STM32_TouchGFX-Based_Smart_Switch_Controller-SwitchBot-

STM32F429I-DISC1 보드 기반

TouchGFX GUI, FreeRTOS, RTC, 서보모터 PWM 통합 임베디드 프로젝트

터치 GUI로 물리 스위치를 제어하고,

RTC 예약 기능을 통해 지정된 시간에 자동 동작하는 스마트 스위치 시스템입니다.

프로젝트 이미지

MAIN_OFF

MAIN_ON

TIMER_OFF

TIMER_SET_TIME

TIMER_ON

MAIN_RTC

TIMER_RTC

프로젝트 개요

본 프로젝트는 The SSEN 임베디드 스쿨 커리큘럼에서 학습한 내용을 바탕으로,

TouchGFX GUI 프레임워크와 FreeRTOS 멀티태스킹 환경에서 하드웨어 제어를 통합·구현하기 위해 진행한 개인 프로젝트입니다.

GUI 터치 입력, RTOS 태스크 간 통신, RTC 기반 시간 관리, PWM 서보모터 제어까지

임베디드 시스템의 다양한 요소를 하나의 프로젝트로 완성하는 것을 목표로 하였습니다.

개발 환경

항목	내용
MCU	STM32F429I-DISC1 (STM32F429ZIT6)
Language	C / C++
IDE	STM32CubeIDE 1.16.0
GUI	TouchGFX Designer 4.24.0
RTOS	FreeRTOS (CMSIS_V2)
Configuration	STM32CubeMX (.ioc 포함)

하드웨어 구성

부품	비고
STM32F429I-DISC1	MCU + ILI9341 LCD(240×320) 내장
SG90 서보모터	50Hz PWM 제어
점퍼 와이어	서보 연결용

주요 기능

1. 터치 GUI 기반 스위치 ON/OFF 제어

TouchGFX 기반 터치 인터페이스로 ON/OFF 버튼 조작
버튼 입력 시 서보모터가 물리 스위치를 올리거나 내림
Container 기반 화면 토글로 ON/OFF 상태를 시각적으로 표시

2. RTC 기반 실시간 시계

RTC를 통해 현재 시간을 실시간 갱신
MAIN 화면과 TIMER 화면 모두에서 시계 표시
Backup Register를 활용한 초기 시간 보존

3. 예약 타이머 기능

TIMER 화면에서 시/분 설정
ON 또는 OFF 동작 선택 후 SET 버튼으로 예약 저장
Model::tick()에서 매초 RTC 시간과 예약 시간을 비교
시간 일치 시 자동으로 서보모터 동작 (1회 실행 후 비활성화)

4. 화면 전환 기능

터치 인터페이스로 MAIN 화면 <-> TIMER 화면 전환

5. FreeRTOS 멀티태스킹

GUI_Task: TouchGFX 화면 렌더링 및 터치 입력 처리
defaultTask: 서보모터 PWM 제어 전담
전역 플래그(gServoOn, gServoOff)를 통한 태스크 간 통신

PIN MAP

Module	Peripheral	STM32 Pin	Mode	Description
서보모터 (SG90)	TIM4_CH2	PB7	AF Push-Pull	PWM 서보 신호 출력
LCD (ILI9341)	SPI5	PF7(SCK), PF8(MISO), PF9(MOSI)	AF	LCD SPI 통신
LCD CS	GPIO	PC2	Output	LCD Chip Select
LCD D/C	GPIO	PD13	Output	LCD Data/Command
RTC	RTC	-	Internal	날짜 및 시간 관리
터치 입력	LTDC + STMPE811	I2C3	AF	터치스크린 입력
전원	-	-	-	서보 VCC(5V), GND(공통)

Peripheral Configuration Summary

TIM4 (서보모터 PWM)

설정	값
Channel	CH2 (PB7)
Prescaler	89 (90MHz / 90 = 1MHz)
Counter Period	19999 (1MHz / 20000 = 50Hz)
Counter Mode	Up
Pulse	1500 (1.5ms)

서보모터 각도 매핑

동작	Pulse 값	펄스 폭	각도
ON (스위치 올림)	500	0.5 ms	0°
중립 (대기)	1500	1.5 ms	90°
OFF (스위치 내림)	2500	2.5 ms	180°

RTC

내부 RTC 사용 (LSI 클럭)
24시간 형식
Backup Register(BKP_DR0)로 초기 설정 여부 판별

FreeRTOS

태스크	Stack Size	역할
GUI_Task	8192 × 4	TouchGFX 렌더링 + 터치 입력
defaultTask	128 × 4	서보모터 PWM 제어

System Flow Diagram

수동 제어

[터치 ON 버튼]
      ↓
[MAINView::turnOn()]
(화면 전환 + gServoOn = 1)
      ↓
[defaultTask 감지]
      ↓
[서보 0° 이동]
      ↓
[1초 대기]
      ↓
[서보 90° 복귀]

예약 제어

[TIMER 화면]
      ↓
[시/분 설정 + ON/OFF 선택]
      ↓
[SET 버튼 → gSchedule 저장]
      ↓
[Model::tick() 매초 RTC 비교]
      ↓
[시간 일치 → gServoOn 또는 gServoOff = 1]
      ↓
[defaultTask → 서보 동작]
      ↓
[gSchedule.active = 0 (1회 실행 후 비활성화)]

프로젝트 구조

SwitchBot/
├── Core/Src/
│   └── main.c                          # 타이머/PWM 초기화, FreeRTOS 태스크
│
├── TouchGFX/gui/
│   ├── include/gui/
│   │   ├── common/
│   │   │   └── TimerSchedule.hpp       # 예약 데이터 구조체
│   │   ├── main_screen/
│   │   │   ├── MAINView.hpp
│   │   │   └── MAINPresenter.hpp
│   │   ├── timer_screen/
│   │   │   ├── TIMERView.hpp
│   │   │   └── TIMERPresenter.hpp
│   │   └── model/
│   │       ├── Model.hpp
│   │       └── ModelListener.hpp
│   └── src/
│       ├── main_screen/
│       │   ├── MAINView.cpp            # ON/OFF GUI + 서보 플래그 세팅
│       │   └── MAINPresenter.cpp
│       ├── timer_screen/
│       │   ├── TIMERView.cpp           # 예약 시간 설정 + gSchedule
│       │   └── TIMERPresenter.cpp
│       └── model/
│           └── Model.cpp               # RTC 읽기 + 예약 시간 체크
│
├── TouchGFX/generated/                 # TouchGFX Designer 자동 생성
├── Middlewares/ST/touchgfx/            # TouchGFX 라이브러리
└── STM32CubeIDE/                       # IDE 프로젝트 설정

트러블슈팅

#	문제	원인	해결
1	`main()` while문에 작성한 HAL 함수 미실행	FreeRTOS `osKernelStart()` 이후 while문 도달 불가	`StartDefaultTask` 태스크 내부로 코드 이동
2	TIM2 활성화 시 LCD 흰색 화면	TIM2 핀이 LCD/SDRAM(FMC)과 하드웨어 충돌	충돌 없는 TIM4 CH2 (PB7)로 변경
3	CubeMX Generate 후 PWM Init 코드 누락	Channe2이 PWM Generation으로 설정되지 않음	PWM Generation CH 재선택 + Internal Clock 체크 후 재생성
4	서보가 한쪽으로만 계속 회전	TIM Counter Mode가 Down (듀티 반전)	Counter Mode를 Up으로 변경
5	서보가 멈추지 않고 반복 동작	for 루프에 osDelay 없어 CPU 100% 점유	루프 끝에 `osDelay(10)` 추가
6	서보 회전 각도가 매우 좁음	Pulse 1000~2000 범위 사용 (이론값)	SG90 실측 기반 500~2500으로 확장
7	GUI 태스크에서 서보 제어 시 화면 멈춤	TouchGFX 태스크 내 osDelay로 GUI 블로킹	전역 플래그로 별도 태스크에 서보 제어 위임

요약

STM32F429I-DISC1 기반으로 TouchGFX GUI, FreeRTOS, RTC, PWM 서보모터 제어를 통합하여

터치 인터페이스로 물리 스위치를 제어하고, 예약 타이머로 자동화하는 스마트 스위치 컨트롤러를 구현한 프로젝트입니다.

TouchGFX 프레임워크를 통한 직관적인 GUI 설계, FreeRTOS 멀티태스킹 환경에서의 태스크 간 통신,

RTC 기반 실시간 예약 시스템, 그리고 PWM 서보모터의 정밀 제어까지

임베디드 시스템의 핵심 동작 흐름을 하나의 프로젝트로 완성하였습니다.

Name		Name	Last commit message	Last commit date
Latest commit History 6 Commits
Core		Core
STM32CubeIDE		STM32CubeIDE
TouchGFX		TouchGFX
.extSettings		.extSettings
.gitignore		.gitignore
.mxproject		.mxproject
.project		.project
README.md		README.md
STM32F429I_DISCO_REV_D01.ioc		STM32F429I_DISCO_REV_D01.ioc
changelog.txt		changelog.txt

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