탈옥하지 않은 아이폰에 시리얼포트 사용하기: HiJack (Add serial port to un-jailbroken iPhone: HiJack)

UMich에서 아주 재미있는 프로젝트가 진행되었다. HiJack이라고 아이폰의 헤드폰 단자에 꼽아 외부 주변기기와 통신을 할 수 있는 디바이스를 만든 것이다.

아이폰의 30핀 독 커넥터에도 시리얼 포트가 있기 때문에 외부 디바이스를 연결할 수 있지만 이 경우 탈옥을 하지 않은 아이폰/터치팟의 경우 애플의 인증칩이 붙어 있어야만 동작하고 관련 자료를 구하는것도 개발자 프로그램에 가입해야만 가능하기 때문에 제약이 많았다.
물론 탈옥을 하고 나면 모든 제한이 사라지고 리눅스에서 시리얼 포트 사용하는것과 동일하게 사용할 수 있게 된다.

하지만 HiJack을 사용하면 탈옥을 하지 않은 순정 아이폰/터치팟에 시리얼포트 뿐 아니고 digital I/O를 제공해주기 때문에 여러가지 외부 디바이스를 손쉽게 아이폰에 인터페이스 할 수 있다.

당연히 지금까지 이런 방식을 사용하지 않았던건 아니다.

이미 위의 사진같이 Square라는 회사에서 아이폰용 신용카드 리더를 만들어 제공하고 있는데 이 역시 기본적으로 동일한 방식을 사용해서 통신을 하는 것이다.

단 차이는 사진의 리더기는 완성된 제품인데 비해 HiJack은 모든 관련자료와 필요한 소스코드까지 완전히 공개되어 있다는 점이다.

그리고 이 회로의 훌륭한 점은 헤드폰 잭은 스테레오라는걸 이용해서 아이폰에서 HiJack으로 데이터 전송은 왼쪽 모노 채널을 통해 보내고 오른쪽 모노 채널로는 지속적으로 22KHz 톤을 보내 HiJack에서는 그 톤은 energy harvesting회로를 통해 자신에게 전원을 공급하는데 사용한다.
약 47%의 변환효율을 보여 7.4mW의 전력을 공급한다.

데이터 전송 속도는 Bell 202 FSK modulation을 사용할 때는 300bps, Manchester encoding된 디지털 신호를 직접 사용하는 경우는 8.82kbps가 된다.

시리얼 포트 뿐 아니고 MSP430의 A/D나 digital I/O신호도 사용할 수 있기 때문에 아래 사진은 HiJack에 EKG모니터를 연결한 경우이다.

ECG Extension for HiJack from Thomas Schmid on Vimeo.



Hijacking Power and Bandwidth from the Mobile Phone's Audio Interface - Integrated Prototype from Thomas Schmid on Vimeo.



Hijacking Power and Bandwidth from the Mobile Phone's Audio Interface from Thomas Schmid on Vimeo.



SoilJack - A Low-Cost Phone Soil Moisture Meter from Thomas Schmid on Vimeo.

회로와 관련 소스는 http://code.google.com/p/hijack-main/ 에서 다운받을 수 있다.

좀 더 자세한 정보와 관련 논문은 프로젝트 홈페이지인 http://eecs.umich.edu/~prabal/projects/hijack/ 를 참조하면 된다.

저항타입의 센서 사용하기 (how to use resistor-type sensor)

임베디드 보드에서 저항 타입의 센서를 사용하는 방법에 대해 알아보기로 하겠다.

위의 사진은 온도센서이다. 온도의 변화에 따라 저항값이 달라진다.

센서의 값을 읽으려면 기본적으로 다음과 같은 회로를 사용하면 된다.

위의 그림에 있는 공식과 같이 두개의 저항값에 따라 출력되는 전압이 달라지게 된다.

출력 전압은 위의 예제와 같이 두 저항값의 비율에 따라 결정된다.

위의 그림과 같이 하나의 저항값(R1)은 고정시켜 놓고 다른 저항(R2) 대신 저항 타입의 센서를 연결해 주면 온도의 변화에 따라 저항값이 변하고 결국 출력 전압이 따라 변하게 된다. 이 전압을 A/D 컨버터를 통해 읽어주면 된다.

센서의 온도의 변화에 따른 저항값의 변화표이다. 대략 -20도에서 125도 까지의 온도를 측정하고 싶다면 센서의 저항값은 100Kohm에서 0.33Kohm까지 변하게 된다.
이 센서를 위의 회로에 사용하려면 R1값을 결정해 줘야 한다.

R1의 값을 10 Kohm으로 했을 때 온도의 변화에 따른 출력전압의 변화를 계산한 것이다.

R1의 값을 1 Kohm으로 했을 때 온도의 변화에 따른 출력전압의 변화를 계산한 것이다.

동일한 정도의 온도변화에 대해 전압의 변화가 크고 리니어해야 온도를 읽는데 오차가 작아지고 정확하게 읽을 수 있다.
그러므로 위의 두개의 그래프에서 보듯이 주 사용환경이 -10~70도 사이라면 R1 저항으로 10 Kohm을 사용하는게 좋고 사용환경이 10~120도 사이라면 R1 저항으로 1 Kohm을 사용하는게 좋다.

오차를 최소화해서 정확하게 온도를 읽으려면 전압-온도 형태의 lookup table을 사용하면 되고 그 정도까지 정확할 필요가 없어 간단하게 하려면 저 구간에서는 온도-전압의 변화가 거의 리니어하기 때문에 간단한 수식으로 계산해도 된다.

R1이 1 Kohm인 경우 25도인 경우 전압이 4.545V, 125도인 경우 전압이 1.24V니까 직선의 기울기는 (1.24-4.545)/(125-25) = -0.033이 된다. 이 경우 Vo = -0.033T+5.365 라는 공식이 나오기 때문에 T = (5.365-Vo) / 0.033 이 된다. 즉 A/D컨버터의 전압값을 읽어 저 공식에 집어 넣으면 온도를 구할 수 있게 된다.

* 물론 좀 더 정확하게 하기 위해서는 calibration 과정을 거쳐줘야만 한다.

이 포스팅에서는 온도센서를 예로 들었지만 그 이외에도 환경의 변화에 따라 저항값이 변하는 타입의 센서(CDS photocell 등)는 모두 동일한 방식으로 사용하면 된다.