스마트 가전은 멀티미디어, 통신 기능을 탑재하여 더욱 쉽고 편리한 복합 기능을 제공한다. 그러나 8bit 이하의 컨트롤러를 탑재한 저사양 생활가전은 멀티미디어, 통신 기능을 탑재하기에 성능의 제약이 따른다. 만약 저사양 생활가전에 적합한 통신방법과 복합 기능을 구현할 수 있는 방법을 제공한다면 저사양 생활가전도 스마트 가전과 같은 효과를 낼 수 있을 것이다. 생활가전의 8bit 컨트롤러는 UART를 내장하고 있으므로 와이파이, 블루투스 등의 모듈을 UART로 연결하면 저사양 생활가전을 스마트 장치에 접속할 수 있게 된다. 스마트 장치는 다양한 통신 방식을 지원하기 때문에 생활가전의 통신 방식에 상관없이 모두 접속이 가능하다. 스마트 가전의 복합 기능들은 복잡해 보이지만 실제로는 저사양 생활가전에서도 제공하는 기본 기능들을 차례로 수행하도록 만든 것임을 알 수 있다. 기본 기능은 그 종류가 많지 않으며 이를 조합하여 순서대로 수행 할 수 있도록 제어 프로그램을 확장한다면 저사양 생활가전도 복합 기능을 보유할 수 있게 된다. 단지 이를 위해 버튼, 표시장치 등의 하드웨어가 추가되어야 하기 때문에 지금까지 복합기능이 제공되지 못했던 것이다. 기본 기능에 명령 코드를 부여한 마이크로 명령을 나열하면 쉽게 복합 기능을 구현하는 매크로를 만들 수 있으며 스마트 장치의 앱으로 이를 수행하면 추가적인 하드웨어가 필요 없게 된다. 생활가전은 생성된 매크로의 마이크로명령을 순차적으로 실행하기만 하면 된다. 이와 같이 저사양 생활가전을 스마트 장치에 접속하면 에볼루션 키트를 장착한 것처럼 스마트 가전으로 업그레이드되는 효과를 얻을 수 있다.
스마트 가전은 멀티미디어, 통신 기능을 탑재하여 더욱 쉽고 편리한 복합 기능을 제공한다. 그러나 8bit 이하의 컨트롤러를 탑재한 저사양 생활가전은 멀티미디어, 통신 기능을 탑재하기에 성능의 제약이 따른다. 만약 저사양 생활가전에 적합한 통신방법과 복합 기능을 구현할 수 있는 방법을 제공한다면 저사양 생활가전도 스마트 가전과 같은 효과를 낼 수 있을 것이다. 생활가전의 8bit 컨트롤러는 UART를 내장하고 있으므로 와이파이, 블루투스 등의 모듈을 UART로 연결하면 저사양 생활가전을 스마트 장치에 접속할 수 있게 된다. 스마트 장치는 다양한 통신 방식을 지원하기 때문에 생활가전의 통신 방식에 상관없이 모두 접속이 가능하다. 스마트 가전의 복합 기능들은 복잡해 보이지만 실제로는 저사양 생활가전에서도 제공하는 기본 기능들을 차례로 수행하도록 만든 것임을 알 수 있다. 기본 기능은 그 종류가 많지 않으며 이를 조합하여 순서대로 수행 할 수 있도록 제어 프로그램을 확장한다면 저사양 생활가전도 복합 기능을 보유할 수 있게 된다. 단지 이를 위해 버튼, 표시장치 등의 하드웨어가 추가되어야 하기 때문에 지금까지 복합기능이 제공되지 못했던 것이다. 기본 기능에 명령 코드를 부여한 마이크로 명령을 나열하면 쉽게 복합 기능을 구현하는 매크로를 만들 수 있으며 스마트 장치의 앱으로 이를 수행하면 추가적인 하드웨어가 필요 없게 된다. 생활가전은 생성된 매크로의 마이크로명령을 순차적으로 실행하기만 하면 된다. 이와 같이 저사양 생활가전을 스마트 장치에 접속하면 에볼루션 키트를 장착한 것처럼 스마트 가전으로 업그레이드되는 효과를 얻을 수 있다.
Smart appliances with multi-media and telecommunication equipments provide users complicated convenience functions. On the contrary, 8-bit controller-based low performance electronics still cannot afford such multimedia and telecommunication. If we find a way to have low-end electronics connected an...
Smart appliances with multi-media and telecommunication equipments provide users complicated convenience functions. On the contrary, 8-bit controller-based low performance electronics still cannot afford such multimedia and telecommunication. If we find a way to have low-end electronics connected and provide complicated functions, they can be also made "smart". Fortunately, 8-bit controllers used in low-end appliances have UART, which can be connected to any of BlueTooth, Wi-Fi and ZigBee communication modules which can, in turn, communicate with smart devices. Any communication module can be attached to the low-end electronics due to the variety of smart devices' connectivity at the other side. Although the convenience functions seem complicated, they are actually macros in a script form composed of micro commands which implement the base functions of appliances. Since the kinds of the base functions are not that many, the low-end electronic appliances will become "smart" if their control program can be extended to execute sequentially the micro commands in any combination. Such simple innovation has not seen the world, until now due to the overhead of the additionally required hardware such as display devices and buttons. The high-quality display and touch screen functionalities of smart devices can replace the required hardware, and remove the overhead completely. In fact, the low-end appliances become smart as if an "evolution kit" is newly equipped.
Smart appliances with multi-media and telecommunication equipments provide users complicated convenience functions. On the contrary, 8-bit controller-based low performance electronics still cannot afford such multimedia and telecommunication. If we find a way to have low-end electronics connected and provide complicated functions, they can be also made "smart". Fortunately, 8-bit controllers used in low-end appliances have UART, which can be connected to any of BlueTooth, Wi-Fi and ZigBee communication modules which can, in turn, communicate with smart devices. Any communication module can be attached to the low-end electronics due to the variety of smart devices' connectivity at the other side. Although the convenience functions seem complicated, they are actually macros in a script form composed of micro commands which implement the base functions of appliances. Since the kinds of the base functions are not that many, the low-end electronic appliances will become "smart" if their control program can be extended to execute sequentially the micro commands in any combination. Such simple innovation has not seen the world, until now due to the overhead of the additionally required hardware such as display devices and buttons. The high-quality display and touch screen functionalities of smart devices can replace the required hardware, and remove the overhead completely. In fact, the low-end appliances become smart as if an "evolution kit" is newly equipped.
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문제 정의
본 연구는 스마트 장치에 저사양 생활가전을 접속하여 스마트 장치의 통신, 멀티미디어 기능으로 복합 기능을 구현하는 방법을 제안하였으며 이는 저사양 생활가전에 적합한 스마트 장치 접속 방법과 매크로 형태의 복합 기능 구현 방법을 포함한다. 컨트롤 스택은 와이파이, 블루투스, 지그비와 같은 통신 모듈을 종류에 상관없이 생활가전에 연결할 수 있도록 하며 다양한 통신 방식을 지원하는 스마트 장치로 생활가전의 통신 방법에 상관없이 접속이 가능하도록 하였다.
제안 방법
데이터 전송의 유효 범위를 측정하기 위하여 각 모듈의 통신 가능 거리를 측정하였다.
3 진저브레드 버전이며 Eclipse 툴로 개발되었다. 또한 블루투스 모듈을 선풍기에 연결하여 통신 기능을 탑재하였다.
지그비 모듈은 한 번에 송신 가능한 데이터가 53Byte로 제한이 되어있으므로 40Byte 크기의 패킷으로 나누어 전송하였다. 또한 스마트 장치에는 지그비 통신 기능이 없으므로 PC와 PC간의 속도를 측정하였다. 통신 모듈의 사양에서 통신 속도는 표 1과 같지만, 실제로는 PC와 모듈간의 UART 통신과 PC 프로그램에 의해 속도가 제한되어 그림 10과 같은 전송 속도를 보였다.
또한 컨트롤 스택의 오버헤드는 전송속도를 더욱 악화시킬수 있다. 이 환경을 재현하기 위해 대표적 8bit 컨트롤러인 8051시리즈의 89C51ED2[22]를 탑재한 생활가전의 원형을 만들고 각 통신 모듈에 따른 스마트 장치와의 전송 속도를 측정한 후 결과를 비교 하였다.
통신 방식으로 탑재될 수 있는 블루투스[19], 와이파이[20], 지그비[21]의 시중에서 보급된 대표적인 통신 모듈(표 1)로 최대 전송속도를 먼저 측정하였다. 이는 통신 모듈을 연결한 PC와 스마트 장치간의 데이터 교환실험을 통해 진행 되었다. 통신 모듈과 PC의 UART 보레이트는 38400bps로 설정하였으며 블루투스와 와이파이는 40 - 200Byte 크기의 패킷으로 측정하였다.
통신 모듈과 PC의 UART 보레이트는 38400bps로 설정하였으며 블루투스와 와이파이는 40 - 200Byte 크기의 패킷으로 측정하였다. 지그비 모듈은 한 번에 송신 가능한 데이터가 53Byte로 제한이 되어있으므로 40Byte 크기의 패킷으로 나누어 전송하였다. 또한 스마트 장치에는 지그비 통신 기능이 없으므로 PC와 PC간의 속도를 측정하였다.
이는 통신 모듈을 연결한 PC와 스마트 장치간의 데이터 교환실험을 통해 진행 되었다. 통신 모듈과 PC의 UART 보레이트는 38400bps로 설정하였으며 블루투스와 와이파이는 40 - 200Byte 크기의 패킷으로 측정하였다. 지그비 모듈은 한 번에 송신 가능한 데이터가 53Byte로 제한이 되어있으므로 40Byte 크기의 패킷으로 나누어 전송하였다.
생활가전의 통신 방식에 상관없이 스마트 장치와 접속되는 것은 본 연구의 중요한 특징 중 하나이다. 통신 방식으로 탑재될 수 있는 블루투스[19], 와이파이[20], 지그비[21]의 시중에서 보급된 대표적인 통신 모듈(표 1)로 최대 전송속도를 먼저 측정하였다. 이는 통신 모듈을 연결한 PC와 스마트 장치간의 데이터 교환실험을 통해 진행 되었다.
성능/효과
예를 들어 저가의 선풍기의 경우 리모컨의 회전 버튼을 조작하여 풍향을 맞출 수 있다. 그림 4(b)와 같이 고급 선풍기에서나 제공되는 집중 바람 기능은 복잡해 보이지만 실제로는 기본 기능들이 복합적으로 조합되어 있는 것을 알 수 있다. 그러므로 생활가전에서 제공되는 기본 기능들을 조합하면 복합 기능을 구현할 수 있게 된다.
측정 결과는 그림 11과 같다. 생활가전의 낮은 하드웨어 성능 및 컨트롤 스택의 오버헤드 영향으로 통신모듈의 최대 속도보다 느린 전송 속도를 보였다. 각 모듈은 최소 초당 300Byte 이상의 명령 전달 시간을 갖는다.
이로 인해 생활가전 제작사 별로 다른 통신 방식의 의존도는 제거되었다. 선풍기의 자동 풍향 조정 기능을 매크로로 구현하여 기존에 없는 편리한 기능을 추가할 수 있는 실용성을 입증 하였다. 즉 저사양 가전에서도 에볼루션 키트처럼 복합기능을 추가하여 업그레이드 하는 확장성을 제공하며 이는 스마트 홈 시스템이 저사양 가전까지 확장 된다는 것을 의미한다.
블루투스는 통신 모듈의 사양보다 먼 거리인 25m 까지 안정적인 전송을 보이며 그 이상에서는 전송 오류에 의한 재전송으로 전송 속도가 급격히 느려지다가 통신이 두절되었다. 와이파이는 사양보다 약간 모자란 28m까지 통신이 가능 했으며, 지그비는 일정한 전송 속도를 유지하다가 사양보다 짧은 거리인 82m에서 통신이 두절되었다. 측정 결과와 같이 최소 25m까지 일정한 전송 속도를 가지며 실내에서 안정적인 통신 상태를 유지하였다.
와이파이는 사양보다 약간 모자란 28m까지 통신이 가능 했으며, 지그비는 일정한 전송 속도를 유지하다가 사양보다 짧은 거리인 82m에서 통신이 두절되었다. 측정 결과와 같이 최소 25m까지 일정한 전송 속도를 가지며 실내에서 안정적인 통신 상태를 유지하였다. 이와 같이, 25m이내의 공간에서는 모든 통신 방식에서 최대 크기의 매크로(14Byte)의 명령 전달이 0.
후속연구
즉 저사양 가전에서도 에볼루션 키트처럼 복합기능을 추가하여 업그레이드 하는 확장성을 제공하며 이는 스마트 홈 시스템이 저사양 가전까지 확장 된다는 것을 의미한다. 향후에는 스마트 장치의 카메라로 사용자의 위치를 인식하여 동작하는 더욱 진보된 기능의 구현이 가능할 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
저사양 생활가전의 한계점은?
스마트 가전은 멀티미디어, 통신 기능을 탑재하여 더욱 쉽고 편리한 복합 기능을 제공한다. 그러나 8bit 이하의 컨트롤러를 탑재한 저사양 생활가전은 멀티미디어, 통신 기능을 탑재하기에 성능의 제약이 따른다. 만약 저사양 생활가전에 적합한 통신방법과 복합 기능을 구현할 수 있는 방법을 제공한다면 저사양 생활가전도 스마트 가전과 같은 효과를 낼 수 있을 것이다.
스마트 가전이 사용자에게 편리한 기능을 제공하는 예는?
스마트 가전의 멀티미디어, 통신 기능의 탑재는 사용자에게 더욱 쉽고 편리한 복합 기능을 제공한다. 냉장고는 내용물의 종류와 유통기한을 그래픽으로 표시하여 사용자가 냉장고 문을 열어보지 않고도 한눈에 내용을 알 수 있도록 하며 보관되어 있는 식재료를 사용한 레시피를 제공한다. 또한 에어컨은 카메라로 사용자를 인식하여 자동으로 풍향을 조정하는 기능을 제공한다. 인터넷을 통해 소프트웨어를 업데이트 하거나 스마트 폰과 연결 후 원격 제어도 가능하다. 그러나 저사양 생활가전은 여전히 이러한 복합 기능을 제공하지 못하고 있다(그림 1(a)).
ESB 동글의 특징은?
생활가전에 통신 기능을 내장할 수도 있지만 그림 3과 같은 USB와 직렬통신의 장점을 조합한 ESB 인터페이스로 통신 모듈을 필요에 따라 탈착할 수 있게 함으로써 신제품 시장 도입 시 선택사양 형태로 출시할 수 있게 된다.[9] 그림 3(b)와 같이 ESB 동글은 커넥터에 전원 핀이 있어 대부분의 저가형 컨트롤러의 3.3V 전원을 통신 모듈에 그대로 공급하기 때문에 부가적인 전원 회로가 필요 없다. 또한 USB의 D+, D- 포트를 UART의 Rx, Tx로 차용하여 생활가전의 컨트롤러와 통신 모듈의 UART간의 통신이 가능하게 된다.
참고문헌 (22)
M. Weiser, "The computer for the 21th centry," Scientific American, vol. 265, no.3, pp.94-104. September, 1991.
J.T. Oh and Z. Haas, "Personal environment service based on the integration of mobile communications and wireless personal area networks," IEEE Comm. Mag. Vol.48, No.6, pp.66-72, June, 2010.
노광현, 김승천, "스마트 홈 네트워크를 위한 개인환경서비스 연구," 전자공학회 논문지, 제49권, CI편, 제3호, 46-55쪽, 2012.
조충홍, "스마트 홈의 미래", 한국스마트홈 산업협회, pp.4-7, 2011.
"LG To Showcase Connected, Easy-To-Control Smart Home Appliances at CES 2013," http://lgnewsroom.com/newsroom/contents/62851, Janualy 4, 2013.
강철희, 김교선, "스마트 장치와 저가형 컨트롤러의 연결," 대한전자공학회 SoC 학술대회, 2012년 4 월 21일
백종휘, 김교선, "앱 구동형 가전시대 개막," 대한전자공학회 SoC 학술대회, 2012년 4월 21일
백종휘, 김교선, "저사양 생활가전까지 확장된 개인 환경 서비스," 대한전자공학회 SoC 학술대회, 2013년 5월 4일
A. S. Ozturk, "Smart Adaptive Remote Controller, A New Method for Consumer Electronic Equipments," IEEE International Symposium on Consumer Electronics, Irving, Texas, June, 2007.
H. S. Yoon and W. T. Woo, "Design and Implementation of a Universal Appliance Controller Based on Selective Interaction Modes," IEEE International Symposium on Consumer Electronics, Algarve, Portugal, November, 2008.
B. H. Koo, T. W. Ahn, J. S In, Y. S. Park and T. S. Shon, "R-URC: RF4CE-based Universal Remote Control Framework using Smartphone," 10th International Conference of Computational Science and Its Applications, Fukuoka, Japan, March, 2010.
H. C. Huang, T. C. Lin and Y. M. Huang, "A Smart Universal Remote Control based on Audio-Visual Device Virtualization," IEEE Transactions on Consumer Electronics, Vol. 55, No. 1, pp.172-178, February, 2009.
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