최근 전 세계적으로 인류의 건강을 위협하는 요소로 대기오염이 대두되고 있는 가운데 세계보건기구(WHO : World Health Organization)의 발표에 의하면 대기오염으로 인해 사람의 건강을 해친다고 발표했으며, 서울시의 '2011~2014년 7월 다중이용시설 실내 공기 질 측정 결과'에 의하면 대부분의 다중이용시설에서 실내공기오염도 기준을 위반한 것으로 조사되었다. 이러한 실내에서 발생하는 대기오염은 폐 질환, 천식, 기관지염 등의 질병을 유발하며 본 논문에서는 이와 관련하여 환경센서를 이용하여 실내공기질을 측정하고, 측정된 데이터를 분석하여 환기 개선에 필요한 액츄에이터 신호를 생성하고 실시간으로 실내 공기 질 측정 모니터링 시스템을 구현하여, 우리 생활에서 대기오염을 자율적으로 관리할 수 있도록 한다.
최근 전 세계적으로 인류의 건강을 위협하는 요소로 대기오염이 대두되고 있는 가운데 세계보건기구(WHO : World Health Organization)의 발표에 의하면 대기오염으로 인해 사람의 건강을 해친다고 발표했으며, 서울시의 '2011~2014년 7월 다중이용시설 실내 공기 질 측정 결과'에 의하면 대부분의 다중이용시설에서 실내공기오염도 기준을 위반한 것으로 조사되었다. 이러한 실내에서 발생하는 대기오염은 폐 질환, 천식, 기관지염 등의 질병을 유발하며 본 논문에서는 이와 관련하여 환경센서를 이용하여 실내공기질을 측정하고, 측정된 데이터를 분석하여 환기 개선에 필요한 액츄에이터 신호를 생성하고 실시간으로 실내 공기 질 측정 모니터링 시스템을 구현하여, 우리 생활에서 대기오염을 자율적으로 관리할 수 있도록 한다.
Recently, The World Health Organization announced that harms human health because of air pollution that are emerging as threats to human health worldwide. according to the, Seoul, 2011 According to a July 2014 - Public Facilities indoor air quality measurements, were examined to be in violation of i...
Recently, The World Health Organization announced that harms human health because of air pollution that are emerging as threats to human health worldwide. according to the, Seoul, 2011 According to a July 2014 - Public Facilities indoor air quality measurements, were examined to be in violation of indoor air pollution standards in most multi-use facility. Indoor air pollution resulting from this is present in the paper, and cause disease, such as pulmonary disease, asthma, bronchitis and to In this connection, the measurement of indoor air quality by using the environment sensor, analyzing the measured data to generate an actuator signal required for ventilation and improve indoor air quality by implementing a monitoring system with real-time measurement, autonomously managing the air quality in our lives so that it can be.
Recently, The World Health Organization announced that harms human health because of air pollution that are emerging as threats to human health worldwide. according to the, Seoul, 2011 According to a July 2014 - Public Facilities indoor air quality measurements, were examined to be in violation of indoor air pollution standards in most multi-use facility. Indoor air pollution resulting from this is present in the paper, and cause disease, such as pulmonary disease, asthma, bronchitis and to In this connection, the measurement of indoor air quality by using the environment sensor, analyzing the measured data to generate an actuator signal required for ventilation and improve indoor air quality by implementing a monitoring system with real-time measurement, autonomously managing the air quality in our lives so that it can be.
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문제 정의
즉, 각 센서모듈이 특정 목적을 위해 필요한 주변 정보를 모니터링하고, 센서모듈 간의 무선 통신을 이용하여 응용 서비스 서버와 연결된 게이트웨이에 전달한다.[3] 본 논문에서는 센서네트워크 망을 구축하여 다양한 원격지에서 데이터를 소형 PC로 실시간으로 송신해 사용자에게 알려줄 수 있는 시스템을 구축하고자 한다.
향후에는 측정할 수 있는 센서의 개수를 증가시키고, 센서 모듈의 크기를 소형화 및 저전력으로 운영할 수 있도록 구현하고자 한다. 마지막으로 환경부에서 지정한 기준 농도 초과 시 팝업 메시지를 활용하여 사용자에게 알리는 시스템을 구현하여 기준 농도 초과시 자동으로 환기를 시키는 시스템을 구현하고자 한다.
본 논문에서는 실내공기오염의 심각성과 환기의 필요성에 대한 소형 실내공기질 측정 시스템을 구축했다. 제안된 시스템은 실내공간에서 대기오염을 측정할수 있는 센서 모듈과 센싱 데이터를 Management Server로 송신하는 소형 PC와 데이터를 저장 및 제공해주는 Management Server로 구성되며 이를 설계 및 구현하고 2주간의 실내 테스트를 진행했다.
사물인터넷에 연결되는 사물들은 자신을 구별할 수 있는 유일한 아이디를 가져야 하고, 인터넷을 통한 통신 능력을 가져야 하고, 데이터를 처리하는 능력을 가져야 한다. 본 논문에서는 이를 센서 네트워크에 활용하여 실시간으로 데이터를 수집 및 제어하는 시스템을 설계한다.
이와 관련하여 본 논문에서는 이런 진화된 IoT 기술과 Management Server를 통해 실시간으로 수집된 정보를 토대로 사용자에게 제공하는 시스템을 제안한다.
제안 방법
사용된 센서들의 스펙은 표 1과 같다. 또한 센서 종류 및 측정 범위, 정밀도 등을 고려하여 센서들을 선택했다. 모듈의 소형화를 위해 자체적으로 PCB를 제작했다.
제안된 시스템은 실내공간에서 대기오염을 측정할수 있는 센서 모듈과 센싱 데이터를 Management Server로 송신하는 소형 PC와 데이터를 저장 및 제공해주는 Management Server로 구성되며 이를 설계 및 구현하고 2주간의 실내 테스트를 진행했다. 또한, 논문에서 제안한 공기질 측정 시스템을 통해 실시간으로 실내공기질을 측정할 수 있는 시스템을 구현했다. 본 논문의 시스템을 활용하여 다중이용시설 및 대기 오염에 취약하다고 사료되는 어린이집이나 병원같은 시설에서 공기질 관리시스템을 활용할 수 있다.
또한 센서 종류 및 측정 범위, 정밀도 등을 고려하여 센서들을 선택했다. 모듈의 소형화를 위해 자체적으로 PCB를 제작했다. 센서 모듈에서 측정 및 수집된 데이터는 소형 PC로 WPAN을 이용하여 데이터를 송신한다.
본 논문에서 설계한 실내공기질 측정 시스템은 실외에서 실내로 유입되거나 실내에서 발생할 수 있는 화학적·물리학적 대기오염물질의 환경 요소들을 실시간으로 측정하여 모니터링 시스템을 통해 정보를 제공한다.
본 논문의 제안한 시스템의 활용도를 확인하기 위하여 본교의 강의실에서 센서 모듈과 소형 PC를 가지고 진행했다. 실험 환경조건은 일반 강의실로 900×710×260(가로×세로×높이)에서 측정하였으며, 센서 마다 고유한 예열 시간 및 최대 정확도를 얻기 위하여 20분이라는 준비기간을 두고 실내공기 오염물질을 강의실별로 평균, 최솟값, 최댓값을 산출한다.
센서 모듈에서의 센서들은 환경부에서 지정한 실내 공기질 오염 물질을 측정할 수 있는 환경 센서들을 이용하여 공기 질을 측정할 수 있도록 개발했다. 이 센서 모듈은 통일된 구조의 ADC/DAC/GPIO구조를 사용하여 센서 모듈의 프로그래밍을 쉽게 할 수 있으며, 쉽게 여러 센서들을 추가할 수 있다.
수집된 센싱 데이터들은 소형 PC에 구축된 Web Application Server(WAS)에서 Management Sever로 데이터를 전송하기 위해 웹 표준에 기반한 데이터 형식을 채택하여 보편적이고, 저전력에 효과적인 센싱 데이터 방식으로 데이터를 전송한다. 또한 WAS의 내부적으로 센싱 데이터를 저장 및 국내외 실내공기 오염물질 기준을 참고하여 센싱정보 처리 기준안에 따라 환기가 필요할 때는 액츄에이터 제어 패킷을 생성하고, 액츄에이터에 송신하여 쾌적한 실내 공기질을 유지하도록 액츄에이터를 컨트롤 한다.
실내공기 오염물질 2개 및 온·습도 항목에 대한 실내공기질 측정 테스트를 수행하였으며, 다음과 같은 결론을 얻었다.
실험 환경조건은 일반 강의실로 900×710×260(가로×세로×높이)에서 측정하였으며, 센서 마다 고유한 예열 시간 및 최대 정확도를 얻기 위하여 20분이라는 준비기간을 두고 실내공기 오염물질을 강의실별로 평균, 최솟값, 최댓값을 산출한다.
5초 주기로 측정한다. 정확한 센싱 정보를 획득하기 위하여 다소 불안정한 Dust, VOCs 센서는 20회 측정한 값을 중간 평균값을 취하여 측정했다. 사용된 센서들의 스펙은 표 1과 같다.
본 논문에서는 실내공기오염의 심각성과 환기의 필요성에 대한 소형 실내공기질 측정 시스템을 구축했다. 제안된 시스템은 실내공간에서 대기오염을 측정할수 있는 센서 모듈과 센싱 데이터를 Management Server로 송신하는 소형 PC와 데이터를 저장 및 제공해주는 Management Server로 구성되며 이를 설계 및 구현하고 2주간의 실내 테스트를 진행했다. 또한, 논문에서 제안한 공기질 측정 시스템을 통해 실시간으로 실내공기질을 측정할 수 있는 시스템을 구현했다.
대상 데이터
본 연구는 다중이용시설인 교내 강의실 3곳에서 2014.12.2일부터 2014.12.10일 동안 약 2주간 진행했다. 센서 모듈로부터 데이터베이스로 데이터가 그림 9와 같이 약 6초마다 주기적으로 전송되었으며 테스트 기간 동안 데이터는 안정적으로 전송되었다.
모듈의 소형화를 위해 자체적으로 PCB를 제작했다. 센서 모듈에서 측정 및 수집된 데이터는 소형 PC로 WPAN을 이용하여 데이터를 송신한다. 송신되는 데이터 값은 소형 PC로 그림 3의 형식으로 데이터를 전송한다.
본 논문에서 설계한 실내공기질 측정 시스템은 실외에서 실내로 유입되거나 실내에서 발생할 수 있는 화학적·물리학적 대기오염물질의 환경 요소들을 실시간으로 측정하여 모니터링 시스템을 통해 정보를 제공한다. 시스템 구성은 그림 1과 같이 온도, 습도, CO2, CO, VOCs(휘발성 유기화합물), Dust의 정보를 측정하는 센서 모듈과 센서가 측정한 데이터를 넘겨 주거나, 액츄에이터 신호를 컨트롤을 하는 소형 PC 그리고 실시간 모니터링 및 데이터를 저장하는 Management Server로 구성된다.
성능/효과
[1] 또한 서울 연구원이 서울 거주 20세 이상 성인 남녀를 대상으로 한 실태조사를 살펴보면 실내공기를 오염시키는 원인에 대해 ‘음식냄새’, ‘배관악취’, ‘쓰레기’순 이었으며, 건축자재 및 마감재 가구 등에서 나오는 휘발성유기화합물 및 실내공기오염물질(미세먼지, 일산화탄소, 이산화탄소 등)에 대한 인식은 10% 안팎으로 매우 낮았다.
10일 동안 약 2주간 진행했다. 센서 모듈로부터 데이터베이스로 데이터가 그림 9와 같이 약 6초마다 주기적으로 전송되었으며 테스트 기간 동안 데이터는 안정적으로 전송되었다. 실내공기 오염물질 2개 및 온·습도 항목에 대한 실내공기질 측정 테스트를 수행하였으며, 다음과 같은 결론을 얻었다.
후속연구
또한, 논문에서 제안한 공기질 측정 시스템을 통해 실시간으로 실내공기질을 측정할 수 있는 시스템을 구현했다. 본 논문의 시스템을 활용하여 다중이용시설 및 대기 오염에 취약하다고 사료되는 어린이집이나 병원같은 시설에서 공기질 관리시스템을 활용할 수 있다.
향후에는 측정할 수 있는 센서의 개수를 증가시키고, 센서 모듈의 크기를 소형화 및 저전력으로 운영할 수 있도록 구현하고자 한다. 마지막으로 환경부에서 지정한 기준 농도 초과 시 팝업 메시지를 활용하여 사용자에게 알리는 시스템을 구현하여 기준 농도 초과시 자동으로 환기를 시키는 시스템을 구현하고자 한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
사물인터넷에서 사물은 무엇을 말하는가?
사물인터넷는 각종 사물에 컴퓨터 칩과 통신 기능을 내장하여 인터넷에 연결하는 기술을 의미하며, 약어로 짧게 ‘IoT'로 사용한다. 여기서 사물이란 가전제품, 모바일 장비, 웨어러블 컴퓨터 등 다양한 임베디드 시스템이 된다. 사물인터넷에 연결되는 사물들은 자신을 구별할 수 있는 유일한 아이디를 가져야 하고, 인터넷을 통한 통신 능력을 가져야 하고, 데이터를 처리하는 능력을 가져야 한다.
Zigbee의 특징은 무엇인가?
Zigbee는 저속 전송 속도와 근거리 통신을 위하여 Zigbee Alliance에서 개발한 무선 네트워크 기술로 작은 크기로 전력 소모량이 적고 값이 저렴하여, 홈 네트워크 등 유비쿼터스 구축 솔루션으로 각광받고 있다. [4] 센서로부터 수집된 데이터를 MCU를 통해 소형 PC 및 Management Server로 송·수신에 Zigbee를 활용한다.
센서 네트워크란 무엇인가?
센서 네트워크는 특정 지역이나 공간상에 다수의 소형 센서모듈을 설치하여 주변 환경 및 사물 인식 정보를 수집하고 이를 응용 서비스에 활용하기 위한 기술을 말한다. 즉, 각 센서모듈이 특정 목적을 위해 필요한 주변 정보를 모니터링하고, 센서모듈 간의 무선 통신을 이용하여 응용 서비스 서버와 연결된 게이트웨이에 전달한다.
참고문헌 (5)
S.-H. Lee, "A study on characteristics of indoor air pollutants using regression analysis in public facilities," J. Korean Soc. Environ. Anal., vol. 16, no. 2, pp. 123-131, 2013.
Y.-J. Choi, A study on improvement of indoor air quality in homes, Policy Study Report, vol. 59, pp. 1-201, 2013.
S.-W. Kim, "Sensor network research, development and commercialization practices," Week Technology Trends, no. 1325, 2007.
K.-H. Woon, "Zigbee," TTA J., no. 94, pp. 112-121, 2004.
Ministry of Environment, Indoor air quality testing standards process, 2010.
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