[논문]아두이노 기반의 독거노인을 위한 스마트홈 시스템

이인구; 조면균

doi:10.14372/iemek.2015.10.5.307

아두이노 기반의 독거노인을 위한 스마트홈 시스템
Arduino Based Smart Home System for the Elderly Living Alone 원문보기

대한임베디드공학회논문지 = IEMEK Journal of embedded systems and applications, v.10 no.5, 2015년, pp.307 - 315

이인구 (Semyung University) , 조면균 (Semyung University)

Abstract ▼ AI-Helper

Recently, Smart Home System(SHS) is applied in order to provide comfort, energy efficient and better security to the residence. Thus, by introducing the SHS in the house of elderly people, it is possible to provide a convenient and safe life for old people especially living alone. This paper presents the design and implementation of a low cost but yet flexible and secure smart-phone based SHS. The design is based on inter-working between Arduino board with Bluetooth and Arduino board with Ethernet shield, and the home monitor/appliances are connected to the input/output ports of this board via sensors/relays. In addition, when the old man is put on an emergency, the proposed system will automatically notify it the family. Therefore, we have implemented an inexpensive and efficient SHS for the elderly living alone by inter-working smart phones, internet server and Arduino micro-controller.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

그 이유는 규모가 크고 복잡한 통신 및 조정시스템을 포함하고, 집의 초기 건축시 기업주도로 사전 설치되므로 가격이 비싸고 실제 거주자가 원하는 기능은 포함되지 않기 때문이다. 그러므로 본 논문에서는 가격이 싸고 확장성이 뛰어난 아두이노를 기반으로 하여, 독거노인의 가정에서 고령자가 원하는 맞춤식 편의성과 안전성을 보장할 수 있는 간단하고 경제적인 스마트홈 시스템을 구축하고 그 결과를 소개하고자 한다.
본 장에서는 다중 센서와 아두이노 장치 및 스마트폰을 연결하여 만성질환과 치매로 고생하는 고령자의 재택사회복지의 큰 도움이 될 수 있는 아두이노 기반의 스마트홈 시스템을 실제로 구현하였다. 그리고 그 유용성 및 실현가능성을 증명하기 위한 실험을 수행하였다.
본 논문에서는 고령자의 편리하고 독립적인 삶을 보장하기 위한 원격조정 및 원격확인(모니터링)기반의 고령 친화적 스마트홈 시스템을 제안하고 그것을 블루투스 통신으로 스마트폰과 아두이노 마이크로컨트롤러 간의 원격조정 시스템으로 실제 구현하였다. 동시에 웹상의 인터페이스를 통해 인터넷이 연결되는 환경에서는 언제어디서나 집안 상황을 모니터링하고 편리하게 조정이 가능하며, 고령자가 위급시 대처할 수 있는 시스템을 제안 및 구현한다.
본 논문에서는 고령자의 편리학고 독립적인 가정생활을 지원하기 위하여 블루투스를 통해서 아두이노와 스마트폰 간에 무선 네트워크를 구성하고, 이를 이용해서 아두이노와 연결된 홈기기들을 제어를 할 수 있는 스마트홈 시스템을 구현해 보았다. 추가로 외출시 인터넷을 통한 홈서버의 접속을 통해 자신의 집의 상황을 원격 모니터링 및 유사시 원격 조정이 가능함을 보였다.
본 절에서는 고령자의 편의를 위하여 스마트폰을 이용하여 집안의 생활기기 들을 원격 조정할 수 있는 시스템을 구현하였다. 그림 7의 (a)는 제안하는 스마트홈 시스템 앱의 메인화면이다.

제안 방법

만성질환으로 거동이 어려운 고령자가 집안의 가전제품을 스마트폰을 이용하여 원격으로 조정하기 위한 기능을 구현하였다.
본 장에서는 다중 센서와 아두이노 장치 및 스마트폰을 연결하여 만성질환과 치매로 고생하는 고령자의 재택사회복지의 큰 도움이 될 수 있는 아두이노 기반의 스마트홈 시스템을 실제로 구현하였다. 그리고 그 유용성 및 실현가능성을 증명하기 위한 실험을 수행하였다.
본 장에서는 스마트폰으로 홈기기를 원격 제어 하는 소규모 스마트홈 시스템을 구현하는데 기반이 되는 아두이노를 소개하고 기존기술을 요약한다. 그리고 제안하는 아두이노 기반의 스마트홈 시스템이 기존기술 대비 가지는 차별성 및 구체 동작방법에 대해서 설명한다.
본 절에서는 고령자의 편의를 위하여 외부에서도 스마트폰(이동단말기)이나 컴퓨터로 인터넷에 접속하여 집안의 보안 및 생활기기 들을 모니터링하고 원격조정할 수 있는 시스템을 구현하였다. 그림 9는 그림 6에서 설명한 바와 같이, 외부에서 인터넷 서버와의 접속을 위한 Ethernet 쉴드와 고령자의 위급상황(낙상, 심장마비로 움직임 없음)을 감지하기 위한 움직임센서를 포함하는 스마트홈 시스템의 구현모습이다.
본 절에서는 아두이노 보드에 연결된 움직임센서와 가스센서의 입력을 받아서 그림 3의 구조와 그림 5의 동작순서에 따라 경고메세지 자동 전송 서비스를 구현한 시스템을 소개한다.
제안시스템은 위급상황을 스마트폰에 알리는 기능을 간단하고 쉽게 구현하기 위하여, pushingbox와 pushbullet의 프로그램을 도입하였다[18, 19].pushingbox는 클라우드 알림서비스의 일종으로 이메일, 트위터, 그리고 미리 지정된 행위에 대한 경고를 울리는 디지털 알람서비스이다[18].
제안하는 스마트홈 시스템은 그림 4와 같이 크게 3가지 요소로 구성되어 있는데, Relay에 묶여 원격조정 신호를 전송하거나 센서로부터 데이터를 받아들여 원격모니터링을 실시하는 Input/output 블록이 있다. 두 번째로는 스마트폰과 다양한 단말기로부터 제어정보를 받아들여 아두이노 보드에서 처리하는 Micro-controller 부분이 있다.

성능/효과

이상과 같이 제안하는 아두이노 기반의 스마트홈 시스템을 독거노인의 가정에 설치하게 되면 만성질환으로 시달리는 고령자에게 홈기기에 대한 편리한 원격조정 수단을 제공할 수 있음을 알 수 있었다. 더 나아가 스마트폰을 소지하고 외출을 하는 경우, 외부에서도 집안의 상황을 모니터링하고 원격 조정 할 수 있으므로 건망증 및 치매의 영향으로 문단속이나 가스밸브의 잠금을 잊은 경우에도 간단하게 인터넷만 접속하여 원격으로 처리할 수 있음을 보였다. 특히 독거노인의 고독사가 사회적인 문제가 되고 있는 현재 상황에서, 가족들에게 고령자의 응급상황에 신속하게 대처하는 방안을 제공한 것은 큰 의미가 있다고 생각한다.
아두이노 보드의 특징을 살펴보면, 첫째 전 세계에서 가장 널리 사용되고 있는 오픈소스 기반의 컴퓨팅 플렛폼을 채택하여 하드웨어 및 소프트웨어의 전문지식이 없어도 누구나 쉽게 배우고 사용할 수 있도록 개발되었다. 둘째, 가격이 저렴하면서 견고한 특징을 가지고 있어서 누구나 저비용을 쉽게 접근이 가능하다. 셋째, 쉴드(shield)라 불리는 다양한 추가 모듈을 이용해서 기존의 없었던 다양한 기능을 쉽게 창조하여 구현 할 수 있는 확장성이 뛰어나다.
마지막으로 사용자가 스마트폰으로 가전제품을 동작하거나 인터넷에 접속하여 조정하는 것에 상관없이 스마트폰과 인터넷서버 그리고 아두이노가 상호 연동하여, 어느 쪽으로 조정 및 모니터링 하더라도 현재 아두이노 마이크로컨트롤러의 동작 상황을 실시간으로 보여주는 연동기능도 추가하였다.
둘째, 가격이 저렴하면서 견고한 특징을 가지고 있어서 누구나 저비용을 쉽게 접근이 가능하다. 셋째, 쉴드(shield)라 불리는 다양한 추가 모듈을 이용해서 기존의 없었던 다양한 기능을 쉽게 창조하여 구현 할 수 있는 확장성이 뛰어나다. 이처럼 아두이노는 오픈소스로 쉽게 싸게 하드웨어를 만들며, USB로 PC에 간단히 연결할 수 있을 뿐 아니라 다양한 모듈을 연결하여 필요한 기능으로 확장 가능한 특징을 가진다[14-17].
이상과 같이 제안하는 아두이노 기반의 스마트홈 시스템을 독거노인의 가정에 설치하게 되면 만성질환으로 시달리는 고령자에게 홈기기에 대한 편리한 원격조정 수단을 제공할 수 있음을 알 수 있었다. 더 나아가 스마트폰을 소지하고 외출을 하는 경우, 외부에서도 집안의 상황을 모니터링하고 원격 조정 할 수 있으므로 건망증 및 치매의 영향으로 문단속이나 가스밸브의 잠금을 잊은 경우에도 간단하게 인터넷만 접속하여 원격으로 처리할 수 있음을 보였다.
본 논문에서는 고령자의 편리학고 독립적인 가정생활을 지원하기 위하여 블루투스를 통해서 아두이노와 스마트폰 간에 무선 네트워크를 구성하고, 이를 이용해서 아두이노와 연결된 홈기기들을 제어를 할 수 있는 스마트홈 시스템을 구현해 보았다. 추가로 외출시 인터넷을 통한 홈서버의 접속을 통해 자신의 집의 상황을 원격 모니터링 및 유사시 원격 조정이 가능함을 보였다. 특히 독거노인의 위급상황(낙상, 심장마비)을 감지하여 가족에게 긴급 메시지를 전송하거나 외출시 외부인의 침입과 화재 위험을 사용자에게 알리는 고령자 맞춤형 서비스도 가능함을 보였다.
추가로 외출시 인터넷을 통한 홈서버의 접속을 통해 자신의 집의 상황을 원격 모니터링 및 유사시 원격 조정이 가능함을 보였다. 특히 독거노인의 위급상황(낙상, 심장마비)을 감지하여 가족에게 긴급 메시지를 전송하거나 외출시 외부인의 침입과 화재 위험을 사용자에게 알리는 고령자 맞춤형 서비스도 가능함을 보였다.

후속연구

결론적으로 제안하는 아두이노 기반의 고령 친화적 스마트홈 시스템을 독거노인의 가정에 적용한다면 기존 홈네트워크 대비 적은 비용으로 고령 친화적 서비스를 제공할 뿐 아니라, 다양한 쉴드(shield)를 활용하여 확장한다면 개개인의 고령자 맞춤형 서비스를 쉽고 간단하게 만들어서 제공할 수 있을 것이다.
앞으로는 아두이노를 기반으로 한 생활 편의 및 긴급상황 알림서비스에 보태어 헬스케어 서비스를 추가로 구축하여 독거노인을 위한 통합적인 아두이노 기반의 스마트 홈 시스템을 구현할 계획이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	아두이노 보드의 특징은 무엇인가?	아두이노 보드의 특징을 살펴보면, 첫째 전 세계에서 가장 널리 사용되고 있는 오픈소스 기반의 컴퓨팅 플렛폼을 채택하여 하드웨어 및 소프트웨어의 전문지식이 없어도 누구나 쉽게 배우고 사용할 수 있도록 개발되었다. 둘째, 가격이 저렴하면서 견고한 특징을 가지고 있어서 누구나 저비용을 쉽게 접근이 가능하다. 셋째, 쉴드(shield)라 불리는 다양한 추가 모듈을 이용해서 기존의 없었던 다양한 기능을 쉽게 창조하여 구현 할 수 있는 확장성이 뛰어나다. 이처럼 아두이노는 오픈소스로 쉽게 싸게 하드웨어를 만들며, USB로 PC에 간단히 연결할 수 있을 뿐 아니라 다양한 모듈을 연결하여 필요한 기능으로 확장 가능한 특징을 가진다[14-17].
	아두이노 시스템의 주요 구성품은 무엇인가?	아두이노 시스템의 주요 구성품은 그림 1과 같이 MCU 역할을 하는 UNO 보드, 무선기기와의 통신을 관장하는 블루투스 모듈, 그리고 다양한 전기 장치들을 On/Off 할 수 있는 Relay를 들 수 있다. 추가적으로, 우노보드와 연동하여 인터넷 통신을 하기위한 Ethernet 쉴드, 와이파이 접속을 위한 WiFi쉴드등의 통신관련 쉴드가 있다.
	기존의 홈네트워크 기반의 스마트홈 시스템이 일반 가정집에 채택 되지 않는 이유는?	하지만 기존의 홈네트워크 기반의 스마트홈 시스템은 현재 대기업 아파트, 고급빌라 등에만 주로 설치가 되고, 일반 가정집에서는 거의 채택되지 않고 있다[12, 13]. 그 이유는 규모가 크고 복잡한 통신 및 조정시스템을 포함하고, 집의 초기 건축시 기업주도로 사전 설치되므로 가격이 비싸고 실제 거주자가 원하는 기능은 포함되지 않기 때문이다. 그러므로 본 논문에서는 가격이 싸고 확장성이 뛰어난 아두이노를 기반으로 하여, 독거노인의 가정에서 고령자가 원하는 맞춤식 편의성과 안전성을 보장할 수 있는 간단하고 경제적인 스마트홈 시스템을 구축하고 그 결과를 소개하고자 한다.

참고문헌 (19)

Y.S. Hong. J. Kim, J.W. Yoo, "Trends and Characteristics for the elderly since Post_aged Society," Journal of Architectural Institute of Korea, Vol. 34, No. 2, pp. 79-80, 2014 (in Korean).
J.F. Coughlin, J. Pope, "Innovations in health, wellness, and aging-in-place," Engineering in Medicine and Biology Magazine, Vol. 27, No. 4, pp. 47-52, 2008.

상세보기
H.S. Yoon, "A Study on Home Care Service in Korea," Journal of Pubic Welfare Administration, Vol. 14, No. 1, pp. 119-134, 2004.
Y.S. Kim, "A Study on Linkages Health and Welfare Services in Home Care for the Aged," Journal of Korean Association of Health and Medical Sociology, Vol. 9, No. 1, pp. 71-96, 2006 (in Korean).
J.Y. Moon, Y.J. Choi, N.K. Seo, "A Comparative Study on Factors Related to the Health Expenditure of Different Household Types of the Elderly with Chronic Disease", Journal of Korean Association of Health and Medical Sociology, Vol. 35, No. 1, pp. 285-307, 2014 (in Korean).
M.K. Jung, D.M. Lee, "Development of Smart Phone Controlled Home Network System," Proceedings of KICS Fall Conference, pp. 721-722, 2010 (in Korean).
W.J. Lee, K.W. Kim, H.S. Kim, "Ticket-Based Authentication Protocol Using Attribute Information over Home Network," IEMEK J. Embed. Sys. Appl., Vol. 7, No. 1, pp. 53-59, 2012 (in Korean).

원문보기 상세보기
Sora Kwon, J.S. Moon, H.B. Park, D.J. Lee, S.W. Min, B.K. Kim, "A Home Automation System using a Smart Phone Based on Android," Proceedings of KICS Fall Conference, pp. 215-216, 2012 (in Korean).
R.L. Robles, T.H. Kim, "Applications, Systems and Methods in Smart Home Technology: A Review," International Journal of Advanced Science and Technology, Vol. 15, pp. 37-48, 2010.
A. Gaddam, S.C. Mukhopadhyay, G. Sen Gupta, "Trial & experimentation of a smart home monitoring system for elderly," Proceedings of IEEE Instrumentation and Measurement Technology Conference, pp. 1-6, 2011.
Y.J. Jang, K.W. Park, S.K. Lee, "A Home Automation system based on Smart phone," Journal. of The Korea Institute of Electronic Communication Sciences, Vol.. 6, No. 4, pp. 589-594, 2011 (in Korean).
J.S. Lee, "Bluetooth Remote Controller Exploiting Smartphone Interface," Proceedings of Korea HCI Conference, pp. 934-936, 2013 (in Korean).
J.H. Kim, C.H. Lee, B.K. An, "Android based Mobile Home Network Application," Proceedings of IEIE Conference 2012, pp. 790-792, 2012 (in Korean).
https://www.arduino.cc/
J.H. Lee, S.Y. Cho, Seog Park, "Access Control for Arduino based Smart Home Using Web interface," Proceedings of Korea Institute of Information Scientists and Engineers Conference 2014, pp. 297-299, 2014 (in Korean).
A. Adriansyah, A.W. Dani, "Design of Small Smart Home System based on Aduino," Proceedings of Electrical Power, Electronics, Communications, Controls, and Informatics Seminar, pp. 121-125, 2014.
N.H. Ismail, Zarina Tukiran, N.N. Shamsuddin, E.I.S. Saadon, "Android based Home Door Lock Application via Bluetooth for Disabled People," Proceedings of IEEE International Conference on Control System, Computing and Engineering, pp. 227-230, 2014.
https://www.pushingbox.com/
https://www.pushbullet.com/

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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