아두이노 MKR OTA 프로그래밍 – 음성 제어 및 부가 기능

부품 및 소모품

Arduino MKR1000	1개	모든 OTA 프로젝트에 필수. 아래 부품은 사용 사례/샘플(실내 온도조절기)용.
DHT11 온습도 센서 (4핀)	1개
릴레이 (범용)	1개
브레드보드 (범용)	1개

앱 및 온라인 서비스

Arduino IDE
Microsoft Azure (Azure IoT Hub)
Microsoft Visual Studio 2015 (UWP - Universal Windows Platform 사용)
Microsoft Project Oxford (Speech Recognition API)

프로젝트 개요

이 기여는 두 부분으로 구성됩니다.

1부: 재사용 가능한 컴포넌트 모음. 유용한 기능을 활용하는 다양한 IoT 프로젝트 구축을 위한 프레임워크 역할을 합니다:

OTA(Over-the-Air) 프로그래밍 – 아두이노 MKR1000에 컴파일된 바이너리 코드 업로드. 여러 방법 지원: LAN 내부에서 또는 인터넷을 통해, 안전하게, Microsoft Azure IoT Hub 경유.
Universal Windows Platform (UWP) 클라이언트 앱, 깔끔한 사용자 인터페이스. Azure IoT Hub를 통해 보드와 안전하게 통신.
음성 인식 (클라이언트 앱에서), Microsoft Project Oxford의 Speech Recognition API 활용. 음성 명령으로 Azure IoT Hub 경유해 보드 제어.

2부: 위 컴포넌트로 만든 사용 사례/샘플 – 폰(UWP 앱)으로 제어하는 실내 온도조절기. 컴포넌트 활용 예시로 제작했으며, 실제 우리 사무실에 설치해 현재 이 프로젝트로 사무실 난방 시스템을 제어 중입니다.

1부: OTA용 재사용 컴포넌트

OTA 작동 원리

다음 컴포넌트들을 개발했습니다:

아두이노 IDE용:

런타임 라이브러리. 펌웨어 업로드 및 복사 메커니즘 처리.
커스텀 "보드" 패키지. 라이브러리에 필요한 링커 관련 설정 포함.
아두이노 IDE 플러그인. 다운로드 신호와 컴파일된 바이너리 스케치(펌웨어) 전송. 보드, Azure IoT Hub, IoT 디스패처 서버 앱(아래)과 통신.

서드파티 서버(예: Microsoft Azure Web Site)에 설치:

IoT 디스패처, 펌웨어 저장 및 제공하는 PHP + MySQL 애플리케이션.

UWP 앱 작동 원리

개발한 내용:

C#으로 작성된 UWP 클라이언트 앱. Azure IoT Hub를 통해 보드와 통신, Microsoft Project Oxford로 음성 명령 인식. 다양한 프로젝트 시작점으로 활용 가능.

OTA 데모

2부: 사용 사례/샘플 – 실내 온도조절기

앞서 언급했듯 컴포넌트 조합으로 실제 프로젝트 구축 시연용으로 개발. 우리 경우 실제 운영 환경에 투입 – 사무실 난방을 이 프로젝트로 제어 중.

로직은 단순:

온도가 설정 온도 아래로 떨어지면 → 릴레이(난방) ON
온도가 설정 온도 이상이면 → 릴레이/난방 OFF
사용자 인터페이스/UWP 클라이언트: 상태 표시, 설정 온도 변경(텍스트 박스 또는 음성)

1. 프로젝트 제작 (하드웨어)

Fritzing 다이어그램 미제공 – 베타 MKR1000 사용으로 핀 레이아웃이 향후 변경될 수 있음.

2. OTA 및 Azure IoT Hub용 개발 환경 설정

Arduino IDE 설치, 최소 버전 1.6.7
Arduino SAMD Boards 설치. IDE에서: Tools > Board: ... > Boards Manager ... > "Arduino SAMD Boards" 선택
다음 라이브러리 다운로드 후 압축 해제: SKETCHBOOK_DIR (예: Documents/Arduino)/libraries: WiFi101, AzureIoT, RTCZero.

우리의 컴포넌트:

OTA 런타임 라이브러리 다운로드 후 압축 해제: SKETCHBOOK_DIR/libraries
커스텀 "보드" 패키지 다운로드. 디렉토리 생성: SKETCHBOOK_DIR/hardware/flower-platform. 여기에 압축 해제.
아두이노 IDE 플러그인 다운로드. 디렉토리 생성: SKETCHBOOK_DIR/tools. 여기에 압축 해제.

보안 OTA(인터넷/HTTPS)용:

IoT 디스패처 다운로드 후 PHP + MySQL 서버에 설치. 예: Microsoft Azure Cloud 배포 지침 제공.

3. OTA 테스트 드라이브

OTA 업로드 3가지 방법.

1) LAN 경유 OTA 시도: File > Examples > Arduino-FlowerOTA > WiFiOTA. "// CHANGE ME" 주석 달린 줄들 수정해 IP 주소, WiFi 파라미터, plain/ssl, 서버 서명 구성. 그런 다음 Flower Platform > Upload OTA ...

다음을 사용해야 함:

WiFiClient client;

그리고 (팝업 창의 "서버 서명" 참조):

ota.begin(&udp, &client, "1hvtdliHzKLjMykvfW1MfPwsFthUU/YfjN8fOZJ3Qhc=");

참고: 3가지 방법 모두 최초 1회는 USB로 업로드 필요. 그 후 원하는 방법으로 OTA 계속 사용 가능.

2) 보안 디스패처 경유 OTA 시도, 같은 파일 사용:

다음을 사용:

WiFiSSLClient client;

ota.begin(&udp, &client, "my-iot-dispatcher-upload-key"); // IoT 디스패처(PHP) 내 설정 참조

3) 보안 디스패처 + Azure IoT Hub 경유 OTA 시도. File > Examples > Arduino-FlowerOTA > WiFiOTA-AzureIoTHub. 역시 "// CHANGE ME" 주석 줄들 수정 필수.

4) 사용 사례/샘플: 실내 온도조절기 시도. 여기에서 이용 가능.

4. 사용자 인터페이스 테스트 드라이브 (UWP 앱 + Azure IoT Hub + 음성 인식)

UWP 프로젝트는 여기에서 이용 가능. Visual Studio 2015와 Windows 10 필요.

Azure 계정에 맞게 연결 파라미터 변경 필수:

SendCloudToDevice.cs

class SendCloudToDevice {
  // CHANGE ME: 아래 상수들을 Azure Portal 실제 값으로 교체
  private const string HOST = "???.azure-devices.net";
  private const string DEVICE_ID = "???";
  private const string DEVICE_KEY = "???";
  static string sharedAccessKeyName = "???";
  static string sharedAccessKey = "???";
}

ReadDeviceToCloud.cs

class ReadDeviceToCloud {
  private static string ConnectionString = "???";
  private static string eventHubEntity = "???";
}

이 코드는 다양한 프로젝트용 클라이언트 앱 시작점으로 활용 가능. 사용자 인터페이스만 본인 프로젝트에 맞게 조정하면 됨.

향후 계획

아두이노 MKR1000처럼 적절한 처리 능력과 SSL 통신 기능을 갖춘 보드는 메이커 커뮤니티에 큰 진전입니다.

이 프로젝트에서 시작한 작업을 계속해 Flower Platform IoT라는 온라인 서비스 개발 중 – IoT 프로젝트를 획기적으로 가속화할 것:

개발: OOP 컴포넌트와 그래픽 프로그래밍 언어 사용(손코드와 혼용 가능)
배포: OTA 활용

Flower Platform을 활용해 어린 아이들이 IoT 프로젝트를 만들고 프로그래밍하는 데 초점을 맞춘 재단 설립 계획.

코드

회로도

Fritzing 다이어그램 미제공 – 베타 MKR1000 사용으로 핀 레이아웃이 향후 변경될 수 있음.

알렉사 연동 USB 파워 스위치 – USB 기기 스마트 제어 스마트 샤워 레귤레이터 – 정밀 온도 제어용 신뢰성 높은 솔레노이드 밸브

제조공정

3D 프린팅

자동화 제어 시스템

산업기술