한 GPS 모듈, 전력 관리를 위한 릴레이, 휴대성을 위한 12V 배터리를 통합해 이 시스템은 보트 선실을 건조하고 곰팡이 없는 상태로 유지합니다. 설계는 모듈화되어 있어 날짜 표시나 추가 센서 연동 등으로 쉽게 확장 가능합니다.

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