본 논문에서는 RF 신호를 사용하여 냉장고 내 물품에 부착된 전자태그를 비접촉 상태에서 인식하여 물품의 정보와 주변 환경정보를 자동 추출할 수 있는 RFID 기술을 활용한 물품 정보 관리 시스템을 구현하였다. 구현된 시스템은 단순 인터넷 접속 기능만을 제공하는 기존 스마트 냉장고의 한계를 극복하기 위해, 냉장고 안에 보관된 식료품에 부착된 전자태그에서 정보를 읽어 자동으로 데이터베이스에 저장하고 이 데이터베이스를 토대로 사용자 친화적인 인터페이스를 통해 댁내 혹은 원격지에 위치한 사용자에게 각종 편의 정보를 제공하도록 구성되었다. 본 논문에서는 RFID 기반 스마트 냉장고의 개발시 요구사항을 분석하고, 이를 기반으로 효율적인 물품 인식을 위한 물품 위치 추적 방식과 태그 인식 거리를 고려하여 효율적인 RFID 안테나 이동 방식 제안, 프로토타입 냉장고 외형 제작, 태그에서 습득한 정보의 효율적 관리 및 검색을 위한 정보 관리 시스템 구현을 수행하였다. 마지막으로 제안한 시스템의 성능을 평가하기 위해 제안한 시스템 구성 하에서 RFID 리더가 한 번에 인식할 수 있는 태그의 개수, 저장된 식품의 전자 태그 접촉면과 태그의 각도에 따른 인식 여부, 제품 검색시 RFID 리더기의 이동 속도에 따른 태그 인식 여부를 프로토타입 냉장고 상에서 실험하였다.
본 논문에서는 RF 신호를 사용하여 냉장고 내 물품에 부착된 전자태그를 비접촉 상태에서 인식하여 물품의 정보와 주변 환경정보를 자동 추출할 수 있는 RFID 기술을 활용한 물품 정보 관리 시스템을 구현하였다. 구현된 시스템은 단순 인터넷 접속 기능만을 제공하는 기존 스마트 냉장고의 한계를 극복하기 위해, 냉장고 안에 보관된 식료품에 부착된 전자태그에서 정보를 읽어 자동으로 데이터베이스에 저장하고 이 데이터베이스를 토대로 사용자 친화적인 인터페이스를 통해 댁내 혹은 원격지에 위치한 사용자에게 각종 편의 정보를 제공하도록 구성되었다. 본 논문에서는 RFID 기반 스마트 냉장고의 개발시 요구사항을 분석하고, 이를 기반으로 효율적인 물품 인식을 위한 물품 위치 추적 방식과 태그 인식 거리를 고려하여 효율적인 RFID 안테나 이동 방식 제안, 프로토타입 냉장고 외형 제작, 태그에서 습득한 정보의 효율적 관리 및 검색을 위한 정보 관리 시스템 구현을 수행하였다. 마지막으로 제안한 시스템의 성능을 평가하기 위해 제안한 시스템 구성 하에서 RFID 리더가 한 번에 인식할 수 있는 태그의 개수, 저장된 식품의 전자 태그 접촉면과 태그의 각도에 따른 인식 여부, 제품 검색시 RFID 리더기의 이동 속도에 따른 태그 인식 여부를 프로토타입 냉장고 상에서 실험하였다.
In this paper, we implement an automatic entity information management system for smart refrigerator using RFID technology in which objects containing electronic tags are automatically identified using radio wave. Unlike current "smart" refrigerators, the system presented in this paper implements sm...
In this paper, we implement an automatic entity information management system for smart refrigerator using RFID technology in which objects containing electronic tags are automatically identified using radio wave. Unlike current "smart" refrigerators, the system presented in this paper implements smart tag information acquisition mechanism and real-time information management system to provide various information on entities in refrigerators to local and remote users. As the first step, this paper analyzes the requirements for smart refrigerator system based on the RFID and suggests design considerations. Based on the analysis, we propose and implement an efficient tag location tracking method based on antenna transfer method and an intelligent tag information management system based on embedded database and web server. We also provide a wide range of experimental results on the number of tags identified at a time and the tag recognition ratio according to the RFID antenna transfer speed and the angle between tag reader and tags.
In this paper, we implement an automatic entity information management system for smart refrigerator using RFID technology in which objects containing electronic tags are automatically identified using radio wave. Unlike current "smart" refrigerators, the system presented in this paper implements smart tag information acquisition mechanism and real-time information management system to provide various information on entities in refrigerators to local and remote users. As the first step, this paper analyzes the requirements for smart refrigerator system based on the RFID and suggests design considerations. Based on the analysis, we propose and implement an efficient tag location tracking method based on antenna transfer method and an intelligent tag information management system based on embedded database and web server. We also provide a wide range of experimental results on the number of tags identified at a time and the tag recognition ratio according to the RFID antenna transfer speed and the angle between tag reader and tags.
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문제 정의
상당히 어렵다. 본 논문에서는 그림 2와 같이 현 냉장고 시스템에 맞는 두 가지의 해결방법을 모색하였다.
본 논문에서는 단순 인터넷 접속 기능과 가정 내 가전 기기간 연동 기능만을 제공하는 기존의 스마트 냉장고의 한계를 극복하기 위해, RFID 기반의 물품 정보 관리 및 서비스 시스템을 추가한 스마트 냉장고 시스템을 제안하였다. 본 연구에서는 기존 연구에서 시나리오 수준으로 검토되던 스마트 물품 관리 기능을 저비용으로 구현하기 위해 현 냉장고 시스템 구조에서 태그 인식률을 높이기 위한 요구 조건 분석과 구체적 구현 조건을 제시하기 위한 실험도 부가적으로 수행하였다.
본 논문에서는 제조원가를 고려하여 그림 3과같이 안테나 이동 방식으로 시스템을 설계하기로 하고, 정확한 위치 정보의 파악은 안테나 모터 조정 방식을 효율적으로 설계하여 극복하고자 한다.
본 연구에서는 RFID 안테나의 이동을 위해 냉장고 상단에 도르래를 설치하고 지지선을 이용해 모터와 연결한 후 모터 회전에 의해 RHD 안테나의 위치를 이동시키는 방식을 고안하였다. DC 모터를 이용할 경우 가격은 저렴하나 정확한 위치로 안테나를 이동시킬 수 없으며 시스템의 동작 시간에 따라 점점 더 오차가 커지기 때문에 주기적으로 보정을 해 주어야 하는 문제점을 가지고 있다.
냉장고 시스템을 제안하였다. 본 연구에서는 기존 연구에서 시나리오 수준으로 검토되던 스마트 물품 관리 기능을 저비용으로 구현하기 위해 현 냉장고 시스템 구조에서 태그 인식률을 높이기 위한 요구 조건 분석과 구체적 구현 조건을 제시하기 위한 실험도 부가적으로 수행하였다. 또한, 사용자 편의성을 고려하여 웹 서버에 기반한 지능형 실시간 정보 저장, 검색 기능과 사용자 친화적인 인터페이스를 제공하여 사용자가 댁내, 댁외에서 인터넷 접속 가능한 단말을 이용해 실시간으로 냉장고 내의 물품 사항을 일목요연하고 쉽게 검색할 수 있도록 하였다.
RHD 안테나를 통해 읽어 들인 정보는 UART를 통해 메인 콘트롤러 보드에 데이터베이스화하여 저장된다. 이렇게 저장된 정보를 이용하여 식자재의 위치 및 세부정보를 모니터링할 수 있는 사용자 인터페이스를 제공할 수 있도록 구현하였다.
제안 방법
RFID 리더기는 두 대를 양쪽으로 안테나 이동방식으로 적용하고 이를 제어할 수 있는 DC 모터를 사용하며, 이로 인해 발생될 수 있는 문제점들은 소프트웨어로 해결함으로써 제조원가를 낮출 수 있도록 하였다. RFID 냉장고는 RFID 태그, RHD 리더기, 모터 드라이브 임베디드 보드로 구성된다.
따라서 우선 접촉면과 태그의 각도를 변화시키면서 인식 여부를 측정하였다. 각 태그 타입별로 500회의 인식을 반복하여 성공한 인식의 비율을 측정하였다.
각종 식자재 정보가 RFID 냉장고 검색을 통해서 데이터베이스에 저장되면 웹서버는 냉장고 본체의 데이터베이스를 주기적으로 가져와 웹서비스를 하게 되며 외부에 있는 사용자에게 인터넷을 통해 냉장고 안의 상황을 실시간으로 알려줄 수 있도록 설계한다. 부가적으로 냉장고 안의 식자재를 이용한 다양한 요리정보와 동영상 정보를 제공한다.
따라서 리더기와 태그의 거리를 20cm 로한 상태에서 전자 태그 접촉면과 태그의 각도에 따른 인식 여부, RFID 리더기가 한 번에 인식할 수 있는 태그의 개수, 제품 검색 시 RFID 이동속도에 따른 태그 인식여부를 평가하였다.
또한 적용한 프로토콜에 따른 인식거리 차이도 발생하여 표 2와 같은 Air-Interface 프로토콜에 따른 RFID 태그 인식 거리를 나타냈다. 따라서 양 측면에 RFID 리더기를 설치하여 태그를 읽어낼 수 있도록 하였으며, 수직 배열로 고려하여 볼 때, RFID 리더기의 전파는 도넛 형을 그리며 발생하므로 RFID 리더기의 이동과 함께 반복적으로 태그판독을 수행하여 식품에 대한 저장위치를 확정하였다. 본 논문에서는 위 사항을 고려하여 그림 4와 같이 70cm×45cm×100cm(가로×세로×높이) 크기로 스마트 냉장고 외형을 설계하였다.
임의의 형태로 배열된다. 따라서 우선 접촉면과 태그의 각도를 변화시키면서 인식 여부를 측정하였다. 각 태그 타입별로 500회의 인식을 반복하여 성공한 인식의 비율을 측정하였다.
가능하다. 또한, 냉장고 내의 식자재들을 파악하여 인터넷과 연동, 사용자에게 조리 방법을 알려주는 동영상을 제공하고 기타 뮤직 비디오 같은 부가 기능들을 제공함으로써 가정에서의 쾌적하고 편리한 환경을 구성할 수 있게 하였다
[67]. 먼저 기존 연구 [8]에서 제시한 미래형 스마트 냉장고의 서비스 시나리오를 살펴보도록 한다. 미래형 스마트 냉장고는 RF 검출기와 내장형 컴퓨터, 외부 디스플레이를 장착하고 있어 냉장고 문을 열지 않은 상태에서도 냉장고 안에 저장되어 있은 식품의 종류와 유통기한 등의 정보를 일목요연하게 정리, 제공할 수 있는 사용자 인터페이스를 제공한다.
모터 제어 모듈와 연동되어 RFID 리더기에 관련된 함수들을 호출하며 전체적인 리더기의 이동과 작동 등을 제어한다.
본 논문에서 제시한 스마트 냉장고 시스템의 구성을 설계하기 위해 먼저 시스템 특성을 고려한 요구사항을 분석하였다. 이미 기존 연구들 [9-12]에서 유비쿼터스 개념을 적용한 스마트 냉장고의 요구사항들을 제시하고 있으나 이들 요구사항은 서비스 시나리오에 따른 기능적 요구사항을 정리한 것이다.
본 논문에서 제안하는 시스템에 적용된 모터제어 방식에서는 DC 모터를 사용할 경우 안테나를 끌어 올릴 때는 거의 동일한 위치에 멈추지만 안테나가 내려올 때 오차가 발생하는 점을 고려하여 안테나가 내려오면 스위치를 통해 모터를 정지시키고 이 신호를 GPIO (General Purpose 1/0)신호로 전달하여 모터 제어 변수 값을 초기화한 후 다음 동작으로 이어지도록 하였다. 이러한 방법으로 DC 모터의 단점인 주기적인 보정을 해결하였다.
따라서 양 측면에 RFID 리더기를 설치하여 태그를 읽어낼 수 있도록 하였으며, 수직 배열로 고려하여 볼 때, RFID 리더기의 전파는 도넛 형을 그리며 발생하므로 RFID 리더기의 이동과 함께 반복적으로 태그판독을 수행하여 식품에 대한 저장위치를 확정하였다. 본 논문에서는 위 사항을 고려하여 그림 4와 같이 70cm×45cm×100cm(가로×세로×높이) 크기로 스마트 냉장고 외형을 설계하였다.
4GHz 대역을 적용할 수 있다. 본 논문에서는 이 중에서 냉장고라는 제한적인 소규모 환경에서 사용되어야 하므로, 인식거리와 비용을 감안하여 반경 60 cm 이내로 13.56 MHz 주파수 대역을 사용하는 수동형 태그를 선택하였다. 수동형 태그는 능동형 태그와 달리 자체 전원이 없고 인식 거리가 짧은 대신에 비교적 저가이며 어떠한 형태로도 제작이 가능하다.
본 시스템에서는 그림 7과 그림 8에서 보듯이 기존의 기능 중심의 UI와는 달리 사용자 중심의 UI 를 Qt 라이브러리 [18]를 사용하여 구현하고 이를 통해 냉장고 내의 각종 정보를 사용자에게 친숙하고 깔끔하게 구성하여 보여줌으로써 사용자로 하여금 쉽고 편하게 모든 기능을 사용할 수 있도록 하였다 그림 7과 8에서 볼 수 있듯이 식자재 정보 표시(●)와 식자재 세부정보 표시(❷) 는 이상있는 식자재가 발견되었을 경우 자동으로 그에 대한 경고 메시지를 출력해 준다. 또한 식자재를 선택했을 경우 식자재의 상세정보를 표시해준다 식자재 위치정보 표시(❸)는 이상 있는 식자재가 발견되었을 경우 자동으로 식자재의 위치를 표시해 준다.
실험 결과는 태그와 리더기가 수평일수록 인식률이 높다는 점을 보여준다. 본 실험의 냉장고 구현에 있어서, 보기와 같이 인식이 원활하지 않은 형태로 배치되는 유형의 물품이 발생할 수 있으므로, 이와 같은 인식불가 사례를 해결하기 위하여 RFID 리더기의 위치를 이동시키면서 반복적인 TAG 인식을 수행하도록 구현하여 인식률 저하를 방지하였다.
있도록 설계한다. 부가적으로 냉장고 안의 식자재를 이용한 다양한 요리정보와 동영상 정보를 제공한다.
앞에서 언급한 것과 같은 서비스 시나리오를 제공하기 위해 본 논문에서 제시하는 RHD 기반 물품 정보 자동 관리 시스템은 RFID 태그가 부착된 식품이 들어오면 RHD 안테나를 이용하여 해당 식품의 정보를 자동 인식하고 이 정보를 사용자가 쉽게 사용할 수 있는 형태로 변환, 데이터베이스에 저장하도록 한다. 이렇게 생성, 저장된 정보를 토대로 스마트 냉장고는 댁내 혹은 외부에 있는 사용자에게 필요한 정보를 효율적으로 제공할 수 있다.
RFID 냉장고는 RFID 태그, RHD 리더기, 모터 드라이브 임베디드 보드로 구성된다. 이렇게 구성된 냉장고는 GPIO를 통해 모터를 구동하여 양 측면의 RHD 리더기 위치를 교대로 이동시켜 식품정보 검색을 수행한다. RHD 안테나를 통해 읽어 들인 정보는 UART를 통해 메인 콘트롤러 보드에 데이터베이스화하여 저장된다.
이와 같은 결과에 따라서, 본 시스템에서 RFID 리더기의 속도를 20m/s로 설정하였고, 양 측면의 RFID 리더기가 교대로 이동하며 반복적으로 태그를 인식하도록 하였다. 상기와 같은 인식 결과와 2장에서 제시한 요구 조건을 바탕으로 현재 구현된 스마트 냉장고 프로토타입 상에서 구현한 결과는 다음 표 12와 같다.
이와 같은 서비스 제공을 위해 본 연구에서는 그림 5와 같이 Apache2 웹서버와 PHP5를 연동하여 웹서버를 구축하였다. 냉장고에서 생성된 데이터베이스는 NFS(Network File System)를 통해 주기적으로 웹서버로 복사되어 최신정보로 유지된다.
대상 데이터
데이터베이스 구성은 단일 파일에 데이터베이스를 저장하며 데이터 검색 질의 기능을 지원하는 SQLite 데이터베이스 엔진 [16]을 사용하였다. 표 5~8은 데이터베이스 모듈에 사용되는 데이터베이스 스키마를 보여준다
본 논문에서 구현한 스마트 냉장고는 그림 6과같이 크기는 7Ocmx45cmxi00cm(가로×세로×높이) 이며 3단으로 제작되었다. 그리고 RFID 리더의 장착을 원활하게 하기 위하여 목재를 이용하여 외양을 제작하였다 RFID의 인식에 있어서 인식률은 리더와 태그 사이에 존재하는 물질에 따라 인식률의 변화가 일어날 수 있다.
성능/효과
태그의 개수도 중요하다. 그리고 본 논문에서 제안하는 전자 태그 위치 추적 방식은 안테나 이동방식이므로 안테나가 이동하는 속도에 따라 태그의 인식개수가 달라질 수 있다. 우선, 실험에 사용한 리더기에서 태그의 종류에 따라 인식할 수 있는 최대 태그의 개수는 I CODEI, ISO15693, EPC에 따라 각각 최대 15개, 23개, 그리고 26개까지 태그 인식을 동시에 시킬 수 있었다.
본 연구에서는 기존 연구에서 시나리오 수준으로 검토되던 스마트 물품 관리 기능을 저비용으로 구현하기 위해 현 냉장고 시스템 구조에서 태그 인식률을 높이기 위한 요구 조건 분석과 구체적 구현 조건을 제시하기 위한 실험도 부가적으로 수행하였다. 또한, 사용자 편의성을 고려하여 웹 서버에 기반한 지능형 실시간 정보 저장, 검색 기능과 사용자 친화적인 인터페이스를 제공하여 사용자가 댁내, 댁외에서 인터넷 접속 가능한 단말을 이용해 실시간으로 냉장고 내의 물품 사항을 일목요연하고 쉽게 검색할 수 있도록 하였다.
본 연구에 적합한 특성을 가지고 있는, 일회용이며 소모성 물품의 추적에 적합한 13.56Mhz 수동형 전자태그는 이론상 최대 60cm까지의 인식 거리를 제시하지만, 본 구현에서 사용한 개발 장비의 한계로 인하여 EPC 방식에서는 38cm까지 인식이 가능하였다[15]. 또한 적용한 프로토콜에 따른 인식거리 차이도 발생하여 표 2와 같은 Air-Interface 프로토콜에 따른 RFID 태그 인식 거리를 나타냈다.
있다. 실험 결과는 태그와 리더기가 수평일수록 인식률이 높다는 점을 보여준다. 본 실험의 냉장고 구현에 있어서, 보기와 같이 인식이 원활하지 않은 형태로 배치되는 유형의 물품이 발생할 수 있으므로, 이와 같은 인식불가 사례를 해결하기 위하여 RFID 리더기의 위치를 이동시키면서 반복적인 TAG 인식을 수행하도록 구현하여 인식률 저하를 방지하였다.
그리고 본 논문에서 제안하는 전자 태그 위치 추적 방식은 안테나 이동방식이므로 안테나가 이동하는 속도에 따라 태그의 인식개수가 달라질 수 있다. 우선, 실험에 사용한 리더기에서 태그의 종류에 따라 인식할 수 있는 최대 태그의 개수는 I CODEI, ISO15693, EPC에 따라 각각 최대 15개, 23개, 그리고 26개까지 태그 인식을 동시에 시킬 수 있었다. 또한 RHD 리더기를 모터의 구동으로 이동시키며 인식을 100회 반복하여 수행하였을 때, 표 11과 같은 결과를 얻었다.
후속연구
향후 과제로는 프로토타입 수준이 아닌 실제 시판 중인 냉장고 크기와 재질, 온습도 환경을 기준으로 한 효율적인 태그 검색 기법 및 태그 인식률에 대한 실험이 있다.
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