SP32-Cam을 사용한 저전력 및 저비용 서식지 모니터링 카메라

재미있는 프로젝트라서 글 카피

 

먼저 ESP32-Cam의 전원을 여러 번 껐다 켜도 이미지 파일 번호가 제대로 유지되지 않는 문제에 대한 이전 게시글에 도움과 조언을 주신 모든 분들께 감사드립니다.

어떤 분들에게는 아주 쉬운 일일지도 모르겠지만, 저는 지난 몇 달 동안 ESP32-Cam의 전력 효율을 높여 제 연구(산호 생태학)에 저렴한 서식지 모니터링 카메라로 활용하기 위해 노력해 왔습니다. 저와 같은 생물학자들은 산호의 성장 과정을 기록하기 위해 카메라를 설치하고 몇 달 동안 그대로 두어야 하는 경우가 종종 있습니다. 취미 삼아 이전에 비슷한 기능을 하는 PCB 카메라( 저는 이걸 '코랄캠'이라고 부릅니다 ) 를 만들어 본 적이 있는데, 성능은 훌륭했지만 PCB와 카메라를 납땜하는 작업이 일부 사람들에게는 진입 장벽이 될 수 있다는 것을 알게 되었습니다. 제 최종 목표는 설치 비용을 포함한 카메라 가격을 30달러 미만으로 낮추는 것입니다. 과학 장비는 일반적으로 매우 비싸기 때문입니다.

어쨌든, 드디어 ESP32-Cam 프로젝트인 ' 킬로캠 (KiloCam)'의 작동 프로토타입을 완성했습니다. (킬로는 제가 공부하는 하와이에서 "관찰하다"라는 뜻입니다.) 혹시 여러분께 도움이 될까 싶어 공유합니다. 기본적으로 아두이노 프로 미니를 기반으로 RTC와 ESP32-Cam에 전원을 공급하고 안정화하는 부품들을 추가하고, 주변 환경 측정 기능도 구현했습니다. ESP32-Cam 헤더 핀에 직접 연결되며, ESP32에 "리셋 시 사진 촬영" 코드를 실행하면 저전력(0.10~0.15mA)으로 작동하는 타임랩스 카메라처럼 사용할 수 있습니다. 사용자는 사진 촬영 시작 시점과 빈도를 지정할 수 있으며, 카메라가 작동하지 않을 때는 ESP32-Cam에 전원이 공급되지 않습니다. 현재 750mAh 리튬 폴리머 배터리를 사용한 벤치 테스트 결과, 1분에 1장의 사진을 촬영할 경우 약 2.5일, 5분에 1장의 사진을 촬영할 경우 약 12일 동안 작동하며, 1시간에 1장의 사진을 촬영할 경우 약 80~90일 동안 작동할 것으로 예상됩니다. 대부분의 서식지 모니터링 애플리케이션에서는 1시간에 1장의 사진을 촬영하는 것이 이상적이라고 여겨집니다. 현재 이 부분을 테스트 중입니다.

조언해 주셔서 정말 감사합니다. 이미 다른 생물학자들에게 현장 테스트를 위해 60개 정도의 보드를 보내고 있는데, 여러분의 의견이 전 세계 과학자들에게 큰 도움이 되고 있다는 사실을 알려드리고 싶어서 여기에 글을 남깁니다. 이 서브레딧은 제가 경험해 본 곳 중 가장 유용한 곳 중 하나입니다. 혹시 제안 사항이 있으시면 언제든지 알려주세요! 이 프로젝트가 아두이노에 더 초점을 맞춘 것처럼 보일 수도 있지만, ESP32 없이는 불가능했을 겁니다. TTGO 카메라나 그 변형 제품들이 제 요구 사항에 맞지 않아서, 궁극적으로는 ESP32 기반의 독립형 카메라를 개발하고 싶습니다.

추신: u/mauroh1 님이 이 그룹에서 보여주신 것을 기반으로 ESP32-Cam에 M12 렌즈를 사용할 수 있는 3D 프린터용 어댑터도 만들었습니다 . 도움이 될 만한 분이 계실까 해서 Thingiverse 링크를 남겨둡니다 .

 

 

TI TPL5111 같은 타이머 칩을 살펴보셨나요? 전력 소모가 35nA 정도로 매우 낮아서 이런 용도에 딱 맞습니다.

https://www.ti.com/product/TPL5111

ATmega 보드 앞에 배치하면 ESP32-Cam 보드를 깨우지 않고도 저전력 센서 작업을 수행할 수 있습니다.

저는 ESP32-CAM의 설계에 대해 충분히 잘 알지는 못하지만, 구현 방식 때문에 ESP32의 ULP를 활용하는 데 한계가 있는 것 같습니다.

https://docs.espressif.com/projects/esp-idf/en/latest/esp32/api-guides/ulp.html

그러니까 파워 게이팅 레이어 앞에 파워 게이팅 레이어를 하나 더 추가할 수 있다는 거죠. 레이어의 편리함!

 

 

2MP 해상도의 카메라는 대부분의 생물학자들에게는 "충분"하다고 할 수 있습니다. 화려한 4K 타임랩스 영상은 홍보에는 유용하지만, 1년 동안 촬영된 4만 장의 이미지를 검토해야 하는 상황에서는 고해상도가 항상 좋은 것만은 아니며, 추가적인 해상도가 연구에 큰 도움이 되는 것도 아닙니다. 2MP는 동물의 존재 여부 조사, ​​빙하 이동 측정, 하천 수위 모니터링 등에 충분해 보입니다. ESP32 시스템에서 사용할 수 있는 5MP 카메라용 드라이버 업데이트 버전을 본 적이 있지만, 센서 구매에 드는 추가 비용 15달러는 대부분의 연구자에게는 부담스러울 수 있습니다. 현장 생물학 연구가 얼마나 비용 제약이 심한지 알면 놀라실 겁니다! 휴대폰을 재활용하는 것도 생각해 봤습니다. 전력 효율을 충분히 높일 수 있을지 궁금하네요.

제가 직접 사용해 본 수많은 상용 카메라의 가장 큰 문제점은 1) 대부분 필요한 수중 배치 시간을 확보할 수 없고, 2) 충분한 전력을 공급하더라도 저렴한 하우징에 넣어 필요한 수심을 확보하기 어렵다는 점입니다. 저희는 보통 GoPro 스타일의 하우징에 맞는 카메라를 사용해야 하며, 해저 20m 깊이에서 최소 한두 달 동안 사용할 수 있어야 합니다. 지상에서의 활용은 조금 더 유연합니다. 예를 들어 빙하 후퇴를 관찰하는 경우에는 사진 촬영만으로도 충분하지만, 조만간 ESP32-Cam의 비디오 촬영 기능도 살펴볼 계획입니다. 현재로서는 동물 행동 연구와 같이 저렴한 비용으로 장기간 수중 촬영이 필요한 분야에서 CoralCam이 좋은 대안이 되고 있습니다.