산업 환경에서의 거리 측정 및 위치 결정 솔루션

정확한 거리 측정은 산업 시스템에서 효율성과 안전을 보장합니다

M2M (machine-to-machine) 및 H2M (human-to-machine) 상호 작용 간의 정확한 거리 측정을 활용하면 특히 산업 자동화, 지능형 운송 및 인간-로봇 협업 등 다양한 응용 분야에서 안전성을 향상시킬 수 있습니다. 거리 측정 애플리케이션은 일반적으로 초음파, 레이더, LiDAR(빛 감지 및 거리 측정), 또는 초광대역(UWB)과 같은 기술을 사용합니다. 이러한 기술은 미터 단위 이하 또는 센티미터 단위 수준의 측정 정확도를 제공할 수 있습니다. 기계 간 또는 사람 간의 거리를 실시간으로 측정함으로써 정확한 위치 정보를 생성하고 알고리즘을 사용하여 처리할 수 있습니다.

산업 환경에서 충돌 회피 시스템은 매우 중요합니다. 자동화 장비와 로봇 간의 정확한 거리 측정은 충돌을 방지하고 안전한 작동을 보장할 수 있습니다. 또한, 기계 간의 정확한 거리 측정은 이동 경로를 최적화하여 불필요한 에너지 소비와 마모를 줄이고, 시스템 효율성과 안전성을 향상시키는 데 도움을 줄 수 있습니다.

인간이 로봇과 협력하는 환경에서는 안전이 최우선입니다. 실시간으로 인간과 로봇 간의 거리를 감지하는 거리 측정 기술을 사용하여 시스템은 인간이 너무 가까이 감지되었을 때 로봇을 자동으로 느리게 하거나 멈추게 해 충돌을 방지할 수 있습니다. 또한 거리 측정은 위험 구역을 모니터링하여 인간 작업자가 실수로 위험한 작업 구역에 진입하지 않도록 보장합니다.

현재 다중 센서 융합과 같은 여러 안전 접근 방식을 채택할 수 있으며, 이는 다양한 거리 측정 기술과 센서 데이터(예: 카메라, 적외선 센서)를 결합하여 거리 측정의 신뢰성과 정확성을 향상시켜 안전성을 더욱 강화합니다. 또는, 인공지능과 기계 학습 알고리즘을 사용하여 거리 데이터를 분석하고 잠재적인 위험을 예측하며, 사고를 방지하기 위해 조기 경고를 발령할 수 있습니다. 이러한 방법을 통해 M2M 및 H2M 간의 정밀 거리 측정 기능은 산업 시스템 및 인간-로봇 협업에서 안전을 보장하는 데 중요한 역할을 합니다.

실시간 위치 시스템은 직장 안전 및 운영 효율성을 향상시킬 수 있습니다

실시간 위치 추적 시스템 (RTLS)은 객체나 사람의 위치를 실시간으로 추적하고 모니터링할 수 있는 기술입니다. 이러한 시스템은 안전 관리와 작업자 효율성 모니터링에서 널리 사용됩니다. RTLS의 주요 기술은 매우 다양합니다. 예를 들어, 울트라 와이드밴드 (UWB) 기술은 보통 몇 센티미터 이내의 오차 범위로 고정밀 위치 지정이 가능하여 정밀한 추적이 필요한 애플리케이션에 적합합니다. 반면, 라디오 주파수 식별 (RFID) 시스템은 태그와 리더 사이에서 신호를 전송하여 물품이나 사람의 위치를 추적하며, 일반적으로 낮은 정밀도의 위치 지정을 위해 사용됩니다. Wi-Fi 위치 지정은 신호 강도 측정을 기반으로 활용될 수 있으며, 기존 네트워크 인프라를 통해 배포할 수 있지만 일반적으로 낮은 정확도를 제공합니다.

반면에 Bluetooth Low Energy (BLE) 기술을 사용할 수 있습니다. BLE 비콘은 위치를 위한 신호를 보내어 디바이스와 통신하며 보통의 정확도를 제공하며 저전력 시나리오에 적합합니다. Global Positioning System (GPS)은 야외 환경에 적합하지만 실내에서는 성능이 낮고 더 많은 전력을 소비합니다. 또한 카메라와 컴퓨터 비전 기술을 사용하여 물체나 사람의 위치를 감지하고 추적할 수 있으며, 일반적으로 고정밀 실내 애플리케이션에 사용됩니다.

RTLS는 다양한 응용 분야를 가지고 있습니다. 작업자 안전 모니터링에서 RTLS는 작업자가 작업장에서 위험 지역에 들어가지 않도록 실시간 위치를 추적할 수 있습니다. 작업자가 위험한 장비나 구역에 접근하면 시스템은 경고를 발하거나 관련 장비를 자동으로 정지시킬 수 있습니다. 비상 상황에서는 RTLS가 작업자의 위치를 빠르게 찾아 구조팀을 안내하여 신속한 대응을 도울 수도 있습니다. 또한, 작업자의 활동을 다양한 구역에서 분석함으로써 워크플로우 효율성을 평가하고, 작업 할당을 최적화하며, 시간 낭비를 줄이고 생산성을 향상시킬 수 있습니다.

RTLS는 다양한 응용 분야를 가지고 있습니다. 근로자 안전 모니터링에서 RTLS는 작업장에서 근로자의 실시간 위치를 추적하여 위험한 지역에 들어가지 않도록 보장할 수 있습니다. 근로자가 위험한 장비나 지역에 접근할 경우, 시스템은 경고를 발행하거나 관련 장비를 자동으로 정지시킬 수 있습니다. 긴급 상황에서는 RTLS가 근로자의 신속한 위치 파악을 지원하고 구조팀의 빠른 대응을 위한 안내 역할을 할 수 있습니다. 또한, 다양한 지역에서 근로자의 활동을 분석함으로써 작업 흐름의 효율성을 평가하고, 작업 배치를 최적화하여 시간 낭비를 줄이고 생산성을 향상시킬 수 있습니다.

초광대역(UWB) 기술은 안전하고 정밀한 거리 측정을 가능하게 합니다

UWB 기술은 무선 신호를 기반으로 한 Time of Flight (ToF) 기술을 활용하여 안전하고 정밀한 거리 측정을 수행합니다. Murata는 NXP를 기반으로 한 UWB 모듈뿐만 아니라 Qorvo 및 Nordic 칩을 사용하는 UWB 모듈도 제조 및 개발합니다.

Murata의 Type 2BP는 초소형 UWB 모듈로, NXP의 Trimension SR150 UWB 칩셋, 클록, 필터 및 주변 부품이 포함되어 있어 일반적인 IoT 디바이스에 이상적입니다. 이 소형 UWB 모듈은 UWB 채널 5 및 9을 지원하며, SPI 인터페이스와 3개의 안테나 지원(3D AoA 또는 2D AoA)을 제공합니다. 또한 FCC/CE 참조 인증을 통과했습니다. 이 모듈은 레진 몰딩 구조와 함께 적합 차폐를 결합하여 제작되었으며, 크기는 6.6 × 5.8 × 1.2 mm에 불과합니다. 전력 보정과 크리스탈 보정을 지원합니다.

Murata는 Type 2BP과 짝을 이루는 평가 보드 LBUA0VG2BP-EVK-P를 출시했습니다. 이 평가 보드는 Type 2BP와 NXP QN9090(BLE 칩), USB-UART 변환기 IC를 특징으로 하며 USB 케이블을 통해 전원을 공급받을 수 있습니다. QN9090는 PC의 COM 포트를 통해 Type 2BP를 제어할 수 있습니다. 이 개발 키트는 Apple®의 승인을 받아 UWB 기능이 포함된 액세서리를 평가할 수 있으며, U1 칩을 포함한 Apple 제품과 Apple의 Nearby Interaction 프레임워크를 사용하는 상호 작동에 활용됩니다.

NXP UWB 칩셋을 기반으로 하는 또 다른 Murata UWB 모듈은 Type 2DK입니다. 이 모듈은 NXP의 Trimension™ SR040 UWB 칩셋, NXP의 QN9090 Bluetooth® LE 및 MCU 칩셋, 온보드 안테나, 그리고 주변 구성 요소를 포함한 올인원 UWB-Bluetooth® LE 콤보 모듈로, 코인 셀 배터리로 구동되는 UWB 태그/트래커와 일반 IoT 디바이스에 적합합니다. 또한 FCC/CE 참조 인증을 통과했습니다.

Murata는 Type 2DK와 쌍을 이루는 LBUA2ZZ2DK-EVK 평가 키트도 제공합니다. 이 평가 키트에는 Type 2DK, UART-USB IC, SWD 포트 및 코인 셀 배터리 홀더가 포함되어 있습니다.

Murata의 Type 2AB 모듈은 초소형, 고품질, 저전력 소비 UWB 모듈로 설계되어 배터리로 구동되는 소형 IoT 디바이스 및 애플리케이션에 이상적입니다. Type 2AB는 Qorvo QM33120W UWB 칩셋을 사용하며, 채널 5 및 9을 지원하고 FCC/IC/TELEC 참조 인증을 통과했습니다. Nordic IC—nRF52840를 통합하여 호스트가 필요 없는 모듈을 제공합니다. 또한 UWB를 깨우고 펌웨어를 업데이트할 수 있는 Bluetooth Low Energy 기능을 갖추고 있습니다. 통합된 3축 센서는 배터리 전력을 절약하는 데 도움을 주고, UWB 및 MCU를 위한 참조 클록이 내장되어 있습니다. Type 2AB는 시장에서 가장 작고 고통합된 UWB 모듈로 CoB 솔루션에 비해 면적을 75% 줄였습니다. 각 디바이스는 주파수, 송신 전력 및 안테나 지연에 대해 보정되어 있으며 다중 안테나 설계 및 평가를 지원할 수 있습니다.

LBUA5QJ2AB-828EVB 평가 키트는 Murata의 UWB/블루투스 저에너지 모듈 Type 2AB용 평가 보드입니다. 이 보드는 Type-C USB 단자를 PC에 USB 인터페이스로 연결하여 전원을 공급받을 수 있으며, 시리얼 포트를 가지고 있습니다. 고객은 시리얼 터미널을 통해 AT 명령을 입력하여 RF 성능을 평가할 수 있습니다. 고객이 데모 펌웨어를 모듈에 다시 프로그래밍하면 간단한 TWR 및 PDoA 기능도 평가할 수 있습니다.

거리 및 위치 측정 애플리케이션을 위한 Wi-Fi 및 Bluetooth 모듈

UWB 기술 외에도 Wi-Fi 및 Bluetooth 기술은 거리 측정 및 위치 추적 응용 프로그램에 사용될 수 있습니다. Wi-Fi와 Bluetooth를 결합하면 인터넷에 직접 연결할 수 있어 IoT 제품에 가장 유연한 무선 기술이 됩니다. 현재 Murata는 IEEE 802.11a, 11b, 11g, 11n, 11ac 2×2 MIMO 표준을 지원하는 다양한 Wi-Fi® 및 Bluetooth 모듈을 제공하며, WLAN 및 Bluetooth® 4.1/4.2/5.0/5.1 BR/EDR/LE 통신에 적합한 2.4GHz 및 5GHz 대역을 지원합니다.

Murata의 Type 2AE는 Infineon의 CYW4373E 콤보 칩셋을 기반으로 한 소형 고성능 모듈로, Wi-Fi® 802.11a/b/g/n/ac과 Bluetooth® 5.2 BR/EDR/LE를 지원합니다. Wi-Fi®의 PHY 데이터 속도는 최대 433Mbps이며, Bluetooth®는 3Mbps PHY 데이터 속도를 지원합니다. WLAN 섹션은 SDIO v3.0 DDR50 인터페이스를 지원하며, Bluetooth® 섹션은 고속 4-wire UART 인터페이스 및 오디오 데이터를 위한 PCM을 지원합니다. WLAN 및 Bluetooth® 섹션 모두 USB 2.0 인터페이스를 지원합니다.

시스템 개발을 위해 소프트웨어는 NXP i.MX(Linux/FreeRTOS)에서 개발될 수 있습니다. RTOS 개발을 위해서는 Infineon의 WICED™ 개발 시스템을 사용할 수 있으며, 임베디드 기기에 무선 연결 기능을 추가하는 작업을 크게 줄일 수 있습니다. SDK는 자원이 제한된 마이크로컨트롤러를 위한 네트워크 애플리케이션을 빠르게 생성할 수 있도록 지원합니다. 평가 도구 측면에서는 Embedded Artists의 2AE M.2 모듈을 Linux 시스템에서 사용할 수 있습니다.

Murata의 Type 2EA는 Infineon의 CYW55573 콤보 칩셋을 기반으로 한 또 다른 소형 고성능 모듈입니다. 이 모듈은 Wi-Fi® 802.11a/b/g/n/ac/ax 2×2 MIMO와 Bluetooth® 5.3 BR/EDR/LE를 지원합니다. Wi-Fi®는 최대 1.2 Gbps의 PHY 데이터 속도를 지원하며, Bluetooth®는 Legacy Bluetooth(EDR)에서 3Mbps, Bluetooth® LE에서 2Mbps의 PHY 데이터 속도를 지원합니다. WLAN 섹션은 PCIe v3.0 Gen 2 및 SDIO 3.0 인터페이스를 지원하며, Bluetooth® 섹션은 고속 4-wire UART 인터페이스와 오디오 데이터를 위한 PCM을 지원합니다.

Type 2EA는 또한 NXP i.MX Linux 및 NXP i.MX 플랫폼을 위한 Linux 드라이버/펌웨어에서 지원되는 소프트웨어 구성을 제공합니다. Murata에서 권장하는 평가 하드웨어는 Embedded Artists의 2EA M.2 모듈입니다.

Type 1XL은 NXP의 88W9098 콤보 칩셋을 기반으로 한 컴팩트하고 고성능의 모듈로, Wi-Fi® 802.11a/b/g/n/ac/ax 2×2 MIMO 및 Bluetooth® 5.3 BR/EDR/LE를 지원하며, Wi-Fi®에서 1200Mbps, Bluetooth®에서 3Mbps의 PHY 데이터 전송 속도를 제공합니다. WLAN 섹션은 PCIe 2.0 인터페이스를 지원하며, 선택적으로 SDIO 3.0 지원도 가능합니다. Bluetooth® 섹션은 고속 4선 UART 인터페이스(선택적으로 SDIO 지원)와 오디오 데이터를 위한 PCM을 지원합니다.

소프트웨어 개발은 NXP i.MX Linux의 구성에서도 지원됩니다. Murata는 평가 하드웨어를 위해 Embedded Artists의 1XL M.2 모듈을 권장합니다.

Murata의 Type 2DL은 NXP의 IW611 콤보 칩셋을 기반으로 한 소형 고성능 모듈로, Wi-Fi® 802.11a/b/g/n/ac/ax 및 Bluetooth® 5.3 BR/EDR/LE를 지원합니다. Wi-Fi®는 최대 601Mbps의 PHY 데이터 속도를 제공하며, Bluetooth®는 2Mbps의 PHY 데이터 속도를 제공합니다. WLAN 섹션은 SDIO v3.0 DDR50 인터페이스를 지원하며, Bluetooth® 섹션은 오디오 데이터용 PCM 및 고속 4선 UART 인터페이스를 지원합니다.

NXP i.MX Linux에서 지원되는 구성으로 Type 2DL용 개발 소프트웨어는 아직 보류 중입니다. Murata에서 추천하는 평가 하드웨어는 Embedded Artists의 2DL M.2 모듈입니다.

결론

산업 환경이 점점 더 복잡해지고 자동화 수요가 증가함에 따라, 정밀 거리 측정 및 위치 추적 기술은 안전 보장, 생산 효율 개선, 자원 관리 최적화를 위해 점점 더 중요한 역할을 하고 있습니다. Real-Time Location Systems (RTLS), 레이저 거리 측정 기술, Ultra-Wideband (UWB) 기술과 같은 고급 거리 측정 및 위치 추적 솔루션을 구현함으로써, 기업은 운영 효율성을 크게 향상시키는 것은 물론, 지능형 관리에서 경쟁 우위를 확보할 수 있습니다. Murata는 다양한 UWB 및 WiFi/Bluetooth 모듈을 생산하며, 거리 측정 및 위치 추적의 적용 사례는 모듈 비즈니스보다는 "시스템/솔루션" 비즈니스에 속하지만, 산업용 RTLS 애플리케이션은 성장하는 시장으로 예상됩니다. 맞춤화 필요성과 제한된 확장성을 감안할 때, Murata는 시장에서 타사 소프트웨어 및 제조업체와 협력하여 이 분야에 적극적으로 진출할 수 있습니다.