ESP32를 활용한 가성비 스마트팩토리 모니터링
수천만 원이 드는 외산 장비 대신, 아두이노 기반의 ESP32 보드로 수집한 데이터를 클라우드로 보내 실시간으로 모니터링하는 방법을 공유합니다.
대기업 전유물이었던 '스마트팩토리'
제조 공정에 온습도 센서, 진동 센서를 부착하여 불량률을 예측하는 것은 이제 상식이 되었습니다. 하지만 영세한 중소규모 공장의 경우, 기기당 수백만 원에서 수천만 원에 달하는 외산 PLC와 센서 장비를 도입하는 것은 불가능에 가깝습니다. 윈비바는 이러한 장벽을 깨기 위해 초저가 마이크로컨트롤러인 ESP32에 주목했습니다.
왜 ESP32 인가?
ESP32는 불과 몇 천원의 가격에도 불구하고 Wi-Fi와 Bluetooth 통신 모듈이 내장되어 있으며, 충분한 성능의 듀얼 코어 프로세서를 탑재하고 있습니다. 저희는 이 ESP32를 기반으로 공장 내 아날로그 센서(전류, 온도, 진동 등) 데이터를 취합하여 자체 AWS 서버로 쏘아보내는 '초소형 데이터 로거'를 자체 설계했습니다.
🛠 데이터 수집 아키텍처
- Edge Device: ESP32 보드가 1초 단위로 아날로그 센서값을 ADC 변환.
- Connectivity: MQTT 프로토콜을 통해 사내 Wi-Fi 혹은 외부 LTE 라우터를 거쳐 클라우드 브로커로 전송.
- Cloud Storage: Node.js 백엔드가 MQTT 메세지를 구독(Subscribe)하여 시계열 데이터베이스(Time-Series DB)에 적재.
- Dashboard: Next.js 로 구축된 웹 대시보드에서 실시간 차트 렌더링.
공장 노이즈와의 전쟁
가장 큰 난관은 공장 모터에서 발생하는 전기적 노이즈(EMI)였습니다. 아무리 보드 스펙이 좋아도, 노이즈를 타면 데이터 값이 미친 듯이 요동쳤습니다. 이를 하드웨어적으로 해결하기 위해 절연 회로(Optocoupler)를 설계하여 메인 전력선과 신호선을 격리시켰고, 더불어 소프트웨어 단에서는 칼만 필터(Kalman Filter)와 이동 평균 알고리즘을 적용하여 센서 값을 매끄럽게 보정해 냈습니다.
도입 성과
이 가성비 시스템을 도입한 A 플라스틱 사출 공장에서는, 설비 이상을 수 시간 전에 미리 감지해내며 유지보수 비용을 40% 이상 절감했습니다. 하드웨어 단가를 획기적으로 낮추면서도 소프트웨어의 강력함으로 이를 극복할 수 있다는 것을 윈비바가 증명한 뜻깊은 프로젝트였습니다.