Korail Battery Monitoring System

ESP32 기반의 배터리 비중(SG)·액위(Level) 실시간 계측/표시/전송 시스템

ESP32가 I2C 압력 센서로부터 데이터를 수집하고 Nextion HMI에 표시하며, 측정값을 MQTT로 전송합니다. 백엔드는 MQTT 메시지를 수신해 웹소켓으로 프론트엔드에 푸시하고, 사용자가 원할 때 현재 값을 DB에 저장해 이력을 조회할 수 있습니다.

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프로젝트 개요

• 문제: 철도·산업용 배터리 유지보수 현장에서 비중/액위 수치를 수기로 측정·기록 → 오류와 비효율.
• 해결: 자체 제작 장비로 비중/액위 동시 측정 → ESP32가 실시간 전송 → 웹 대시보드로 시각화/저장.

목표:

• 센서 데이터 자동 측정 및 유효성 확인
• ESP32 → MQTT 브로커로 실시간 전송(JSON)
• 서버가 수신 값을 캐시·웹소켓 푸시, 요청 시 DB 저장
• 프론트엔드에서 실시간 그래프와 저장 이력 조회

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시스템 아키텍처

[Sensors] 자체 제작
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[ESP32]
├─ I2C 수집(24-bit) → 필터링/보정(고정 게인·Tare)
├─ Nextion HMI 표시(UART2, n0:SG, n1:샘플수)
├─ MQTT Publish(JSON: {"sg","samples"})
└─ Wi‑Fi 연결 관리

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[MQTT Broker]   [Local Display]
└─ Mosquitto    └─ 배터리 상태 실시간 표시

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[Backend: Flask + Socket.IO]
├─ Paho-MQTT Subscriber
├─ 최신 측정 캐시 및 batteryUpdate 소켓 이벤트 푸시
├─ PostgreSQL 저장(dp_saved)
└─ REST API 제공

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[Database - PostgreSQL]
├─ 실시간 로그

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[Web Dashboard: Next.js + Chart.js]
├─ 실시간 SG/Level 그래프
└─ 현재 값 수동 저장 및 이력 페이지네이션 조회

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주요 기능

• 디바이스(ESP32): ABP2 압력센서 계측, Tare, 고정 캘리브 게인 적용, Nextion 표시, MQTT 전송
• 백엔드(Flask): MQTT 구독/파싱, Socket.IO 실시간 푸시, DB 저장/조회 API
• 프론트엔드(Next.js): 실시간 그래프, 현재 값 저장 버튼, 저장 이력 테이블(페이지/정렬/날짜)

MQTT 토픽/페이로드

• 토픽: STM/DP 또는 환경/설정의 MQTT_TOPIC(기본값: stm/dp)
• 페이로드(JSON):

{"sg": 1.234, "samples": 30}

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주요 기능

• ESP32가 모든 센서를 직접 제어 및 측정
• MQTT를 통한 무선 전송
• 백엔드가 MQTT 메시지 수신 후 DB 저장

대시보드 시각화

• 실시간 그래프 렌더링
• 이전 측정 저장, 이력 조회

디바이스(ESP32) 펌웨어

• Arduino/config.example.h를 복사해 Arduino/config.h 생성 후 값 설정:
  • WIFI_SSID, WIFI_PASS
  • MQTT_BROKER, MQTT_PORT, MQTT_TOPIC(기본: stm/dp)
• 하드웨어 연결(기본값):
  • I2C: SDA=21, SCL=22
  • Nextion UART2: TX2=GPIO17, RX2=GPIO16, Baud=115200
• 빌드/업로드 후 부팅 시 자동 Tare 수행, 주기적으로 MQTT에 SG 전송

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기술 스택

Device / Embedded

• ESP32(Arduino Core): 메인 컨트롤러
• Nextion HMI: 로컬 실시간 표시(UART2)
• MQTT Publish: SG·샘플수 전송(JSON)

Backend

• Flask + Flask-SocketIO + CORS
• Paho-MQTT: 브로커 구독
• PostgreSQL(psycopg2-binary): 이력 저장
• python-dotenv: 환경변수 관리

Frontend

• Next.js 14 + TypeScript
• Chart.js: 실시간 그래프
• TailwindCSS: UI 스타일링

Infra

• Mosquitto: MQTT Broker
• PostgreSQL: 데이터베이스