Overview

STM32 Pipe Inspection Robot은 STM32F401RE 기반의 이동형 검사 로봇으로, 파이프 내부 환경 데이터를 수집하고 이를 실시간으로 모니터링하기 위해 개발된 임베디드 시스템 프로젝트입니다. 로봇은 온도, 습도, 가스 농도, 압력 등의 정보를 측정하며, 이동 거리와 자세를 추정한 뒤 Ethernet 네트워크를 통해 웹 대시보드로 전송합니다.

프로젝트의 핵심 목적은 다음과 같습니다.

• 사람이 접근하기 어려운 파이프 내부 상태 모니터링
• 가스 누출 및 환경 변화 감지
• 이동 거리 및 위치 추정
• Ethernet 기반 원격 모니터링
• 산업용 배관 점검 자동화 연구

특히 STM32와 W5500 Ethernet Controller를 결합하여 별도의 PC 프로그램 없이 웹 브라우저만으로 로봇 상태를 확인할 수 있다는 점이 특징입니다.

Why Pipe Inspection Robot?

산업 현장에서는 가스관, 상수도관, 하수관, 플랜트 배관 등 다양한 폐쇄형 파이프 설비를 지속적으로 점검해야 합니다.

하지만 이러한 환경은 다음과 같은 문제를 가집니다.

• 작업자 진입 위험
• 협소 공간 접근 한계
• 유해가스 노출 위험
• 장거리 배관 점검 비용 증가

Pipe Inspection Robot은 이러한 문제를 해결하기 위해 개발된 대표적인 산업용 로봇 응용 분야입니다.

센서와 네트워크 기술을 결합하면 파이프 내부 상태를 실시간으로 수집하고 원격으로 확인할 수 있습니다.

Features

실시간 환경 데이터 수집

로봇은 여러 센서를 사용하여 파이프 내부 환경을 측정합니다.

• DHT11 : 온도·습도
• DS18B20 : 정밀 온도
• MQ-4 : 메탄가스
• MPXV7002DP : 압력

이를 통해 배관 내부의 이상 상태를 감시할 수 있습니다.

이동 거리 추정

로봇은 엔코더와 MPU6050 IMU 데이터를 결합하여 이동 거리를 계산합니다.

프로젝트는 Kalman Filter 기반 Sensor Fusion을 적용하여 오차를 줄였으며, 실제 테스트에서 약 2~3% 수준의 거리 오차를 기록했습니다.

실시간 웹 대시보드

W5500 Ethernet Controller를 이용해 HTTP 서버를 구현하였으며, 사용자는 브라우저에서 로봇 상태를 확인할 수 있습니다.

확인 가능한 정보는 다음과 같습니다.

• Distance
• Velocity
• Acceleration
• Gyroscope
• Temperature
• Humidity
• Gas Level
• Pressure

System Architecture

전체 시스템은 다음과 같이 구성됩니다.

Sensors
(DHT11, MQ-4, MPU6050)
        │
        ▼
 STM32F401RE
        │
 ┌──────┴──────┐
 │             │
Motor      W5500
Driver        │
 │            │
 ▼            ▼
Robot     Ethernet
Motion        │
              ▼
       Web Dashboard

STM32가 센서 데이터를 수집하고 이동 제어를 수행하며, W5500이 Ethernet 통신을 담당합니다.

Role and Application of WIZnet W5500

Why W5500?

STM32F401RE는 Ethernet MAC을 내장하지 않은 MCU입니다.

따라서 Ethernet 네트워크 기능을 구현하려면 외부 Ethernet Controller가 필요합니다.

이 프로젝트는 WIZnet의 W5500을 사용하여 Ethernet 기능을 구현했습니다.

W5500은 Hardwired TCP/IP 구조를 사용합니다.

즉 TCP/IP 스택을 MCU가 직접 처리하지 않고 W5500 내부에서 처리합니다.

STM32
   │ SPI
   ▼
 W5500
   │
 Ethernet
   │
 Browser

이 구조 덕분에 STM32의 CPU 부하를 줄이고 보다 안정적인 네트워크 통신을 구현할 수 있습니다.

W5500 적용 위치

프로젝트에서 W5500은 STM32와 유선 네트워크 사이의 SPI Ethernet 인터페이스 역할을 수행합니다.

STM32 ↔ W5500 ↔ LAN

적용 기술은 다음과 같습니다.

• SPI Communication
• TCP/IP
• HTTP Server
• Ethernet Networking

STM32는 SPI를 통해 W5500을 제어하고, W5500은 Ethernet 패킷 송수신을 담당합니다.

HTTP Dashboard

프로젝트는 Embedded HTTP Server 구조를 사용합니다.

사용자가 브라우저에서 접속하면

http://192.168.x.x

STM32가 생성한 센서 데이터를 W5500이 Ethernet을 통해 전송합니다.

동작 흐름은 다음과 같습니다.

Sensor Data
      │
      ▼
   STM32
      │
 HTML Generation
      │
      ▼
   W5500
      │
 Ethernet
      │
      ▼
 Browser

이를 통해 별도의 전용 소프트웨어 없이 웹 브라우저만으로 로봇 상태를 모니터링할 수 있습니다.

Industrial Advantages of W5500

W5500을 적용하면 다음과 같은 장점이 있습니다.

안정적인 유선 통신

산업 환경에서는 Wi-Fi보다 Ethernet이 더 안정적입니다.

특히 금속 구조물이 많은 플랜트나 배관 시설에서는 유선 네트워크가 선호됩니다.

MCU 부하 감소

TCP/IP 처리를 W5500이 담당하므로 STM32는 센서 처리와 모터 제어에 집중할 수 있습니다.

실시간 데이터 전송

환경 데이터와 주행 데이터를 실시간으로 웹 대시보드에 전달할 수 있습니다.

IoT 확장성

향후 MQTT, Cloud Monitoring, Remote Logging 같은 IoT 기능으로 확장하기 용이합니다.

실제로 W5500은 다양한 산업용 IoT 및 실시간 데이터 수집 시스템에서 활용되고 있습니다.

Technical Highlights

Sensor Fusion

• Encoder
• MPU6050

데이터를 결합하여 위치를 추정합니다.

Kalman Filter

센서 노이즈를 줄이고 거리 측정 정확도를 향상시킵니다.

ZUPT (Zero Velocity Update)

정지 상태에서 속도를 보정하여 IMU Drift를 줄입니다.

Ethernet-Based Monitoring

W5500 기반 HTTP 서버를 통해 실시간 원격 모니터링을 제공합니다.

Market & Application Value

이 프로젝트는 단순한 학습용 로봇을 넘어 실제 산업 현장 적용 가능성을 보여줍니다.

활용 가능 분야는 다음과 같습니다.

가스관 검사

MQ-4 센서를 활용한 가스 누출 감지

플랜트 배관 점검

압력 및 환경 상태 모니터링

스마트 팩토리

원격 유지보수 시스템

산업 IoT

Ethernet 기반 실시간 데이터 수집 노드

특히 W5500은 단순 TCP 서버 예제를 넘어 산업용 검사 로봇의 네트워크 백본 역할을 수행하는 사례로 볼 수 있습니다.

Summary

STM32 Pipe Inspection Robot은 STM32F401RE 기반의 파이프 검사 로봇으로, 다양한 센서를 이용해 환경 데이터를 수집하고 이동 상태를 추정하는 임베디드 시스템 프로젝트입니다. 프로젝트의 핵심 특징은 WIZnet W5500 Ethernet Controller를 활용하여 실시간 웹 대시보드를 구현했다는 점입니다. W5500은 STM32와 Ethernet 네트워크를 연결하는 SPI Ethernet 인터페이스 역할을 수행하며, HTTP 기반 원격 모니터링 환경을 제공합니다. 이를 통해 사용자는 파이프 내부의 온도, 습도, 가스 농도, 압력, 주행 거리 등을 실시간으로 확인할 수 있으며, 산업용 검사 로봇 및 IoT 기반 유지보수 시스템으로 확장 가능한 구조를 보여줍니다.