[논문]사물인터넷(IoT)환경에서 스마트폰 알람을 이용한 아두이노(Arduino)기반 가전기기 대기전력을 최소화한 ON 시스템 구현

박세언; 황찬규; 박동철

doi:10.13067/jkiecs.2015.10.10.1175

[국내논문] 사물인터넷(IoT)환경에서 스마트폰 알람을 이용한 아두이노(Arduino)기반 가전기기 대기전력을 최소화한 ON 시스템 구현
Internet of Things(IoT) ON system implementation with minimal Arduino based appliances standby power using a smartphone alarm in the environment 원문보기 논문타임라인

한국전자통신학회 논문지 = The Journal of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, v.10 no.10, 2015년, pp.1175 - 1182

박세언 (서울벤처대학원대학교 융합산업학과) , 황찬규 (서울벤처대학원대학교) , 박동철 (서울벤처대학원대학교 융합산업학과)

초록
AI-Helper

본 논문은 인간 중심의 통신 패러다임에서 사물이 통신의 주체로 참여하는 사물인터넷(IoT)의 시대가 본격화 되고 있다. 사물인터넷 환경에서 스마트폰 알람을 이용한 아두이노 기반 가전기기 ON 시스템을 구현 하였다. 모든 가전기기는 외부 전원에 플러그만 연결 되었어도 대기전력은 존재한다. 본 시스템은 사물과의 통신을 위해 아두이노를 이용하였다. 가전기기 전원을 연결하여 자동으로 스마트폰 알람이 울리면 아두이노에 연결된 가전기기를 모두 자동으로 ON하여 사물에 대기전력을 최소화하고, 기상을 도와주고 가전기기의 작동을 자동으로 동작시켜 주는 사물인터넷 시스템이다.

Abstract ▼ AI-Helper

This paper has been an era of full-fledged objects Internet of Things(IoT), which involved the subject of this communication in the communication paradigm of the human heart. Things Arduino-based appliances ON, the system was implemented using the smartphone alarm in the Internet environment. All appliances even if plug connected to an external power source only standby power is present. This system is used for communication with the Arduino things. Connect the appliances power automatically rings the smartphone alarm minimize appliances standby power to things all by ON automatically connected to the Arduino, and the work of giving consumer electronics devices to help weather that automatically operates by Objects is an Internet system.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 사물인터넷 환경을 만들기 위해 아두이노를 이용하여 스마트폰과 사물의 일종인 가전기기를 음향센서로 연결한 무선 음향통신을 적용한 통합 사물인터넷 시스템이다. 스마트폰과 아두이노 아니면 아두이노와 가전기기의 제어 시스템의 제작이 가능하다는 신뢰성이 있음을 입증하였다는 점에서 연구의 의의를 찾을 수 있다.
이러한 시점에서의 사물이나 센서에 마이크로프로세서의 일종인 아두이노와 가전기기의 결합은 사물인터넷의 좋은 예라 하겠다[10]. 본 논문에서는 시스템의 성능을 보다 효과적으로 높이기 위한 새로운 형태의 사물인터넷으로 연결한다면 새로운 시스템으로 업그레이드 버전으로 등장시킬 수 있고, 다양한 형태의 사물인터넷이 등장한다.
본 논문은 사물인터넷 환경에서 스마트폰 알람을 이용하여 아두이노의 음성센서를 적용한 가전기기 ON 시스템을 구현하였다. 본 시스템은 아두이노에 가전기기 전원을 연결하여 자동으로 스마트폰 알람이 울리면 연결된 가전기기를 모두 자동으로 ON하여 대기전력을 최소화하고, 기상을 도와주고 가전기기의 작동을 자동으로 동작시켜 주는 간단한 사물인터넷 시스템이다.
본 논문은 사물인터넷 환경에서 스마트폰 알람을 이용한 아두이노 기반 대기전력을 최소화한 가전기기 ON 시스템을 구현하였다. 누구나 아침에 기상을 하기 위해 스마트폰으로 시간을 맞추고 알람이 울리면 기상하여 그날의 활동을 시작한다.
본 논문의 목적은 첫째, 아침기상의 신뢰성이 증가한다. 스마트폰에서 기상 음이 울리면, 가전기기들이 작동하여 알람 후에 다시 잠드는 일을 방지할 수 있다.
본 시스템은 사물인터넷을 구현하기 위해 아두이노에 가전기기 전원을 연결하여 자동으로 스마트폰 알람이 울리면 연결된 가전기기를 모두 자동으로 ON하여 대기전력을 최소화하고, 기상을 도와주는 스마트폰과 아두이노, 센서, 가전기기를 연결한 사물인터넷 시스템을 제안 제작하여 실험한 결과 대기전력이 전혀 존재하지 않는 에너지 절감형 시스템을 보였다. 본 논문의 향후 연구로는 무선 데이터를 이용한 분석 시스템을 개발하고자 한다. 폭발적인 온라인 데이터의 증가는 원하는 정보를 얻고자하는 사용자들과 이들 사용자를 대상으로 하는 사용자들에게 다양한 형태의 많은 가전기기의 불편함과 문제점들을 사물인터넷에 적용함에 있어 잡음이나, 프로토콜, 표준화의 문제점들을 야기한다.
본 논문은 사물인터넷 환경에서 스마트폰 알람을 이용하여 아두이노의 음성센서를 적용한 가전기기 ON 시스템을 구현하였다. 본 시스템은 아두이노에 가전기기 전원을 연결하여 자동으로 스마트폰 알람이 울리면 연결된 가전기기를 모두 자동으로 ON하여 대기전력을 최소화하고, 기상을 도와주고 가전기기의 작동을 자동으로 동작시켜 주는 간단한 사물인터넷 시스템이다.

제안 방법

Sound Sensor는 특정 sound frequencies나 sound의 크기를 알 수 없다. 다만, 본 논문에서는 주변의 sound level을 감지하는 용도로 사용한다. 또한 입력전압으로 5V를 사용한다.
본 연구는 아두이노 프로그램을 사용하였다. 음향센서에서 감지하여 마이컴이 판단하여 출력을 내보낸다.

대상 데이터

기존 연구들은 사물인터넷 환경에서 아두이노, 스마트폰, 대기전력으로 연관 지어서 시스템을 구성하지 못했다. 본 연구는 그림 5처럼 스마트폰과 아두이노 음향센서, 아두이노와 릴레이, 220V 전원 콘센트로 되어 있다. 동작은 그림 5의 블록 다이어그램처럼 알람을 맞춘 스마트폰에서 시간이 되면 알람이 울린다.

이론/모형

반도체 기술의 발달로 기계식 코일내장형 릴레이의 기능을 반도체 소자로 대체한 것이 무접점 반도체 릴레이(SSR : Solid State Relay)이다. 상대적으로 좀 더 비싼 편이지만 사용의 편리성과 안정된 성능으로 전기회로에 많이 사용하는 것으로 본 논문에서는 SSR을 사용한다. 본 제작 실험한 결과 만족한 동작을 얻었고, 이로써 가전기기와 스마트폰을 아두이노로 연결하여 정보를 준다는 사실을 증명하였다.

성능/효과

스마트폰에서 기상 음이 울리면, 가전기기들이 작동하여 알람 후에 다시 잠드는 일을 방지할 수 있다. 둘째, 가전기기의 대기전력을 방지하여 에너지 효율화를 할 수 있다. TV, 컴퓨터 등 많은 전자기기들은 그 본래의 기능을 수행하지 않으면서도 플러그만 연결되어 있어도 전력을 소모한다.
본 논문에서 제안한 시스템을 이용하면 스마트폰의 알람이 울려 음향센서로 감지하여 전기기기를 작동시키기 전까지는 표 2에 나타난 것처럼 대기전력은 전혀 없는 실험결과를 보였다. 이처럼 본 시스템에서 에너지 관점에서 높은 성능을 보이고 있다.
이때 외부 전원에 플러그만 연결되었어도 대기전력은 존재한다. 본 시스템은 사물인터넷을 구현하기 위해 아두이노에 가전기기 전원을 연결하여 자동으로 스마트폰 알람이 울리면 연결된 가전기기를 모두 자동으로 ON하여 대기전력을 최소화하고, 기상을 도와주는 스마트폰과 아두이노, 센서, 가전기기를 연결한 사물인터넷 시스템을 제안 제작하여 실험한 결과 대기전력이 전혀 존재하지 않는 에너지 절감형 시스템을 보였다. 본 논문의 향후 연구로는 무선 데이터를 이용한 분석 시스템을 개발하고자 한다.
상대적으로 좀 더 비싼 편이지만 사용의 편리성과 안정된 성능으로 전기회로에 많이 사용하는 것으로 본 논문에서는 SSR을 사용한다. 본 제작 실험한 결과 만족한 동작을 얻었고, 이로써 가전기기와 스마트폰을 아두이노로 연결하여 정보를 준다는 사실을 증명하였다.
본 논문에서는 사물인터넷 환경을 만들기 위해 아두이노를 이용하여 스마트폰과 사물의 일종인 가전기기를 음향센서로 연결한 무선 음향통신을 적용한 통합 사물인터넷 시스템이다. 스마트폰과 아두이노 아니면 아두이노와 가전기기의 제어 시스템의 제작이 가능하다는 신뢰성이 있음을 입증하였다는 점에서 연구의 의의를 찾을 수 있다. 그러나 제안 시스템에서 적용된 아두이노와 스마트폰은 전체 시스템의 성능에 미치는 내용 등과 관련한 실험이 이루어지지 않았다는 점과 특히 스마트폰의 단독으로 사용하는 적절한 비교 평가가 이루어지지 않았다는 점 등에서 본 연구의 한계를 찾을 수 있다.
표 1에 샘플 가구에서 측정된 주요 기기의 평균 대기전력을 나타내었다. 오디오 기기의 대기전력이 평균 9.1W로 가장 높았으며 VTR, TV도 각각 5.5W와 4.3W로 나타났다. 주요 가전제품 중에서 오디오의 대기전력이 상대적으로 높은 것은 전원장치에서 비롯된 것으로 분석된다.
즉, 대부분의 가전기기는 전력반도체 스위치를 내장한 스위칭 전원장치를 사용하여 대기전력을 낮출 수 있으나 오디오의 경우 음질의 저하를 가져올 수 있는 스위칭 전원장치 대신에 선형 전원공급장치를 선호하기 때문에 대기전력이 큰 것으로 판단된다. 정보통신기기의 대기전력도 매우 큰 것으로 나타났는데 프린터, 외장형 모뎀, 스피커 등을 모두 갖춘 컴퓨터 시스템에서 평균 168W의 대기전력이 소모되는 것으로 밝혀졌다 그 밖에 가스보일러의 대기전력도 평균 49W에 이르는 것으로 나타났다. 가전기기의 대기전력을 줄이기 위한 기술개발 노력이 어느 때보다 필요하다.

후속연구

스마트폰과 아두이노 아니면 아두이노와 가전기기의 제어 시스템의 제작이 가능하다는 신뢰성이 있음을 입증하였다는 점에서 연구의 의의를 찾을 수 있다. 그러나 제안 시스템에서 적용된 아두이노와 스마트폰은 전체 시스템의 성능에 미치는 내용 등과 관련한 실험이 이루어지지 않았다는 점과 특히 스마트폰의 단독으로 사용하는 적절한 비교 평가가 이루어지지 않았다는 점 등에서 본 연구의 한계를 찾을 수 있다. 즉 스마트폰이 없이 알람이 아닌 다른 음이 울리면 작동하는지 여부에 대한 연구가 없었다는 한계점을 극복하기 위한 연구, 사물인터넷 환경에서 무선데이터 처리 방법에 대한 프로토콜 문제, 음향센서의 레벨문제는 논문의 향후 과제로 둔다.
그러나 제안 시스템에서 적용된 아두이노와 스마트폰은 전체 시스템의 성능에 미치는 내용 등과 관련한 실험이 이루어지지 않았다는 점과 특히 스마트폰의 단독으로 사용하는 적절한 비교 평가가 이루어지지 않았다는 점 등에서 본 연구의 한계를 찾을 수 있다. 즉 스마트폰이 없이 알람이 아닌 다른 음이 울리면 작동하는지 여부에 대한 연구가 없었다는 한계점을 극복하기 위한 연구, 사물인터넷 환경에서 무선데이터 처리 방법에 대한 프로토콜 문제, 음향센서의 레벨문제는 논문의 향후 과제로 둔다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	아두이노란 무엇인가?	아두이노(Arduino, 이하 아두이노)는 8비트 AVR CPU를 탑재한 저사양의 마이크로컨트롤러 보드이다. 오픈소스 소프트웨어에 리눅스가 있다면, 오픈소스 하드웨어에는 아두이노가 있다.
	사물인터넷이 의미 하는것은?	제러미 리프킨은 사물인터넷(IoT : Internet of Things)을 중심으로 인터넷과 친환경 에너지가 결합된 새로운 형식의 3차 혁명이 이어질 것으로 예측하면서 공유경제의 핵심이 될 것이라고 언급하였다[6]. 사물인터넷은 사람, 주변 사물, 데이터 등 모든 것이 이 유․무선 네트워크로 연결되어 정보를 생성․상호수집․공유 활용하는 인터넷 환경을 의미한다. 사물인터넷은 센서들로 이뤄진 데이터 네트워크, 기기가 통신을 기반으로 서비스가 만들어지는 개념이다[7].
	가전기기의 포괄적 의미는?	가전기기는 가정에서 사용하는 전기기기이다. 포괄적인 의미는 세탁기, 냉장고, 텔레비전 등 가정에서 사용하는 전기·전자기기를 말한다[5]. 새로운 관련 기술의 발달로 새로운 제품들이 빠른 속도로 개발되고 있고, 스마트 기기의 보급화로 인해 기기의 수는 급격하게 증가하고 있다.

참고문헌 (10)
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S. Kim, K. Kim, and Y. Shon, "Information Analysis as Keyword of integrated IoT and Advanced Leisure Sport," J. of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, vol. 9, no. 5, May 2014. pp. 609-616.

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정보 통신 기술의 급속한 발전으로 모든 것이 인터넷과 연결되는 초연결사회로 진입하고 있다[1].
P. Moon, "On the Availability of Anti-Forensic Tools for Android Smartphones," J. of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, vol. 8, no. 6, June 2013, pp. 855-865.

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스마트폰을 비롯한 각종 정보기기의 폭발적인 증가로 인해 대규모의 정보가 빠르게 생산 및 유통되고 있으며, 과거와 다른 다양하고 복잡한 문제 상황들이 지속적으로 발생하고 있다[2].

스마트폰이란 휴대전화 기능에 인터넷 통신과 정보처리 등 컴퓨터 기능을 추가한 지능형 단말기로서 음성통화는 물론 영상통화가 가능하고 무선 데이터 네트워크와 WiFi(: Wireless Fidelity)를 통해 인터넷에 접속할 수 있고 PDA(: Personal Digital Assistant)의 일정 및 개인 정보관리 기능을 가지고 있으며, DMB 방송을 시청할 수 있고 MP3 음악을 감상할 수 있다[2].
K. Jeong and W. Kim, "The Implementation of Smart Raising Environment Management System based on Sensor Network and 3G Telecommunication," J. of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, vol. 6, no. 4, Aug. 2011, pp. 595-601.

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스마트폰은 컴퓨터와 비슷한 기능을 모두 구현된 디지털 휴대전화의 기능과 PD의 기능을 결합한 Hybrid장치를 스마트폰이라고 정의할 수 있다[3].
L. Silva, R. Dantas, A. Pantoja, and A. Pereira, "development of a low cost dataglove based on arduino for virtual reality applications," IEEE Int. Conf. on Computational Intelligence and Virtual Environments for Measurement Systems and Applications, New York, USA, May 2013, pp. 55-59.

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아두이노를 통해 기존 하드웨어들이 특허와 기술 보호로 폐쇄적이었던 것에 반해 오픈소스로 공유한다는 것도 신선한 자극을 주었다[4].
S. Callaway, and A. Hiskens, "Achieving Controllability of Electric Loads," Proc. of the IEEE, vol. 99, no. 1, 2011. pp. 126-144.

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포괄적인 의미는 세탁기, 냉장고, 텔레비전 등 가정에서 사용하는 전기·전자기기를 말한다[5].

스마트폰은 2004년에 캐나다의 Research in Motion(: RIM)이 ‘Black Berry’를 출시하면서 북미지역의 일부 비즈니스 계층과 early adapter를 중심으로 시장을 형성하다가 2008년 Apple사에서 iPod Touch를 응용한 iPhone 3G를 내놓으며, 본격적으로 스마트폰 시장의 경쟁이 시작되었다[5].
J. M. Rifkin, The Zero Marginal Cost Society. New York: Palgrave Macmillan, 2014.

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제러미 리프킨은 사물인터넷(IoT : Internet of Things)을 중심으로 인터넷과 친환경 에너지가 결합된 새로운 형식의 3차 혁명이 이어질 것으로 예측하면서 공유경제의 핵심이 될 것이라고 언급하였다[6].
K. Nam, "A Study on the Office Management Service Platform based on M2M/IoT," J. of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, vol. 9, no. 12, Dec. 2014, pp. 1405-1413.

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사물인터넷은 센서들로 이뤄진 데이터 네트워크, 기기가 통신을 기반으로 서비스가 만들어지는 개념이다[7].
S. Kim, "An Image Denoising Algorithm for the Mobile Phone Cameras," J. of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, vol. 9, no. 5, May 2014, pp. 601-607.

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그밖에 인터넷 접속을 통해 정보검색을 할 수 있고, 게임, 책등의 디지털 콘텐츠를 이용할 수 있다[8].
S. Kim, D. Kim, N. Kwak, and Y. Oh, "SPCS : Standby Power Control System to save energy," J. of the Korea Information Science Society, vol. 37, no. 2B, May 2010, pp. 375-379.

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이러한 관점에서 OECD 국가군을 중심으로 대기전력을 줄이기 위한 기술적^․정책적 노력이 90년대 후반부터 시작되어졌다[9].
D. Gessner, A. Olivereau, A. Salinas Segura, and A. Serbanati, "Trustworthy Infrastructure Services for a Secure and Privacy-respecting Internet of Things," IEEE Conf. on Trust, Security and Privacy, Washington DC, USA, Aug. 2012, pp. 3-24.

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이러한 시점에서의 사물이나 센서에 마이크로프로세서의 일종인 아두이노와 가전기기의 결합은 사물인터넷의 좋은 예라 하겠다[10].

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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