Electric bicycle charging electrical safety monitoring terminal

FireEye: W5500-Based Electric Bicycle Charging Safety Monitoring System

Overview

FireEye(火眼)는 전기자전거 충전 중 발생할 수 있는 전류 및 온도 이상을 실시간으로 감지하고, 위험 상황에 대응하기 위해 개발된 Ethernet 기반 스마트 안전 모니터링 시스템입니다.

이 프로젝트는 openvela 운영체제와 GigaDevice GD32F407 MCU를 기반으로 개발되었으며, 공동주택이나 공용 충전 시설에서 발생할 수 있는 전기자전거 충전 사고를 예방하는 것을 목표로 합니다.

충전 회로의 전류와 온도를 지속적으로 측정하고, 필터링 및 이상 감지 알고리즘을 통해 과전류와 과열 상태를 판단합니다. 위험 상황이 감지되면 LED와 부저를 통해 현장 경보를 발생시키고, 릴레이를 이용해 충전 전원을 차단하도록 설계되었습니다.

특히 WIZnet W5500 Ethernet Controller를 사용하여 충전 상태와 경보 이벤트를 상위 모니터링 PC로 전송합니다. 수신된 이벤트는 JSONL 형식으로 기록되며, AI 기반 분석을 통해 이상 원인과 대응 방법을 확인할 수 있습니다.

또한 안전 제어 기능이 MCU에서 독립적으로 수행되므로, 네트워크 연결이 끊어지더라도 현장에서 이상 상태를 감지하고 보호 동작을 수행할 수 있다는 점이 특징입니다.

GitHub: https://github.com/open-vela/contest2026_443_fengxieke

Why FireEye?

전기자전거에 사용되는 리튬이온 배터리는 충전 과정에서 과열이나 내부 결함이 발생할 경우 화재로 이어질 위험이 있습니다. 이러한 사고를 예방하기 위해서는 충전 상태를 지속적으로 모니터링하고, 이상 징후가 나타났을 때 신속하게 대응하는 것이 중요합니다.

기존의 카메라 기반 모니터링은 연기나 화염과 같이 외부로 드러나는 이상 현상을 감지하는 데 초점을 맞추는 경우가 많습니다.

반면 FireEye는 충전 회로의 전류와 온도라는 전기적 데이터를 직접 측정하는 방식을 사용합니다. 이를 통해 과전류나 비정상적인 온도 상승을 감지하고, 위험 상황에 대응할 수 있도록 설계되었습니다.

FireEye의 주요 특징은 다음과 같습니다.

전기적 상태 기반 모니터링: 전류와 온도 데이터를 실시간으로 수집하여 충전 과정의 이상 상태를 감지합니다.

독립적인 현장 안전 제어: 네트워크 연결 여부와 관계없이 MCU에서 이상 판단, 경보 및 전원 차단을 수행합니다.

새로운 MCU 환경으로의 OS 이식: 기존 openvela 지원 구성을 GD32F407 MCU에 맞게 수정하여 새로운 하드웨어 환경에서 실행하도록 구현했습니다.

다단계 이상 감지 알고리즘: 데이터 필터링, 임계값 및 추세 분석, 디바운싱, 4단계 상태 머신을 결합하여 이상 상태를 판단합니다.

이처럼 FireEye는 전기적 이상 감지와 현장 보호 기능을 결합하고, Ethernet을 통해 원격 모니터링까지 지원하는 안전 관리 시스템을 목표로 합니다.

About the openvela AI Hardware Developer Contest

FireEye는 2026년 제1회 openvela AI Hardware Developer Contest에 참가한 프로젝트입니다.

이 대회는 Xiaomi가 주도하는 오픈소스 AIoT 운영체제인 openvela를 기반으로, 개발자들이 AI 기술과 임베디드 하드웨어를 결합한 새로운 응용 시스템을 구현하고 개발 결과를 공유하는 행사입니다.

참가자들은 다양한 MCU와 하드웨어 플랫폼을 활용하여 새로운 장치를 개발하거나, 기존 하드웨어에 openvela를 이식하는 등의 프로젝트를 진행할 수 있습니다.

대회에서 다루는 주요 기술 분야는 다음과 같습니다.

• AI Hardware Innovation: AI 기능을 활용한 새로운 임베디드 하드웨어 및 스마트 디바이스 개발
• Hardware Platform Adaptation: 다양한 MCU와 개발보드에 openvela 운영체제를 이식하고 주변장치 지원 기능을 구현
• Smart Application Development: 웨어러블 기기와 스마트 디바이스를 위한 응용 소프트웨어 개발

참가자들은 프로젝트의 소스 코드, 기술 문서 및 개발 결과물을 GitHub에 공개하여 구현 과정과 기술적 성과를 공유합니다.

대회에는 GigaDevice, STMicroelectronics, Espressif 등 여러 반도체 기업이 후원사로 참여하고 있습니다.

FireEye는 이 가운데 GigaDevice의 GD32F407 MCU를 사용하여 openvela 기반 전기자전거 충전 안전 모니터링 시스템을 구현했습니다.

여기에 WIZnet W5500을 활용한 Ethernet 통신과 AI 기반 경보 분석 기능을 결합하여, 임베디드 하드웨어 제어와 원격 모니터링을 함께 수행하는 응용 사례를 보여줍니다.

Technical Architecture

GD32F407-Based Safety Monitoring System

FireEye는 GD32F407 MCU를 중심으로 센서 데이터 수집, 이상 상태 판단, 경보 제어 및 Ethernet 통신 기능을 수행합니다.

주요 하드웨어 및 소프트웨어 구성은 다음과 같습니다.

시스템은 충전 회로에서 측정한 전류와 온도 데이터를 MCU로 전달하고, 설정된 임계값과 이상 감지 알고리즘을 통해 충전 상태를 판단하는 구조입니다.

전류 측정에는 ACS712-30A 센서를 사용하며, ADC를 통해 수집한 데이터에 필터링과 임계값 판단을 적용합니다.

이상 상태가 감지되면 LED와 부저를 통해 경보를 발생시키고, 릴레이를 이용해 충전 전원을 차단합니다. 동시에 발생한 이벤트는 W5500 Ethernet을 통해 상위 모니터링 PC로 전송됩니다.

Ethernet-Based Remote Monitoring

FireEye의 Ethernet 통신은 현장 안전 모니터링 장치와 상위 PC를 연결하는 역할을 합니다.

전체적인 시스템 구조는 다음과 같습니다.

Current / Temperature Sensors
              |
              v
         GD32F407
         openvela OS
              |
       Safety Monitoring
       - Data Filtering
       - Threshold Check
       - Alarm Control
       - Relay Control
              |
              v
         W5500 Ethernet
              |
              v
        Monitoring PC
              |
       Event Logging
              |
              v
        MiMo AI Analysis

GD32F407은 센서 데이터 처리와 안전 제어를 담당하며, W5500은 장치에서 발생한 상태 정보와 경보 이벤트를 외부 네트워크로 전달합니다.

상위 PC에서는 Python 기반의 fireeye_monitor.py 프로그램을 통해 수신된 이벤트를 기록하고 모니터링합니다.

또한 이상 이벤트가 발생하면 Xiaomi MiMo AI 모델을 호출하여 가능한 원인과 대응 방법을 분석하고, 그 결과를 모니터링 화면에 표시하도록 구성되어 있습니다.

이때 AI 분석은 현장 안전 제어 기능과 분리되어 있습니다. 따라서 AI 서비스나 네트워크 연결에 문제가 발생하더라도 MCU는 독립적으로 이상 상태를 판단하고 기본적인 보호 동작을 수행할 수 있습니다.

WIZnet Role in This Project

FireEye에서 WIZnet W5500은 현장 안전 모니터링 장치와 상위 PC 사이의 유선 Ethernet 통신을 담당합니다.

W5500은 하드웨어 TCP/IP 스택을 내장한 Ethernet Controller로, 임베디드 MCU가 외부 네트워크와 통신할 수 있도록 지원합니다.

이 프로젝트에서는 GD32F407에서 처리한 충전 상태와 경보 이벤트를 W5500을 통해 상위 모니터링 시스템으로 전달합니다.

개발팀이 공개한 GitHub 개발 기록에 따르면, 9월 15일 수정된 펌웨어에서 W5500 Ethernet 인터페이스가 정상적으로 동작하는 것을 확인했습니다.

시리얼 로그에는 다음과 같은 MAC 주소 설정 결과가 기록되어 있습니다.

W5500: eth0 MAC = 02:00:00:46:49:52

또한 상위 PC의 192.168.1.100:8080 주소로 데이터를 전송하는 테스트도 성공한 것으로 보고되었습니다.

이를 통해 W5500이 단순히 하드웨어 구성에 포함된 부품이 아니라, 실제 원격 모니터링 기능을 구현하는 데 사용된 Ethernet Controller임을 확인할 수 있습니다.

특히 FireEye는 모든 안전 제어를 네트워크에 의존하는 방식이 아니라, MCU에서 기본적인 보호 동작을 수행하고 W5500을 통해 상태 정보와 경보 이벤트를 외부로 전달하는 구조를 채택했습니다.

이러한 설계는 네트워크 연결이 불안정한 환경에서도 현장 안전 기능을 유지하면서, 정상적인 연결 상태에서는 원격 모니터링과 이벤트 분석을 수행할 수 있다는 장점이 있습니다.

Implementation and Verification

openvela Hardware Adaptation

FireEye 개발팀은 기존 openvela의 GD32F470 계열 보드 지원 구성을 기반으로 GD32F407 MCU에 필요한 하드웨어 적응 작업을 수행했습니다.

이를 위해 칩 헤더, 핀 매핑, 메모리 구성 및 Flash 프로그래밍 설정 등을 수정했으며, 25MHz 외부 크리스털과 168MHz 시스템 클록 환경에서 펌웨어 빌드와 디버깅을 진행했습니다.

이 과정은 기존에 지원되던 MCU 환경의 설정을 다른 MCU에 맞게 수정하고, 실제 하드웨어에서 운영체제와 애플리케이션이 동작하도록 구성한 사례입니다.

Developer Takeaways

FireEye는 MCU 기반 전기 안전 제어, Ethernet 통신 및 AI 분석을 하나의 시스템으로 결합한 임베디드 응용 사례입니다.

이 프로젝트에서 참고할 수 있는 주요 기술적 특징은 다음과 같습니다.

• Independent Safety Control: 센서 측정부터 이상 판단, 경보 및 전원 차단까지 MCU에서 독립적으로 수행하여 네트워크 연결에 대한 의존도를 줄였습니다.
• W5500-Based Remote Monitoring: 현장에서 수집한 충전 상태와 경보 이벤트를 Ethernet을 통해 상위 PC로 전달하고, 원격 모니터링과 이벤트 기록을 지원합니다.
• Separation of Safety Control and AI Analysis: 현장 MCU가 실시간 보호 동작을 담당하고, 상위 PC의 AI 모델은 이상 원인 분석과 대응 방법 제시에 사용됩니다.
• openvela Hardware Porting: 기존 지원 구성을 GD32F407 MCU에 맞게 수정하여 새로운 하드웨어 환경에서 운영체제를 실행하는 과정을 보여줍니다.

FireEye는 단순한 Ethernet 통신 예제를 넘어, 실제 전기 안전 문제를 해결하기 위한 모니터링 시스템에 W5500을 적용한 프로젝트입니다.

특히 현장 안전 제어와 원격 네트워크 모니터링을 분리한 구조는 전기자전거 충전 시설뿐 아니라 산업용 전원 감시, 설비 이상 감지 및 원격 안전 관리 시스템에도 응용할 수 있습니다.

References

• FireEye GitHub Repository
• WIZnet W5500 Documentation
• openvela Official Website
• openvela GitHub