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2026-01-09 11:37:27 +09:00
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 # 빛 추적 스마트 전력 제어 시스템  
 <!-- <img width="1840" height="777" alt="Image" src="https://github.com/user-attachments/assets/3232f946-62a0-4f54-866c-43c3ea1adb5a" /> -->
 <!-- <img width="2308" height="685" alt="Image" src="https://github.com/user-attachments/assets/335bddba-67d5-42a7-bbe8-9c78f891ad86" /> -->
 ## 1. 프로젝트 개요
-빛 추적 스마트 전력 제어 시스템은 빛 추적 태양패널로 발전 효율을 높이고 스마트 콘센트로 전력을 제어하는 IoT 기반 에너지 관리 프로젝트입니다.
+본 프로젝트는 태양광 패널의 발전 효율을 향상시키고, 생성된 전력을 사용자 환경에 맞게 제어하기 위한 IoT 기반 통합 전력 관리 시스템이다.
-기존 고정형 태양광 패널은 태양의 이동이나 주변 장애물에 따른 조도 변화에 대응하지 못해 발전 효율이 떨어집니다.  
+일반적인 고정형 태양광 패널은 태양의 위치 변화나 주변 환경에 따른 조도 차이를 반영하지 못해 효율 저하가 발생한다.
-이를 해결하기 위해 CDS 센서 기반 태양광 추적 기능을 구현하는 한편, 효과적으로 에너지를 관리할 수 있도록 패널 관련 정보 실시간 서버 저장, 스마트 콘센트 제어, LCD 시각화 UI 기능을 포함하는 통합 에너지 관리 시스템을 구축했습니다.
+이를 개선하기 위해 다수의 CDS 센서를 활용한 능동형 태양광 추적 구조를 설계하였고, 수집된 발전 정보를 서버에 저장하여 스마트 콘센트 제어 및 시각화까지 연계되는 시스템을 구현하였다.
 본 시스템은 STM32–Raspberry Pi–Arduino로 구성된 분산 구조를 가지며, 각 장치는 Wi-Fi 및 Bluetooth 통신을 통해 유기적으로 동작한다.
-### 전체 시스템 구성
+## 2. 시스템 구성 및 역할
 <!-- <img width="960" height="540" alt="Image" src="https://github.com/user-attachments/assets/43fa549c-5ee2-49ef-9705-b3aec7b91486" /> -->
 - #### **STM32 Nucleo-F411RE**
-  - 8개의 CDS 센서 입력
+  - CDS 센서 8채널 입력을 통한 조도 측정
-  - 태양광 패널 자동 회전(스텝 모터)
+  - 조도 분포 분석 후 태양광 패널 방향 자동 조정
-  - 태양광 패널 전압 측정
+  - 태양광 패널 출력 전압 측정
-  - Wi-Fi(ESP 모듈)로 Raspberry Pi 서버에 데이터 송신
+  - ESP8266 기반 Wi-Fi 통신으로 서버에 데이터 전송
- #### **Raspberry Pi 5 (서버)**
+- #### **Raspberry Pi 5**
-  - 소켓 서버(iot_server.c)
+  - 다중 클라이언트 소켓 서버 운영
-  - MariaDB 데이터 저장
+  - 센서 데이터 수신 및 MariaDB 저장
-  - Bluetooth로 Arduino와 데이터 송수신
+  - Bluetooth 통신을 통해 Arduino와 제어 명령 중계
  - 시스템 전체 데이터 흐름 관리 허브 역할 수행
 - #### **Arduino UNO**
-  - 패널 방향 / 전압 / 콘센트 상태 LCD 출력
+  - 서버로부터 패널 상태 및 전압 정보 수신
-  - 사용자 콘센트 ON/OFF 제어(릴레이)
+  - LCD를 통한 실시간 상태 표시
-  - Bluetooth로 명령 수신
+  - 사용자 입력 기반 콘센트 ON/OFF 제어
  - 릴레이 제어 결과를 서버로 피드백
-### 🔗 통신 구조
+## 3. 통신 구조
- STM32 ↔ **Wi-Fi** ↔ Raspberry Pi  
+- STM32 ↔ Raspberry Pi : Wi-Fi
- Arduino ↔ **Bluetooth** ↔ Raspberry Pi
+- Arduino ↔ Raspberry Pi : Bluetooth
 중앙 서버인 Raspberry Pi가 모든 데이터를 중계·관리하는 허브 구조로 설계되었다.
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-## 2. 주요 기능
+## 4. 주요 기능
-### 1) STM32 — 태양광 패널 자동 추적 및 센서 데이터 송신
+### 1) 태양광 자동 추적
- 8개 CDS 센서로 빛의 강도 측정
+- CDS 센서 간 조도 비교를 통해 최대 광량 방향 계산
- 가장 밝은 방향으로 패널 자동 회전
+- 스텝 모터를 이용한 패널 회전 제어
- 태양광 패널 전압 측정
+- 실시간 환경 변화에 따른 패널 각도 갱신
 - Wi-Fi(ESP 모듈)로 Raspberry Pi에 실시간 정보 송신
 <!-- <img width="960" height="540" alt="Image" src="https://github.com/user-attachments/assets/78693961-5826-4d20-9175-7829c63f153f" /> -->
-### 2) Raspberry Pi 5 — IoT 서버 + 데이터베이스 저장
+### 2) 서버 기반 데이터 처리
- **iot_server.c**
+- 문자열 기반 센서 데이터 패킷 수신
-  - 멀티 클라이언트 소켓 연결
+- 패킷 파싱 후 MariaDB에 실시간 저장
-  - ID/PW 기반 인증 처리
+- 장치 ID 기반 메시지 라우팅 지원
  - 메시지 라우팅 (ALLMSG, 특정 ID 전송)
 - **sql_client.c**
  - “[LT_STM_SQL]SENSOR@…” 패킷 파싱
  - MariaDB(sensor 테이블)에 실시간 INSERT
 - **bt_client.c**
  - Bluetooth HC-06 모듈 사용
  - Arduino에 명령 전달
  - Arduino 상태 재수신하여 서버로 전달
 <!-- <img width="960" height="540" alt="Image" src="https://github.com/user-attachments/assets/df6e9a35-0a65-4247-82fc-e0819f64ae56" /> -->
 <!-- <img width="960" height="540" alt="Image" src="https://github.com/user-attachments/assets/64098ebe-fb36-40ef-9fb6-705e0fad388c" /> -->
 ### 3) Arduino UNO — LCD UI + 스마트 콘센트 제어
- Raspberry Pi → Bluetooth로 데이터 수신
+- 서버 명령에 따른 릴레이 제어
- LCD에 패널 방향, 전압, 콘센트 상태 출력
+- 사용자 입력 이벤트를 서버로 전송
- 사용자 버튼 입력으로 콘센트 ON/OFF
+- 패널 상태와 콘센트 상태를 LCD로 동시 출력
 - 릴레이 제어 + 상태를 Raspberry Pi로 다시 송신
 <!-- <img width="960" height="540" alt="Image" src="https://github.com/user-attachments/assets/0c44df98-3c01-47f0-9a35-7bc1c6404dd3" /> -->
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-## 3. 담당 역할
+## 5. 담당 역할
-### Raspberry Pi **IoT 서버 설계 및 구현 (iot_server 계열)**
+### **IoT 서버 설계 및 구현**
-#### ① STM32 ↔ ESP8266 Wi-Fi 통신 모듈 연동 개발
+#### ① IoT 소켓 서버 설계 및 구현
- STM32와 ESP8266 간 UART 통신 제어
+- 다중 클라이언트 접속을 고려한 TCP 서버 구현
- 서버(Raspberry Pi)와 실시간 센서 데이터 송신 구조 구현
+- ID/PW 기반 클라이언트 인증 처리
- AT Command 기반 Wi-Fi 설정
+- 장치별 메시지 분기 및 브로드캐스트 기능 구현
-#### ② 센서 데이터 패킷 설계 및 송신 로직 구현
+#### ② STM32 데이터 수신 및 DB 연동
- CDS 센서 값 / 태양광 패널 전압 데이터 패킷 포맷 정의
+- 센서/전압 데이터 패킷 포맷 정의
- 서버 수신을 고려한 문자열 기반 패킷 구성
+- 수신 문자열 파싱 로직 구현
- 데이터 손실 방지를 위한 송신 타이밍 및 포맷 안정화
+- MariaDB 연동 및 실시간 INSERT 처리
 #### ③ 서버 연동 테스트 및 통신 검증
 - Raspberry Pi 소켓 서버와 ESP8266 TCP 통신 테스트
 - 패킷 수신/DB 저장 여부 검증
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-## 4. 트러블슈팅
+## 6. 트러블슈팅
-### 1) **데이터 송신 중 스텝 모터 끊김 현상**  
+### 1) **Wi-Fi 통신 중 모터 제어 불안정**  
- 원인: Wi-Fi 송신(ESP) 루틴이 블로킹으로 동작  
+- 문제: 통신 루틴이 블로킹 방식으로 동작하며 모터 회전이 끊김  
- 해결: **TIM4 기반 논블로킹(non-blocking)방식 스텝 모터 제어 구조 구현**  
+- 해결: 타이머 인터럽트 기반 비동기 모터 제어 구조로 변경 
- 결과: 모터 회전 안정성 확보  
+- 결과: 통신과 구동이 독립적으로 동작하며 안정성 확보  
-### 2) **스텝 모터 회전 시 전압 강하 → CDS 값 일시적 하락**  
+### 2) **모터 구동 시 센서 값 왜곡**  
- 원인: 모터 구동 시 순간적인 전류 피크 → ADC 레일 변동  
+- 문제: 모터 동작 시 전류 피크로 ADC 기준 전압 변동 발생  
- 해결: **모터 전원과 MCU/센서 전원을 완전 분리**  
+- 해결: 모터 전원과 MCU/센서 전원을 분리  
- 결과: CDS 값 일시적 하락 현상 해결  
+- 결과: CDS 센서 값의 순간 하락 현상 제거  
-### 3) **LCD 잔상(ghosting) 발생** 
+### 3) **LCD 잔상 문제** 
- 원인: 문자열 길이 변화로 이전 텍스트 일부가 남음  
+- 문제: 출력 문자열 길이 변화로 이전 데이터 일부 잔존  
- 해결:  
+- 해결: 전체 clear 방식 제거    
-  - `lcd.clear()` 반복 호출 지양  
+- 결과: 출력 품질 및 LCD 반응 속도 개선  
  - partial update 구조 도입 (변경된 라인만 업데이트)  
  - 공백 패딩으로 잔상 제거  
 - 결과: LCD 화면이 깨끗하게 유지되고 출력 속도 향상  
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