KR101915687B1

KR101915687B1 - 다양한 교육용 소프트웨어와 임베디드 보드와의 연동을 위한 유무선 인터페이스 방법

Info

Publication number: KR101915687B1
Application number: KR1020160142698A
Authority: KR
Inventors: 서용호
Original assignee: 주식회사 엑스봇
Priority date: 2016-10-31
Filing date: 2016-10-31
Publication date: 2018-11-06
Also published as: KR20180047051A

Abstract

본 발명은 다양한 교육용 소프트웨어와 임베디드 보드와의 연동을 위한 유무선 인터페이스 방법에 관한 것으로서, PC 또는 스마트폰에서 작동하는 인터페이스 매개 프로그램과 DIP 스위치를 사용하여 다양한 교육용 소프트웨어와 임베디드 보드를 유무선으로 연동하는 것을 특징으로 한다.

Description

다양한 교육용 소프트웨어와 임베디드 보드와의 연동을 위한 유무선 인터페이스 방법{Interface method for linking educational softwares with imbedded board}

본 발명은 다양한 교육용 소프트웨어와 임베디드 보드와의 연동을 위한 유무선 인터페이스 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 PC 또는 스마트폰에서 작동하는 인터페이스 매개 프로그램과 DIP 스위치를 사용하여 다양한 교육용 소프트웨어와 임베디드 보드를 유무선으로 연동하는 방법에 관한 것이다.

최근 IT분야 인력양성을 위한 프로그래밍 교육에 임베디드 보드와 교육용SW가 많이 사용되고 있다. 임베디드 보드로는 마이크로컨트롤러를 탑재한 오픈소스하드웨어 플랫폼인 아두이노가 대표적이다. 또한 소프트웨어 기초교육을 위한 교육용SW는 MIT의 스크래치와 같은 그래픽언어가 널리 사용되고 있다.

대다수의 교육용 임베디드 보드 또는 임베디드 보드가 내장된 교육용 로봇은 해당 보드의 SW개발툴을 이용해 생성된 바이너리를 펌웨어 업로드 방식으로 임베디드 보드에 탑재해 독립적으로 임베디드 보드를 사용하는 방법을 이용하고 있다.

그래픽언어를 포함한 SW교육용 소프트웨어의 경우는 자체적인 통신 프로토콜을 이용해 PC와 임베디드 보드가 유선 혹은 무선으로 연결된 상태에서 데이터를 송수신하여 작동하는 방법을 택하고 있다.

위와 같은 종래의 교육방법은 펌웨어 업로드와 소프트웨어의 실행이 제한된 컴퓨터(PC) 자원으로 수행을 하기 때문에 다수의 학생들이 충분한 실습을 할 수 없어 원활한 교육이 진행이 어려운 문제점이 있다.

또한, 일반적으로 실습 장치는 각 통신 방식별로 독립적인 장치로 제작되어 제공되기 때문에 실습 장치 간의 유기적인 연계성이 부족하여 스마트폰의 앱만으로 따로 학습 및 실습을 하고 나서 하드웨어 장치는 별도로 제어를 해야 하는 등 실습이 어려운 문제점이 있다. 뿐만 아니라, 스마트폰으로 원격 모니터링하고 제어하는 종합적인 실습이 어려워 각 실험의 특성을 비교하여 파악하는데 어렵고, 산업현장에서는 교육기관에서 배운 것과 다른 장비를 통하여 재교육을 받는 경우가 빈번하여 교육 효용성이 저조한 문제점이 있다.

특허문헌 1은 임베디드 리눅스 교육용 통합개발환경 시스템이 제안되었으나 다수의 학생들이 충분히 실습할 수 있는 개발환경은 제공하지 못하고 있다.

1. 한국 등록특허 제10-0633241호

본 발명은 상기와 같은 교육환경의 한계를 극복하고, 대부분의 학생들이 보유한 스마트폰 또는 PC를 활용하여 시간과 장소에 구애받지 않는 교육 환경을 위하여, 다양한 교육용 소프트웨어와 임베디드 보드와의 연동을 위한 유무선 인터페이스 방법을 제공하고자 한다.

상기의 해결하고자 하는 과제를 위한 본 발명에 따른 교육용 소프트웨어와 임베디드 보드와의 연동을 위한 유무선 인터페이스 방법은, 임베디드 보드의 모드선택 스위치를 설정하는 단계; PC 또는 스마트폰에 설치된 인터페이스 프로그램의 모드를 선택하는 단계 및 선택된 모드로 데이터를 유선 또는 무선으로 전송하는 것을 특징으로 한다.

임베디드 보드의 모드선택 스위치는 2pin DIP 스위치로서, 펌웨어를 유선으로 업로드하는 경우, 펌웨어를 무선으로 업로드하는 경우 및 교육용 소프트웨어와 임베디드 보드 간에 데이터를 송수신 하는 경우 중의 하나로 설정하는 것을 특징으로 한다.

인터페이스 프로그램의 모드를 선택하는 단계는, 스크래치 또는 S4A 또는 아두블록/아두이노를 선택하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 다양한 교육용 소프트웨어와 임베디드 보드와의 연동을 위한 유무선 인터페이스 방법은 제한된 자원을 구비한 교실의 한계를 극복할 수 있어, 원활한 교육 진행으로 교육의 효율성을 높일 수 있다.

또한, 다양한 교육용SW 그래픽언어들과 임베디드 보드를 호환되게 함으로써 IoT기기 및 로봇 응용 등의 임베디드 보드를 활용한 SW교육에 적용할 수 있다.

도 1은 본 발명에 사용하는 임베디드 보드 평면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 인터페이스 프로그램이다.
도 3은 본 발명에 따른 펌웨어 업로드 순서도이다.
도 4는 본 발명에 따른 데이터 송수신 순서도이다.
도 5는 본 발명에 따른 개략적인 시스템이다.

이하, 본 발명의 실시를 위한 구체적인 실시예를 도면을 참고하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 하나의 발명을 설명하기 위한 것으로서 권리범위는 예시된 실시예에 한정되지 아니하고, 예시된 도면은 발명의 명확성을 위하여 핵심적인 내용만 확대 도시하고 부수적인 것을 생략하였으므로 도면에 한정하여 해석하여서는 아니 된다.

도 1은 본 발명에 사용된 임베디드 보드(10)의 전면으로서 DIP 스위치로 된 모드선택 스위치(11)가 구비된다.

임베디드 보드(10)는 마이크로컨트롤러가 탑재되어 있으며 센서 등의 외부 디바이스와 주변기기와 연결되는 I/O 포트와 USB 또는 스마트폰과 연결되는 통신포트가 구비된다.

임베디드 보드의 일 실시예로는 아두이노 보드가 될 수 있다. 아두이노는 손쉬운 개발 환경을 제공하는 오픈 소스 기반 H/W 플랫폼으로서 USB 기반 연결 인터페이스, 저렴한 H/W 비용, 모든 구조의 개방으로 하드웨어에 대한 깊은 지식 없이도 어플리케이션 구축이 가능한 특징이 있다. 또한, 윈도우를 비롯해 맥 OSX, 리눅스와 같은 여러 OS를 모두 지원하고 있으며, 아두이노 보드의 회로도가 CCL에 따라 공개되어 있으므로, 누구나 직접 보드를 직접 만들고 수정할 수 있다. 특히, 아두이노는 많은 스위치나 센서로부터 값을 받아들여 IoT 기기나 로봇 등의 장치를 제어함으로서 주변 환경과의 상호 작용성을 제공하고 있다.

일반적으로 임베디드 보드의 AVR 프로그래밍은 WinAVR로 컴파일하여 ISP장치를 통해 업로드를 해야 하는 등 번거로운 과정을 거쳐야 하는데, 아두이노는 USB를 통해 컴파일 및 업로드를 쉽게 할 수 있다.

모드선택 스위치(11)는 2pin DIP스위치를 사용하여 3가지의 모드를 선택할 수 있도록 한다.

3가지의 모드는 1) 펌웨어를 유선으로 업로드하는 경우 2) 펌웨어를 무선으로 업로드하는 경우 3) 주변기기와의 데이터 송수신 하는 경우이다.

펌웨어를 유선으로 업로드하는 경우는 임베디드 보드에 USB 등의 유선케이블을 연결하여 PC 또는 스마트폰에서 컴파일한 파일을 임베디드 보드에 업로드하는 경우로 DIP 스위치를 '00'와 같이 설정할 수 있다.

펌웨어를 무선으로 업로드하는 경우는 임베디드 보드를 블루투스 또는 WiFi로 무선 연결하여 PC 또는 스마트폰에서 컴파일한 파일을 임베디드 보드에 업로드하는 경우로 DIP 스위치를 '11'과 같이 설정할 수 있다.

주변기기와의 데이터를 송수신 하는 경우는 자체 프로토콜을 사용하여 스크래치, S4A 등 그래픽 언어로 임베디드 보드의 센서 값을 수신하거나 처리 명령 등을 송신하는 경우로 DIP 스위치를 '01'과 같이 설정할 수 있다.

본 발명에서는 도 2와 같이 PC 혹은 스마트기기에서 다양한 교육용SW 그래픽언어들과 임베디드 보드와 연동하기 위하여 그래픽언어와 임베디드 보드의 통신을 중간에서 매개하는 인터페이스 프로그램(20)을 사용한다.

인터페이스 프로그램(20)은 기존 교육용SW와 임베디드보드 사이의 통신을 중간에서 매개하기 위하여 자체 통신 프로토콜을 정의하여 보드와 데이터를 송수신한 후 이를 다시 선택된 교육용SW가 요구하는 프로토콜 사양으로 데이터를 변환하여 통신을 수행하는 역할을 수행한다.

임베디드 보드에 펌웨어를 업로드하는 경우에는 도 2의 인터페이스 프로그램에서 Ardublock & Arduino(22)를 체크하고 무선 또는 유선에 따라 모드선택 스위치(11)를 설정하고 업로드를 실행한다.

임베디드 보드와 데이터를 송수신하는 경우에는 도 2의 인터페이스 프로그램에서 Scratch 2.0 또는 S4A(21)를 체크하고 모드선택 스위치(11)를 설정하고 지정된 프로토콜을 이용하여 데이터를 송수신한다.

펌웨어는 유선, 무선으로 바이너리를 받는 모드가 구분되어야 하나, 데이터의 송수신 모드에서는 미리 지정된 프로토콜로 상태변경 명령 혹은 센서의 값의 집합으로 구성된 데이터를 송수신하기 때문에 유선 또는 무선의 구분이 필요 없다.

인터페이스 프로그램은 또한 자체적인 그래픽GUI를 가지고 현재 임베디드 보드에서 보내진 센서의 값이나 모터의 상태를 표현하기 위한 상태 표시창(23)을 내장한다.

도 3은 본 발명에 따른 펌웨어 업로드 순서도이다.

임베디드 보드에서 모드선택 스위치(11)를 설정한다. 모드선택 스위치는 2 pin DIP 스위치로 유선으로 펌웨어를 업로드하는 경우에는 모드선택 스위치를 '00'으로 설정하고, 무선으로 업로드하는 경우에는 '11'로 설정한다.

PC 또는 스마트폰에 설치된 인터페이스 프로그램에서 아두블록/아두이노를 선택하여 업로드를 실행한다.

도 4는 교육용SW와 임베디드 보드와 데이터를 송수신하는 순서도이다.

임베디드 보드에서 모드선택 스위치(11)를 '01'로 설정한다.

인터페이스 프로그램에서 교육용SW인 스크래치나 S4A를 선택하여 해당 SW 프로토콜 사양으로 데이터를 변환하여 상태 표시창에 데이터를 업데이트하여 유무선으로 데이터를 전송하고 명령을 실행한다.

도 5는 본 발명에 따른 교육용 소프트웨어와 임베디드 보드와의 연동을 위한 유무선 인터페이스 프로그램을 사용한 개략적인 시스템을 보여준다.

10: 임베디드 보드 11: 모드선택 스위치
20: 인터페이스 프로그램

Claims

임베디드 보드의 모드선택 스위치를 설정하는 단계;
PC 또는 스마트폰에 설치된 인터페이스 프로그램의 모드를 선택하는 단계 및
선택된 모드로 데이터를 유선 또는 무선으로 전송하고,
인터페이스 프로그램의 모드를 선택하는 단계는, 스크래치, S4A 또는 아두블록/아두이노를 선택하며,
임베디드 보드의 모드선택 스위치는 2pin DIP 스위치로서, 펌웨어를 유선으로 업로드하는 경우, 펌웨어를 무선으로 업로드하는 경우 및 교육용 소프트웨어와 임베디드 보드 간에 데이터를 송수신 하는 경우 중의 하나로 설정하고,
상기 인터페이스 프로그램은 기존 교육용SW와 임베디드보드 사이의 통신을 중간에서 매개하기 위해 자체 통신 프로토콜을 정의하여 보드와 데이터를 송수신한 후, 이를 다시 선택된 교육용SW가 요구하는 프로토콜 사양으로 데이터를 변환하여 통신을 수행하는 것을 특징으로 하는 교육용 소프트웨어와 임베디드 보드와의 연동을 위한 유무선 인터페이스 방법.
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