[논문]사물인터넷 기반 실내 환경 관제시스템 설계 및 구현

박재운; 김대식; 주낙근

doi:10.6109/jkiice.2016.20.2.367

사물인터넷 기반 실내 환경 관제시스템 설계 및 구현
Indoor Environment Monitoring and Controlling System design and implementation based on Internet of Things 원문보기

한국정보통신학회논문지 = Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, v.20 no.2, 2016년, pp.367 - 374

박재운 (Department of Digital Content, Dongshin University) , 김대식 (Department of Digital Content, Dongshin University) , 주낙근 (Department of Digital Content, Dongshin University)

초록
AI-Helper

오늘날 많은 사람들은 공동의 실내 공간에서 학업이나 업무 등의 다양한 일을 수행한다. 그러나 이렇게 함께 공동으로 사용하는 공간은 여러 가지 오염 요인에 의해 업무의 효율 뿐 만아니라 건강에도 좋지 않은 영향을 미치게 될 수 있다. 그래서 무엇보다도 공동으로 사용하는 공간에 대한 쾌적한 환경의 유지가 중요한 요소로 인식되고 있다. 본 논문에서는 이러한 공동으로 사용되는 사무실이나 도서관, 강의실 등의 공간을 보다 쾌적한 환경으로 만들기 위해서 환경적으로 유해한 요소들을 분석하고, 이러한 유해 요소들을 관리하여 보다 좋은 생활환경을 제공하기 위한 통합 실내 환경 관제시스템을 설계 구현한다. 제안된 실내 환경 관제시스템은 실내 환경의 상태를 실시간으로 모니터링 할 수 있고 액추에이터를 구동시킴으로써 쾌적한 환경을 제공할 것이다. 또한, 각종 실내 공간에 적용할 수 있을 뿐만아니라 사람들의 실내 환경오염 인지도 역시 높이는 방안이 될 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper

Recently, many people perform jobs including study and work within a common indoor space. Yet this space could have an adverse effect on operational efficiency as well as health because of many pollution factors. So maintaining a pleasant environment in the common space is important. In this thesis we study the integrated environment management system for better living conditions. This system analyzes and manages harmful environmental factors to make more pleasant environment in office, library or classroom. The proposed indoor environment management system will provide a pleasant environment by monitoring the indoor environment and driving the actuator in real time. In addition, it can be applicable to different types of indoor space to reach solutions to raise recognition of indoor environment pollution by people.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

따라서 본 연구에서는 센서(Sensor)와 라즈베리파이(RaspberryPi) 기반의 사물인터넷(IoT : Internet of Things) 모델을 제시하고, 센서에서 측정한 데이터를 라즈베리파이를 이용하여 사용자에게 실시간 모니터링 서비스를 제공함으로써, 실내 환경 상태 조회 및 관리할 수 있는 관제시스템을 구현하고자 한다.
본 연구에서는 실내 환경오염에 의한 질병을 감소시키고 쾌적한 상태를 유지하기 위해 사물인터넷 기반 실내 환경 관제시스템을 구축했다. 제안된 시스템은 CO₂, 온도, 습도를 측정할 수 있는 센서와 측정 데이터를 처리하는 라즈베리파이2, 측정 데이터 조회 및 관리할 수있는 서버로 구성되어 있다.

제안 방법

이를 위한 알고리즘은 그림 4와 같이 서버를 생성하고 MCU로부터 데이터를 전송 받기 위해 소켓을 생성한다. MCU로부터 전달받은 데이터를 가공하여 장소, 시간, CO₂, 온도, 습도 등의 값을 추출한다. 추출된 값은 DB에 저장한다.
검증은 다중이용시설인 교내 강의실에서 약 2주간진행했다. 센서로부터 데이터가 그림 7과 같이 30분마다 주기적으로 전송되었으며 오염물질인 CO₂와 온도, 습도에 대한 실내공기질 측정 테스트를 수행하였다.
검증은 다중이용시설인 교내 강의실에서 약 2주간진행했다. 센서로부터 데이터가 그림 7과 같이 30분마다 주기적으로 전송되었으며 오염물질인 CO₂와 온도, 습도에 대한 실내공기질 측정 테스트를 수행하였다.
또 향후 데이터의 통합적인 관리를 위해 DB에 저장한다. 이 관제시스템은 실시간으로 관리자나 사용자들이 웹 환경에서 일반 PC나 스마트폰을 통해 여러 가지 정보를 확인하고 액추에이터 작동으로 쾌적한 환경을 제공하며 여러 장소를 관리 할 수 있도록 설계되었다.
이를 위한 알고리즘은 그림 4와 같이 서버를 생성하고 MCU로부터 데이터를 전송 받기 위해 소켓을 생성한다. MCU로부터 전달받은 데이터를 가공하여 장소, 시간, CO₂, 온도, 습도 등의 값을 추출한다.
측정된 데이터를 조회, 관리하기 위해서는 언제 어디서든 실시간으로 모니터링 할 수 있는 웹사이트가 필요하다. 이를 위해 jQuery 기반의 관제시스템을 구축하였다. 개발언어는 java, jsp, jQuery, javascript, HTML5로 구현되었고, UI는 jQuery UI, jQgrid, jqplot를 사용하였다.
본 연구에서는 실내 환경오염에 의한 질병을 감소시키고 쾌적한 상태를 유지하기 위해 사물인터넷 기반 실내 환경 관제시스템을 구축했다. 제안된 시스템은 CO₂, 온도, 습도를 측정할 수 있는 센서와 측정 데이터를 처리하는 라즈베리파이2, 측정 데이터 조회 및 관리할 수있는 서버로 구성되어 있다. 또한, 언제 어디서나 측정데이터 모니터링 및 액추에이터 제어를 가능하게 하였다.

대상 데이터

사물인터넷을 위한 MCU로 라즈베리파이2를 선택하였다. 이유는 대중적인 아두이노에 비해 자체적인 운영체제를 설치할 수 있어 직접 프로그래밍 하여 측정 데이터 처리 및 외부기기 제어가 용이하기 때문이다.
센서란 직접 피측정 대상에 접촉하거나 그 가까이서 데이터를 알아내어 필요한 정보를 신호로 전달하는 장치를 총칭해서 센서(감지기)라 한다[6]. 시스템 구현을 위해 선택한 센서는 CO₂, 온도, 습도를 측정할 수 있는 통합형 모듈로 RS-485통신을 이용하여 측정 데이터를 받아올 수 있다.

성능/효과

측정 결과 강의 시작 전 CO₂의 농도는 585ppm으로환경부에서 지정한 평균농도보다 낮았으나, 강의 시작후 밀폐된 공간에서 CO₂ 배출량이 증가하지만 환기가 되지 않아, 최대 2384ppm까지 증가하는 것을 확인할수 있다. 이는 기준치를 훨씬 넘는 수치이며 불쾌감, 피로감, 집중력 저하 등의 현상을 발생시킬 수 있다.

후속연구

이 시스템의 서버에서는 주기적으로 MCU로부터 전달된 센서 정보들을 저장할 뿐만 아니라, 정보들로부터 유해 정도를 판단하여 실시간으로 여러 장치들을 제어하기 위한 제어정보를 MCU로 전달하여 액추에이터를 구동시킨다. 또 향후 데이터의 통합적인 관리를 위해 DB에 저장한다. 이 관제시스템은 실시간으로 관리자나 사용자들이 웹 환경에서 일반 PC나 스마트폰을 통해 여러 가지 정보를 확인하고 액추에이터 작동으로 쾌적한 환경을 제공하며 여러 장소를 관리 할 수 있도록 설계되었다.
향후 시스템 보완 사항은 먼지, VOCs 등을 측정할수 있는 센서를 추가하여 다양한 정보를 제공하고, MCU에 카메라를 장착하여 액추에이터 정상작동 여부를 확인할 수 있도록 할 것이다. 또한, DB를 비관계형 데이터베이스인 MongoDB로 변경하여 실내 환경을 체계적인 관리 및 시기별 환경상태를 예측할 수 있는 빅데이터에 활용하고자 한다. 연구과제로는 신뢰성 높은측정을 위해 최적의 센서 위치에 대한 연구가 더 필요할 것으로 사료된다.
또한, 언제 어디서나 측정데이터 모니터링 및 액추에이터 제어를 가능하게 하였다. 본 논문의 시스템을 활용하여 어린이집이나 도서관, 병원 같은 각종 다중이용시설에 활용할 수 있다.
또한, DB를 비관계형 데이터베이스인 MongoDB로 변경하여 실내 환경을 체계적인 관리 및 시기별 환경상태를 예측할 수 있는 빅데이터에 활용하고자 한다. 연구과제로는 신뢰성 높은측정을 위해 최적의 센서 위치에 대한 연구가 더 필요할 것으로 사료된다.
향후 시스템 보완 사항은 먼지, VOCs 등을 측정할수 있는 센서를 추가하여 다양한 정보를 제공하고, MCU에 카메라를 장착하여 액추에이터 정상작동 여부를 확인할 수 있도록 할 것이다. 또한, DB를 비관계형 데이터베이스인 MongoDB로 변경하여 실내 환경을 체계적인 관리 및 시기별 환경상태를 예측할 수 있는 빅데이터에 활용하고자 한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	대도시의 경우 먼지는 주로 어디에서 발생됩니까?	005-500㎛의 크기를 가지고 있으며, 이중 작고, 가늘면서 지름이 10㎛ 이하인 먼지입자를 미세먼지(PM10)이라고 한다. 대도시의 경우 70% 이상이자동차 배기가스에서 발생하고, 그 외에는 산업체의 배출 가스 등에 의해 발생되며, 실내의 오염원으로는 흡연및 난방 또는 취사와 관련된 연소 작용과 그 외 생활용품 등에 의해서 발생된다. 미세먼지의 유지기준은 100- 150㎍/㎥ 이하 이며 농도가 높은 날은 실외활동을 자재하고 창문을 닫으며 주기적인 물청소가 필요하다[2].
	실내외대기오염 사망자를 야기한 관련 대표적인 질환으로는 무엇이 있습니까?	세계보건기구(WHO)는 실내외 대기오염으로 질병이 증가하면서 2012년 한 해 동안 700만 명 이상이 사망했다는 조사가 보고되어 충격을 주고 있다. 실내외대기오염 사망자를 야기한 관련 대표적인 질환은 협심증, 뇌졸중, 만성폐쇄성폐질환, 급성하기도폐질환, 폐암 등 5가지이다. 실내와 실외 사망자 수를 비교하면 실내는 430만 명, 실외는 370만 명으로 실내 대기오염으로 인한 사망자 수가 많다는 것을 알 수 있다[1].
	이산화탄소란 무엇이며 이것의 특징은 무엇입니까?	이산화탄소는 무색, 무취의 기체로 압력을 가하면 쉽게 액화된다. 정상적으로 대기 중에 0.03% 정도 포함되어 있고 사람이나 동물의 호흡에 의해 주로 배출되며, 가스, 석유, 나무 등의 연료가 연소될 때 발생되는 물질이다. 실내에서 주요 발생원은 난방기구 및 취사도구의사용, 흡연과 오염된 실외공기의 유입 등이다.

참고문헌 (7)

E. Y. Choi, "Air Pollution, Global worst killer," Asian Citizen's Center for Environment and Health, pp. 1, Mar. 2014.
B. Y. Hwang, "Evaluation on the Level of Indoor Air Pollutants at Public Facilities and Development of Surveillance System on Indoor Air Pollutants," Soon Chun Hyang University : Research services businesses Final Report, 2008.
Living Environment Information Center. Indoor environmental [Internet]. Available: https://iaqinfo.nier.go.kr/leinfo/indoor_efine.do
Y. Y. Lee, "A Study on Indoor Air Pollution Characterization and Management," University Of Seoul : Final Report, 2002.
"ICT industry 10 issues in 2015," Institute for Information & communication Technology Promotion, p. 9, 2014.
Doopedia Internet search site (http://www.doopedia.co.kr)
S. H. Lee, "Study for overseas expansion of the internet of things," DeltaTech International : Korea Communications Policy Research, vol. 14, no. 35, p. 39, 2014.

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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