많은 오지 및 비상 상황에서는 셀룰러 네트워크와 인터넷 연결을 신뢰할 수 없습니다. 외딴 지역을 트레킹하거나, 야외 활동 중 고립되거나, 자연재해 또는 네트워크 장애에 대처하는 상황에서는 통신하거나 위치를 공유할 수 없는 것이 빠르게 심각한 문제가 될 수 있습니다.

저희는 SOSync 를 기존 네트워크 인프라를 넘어 작동할 수 있는 독립형 통신 및 비상 플랫폼으로 만들고 있습니다. 스마트폰과 여러 개의 별도 장치에 의존하는 대신, SOSync는 다음과 같은 필수 기능을 제공합니다: 태양광 전원 오프그리드 LoRa 통신, GPS 위치 공유, 디지털 나침반, 환경 모니터링, FM 라디오, 비상 조명, 휴대전화 충전기 및 SOS 기능 을 하나의 휴대용 장치에 통합했습니다.

핵심 아이디어는 간단합니다: 기존의 연결 수단을 사용할 수 없게 되더라도, 사람은 여전히 통신하고, 자신의 위치를 파악하고, 길을 찾고, 기본 정보를 확인하고, 도움을 요청할 방법을 갖추어야 합니다. SOSync는 이러한 원칙을 바탕으로 설계되었으며, 야외 활동 사용자, 탐험가, 응급 구조대원 및 안정적인 통신이 중요한 상황을 위한 실용적인 오프그리드 도구를 제공합니다.

---

STEP 1. 준비물

1. ESP32-S3 Dev Module x1
2. 2.8" 정전식 터치 디스플레이 x1
3. RDA5807M FM Module x1
4. PAM8403 Audio Amplifier Module x1
5. 2Ohm 40mm Speaker x1
6. SX1262 Lora Module x1
7. QMC5883 Compass Module x1
8. 안테나가 포함된 NEO M8N GPS Modulex1
9. AHT+BMP280 Module x1
10. Controller PCB가 포함된 COB Light x1
11. 18650 Li-Ion Cell x1
12. Battery Charging Boost Module x1
13. Solar Battery Charging Module x1
14. 70x70 mm 6v solar panel x1
15. FM Retractable Antenna x1
16. LoRa Antenna x1
17. DC Jack x1
18. 전선
19. 납땜용 전선 및 인두
20. 맞춤형 디자인 인클로저

참고: DC Jack을 통해 고출력 태양광 패널을 연결하면 배터리를 더 빠르게 충전할 수 있습니다.

---

STEP 2. 기능

SOSync는 여러 가지 필수 기능을 하나의 작고 컴팩트한 오프그리드 장치에 통합하여, 기존 인프라에 전적으로 의존하지 않고 통신, 내비게이션, 정보 확인 및 비상 지원을 제공합니다.

1. LoRa 통신: 셀룰러 네트워크나 인터넷 연결 없이도 SOSync 장치 간 장거리 저전력 무선 통신을 가능하게 합니다. 사용자는 외딴 지역에서 미리 설정된 메시지를 주고받을 수 있습니다.
2. GPS 및 디지털 나침반: 통합 GPS는 실시간 위도, 경도 및 위치 확정 상태를 제공하며, QMC5883 자력계는 도 단위의 방위 정보 와 N, NE, E, SE, S, SW, W, NW와 같은 방향 표시를 제공합니다.
3. 환경 모니터링: AHT20 및 BMP280 센서는 다음을 포함한 환경 정보를 제공합니다: 온도, 습도 및 기압을 측정하여 사용자가 주변 환경을 파악할 수 있도록 돕습니다.
4. FM 라디오: 통합 FM 라디오는 인터넷 또는 셀룰러 연결을 사용할 수 없을 때 방송 정보와 오락 콘텐츠를 이용할 수 있게 해 줍니다. 터치스크린 인터페이스를 통해 주파수를 변경하고 재생을 제어할 수 있습니다.
5. 휴대전화 충전: SOSync는 휴대용 전원으로 사용할 수 있습니다. 외부 기기 충전야외 활동 및 비상 상황에서 추가적인 전원 옵션을 제공합니다.
6. 태양광 충전: 내장된 solar panel은 기기의 배터리를 보충할 수 있는 추가적인 방법을 제공하여, 기존 충전원을 사용할 수 없을 때 더 오래 작동할 수 있도록 지원합니다.
7. 최소한의 touchscreen 인터페이스: 소형 touchscreen은 기기의 주요 기능에 액세스할 수 있는 간단한 인터페이스를 제공하며, GPS 좌표, 환경 데이터, 나침반 방위, FM 주파수, LoRa 메시지 및 시스템 상태와 같은 필수 정보에 화면의 초점을 맞춥니다.
8. 3가지 모드 비상등: 통합 비상등은 최대 밝기, 절반 밝기 및 점멸 모드를 제공하여, 실용적인 손전등이자 비상 상황에서 시각적 신호 장치로 사용할 수 있습니다.

---

STEP 3. 맞춤형 인클로저 설계

SOSync를 위해 맞춤 설계된 인클로저는 사용자 인터페이스와 외부 연결부에 쉽게 접근할 수 있도록 하면서 모든 전자 부품을 컴팩트하고 견고하며 정돈된 형태로 수납하기 위해 개발되었습니다. 인클로저는 두 개의 주요 구역으로 나뉩니다: 상단 구역과 하단 구역.

상단 구역은 사용자 인터페이스를 중심으로 설계되었습니다. SOSync 인터페이스를 조작하기 위한 터치스크린 디스플레이와 FM 라디오 및 기타 오디오 기능을 위한 전용 스피커 그릴이 포함되어 있습니다. 전면 패널은 디스플레이를 명확하게 볼 수 있도록 형상화했으며, 동시에 조작부에 쉽게 접근할 수 있도록 했습니다.

하단 구역은 전자 장치를 위한 공간으로, ESP32 컨트롤러, LoRa, GPS, FM 라디오, 환경 센서, 나침반, 전원 회로 및 보조 전자 부품을 비롯해 SOSync에 필요한 다양한 모듈이 들어 있습니다. 모듈을 안전하게 고정하고 배선 및 조립을 간소화할 수 있도록 전용 장착 위치와 내부 공간을 설계했습니다.

---

STEP 4. 전기 조립

SOSync의 전기 조립에는 모든 개별 모듈을 하나의 컴팩트한 시스템으로 통합하고, 맞춤형 인클로저 내부에 안전하게 설치하는 작업이 포함되었습니다. ESP32-S3 는 중앙 컨트롤러 역할을 하며 디스플레이, 터치 컨트롤러, GPS, LoRa 모듈, FM 라디오, QMC5883 나침반, AHT20, BMP280, 비상등 및 전원 관리 회로에 연결됩니다.

모든 모듈은 적절하게 배선된 전선을 사용해 연결했으며 , 정의된 GPIO, UART, SPI 및 I²C 연결을 따랐습니다. 그런 다음 취급 및 작동 중 움직이지 않도록 핫 글루를 사용해 모듈을 내부에 물리적으로 고정했습니다.

조립 후 각 모듈을 개별적으로 테스트한 다음 완전한 시스템의 일부로 검증하여 ESP32-S3와 연결된 모든 주변 장치 간의 통신이 안정적인지 확인했습니다.

최종 전기 조립 결과는 컴팩트하고 정돈된 완전 통합형 하드웨어 시스템으로, 개별 개발 모듈을 기능하는 SOSync 프로토타입으로 탈바꿈시켰습니다.

---

STEP 5. 시스템 아키텍처

SOSync 시스템 아키텍처는 SquareLine Studio에서 설계한 최소한의 touchscreen 기반 사용자 인터페이스를 중심으로 구성되며, ESP32-S3가 백그라운드에서 모든 기능을 관리합니다.

1. 메인 화면에는 다음 기능을 위한 전용 탭이 제공됩니다: FM Radio, Environment, LoRa Communication, GPS, Compass, LED Control, SOS. 사용자는 터치스크린을 통해 이러한 기능 사이를 이동할 수 있으며, 각 화면에는 관련 정보와 제어 기능만 표시됩니다.
2. 다음 FM tab 에서는 주파수 및 재생을 제어할 수 있고, Environment tab 에서는 온도, 습도 및 기압을 표시하며, LoRa tab 에서는 미리 정의된 메시지를 전송하고 수신된 메시지를 확인할 수 있습니다.
3. 다음 GPS tab 에서는 위도, 경도 및 GPS fix 상태를 표시하고, Compass tab 에서는 방위각과 방향 정보를 제공합니다. LED Control tab 에서는 세 가지 비상 조명 모드 중 하나를 선택할 수 있으며, 전용 SOS tab 에서는 LoRa를 통해 미리 정의된 SOS 메시지와 현재 GPS 위치를 전송하는 직접적인 비상 기능을 제공합니다.
4. 이러한 화면 기반 아키텍처는 인터페이스를 간단하고 체계적으로 유지하는 동시에 ESP32-S3가 SOSync의 모든 감지, 통신 및 제어 기능을 조정할 수 있도록 합니다.

---

STEP 6. Arduino IDE Code

SOSync 펌웨어는 Arduino IDE 와 ESP32-S3 를 메인 컨트롤러로 사용하여 개발되었습니다. 소프트웨어는 하드웨어 주변 장치를 초기화하고, SquareLine Studio를 사용하여 생성된 LVGL 사용자 인터페이스를 불러오며, 센서 데이터와 시스템 상태를 지속적으로 업데이트하는 중앙 제어 프로그램을 중심으로 구성됩니다. 각 기능은 전용 루틴으로 분리되어 있어 펌웨어를 더욱 쉽게 테스트하고 유지 관리하며 확장할 수 있습니다.

이 프로젝트는 다음 라이브러리를 사용합니다:

TFT_eSPI -- 2.5.34

LVGL -- 8.3.10

esp 보드 파일 -- v2.0.8

PU2CLR RDRA5807 By ricardo -- v1.1.9

LoRa by Sandeep Mistry -- v0.8.0

TinyGPSPlus by Mikal Hard -- v1.0.3

Adafruit_AHTX0 -- v2.0.6

Adafruit_BMP280 -- v3.0.0

DFRobot_QMC5883 -- v1.0.0

펌웨어는 여러 기능 계층으로 나뉩니다. Arduino setup() 은 통신 인터페이스, 센서, 디스플레이, 터치 컨트롤러, LoRa, GPS, FM 라디오 및 LVGL 인터페이스를 초기화합니다. 초기화가 완료되면 펌웨어는 메인 loop()로 진입하여 터치스크린 이벤트를 처리하고, 센서 값을 업데이트하며, GPS 데이터를 처리하고, LoRa 통신을 확인하고, FM 라디오를 제어하며, 그래픽 인터페이스를 업데이트합니다.

TFT_eSPI 구성

SOSync 펌웨어를 컴파일하기 전에 TFT_eSPI 라이브러리 는 디스플레이 하드웨어에 맞게 구성해야 합니다. 필요한 핀 정의는 라이브러리의 User_Setup.h (또는 선택한 사용자 설정 파일)에서 설정합니다. 디스플레이는 다음 연결을 사용하여 ESP32-S3과 SPI 통신을 하도록 구성됩니다:

디스플레이 백라이트는 직접 VCC에 연결되므로 백라이트 제어를 위한 별도의 ESP32 GPIO가 필요하지 않습니다. 또한 TFT_eSPI 구성에서 적절한 디스플레이 드라이버를 활성화해야 하며, 사용하지 않는 디스플레이 드라이버와 충돌하는 구성은 비활성화된 상태로 유지해야 합니다. TFT_eSPI 설정을 수정한 후에는 새 구성이 적용되도록 Arduino IDE를 재시작하거나 다시 컴파일해야 합니다.

SOSync의 그래픽 인터페이스는 SquareLine Studio 와 LVGL 8.3.x를 사용하여 설계되었습니다. 화면, 패널, 버튼, 라벨 및 계층 구조는 SquareLine Studio에서 시각적으로 생성됩니다. 장치의 각 기능 섹션에는 FM 제어, 환경 데이터, GPS, 나침반, LoRa 메시징, LED 제어 및 SOS를 포함한 자체 UI 요소가 있습니다.

인터페이스 설계가 완료되면 SquareLine Studio는 필요한 C 소스 및 헤더 파일을 생성하며, 다음과 같은 파일이 포함됩니다:

1. ui.c
2. ui.h
3. ui_events.c
4. ui_events.h
5. ui_Screen1.c 및 ui_Screen1.h와 같은 개별 화면/UI 파일

이 생성된 파일은 Arduino 프로젝트 폴더 에 직접 배치되며, 메인 .ino 펌웨어와 함께 컴파일됩니다. 생성된 UI는 그래픽 구조를 처리하고, 사용자 지정 하드웨어 기능은 이벤트 콜백을 통해 연결됩니다.

예를 들어 SquareLine 버튼 이벤트는 사용자 지정 함수를 호출할 수 있습니다:

전체 코드는 Github에서 확인하세요.

---

STEP 7. 작동 방식

1. SOSync는 통합형 오프그리드 비상 및 통신 장치로 작동하며, ESP32-S3가 연결된 모든 모듈을 조정하고 터치스크린이 다양한 기능에 액세스할 수 있는 간단한 인터페이스를 제공합니다. 장치의 전원이 켜지면 ESP32-S3는 디스플레이, 터치 컨트롤러, GPS, LoRa, FM 라디오, 나침반 및 환경 센서를 초기화하고 LVGL 기반의 메인 인터페이스를 불러옵니다.
2. 정상 작동 중에는 장치가 연결된 센서에서 정보를 지속적으로 수집하고 디스플레이의 해당 섹션을 업데이트합니다. GPS 모듈 은 위도, 경도 및 위치 고정 상태를 제공하며, QMC5883 나침반 은 사용자의 진행 방향을 제공하고 이를 N, NE, E 또는 SW와 같은 간단한 방향으로 변환합니다. AHT20 및 BMP280 은 온도, 습도 및 대기압을 측정합니다. 또한 사용자는 FM 라디오 에 액세스하여 주파수를 조정하고 재생을 제어할 수 있습니다.
3. 통신을 위해 SOSync는 LoRa 를 사용하여 셀룰러 또는 인터넷 연결에 의존하지 않고 메시지를 주고받습니다. 사용자는 LoRa 인터페이스에서 미리 정의된 메시지를 선택하여 다른 LoRa 지원 장치로 전송할 수 있습니다. 수신된 메시지는 통신 상태와 함께 터치스크린에 표시됩니다.
4. 이 장치는 또한 3가지 모드의 비상등을 제공하며, 터치스크린을 통해 제어됩니다. 버튼을 누를 때마다 최대 밝기, 절반 밝기, 점멸 및 OFF 모드가 순환됩니다. 비상 상황에서는 전용 SOS 버튼 이 사용자의 위치를 직접 전송합니다. 누르면 ESP32-S3가 최신 GPS 좌표를 가져오고 위치가 포함된 긴급 메시지를 생성한 뒤 LoRa를 통해 전송합니다. 그러면 인터페이스가 SOS 상태를 업데이트하여 메시지가 전송되었음을 표시합니다.
5. 시스템은 통합 배터리로 전원을 공급받으며 USB 및 태양광 충전을 지원하고, 모바일 기기에 전원을 공급할 수도 있습니다.

---

STEP 8. 결론

SOSync 는 여러 독립적인 기술을 하나의 소형 장치에 통합하여 기존 네트워크 인프라를 넘어서는 필수 기능을 제공하는 방법을 보여 줍니다. LoRa 통신, GPS, 디지털 나침반, 환경 센싱, FM 라디오, 비상 조명, 터치스크린 제어, USB 충전 및 태양광 충전을 결합함으로써 이 장치는 야외 활동과 비상 상황을 위한 다목적 플랫폼을 제공합니다.

SOSync의 가장 중요한 점은 셀룰러 네트워크나 인터넷 연결에 의존하지 않고 LoRa를 통해 위치를 공유하고 통신할 수 있다는 점입니다. 전용 SOS 기능을 사용하면 사용자가 긴급 메시지와 함께 자신의 위치를 전송할 수 있으며, 다른 통합 기능들은 내비게이션, 환경 인식, 정보 접근 및 기본적인 전원 공급을 지원합니다.

이 프로젝트는 또한 ESP32-S3, SPI, I²C, UART, LVGL, 센서, 무선 통신 및 맞춤형 하드웨어 를 완전하게 작동하는 시스템으로 통합하는 실용적인 방법을 보여 줍니다. 메시 네트워킹, 전력 최적화, 내구성 강화, 오프라인 지도 및 양방향 비상 통신과 같은 분야에서 추가로 개발한다면 SOSync는 프로토타입에서 더욱 강력한 오프그리드 비상 통신 플랫폼으로 발전할 가능성이 있습니다.

---

원문: https://www.instructables.com/SOSync-a-Multifunctional-Off-Grid-Communication-Em/