광교아이파크::거실 조명 Apple 홈킷 연동 (1)

1. Prepare

침실, 주방, 서재 등 소형 월패드로 제어 가능한 조명들은 모두 Home Network Gateway에 연결되어 있는 RS-485 통신선을 후킹하여 외부에서 접근이 가능한데, 거실 조명은 아무리 찾아봐도 게이트웨이에서는 달리 제어할 수 있는 방법을 찾을 수가 없다

거실 Main Wall Pad

거실 조명은 거실 월패드에서만 제어 가능

어떤 구조로 제어가 되는지 알아보기 위해 월패드를 분리해봤다

월패드 하단에 +자 나사 2개를 풀어준다

뚜껑 오픈

예상한대로 벽면 안쪽에는 릴레이 모듈이 장착되어있다

조명용 릴레이 모듈

최대 5개 조명까지 개별로 제어 가능하고, 조명 1-2번은 3로(three way) 스위치로 2 spot에서 제어할 수 있고 조명 3-5번은 단로 및 3로 겸용으로 사용할 수 있다

모듈 상단 Common 라인에는 AC 220V 라인 중 하나 (L인지 N인지 굳이 확인은 안해봤다)가 연결되어 있고 L1과 L2에 각각 조명이 하나씩 연결되어 있다 (단로 방식이다.. 굳이 거실 말고 다른데선 끌 필요가 없는... 작은 집이니깐?)

거실 천장에는 형광등이 총 5개가 달려있는데 L1에 형광등 3개, L2에 형광등 2개가 그룹으로 연결되어 있다

릴레이 모듈의 제품명이 적힌 곳을 찾을 수가 없어서 일단 패스 (HDC 아이콘트롤스 자체 제작이 아닐까 추정)

 

월패드의 조명 제어 (터치) 버튼 두개는 각각 L1, L2를 켜는게 아니라, 월패드에서 다음과 같이 프로그래밍할 수 있다

거실 조명 프로그래밍

default 설정은 첫번째 조명 버튼이 L1를 켜는 것(형광등 3개 ON)이고, 두번째 조명 버튼이 L1과 L2를 모두 켜는 (형광등 5개 ON) 제어 방식인데, 달리 설정할 이유가 없어서 그대로 쓰고 있다 (즉, 조명 제어 버튼과 릴레이 모듈이 1:1 매칭이 아니다)

 

조명 제어 터치패널이 어떤 방식으로 동작하는지 알기 위해 월패드 우측 회로부를 유심히 살펴보았다

조명 제어 터치 패널

MOLEX 커넥터에 연결된 케이블을 뽑으면 LED가 꺼지는 걸로 봐선 케이블을 통해 전원이 공급되고 있는 듯하다

 

드라이버를 조심조심 풀어서 PCB만 분리해보자

조명 터치 패널 PCB 뒷면

조명 터치 패널 PCB 앞면

PCB 앞면에는 동작음을 알리는 부저와 세 개의 터치 버튼(조명 1, 조명 2, 알람) 위치 근방에 White LED와 Blue LED가 각각 1세트씩 실장되어있다 (기능이 꺼져있으면 White, 켜져있으면 Blue)

PCB 뒷면에는 2개의 IC 및 중앙제어부와의 연결을 위한 Molex 커넥터 53261-10이 하나 실장되어 있다

 

몰렉스 커넥트 우측 하단 IC는 KID65004AF로, 7-Darlington Transistor Array 칩이다

(KEC 회사 제품인데, 나름 한국 반도체 기업이다)

KID65004AF Functional Diagram, 출처: 데이터시트

Schematic for each driver(Darlington Transistor), 출처: 데이터시트

PCB 라우팅을 대충 훑어보면 LED 쪽과 연결되어 있는 것 같다

 

몰렉스 커넥터 좌측 하단 IC는 touchSEMI라는 체코 기업의 TS04라는 제품으로, 4채널 정전용량 터치 센서 (Capacitive Touch Sensor) IC다

PCB 전면부의 4-Pin Header가 3개의 터치 패널 및 Ground에 연결되어 있는 것으로 보인다

TS04 Application Example, 출처: 데이터시트

 

IC 종류도 알았고 각 핀들의 기능도 대충 알았으니 멀티미터로 포인트를 하나하나 찍어가며 역공학을 해볼 차례다 

Reverse Engineering with Multimeter

• 케이블 연결 해제 후 보드 분리 - 포인트간 저항 측정으로 연결 지점 찾기

• 케이블 연결 후 포인트간 전압 측정 (DC 전압, GND 찾기)

주의: 여기서부터는 정확하지 않거나 사실이 아닌 정보가 포함될 수 있음

2. Analysis

이리저리 찍어보고 다음과 같이 대충 회로도를 그릴 수 있었다

※ iPad Pro + GoodNotes5 앱 활용

역공학 결과물

KID65004AF는 커넥터로부터 Input 신호를 받아 Blue와 White 둘 중 하나의 LED에 전류를 인가하여 켜게 하는 역할을 하는 것으로 추정된다 (입력값이 0V이면 White LED On, 입력값이 +5V이면 Blue LED On)

굳이 왜 달링턴 증폭기를 사용했는지 의도는 모르겠는데, 아마 LED에 인가하는 전류를 많이 증폭하여 충분한 밝기를 얻기 위해서가 아닐까싶다... (물론 단순 MCU GPIO에 LED를 직접 연결하는 건 굉장히 아마추어스럽긴 하다)

다음에 기회가 되면 달링턴 증폭기 원리에 대해 포스팅해보도록 하자

 

몰렉스 커넥터의 왼쪽을 1번핀이라고 하면 

• 2번 Pin: 3번째 달링턴 회로 입력 (Base), EM쪽 터치패널 LED 제어, 1번째 달링턴 회로와 연동

• 6번 Pin: 6번째 달링턴 회로 입력 (Base), 조명 2번 터치패널 LED 제어, 7번째 달링턴 회로와 연동

• 7번 Pin: 5번째 달링턴 회로 입력 (Base),  조명 1번 터치패널 LED 제어, 4번째 달링턴 회로와 연동

이 외에도 2번째 달링턴 회로는 몰렉스 커넥터 4번 핀의 신호에 따라 부저 (터치패널 작동음)를 울리게 된다

 

TS04는 정전식 터치패널 3개 (조명 1번, 조명 2번, EM)로부터 터치되었는지 여부를 해석하여 결과를 출력한다

터치가 되지 않았을 경우 +5V가 유지되며, 터치가 된 경우 GND가 되는 Active Low 신호가 된다 (Open-drain)

 

재밌는건, 조명 1번과 조명 2번의 출력 (각각 IC의 10번, 11번 핀) 두 개가 저항으로 묶인 신호가 되어 몰렉스 커넥터의 5번 핀으로 하나의 신호로 출력된다는 점이다 (open-drain을 위한 풀업저항을 사용하는게 아님)

나름 짱구를 굴려봤다...

• 조명 2개 모두 꺼진 경우: +5V 출력

• 조명 1번이 켜진 경우 (형광등 3개): +2.2V 출력

• 조명 2번이 켜진 경우 (형광등 5개): +2.8V 출력

조명 1,2번이 모두 켜진 경우는 없다 (상호배타적)

아마 메인 패널쪽에서는 ADC로 값을 읽지 않을까...하는 추측을 해볼 수 있다

(이게 홈네트워크 업계에서 통상 쓰이는 테크닉인지, 아니면 Bestin만의 독특한 설계인지는 잘 모르겠다)

 

HomeKit과 연동하기 위해서는 조명 2개 On/Off 제어 및 상태 읽기가 가능해야 하며, 몰렉스 커넥터 중 일부를 후킹하면 될 것 같다

Molex Pin #	Description
1	GND
5	조명 1/2번 제어 (전압 레벨)
6	조명 2번 상태
7	조명 1번 상태
9	+5V

>> MCU의 Analog Output 1개와 2개의 Digital Input이 필요하다

>> HomeKit 연동을 위해 네트워크 연결은 필수이다 (유선/무선)

>> ESP8266이나 ESP-32 정도면 GPIO 요구사항도 충족하고, 네트워크 무선 연결도 가능하다
     무엇보다도 하드웨어 사이즈를 최소화할 수 있다!
     (굳이 Homebridge 설치된 라즈베리파이와 블루투스로 연결하거나 하는 번잡한 구현은 필요없다)

 

이제 내가 분석한 결과대로 동작하는지 프로토타이핑해봐야한다

멀쩡한 보드에 손상을 가하고 싶지는 않기에 몇가지 부품을 주문했다

몰렉스 관련 부품들은 해외 배송이 대부분이라 물건을 수령하기까지 시간이 오래 걸릴거 같다 (6일 이상?)

다음 포스팅은 시간이 좀 지난 후에 업로드하게 될 것 같다

 

P.S) "왜 릴레이 모듈을 후킹하지 않았나??" 하는 의문이 드는 분들을 위한 대답

      220V 고전압이 흐르는 녀석은 건드리고 싶지가 않다... 쫄보근성

 

[시리즈 링크]

광교아이파크::거실 조명 Apple 홈킷 연동 (1)

광교아이파크::거실 조명 Apple 홈킷 연동 (2)

광교아이파크::거실 조명 Apple 홈킷 연동 (3)

광교아이파크::거실 조명 Apple 홈킷 연동 (4)