CAN to Wireless 통합 시스템 구축

CAN to Wireless 통합 시스템 구축

1. 개요

오늘날 산업용 네트워크에서 CAN(Controller Area Network)은 자동차, 로봇, 공장 자동화, 의료 기기 등 다양한 분야에서 중요한 역할을 합니다. 하지만 IoT(Internet of Things) 기술이 발전하면서 무선 통신과의 연동이 필수적으로 요구되고 있습니다. 이에 따라 CAN 데이터를 Wi-Fi, Bluetooth, LoRaWAN 등의 무선 기술과 연동하여 원격으로 데이터를 전송하고 제어하는 시스템 구축이 필요합니다.

이번 포스팅에서는 CAN과 무선 통신 기술을 결합하는 방법을 설명하고, 이를 실현하기 위한 시스템 아키텍처와 개발 방법을 소개하겠습니다.

2. CAN + Wi-Fi 연동 시스템 (CAN → MQTT 변환)

2.1 개요

Wi-Fi를 활용하면 CAN 데이터를 클라우드 또는 로컬 네트워크로 전송하여 데이터 분석 및 제어가 가능합니다. 특히 MQTT(Message Queuing Telemetry Transport) 프로토콜을 사용하면 저전력 환경에서도 효율적으로 CAN 데이터를 송수신할 수 있습니다.

2.2 시스템 아키텍처

CAN 버스를 통해 수집된 데이터를 Wi-Fi 모듈을 통해 MQTT 브로커로 전송하는 방식입니다.

• CAN Bus: 센서 및 제어 기기와 연결됨
• CAN to Wi-Fi 게이트웨이: CAN 데이터를 수집하여 MQTT 메시지로 변환 후 Wi-Fi를 통해 전송
• MQTT 브로커: CAN 데이터를 구독하는 클라이언트에게 전달
• 클라이언트(PC/서버/모바일): MQTT 메시지를 수신하여 데이터 처리 및 제어 수행

2.3 개발 과정

1. CAN to Wi-Fi 모듈 선택: ESP32, Raspberry Pi + CAN 모듈 사용 가능
2. CAN 데이터 수집: MCP2515 또는 내장 CAN 컨트롤러를 이용하여 CAN 데이터 수신
3. MQTT 메시지 변환: CAN 데이터를 JSON 포맷으로 변환 후 MQTT 브로커로 발행
4. Wi-Fi 설정 및 데이터 전송: ESP32에서 Wi-Fi를 통해 MQTT 브로커에 연결

2.4 예제 코드 (ESP32 IDF 기반)

#include <stdio.h>
#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "freertos/task.h"
#include "driver/gpio.h"
#include "driver/can.h"
#include "mqtt_client.h"
#include "esp_wifi.h"
#include "esp_event.h"
#include "nvs_flash.h"

#define WIFI_SSID "Your_WiFi_SSID"
#define WIFI_PASS "Your_WiFi_Password"
#define MQTT_BROKER_URI "mqtt://Your_MQTT_Broker_IP"

static esp_mqtt_client_handle_t mqtt_client;

static void can_receive_task(void *arg) {
    can_message_t message;
    while (true) {
        if (can_receive(&message, pdMS_TO_TICKS(1000)) == ESP_OK) {
            char msg[50];
            snprintf(msg, sizeof(msg), "{\"id\":%d, \"data\":[%d,%d,%d,%d]}", 
                     message.identifier, message.data[0], message.data[1], message.data[2], message.data[3]);
            esp_mqtt_client_publish(mqtt_client, "CAN/MQTT", msg, 0, 1, 0);
        }
    }
}

static void wifi_init(void) {
    esp_netif_init();
    esp_event_loop_create_default();
    esp_netif_create_default_wifi_sta();
    wifi_init_config_t cfg = WIFI_INIT_CONFIG_DEFAULT();
    esp_wifi_init(&cfg);
    wifi_config_t wifi_config = {
        .sta = {
            .ssid = WIFI_SSID,
            .password = WIFI_PASS
        },
    };
    esp_wifi_set_mode(WIFI_MODE_STA);
    esp_wifi_set_config(WIFI_IF_STA, &wifi_config);
    esp_wifi_start();
}

static void mqtt_init(void) {
    esp_mqtt_client_config_t mqtt_cfg = {
        .uri = MQTT_BROKER_URI,
    };
    mqtt_client = esp_mqtt_client_init(&mqtt_cfg);
    esp_mqtt_client_start(mqtt_client);
}

void app_main(void) {
    nvs_flash_init();
    wifi_init();
    mqtt_init();
    can_driver_install();
    xTaskCreate(can_receive_task, "CAN Receive Task", 4096, NULL, 5, NULL);
}

3. CAN + Bluetooth 연동 및 모바일 앱 개발

3.1 개요

Bluetooth를 이용하면 스마트폰이나 태블릿과 CAN 장치를 직접 연결할 수 있습니다. 이를 통해 모바일 애플리케이션을 사용하여 실시간 데이터를 확인하거나 원격으로 기기를 제어할 수 있습니다.

3.2 시스템 아키텍처

• CAN Bus: 센서 및 제어 장치와 연결
• CAN to Bluetooth 모듈: CAN 데이터를 BLE(Bluetooth Low Energy) 메시지로 변환하여 스마트폰에 전송
• 스마트폰 앱: CAN 데이터를 수신 및 시각화

3.3 개발 과정

1. CAN to Bluetooth 모듈 선택: ESP32, HC-05, nRF52832 등의 BLE 모듈 사용 가능
2. BLE 통신 구현: GATT 프로파일을 정의하여 CAN 데이터를 전송
3. 모바일 앱 개발: Android 또는 iOS 앱을 통해 데이터를 시각화

4. CAN + LoRaWAN을 활용한 장거리 데이터 전송

4.1 개요

LoRaWAN(Long Range Wide Area Network)은 저전력, 장거리 통신이 가능하여 CAN 데이터를 원격지에서도 모니터링할 수 있도록 합니다. 이를 활용하면 공장 자동화, 농업, 스마트 시티와 같은 분야에서 효과적으로 사용할 수 있습니다.

4.2 시스템 아키텍처

• CAN Bus: 센서 및 제어 장치와 연결
• CAN to LoRaWAN 게이트웨이: CAN 데이터를 LoRa 메시지로 변환하여 전송
• LoRaWAN 네트워크 서버: 데이터 수신 및 처리
• 클라우드 서버: 데이터를 저장하고 분석 수행

4.3 개발 과정

1. LoRaWAN 모듈 선택: RFM95, SX1276, ESP32 + LoRa 모듈 사용 가능
2. CAN 데이터 수집 및 변환: CAN 데이터를 압축하여 LoRa 패킷으로 변환
3. LoRaWAN 네트워크 설정: LoRaWAN Gateway를 구성하여 데이터를 클라우드로 전송

5. 결론

이번 포스팅에서는 CAN 데이터를 무선 통신 기술과 연동하는 방법에 대해 다뤘습니다. Wi-Fi를 활용한 MQTT 변환, Bluetooth를 통한 모바일 앱 연동, LoRaWAN을 이용한 장거리 데이터 전송 등의 방식이 있으며, 각 방식마다 적합한 사용 사례가 존재합니다.

이제 CAN 데이터를 단순한 유선 네트워크에서 벗어나 무선으로 연결하여 보다 스마트한 산업 환경을 구축해보시기 바랍니다.