전력부족현상으로 대기전력에 대한 관심이 증가하고 있다. 대부분의 전자기기는 본래의 기능을 사용하지 않는 대기상태로 존재하며, 대기상태 중에서도 많은 전력을 소비한다. 이러한 대기상태로 인한 전력소비를 방지하기 위해 많은 나라에서 스마트 플러그에 관한 연구가 진행되었다. 그러나 이러한 스마트 플러그의 경우, 기능의 특성상 고가의 경우가 많으며, 사용자의 수동제어 또는 동작감지 센서 및 사용자 패턴에 의해 대기전력을 차단하게 된다. 이러한 기능은 동작감지 센서의 오작동, 사용자 패턴의 다양화에 따라 장점을 가지지 못한다. 본 연구에서는 사용자 스마트폰의 블루투스 기능과 연동하는 멀티플러그 타입의 스마트 플러그를 개발하였다. 사용자의 스마트폰을 이용하여 사용자 위치판단을 하고, 사용자 위치에 따라 능동적으로 스마트 플러그에서 각 전자기기의 대기전력을 차단함으로 전자기기들의 대기전력으로부터 소비되는 전력을 줄일 수 있음을 확인하였다.
전력부족현상으로 대기전력에 대한 관심이 증가하고 있다. 대부분의 전자기기는 본래의 기능을 사용하지 않는 대기상태로 존재하며, 대기상태 중에서도 많은 전력을 소비한다. 이러한 대기상태로 인한 전력소비를 방지하기 위해 많은 나라에서 스마트 플러그에 관한 연구가 진행되었다. 그러나 이러한 스마트 플러그의 경우, 기능의 특성상 고가의 경우가 많으며, 사용자의 수동제어 또는 동작감지 센서 및 사용자 패턴에 의해 대기전력을 차단하게 된다. 이러한 기능은 동작감지 센서의 오작동, 사용자 패턴의 다양화에 따라 장점을 가지지 못한다. 본 연구에서는 사용자 스마트폰의 블루투스 기능과 연동하는 멀티플러그 타입의 스마트 플러그를 개발하였다. 사용자의 스마트폰을 이용하여 사용자 위치판단을 하고, 사용자 위치에 따라 능동적으로 스마트 플러그에서 각 전자기기의 대기전력을 차단함으로 전자기기들의 대기전력으로부터 소비되는 전력을 줄일 수 있음을 확인하였다.
Interest in reducing standby power is increasing because of electric power shortages. Most of electric equipment are in standby state that does not use a function of the original, most electronic devices consume a lot of electric power even in standby mode. In many countries, research on the smart p...
Interest in reducing standby power is increasing because of electric power shortages. Most of electric equipment are in standby state that does not use a function of the original, most electronic devices consume a lot of electric power even in standby mode. In many countries, research on the smart plug is advanced in order to prevent power consumption due to standby state. However, due to the nature of the function, expensive in many case. These smart plugs would be to cut the standby power using motion detecting sensor or pattern control of the user. Theses features have no advantages because of malfunction of motion detecting sensor and in accordance with the diversification ot user's pattern. In this study, developing a multi-smart plug system that linked with bluetooth function of user's smart phone. Using smart phone bluetooth function, determination of the position of the user. The suggestion smart plug cutting the standby power of the electronic apparatus. It was confirmed that it is able to reduce the power consumption according to the location of the user.
Interest in reducing standby power is increasing because of electric power shortages. Most of electric equipment are in standby state that does not use a function of the original, most electronic devices consume a lot of electric power even in standby mode. In many countries, research on the smart plug is advanced in order to prevent power consumption due to standby state. However, due to the nature of the function, expensive in many case. These smart plugs would be to cut the standby power using motion detecting sensor or pattern control of the user. Theses features have no advantages because of malfunction of motion detecting sensor and in accordance with the diversification ot user's pattern. In this study, developing a multi-smart plug system that linked with bluetooth function of user's smart phone. Using smart phone bluetooth function, determination of the position of the user. The suggestion smart plug cutting the standby power of the electronic apparatus. It was confirmed that it is able to reduce the power consumption according to the location of the user.
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문제 정의
구현 시스템은 기존의 스마트 플러그의 복잡한 알고리즘 및 고가의 장비 필요로 인한 문제점을 개선하고자 하였다. 본 논문에서 제안하는 스마트 플러그는 시스템을 유연성을 갖도록 하여 건물, 선박, 농장, 해양플랜트 등에 활용성을 갖고자 한다.
사용자의 설정에 따른 전원 제어동작 및 동작 감시 센서 등을 이용한 전원 제어의 경우 사용자 패턴의 변화, 센서 설치 위치, 공간상의 문제로 사용자를 감지하지 못할 경우 오작동을 하는 사례가 발생하고 있다. 따라서 본 연구에서는 이러한 단점을 보완하기 위한 새로운 방식의 스마트 플러그를 제안하고자 한다.
본 연구에서는 이러한 불편함을 해결하기 위해, 스마트폰의 블루투스 통신 기술을 이용한 사용자 유무 판단이 가능한 시스템을 설계하고 구현하였으며, Zigbee의 Mesh Topology를 이용하여 데이터 로깅 및 제어 신호를 송·수신 하도록 하였다. 또한, 기존의 스마트 플러그의 단일 개체가 단일 전자기기에 대하여 데이터 측정 및 제어 동작을 함으로 고가의 장비에 비하여, 본 연구 사용자가 필요한 기능을 선택적으로 사용가능 하도록 하여 비교적저가의 스마트 플러그를 개발하고자 한다. 논문의 구성은 제 2장에서는 기존의 스마트 플러그의 특징에 대하여 정리하였으며, 제 3장에서는 제안하는 스마트 플러그의 시스템 설계 및 구현, 제 4장에서는 실험 결과 마지막으로 제 5장에서는 결론을 맺는다.
본 논문에서 제안하는 위치인식 시스템은 사용자 스마트폰의 블루투스 기능을 활용하여 사용자 유무를 판단하고자 한다. 스마트 플러그의 모니터링 PC에 블루투스 모듈을 설치하고 사용자 스마트 폰의 블루투스와 통신을 지속적으로 하며 통신 송·수신 유무를 계속하여 판단한다.
본 논문에서는 Zigbee의 Mesh topology 기능을 이용하여 데이터를 송·수신 하며, 스마트폰의 블루투스 기능을 활용하여 사용자 유무를 판단하고자 하였다.
본 논문에서는 기존의 스마트 플러그를 기능별 모듈로 나누어 원하는 기능을 선택적으로 조립하여 사용가능한 스마트 플러그를 개발하였다. 하나의 Main module에서 5개의 플러그를 제어 가능하도록 구성하였으며, 데이터 측정 및 제어 신호를 Zigbee 통신을 이용하여 PC와 연동 가능하도록 구성하였다.
본 논문에서는 사용자가 사용하고 있는 스마트폰내 블루투스 기능을 이용하여 스마트 플러그의 대기전력 차단기능을 구현하였다. 또한, 하나의 스마트 플러그로 하나의 장비에 대하여 제어 및 데이터 측정을 하는 기존의 고가의 장비에 비해, 하나의 MPU를 이용하여 최대 5개의 스마트 플러그를 제어함으로 보다 저가로 많은 수의 전자기기에 대하여 제어 및 데이터 측정이 가능하도록 하였다.
본 연구에서는 이러한 불편함을 해결하기 위해, 스마트폰의 블루투스 통신 기술을 이용한 사용자 유무 판단이 가능한 시스템을 설계하고 구현하였으며, Zigbee의 Mesh Topology를 이용하여 데이터 로깅 및 제어 신호를 송·수신 하도록 하였다.
제안 방법
Hard-wire방식의 사용에 따라 사용자가 보다 손쉽게 각 모듈을 탈·부착 가능한 전력 라인과 D-sub 커넥터를 이용한 데이터 전송 라인을 설계하였다.
PC로부터 사용자 판단에 따른 동작확인을 위해여 그림 11과 같이 오실로스코프를 이용하여 대기전력 차단 파형을 확인하고자 하였다. 파형확인결과 사용자 판단에 따른 통신과 대기전력 제어가 잘 되고 있음을 확인하였다.
파형확인결과 사용자 판단에 따른 통신과 대기전력 제어가 잘 되고 있음을 확인하였다. 또한 제작 된 스마트 플러그의 기능을 확인하기 위해 하나의 Main module에서 제어 가능한 5개의 전자기기에 대하여 제작된 스마트 플러그를 이용하여 소비전력을 측정하였다. 측정한 전자기기는 가정집에서 흔히 사용되는 컴퓨터, TV, 에어콘 등에 대하여 측정결과를 표 3에 나타내었다.
본 논문에서는 사용자가 사용하고 있는 스마트폰내 블루투스 기능을 이용하여 스마트 플러그의 대기전력 차단기능을 구현하였다. 또한, 하나의 스마트 플러그로 하나의 장비에 대하여 제어 및 데이터 측정을 하는 기존의 고가의 장비에 비해, 하나의 MPU를 이용하여 최대 5개의 스마트 플러그를 제어함으로 보다 저가로 많은 수의 전자기기에 대하여 제어 및 데이터 측정이 가능하도록 하였다. 본 연구를 통하여 블루투스 기능을 이용한 사용자 유무 판단 실현의 가능성을 확보하였으며, 본 시스템을 이용하여 첨단 그린 하우스 또는 빌딩 등에 적용 가능 할 것이다.
스마트 플러그의 모니터링 PC에 블루투스 모듈을 설치하고 사용자 스마트 폰의 블루투스와 통신을 지속적으로 하며 통신 송·수신 유무를 계속하여 판단한다. 모니터링 PC와 스마트폰 간의 통신을 위해 일정 시간 간격으로 모니터링 PC로 통신을 보내는 어플리케이션을 개발하였다. 모니터링 PC는 사용자의 스마트폰으로 부터 블루투스 통신이 들어오는지 확인하며, 마지막 통신으로부터 일정시간 통신이 수신되지 않으면, 모니터링 PC는 스마트 플러그의 Main module로 사용자가 설정해놓은 제어 동작 명령을 전송하도록한다.
제안하는 스마트 플러그는 사용자가 원하는 기능을 선택적으로 조립하여 사용할 수 있도록 구성하였으며, Main module의 하나의 MPU로 여러 개의 Plug module 제어 및 Measuring module의 데이터 측정을 위해 통신을 사용하지 않고 Hard-wire방식을 이용하여 최대 5개의 모듈에 대하여 제어 및 데이터 측정을 가능하게 하였다. Hard-wire방식의 사용에 따라 사용자가 보다 손쉽게 각 모듈을 탈·부착 가능한 전력 라인과 D-sub 커넥터를 이용한 데이터 전송 라인을 설계하였다.
본 논문에서 제안하는 스마트 플러그는 시스템을 유연성을 갖도록 하여 건물, 선박, 농장, 해양플랜트 등에 활용성을 갖고자 한다. 제안하는 스마트 플러그는 크게 세 가지 부분으로 나누어 사용자가 보다 편리하게 사용가능하며, 사용자의 필요 기능에 따라 확장성 및 연동성을 갖도록 하여 필요한 장비를 선택적으로 사용함으로써 기존의 스마트 플러그 시스템에 비하여 단순하며 저가의 스마트 플러그를 제안하고자 한다. 표 2는 스마트 플러그의 모듈별 기능을 나타낸 것이다.
제안하는 스마트 플러그는 표 2와 같이 역할별로 Main module, Plug module, measuring module, Monitoring & Control PC로 크게 4부분으로 나누어 설계하였다.
본 논문에서는 기존의 스마트 플러그를 기능별 모듈로 나누어 원하는 기능을 선택적으로 조립하여 사용가능한 스마트 플러그를 개발하였다. 하나의 Main module에서 5개의 플러그를 제어 가능하도록 구성하였으며, 데이터 측정 및 제어 신호를 Zigbee 통신을 이용하여 PC와 연동 가능하도록 구성하였다. 스마트 플러그와 PC간의 원격 제어 및 모니터링은 BSC(Binary Synchronous Communication)기반의 통신 프로토콜을 사용하였다.
이론/모형
그림 5는 Plug module을 나타내며, 저전압으로 고전압을 제어하기 위해 Main module로부터 제어신호를 받아 Triac제어를 함으로서 전자기기의 대기전력을 차단시킨다. Plug module은 Main module과 통신으로 연결된 것이 아니므로 Plug 위치 정보를 전달하기 위해 Dip Switch를 이용하였다.
하나의 Main module에서 5개의 플러그를 제어 가능하도록 구성하였으며, 데이터 측정 및 제어 신호를 Zigbee 통신을 이용하여 PC와 연동 가능하도록 구성하였다. 스마트 플러그와 PC간의 원격 제어 및 모니터링은 BSC(Binary Synchronous Communication)기반의 통신 프로토콜을 사용하였다. 데이터 송·수신 주기는 Main module 1대당 1초로 설정하여 최대 5개의 Main module 제어가 가능하도록 구성하였다.
그림 9는 안드로이드 운영체제를 사용하는 스마트폰의 어플리케이션 모습이다. 스마트폰 어플리케이션은 GOOGLE사에서 개발한 오픈 플랫폼 방식의 안드로이드를 이용하여 어플리케이션을 제작하였다. 해당 어플리케이션은 사용자 기기의 호환성을 고려하여 Ver.
성능/효과
측정결과 본 연구에서 개발한 스마트 플러그의 소비전력은 약 1.5W 수준으로 개발한 스마트 플러그 적용 시 소비되는 대기전력을 현저히 감소시킬 수 있음을 확인하였다. 또한, 스마트폰 등의 IT기기의 보급에 따라 사용되고 있는 장비의 수가 늘어날 전망에 따라 이러한 스마트 플러그의 적용성은 늘어날 것으로 판단된다.
PC로부터 사용자 판단에 따른 동작확인을 위해여 그림 11과 같이 오실로스코프를 이용하여 대기전력 차단 파형을 확인하고자 하였다. 파형확인결과 사용자 판단에 따른 통신과 대기전력 제어가 잘 되고 있음을 확인하였다. 또한 제작 된 스마트 플러그의 기능을 확인하기 위해 하나의 Main module에서 제어 가능한 5개의 전자기기에 대하여 제작된 스마트 플러그를 이용하여 소비전력을 측정하였다.
후속연구
5W 수준으로 개발한 스마트 플러그 적용 시 소비되는 대기전력을 현저히 감소시킬 수 있음을 확인하였다. 또한, 스마트폰 등의 IT기기의 보급에 따라 사용되고 있는 장비의 수가 늘어날 전망에 따라 이러한 스마트 플러그의 적용성은 늘어날 것으로 판단된다.
구현 시스템은 기존의 스마트 플러그의 복잡한 알고리즘 및 고가의 장비 필요로 인한 문제점을 개선하고자 하였다. 본 논문에서 제안하는 스마트 플러그는 시스템을 유연성을 갖도록 하여 건물, 선박, 농장, 해양플랜트 등에 활용성을 갖고자 한다. 제안하는 스마트 플러그는 크게 세 가지 부분으로 나누어 사용자가 보다 편리하게 사용가능하며, 사용자의 필요 기능에 따라 확장성 및 연동성을 갖도록 하여 필요한 장비를 선택적으로 사용함으로써 기존의 스마트 플러그 시스템에 비하여 단순하며 저가의 스마트 플러그를 제안하고자 한다.
또한, 하나의 스마트 플러그로 하나의 장비에 대하여 제어 및 데이터 측정을 하는 기존의 고가의 장비에 비해, 하나의 MPU를 이용하여 최대 5개의 스마트 플러그를 제어함으로 보다 저가로 많은 수의 전자기기에 대하여 제어 및 데이터 측정이 가능하도록 하였다. 본 연구를 통하여 블루투스 기능을 이용한 사용자 유무 판단 실현의 가능성을 확보하였으며, 본 시스템을 이용하여 첨단 그린 하우스 또는 빌딩 등에 적용 가능 할 것이다.
추후로 개발된 제품의 실 테스트를 통하여 신뢰성을 확보하고, 사용자로부터 거부감이 들지 않도록 소형화에 대한 연구가 필요할 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
스마트 플러그의 에너지관리 시스템의 효과는?
일반적으로 상용되고 있는 스마트 플러그는 대기전력 차단, 자동 원격 전원제어, 실시간 전력 사용량 수집 기술 등을 통한 에너지 분석 데이터를 제공한다. 이러한 에너지 관리 시스템을 통하여 대대기전력 차단을 통한 직접적인 전력 소비감소와 사용자에게 전력 사용량을 인식시킴으로 사용자로 인한 간접적인 전력 소비감소의 효과를 가진다.
스마트 플러그는 일반적으로 무엇을 제공하는가?
일반적으로 상용되고 있는 스마트 플러그는 대기전력 차단, 자동 원격 전원제어, 실시간 전력 사용량 수집 기술 등을 통한 에너지 분석 데이터를 제공한다. 이러한 에너지 관리 시스템을 통하여 대대기전력 차단을 통한 직접적인 전력 소비감소와 사용자에게 전력 사용량을 인식시킴으로 사용자로 인한 간접적인 전력 소비감소의 효과를 가진다.
스마트 플러그는 어떤 동작을 수행하는가?
스마트 플러그는 스마트 그리드의 한 분야로 적용성이 확대되면서 하나의 공간의 전력 관리를 위한 시스템으로 기능이 확대되고 있다. 현재 사용되는 스마트 플러그는 부하시스템의 종단에 설치되어 하나의 스마트 플러그가 하나의 부하의 데이터 측정 및 로깅, 제어동작을 수행한다. 스마트 플러그는 여러 부하에 연결되어 사용되지만, 모든 부하에 대하여 전원 제어 및 전력소비량 측정할 필요는 없다.
참고문헌 (6)
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M.K. Lee, S.H. Kim, "Analysis of smart grid technologies and trends in domestic and foreign policy analysis", Korea Institute of Information Security and Cryptology, Vol. 22, No. 6, 2012.
Y. J. Kim, K. M. Im amd J. H. Lim, "Design and Implementation of Standby Power Control System based on the User's Location for Power Energy Saving" Jounal of KISS : Information networking, Vol. 39, No.ID, pp.378-380, 2012.
J. D. Huh, I. W. Lee and K. R. Park. "A technology Trend of Building Energy Management for Smart Grid", Trend analysis of electronic communication Vol.26, No.6, pp.21-36, 2011.
D.H. Ryu, "Networked Smart Plug System for Power Management of PC & Peripherals", Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering , Vol. 16, No. 10, pp. 2171-2176, 2012.
S. J. Kim, J. C. Kim, J. S. Kim, S. M. Jung, D. W. Kim, "Direction of development of combine with smart grid and smart home-grid", Journal of society for information science, Vol. 30, No. 8, pp. 9-18, 2012.
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