오늘날 모듈러 건축 방식으로 주거시설에 대한 설계와 건설이 이루어지고 있다. 이러한 모듈러 기반의 주거시설에서는 자유로운 공간의 변형이 필요시 발생하기 때문에 홈 자동화 시스템에 대해서도 새로운 방식의 도입이 필요할 것으로 예상되어진다. 즉 기존의 홈자동화 시스템에서는 사전에 계획된 자동화 설계에 따라 유선 센서들을 기반으로 개발되어지고 있는데 공간의 변화가 이루어지는 모듈러 방식에서는 기존의 고정이면서 유선 방식의 센서 기반의 자동화 시스템은 적합하지 않을 것으로 판단된다. 따라서 모듈러 건축 방식에서는 역동적인 공간 변화에 따라 필요 센서들의 수와 종류가 변화고 센서의 위치도 변화기 때문에 이러한 다양한 변경 요소를 자동적으로 받아들여 홈자동화 시스템을 구축하는 시스템이 필요하다. 따라서 본 논문에서는 모듈러 건축 방식으로 구축된 주거시설에서 센서 인식을 자동으로 할 수 있고, 사용자 인터페이스를 자동으로 생성하여 변화하는 공간에 적응하는 홈자동화 시스템을 연구 개발하였다.
오늘날 모듈러 건축 방식으로 주거시설에 대한 설계와 건설이 이루어지고 있다. 이러한 모듈러 기반의 주거시설에서는 자유로운 공간의 변형이 필요시 발생하기 때문에 홈 자동화 시스템에 대해서도 새로운 방식의 도입이 필요할 것으로 예상되어진다. 즉 기존의 홈자동화 시스템에서는 사전에 계획된 자동화 설계에 따라 유선 센서들을 기반으로 개발되어지고 있는데 공간의 변화가 이루어지는 모듈러 방식에서는 기존의 고정이면서 유선 방식의 센서 기반의 자동화 시스템은 적합하지 않을 것으로 판단된다. 따라서 모듈러 건축 방식에서는 역동적인 공간 변화에 따라 필요 센서들의 수와 종류가 변화고 센서의 위치도 변화기 때문에 이러한 다양한 변경 요소를 자동적으로 받아들여 홈자동화 시스템을 구축하는 시스템이 필요하다. 따라서 본 논문에서는 모듈러 건축 방식으로 구축된 주거시설에서 센서 인식을 자동으로 할 수 있고, 사용자 인터페이스를 자동으로 생성하여 변화하는 공간에 적응하는 홈자동화 시스템을 연구 개발하였다.
Today, residential facilities is planned and built based on modular architecture. In the modular housing, sizes and locations of spaces like rooms, kinchin, and bathrooms can be changed from-time-to-time. Therefore, current home automation systems based on predesigned and fixed system with wired sen...
Today, residential facilities is planned and built based on modular architecture. In the modular housing, sizes and locations of spaces like rooms, kinchin, and bathrooms can be changed from-time-to-time. Therefore, current home automation systems based on predesigned and fixed system with wired sensors can not be suitable for the modular housing. As a result, a new concept-based homw automation system is required which is able to adopt varying home environment. Since the change of spaces will change the number of and types of necessary sensors, the home automation system enables to detect automatically and naturally the added or removed different types of wireless sensors and provides home automation services. In this paper, a home automation system is studied and implemented which can adopt varying space environment by detecting automatically added or removed sensors and provide new user interfaces for displaying sensing information.
Today, residential facilities is planned and built based on modular architecture. In the modular housing, sizes and locations of spaces like rooms, kinchin, and bathrooms can be changed from-time-to-time. Therefore, current home automation systems based on predesigned and fixed system with wired sensors can not be suitable for the modular housing. As a result, a new concept-based homw automation system is required which is able to adopt varying home environment. Since the change of spaces will change the number of and types of necessary sensors, the home automation system enables to detect automatically and naturally the added or removed different types of wireless sensors and provides home automation services. In this paper, a home automation system is studied and implemented which can adopt varying space environment by detecting automatically added or removed sensors and provide new user interfaces for displaying sensing information.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
본 논문에서는 앞서 언급한 데로 차세대 주거환경 기술인 모듈러 방식 기반의 주거환경에서는 잦은 공간의 변경 및 주택을 구성하는 모듈의 변화가 발생하고 이로 인해 홈 자동화 시스템을 구성하고 있는 센서들의 기능, 종류와 수가 변경되고 이러한 변화에 역동적 및 자동적 으로 적응할 수 있는 홈 자동화 시스템에 대하여 연구 및 개발하는 것을 목적으로 한다. 특히, 변화하는 센서 네트워크의 환경을 자동으로 감지하고 이를 사용자 인터페이스를 통하여 표현하는 중앙제어보드 구현에 초점을 둔다.
본 연구는 차세대 건축 설계방식인 모듈러 건축 방식으로 주거설계가 대중화 되어질 경우 다양한 공간 변화에 대응할 수 있는 무선 센서를 활용한 홈 자동화 시스템 연구 및 설계에 목표를 두고 있다. 앞서 언급한 모듈러 기반의 공간 설계와 현재의 홈 자동화 시스템의 접합에 있어서의 문제점인 가변적인 센서들의 위치, 종류, 개수에 역동적이면서 자동적으로 대응할 수 있는 통합 시스템을 위해서 새로운 센서가 설치되었을 때 중앙제어 보드에서 받아들이고, 새로운 센서가 인식되었을 때 자동으로 인터페이스를 생성시켜 주는 자동 센서 감지 변형 제어 보드를 통하여 실시간으로 변화하는 무선 센서 값의 정보를 IoT 프로토콜인 Message Queue Telemetry Transport (MQTT)를 통하여 구현하였다.
가설 설정
공간의 재배치 또는 기존센서의 데이터 오류 및 고장으로 인하여 장비를 교체 및 제거를 하게 될 경우를 가정하여 임으로 그림 9와 같이 출입문센서를 제거하였다. 중앙제어보드에서는 기존 센서로부터 데이터의 전송이 일정 기간 동안 이루어지지 않는 부분을 기반으로 그 센서, 즉 출입문센서에 대한 정보를 화면에서 제거하였으며, 두 번째로 설치된 센서의 정보가 자동으로 맨 위의 공간에 재 위치하게 됨을 보이고 있다.
제안 방법
심박수 센서는 손가락에 부착하여 전기적 신호를 이용하여 구현하였으며, 창문 여닫이 센서는 초음파 센서(HC-SR04) 를 이용하여 거리를 감지하고, 창문이 열려있을 경우 모터센서를 활용하여 창문 자동 여닫이 센서를 구현하였다. Sub에 해당하는 중앙 컨트롤 보드는 윈도우 8 운영체제인 태블릿 PC를 이용하여 이클립스 툴을 이용하여 구동하였다. CCTV는 칼론에서 만든 KWC-3000 카메라와 Rasberry3의 OS인 Raspbian으로 구현하여 webcam 구동을 통하여 센싱을 하며.
Broker는 Window10 환경에서 MQTT Broker툴인 Mosquitto 툴을 이용하여 구현하였다. Sub인 중앙 컨트롤 보드는 Window10 운영체제에서 JRE(Java Runtime Enviroment)를 설치하여 Java로 인터페이스를 구축하였다.
구현된 제안 시스템에 대한 성능 평가를 위하여 테스트 베드를 구성하였는데 그 테스트 베드를 위하여 모듈러 건축물을 설치하고 그 공간 안에서 각종 센서들 및 제안 시스템을 설치하였다. 그 테스트 베드의 공간 구성 및 설치된 센서들에 대하여 그림 5에서 보이고 있다.
본 논문은 현재 각광받는 모듈러 방식 건축물에서 홈 IoT 센서 통신을 하면서 새로운 센서가 추가되거나 기존에 사용되던 센서가 제거되는 경우 이를 자동으로 감지하여 등록하고 표시하도록 하는 무선 센서 자동 감지 센서 변형 보드를 구현하였다. 무선 센서 자동 감지 기반의 홈 자동화 제어 시스템은 가정 내에 설치되는 복수의 IoT센서와 새롭게 설치되는 센서의 정보를 자동으로 인터페이스에 반영하여 표시함으로써, 기존의 소스파일을 수정 없이 실시간으로 센서의 변경 상황을 반영 할 수 있는 효과가 있다.
그림 3에서 본 논문에서 제안하는 시스템의 구성도를 보이고 있다. 본 시스템에서 센서들과 중앙제어 장치들의 통신을 위한 방식으로 MQTT를 적용하였으며 그 이유는 다수의 센서 통신에서 하나의 토픽을 가지고 Pub 과 Sub로 메시지를 전달하고, Broker가 메시지를 전달하는 구조로 그림에서 보이는 바와 같이 가정 내에 설치되는 복수의 IoT 센서들을 MQTT 프로토콜을 활용하여 Broker 서버로 데이터를 송수신하고, 서버의 중계를 통하여 IoT 센서와 중앙제어보드간의 통신을 수행한다. 중앙제어보드에서는 새로운 IoT 센서가 추가될 경우 이를 감지하여 IoT 센서를 메모리에 등록하고 인터페이스 화면에 표시하며, 가정 내에서 제거가 될 경우 이를 감지하여 제거된 IoT 센서 정보를 인터페이스 화면에서 재배열한다.
출입 감지 센서는 시중에 판매하는 적외선 센서가 아닌, 단순 적외선 Led와 적외선 수신 센서를 이용하여 구현하였으며, 동작 감지센서는 PiR센서를 사용하여 출입문에 원리를 이용해 10초간 움직임이 감지가 되지 않을 경우 움직임이 감지되지 않음으로 구현하였다. 심박수 센서는 손가락에 부착하여 전기적 신호를 이용하여 구현하였으며, 창문 여닫이 센서는 초음파 센서(HC-SR04) 를 이용하여 거리를 감지하고, 창문이 열려있을 경우 모터센서를 활용하여 창문 자동 여닫이 센서를 구현하였다. Sub에 해당하는 중앙 컨트롤 보드는 윈도우 8 운영체제인 태블릿 PC를 이용하여 이클립스 툴을 이용하여 구동하였다.
본 연구는 차세대 건축 설계방식인 모듈러 건축 방식으로 주거설계가 대중화 되어질 경우 다양한 공간 변화에 대응할 수 있는 무선 센서를 활용한 홈 자동화 시스템 연구 및 설계에 목표를 두고 있다. 앞서 언급한 모듈러 기반의 공간 설계와 현재의 홈 자동화 시스템의 접합에 있어서의 문제점인 가변적인 센서들의 위치, 종류, 개수에 역동적이면서 자동적으로 대응할 수 있는 통합 시스템을 위해서 새로운 센서가 설치되었을 때 중앙제어 보드에서 받아들이고, 새로운 센서가 인식되었을 때 자동으로 인터페이스를 생성시켜 주는 자동 센서 감지 변형 제어 보드를 통하여 실시간으로 변화하는 무선 센서 값의 정보를 IoT 프로토콜인 Message Queue Telemetry Transport (MQTT)를 통하여 구현하였다.
우선 MQTT에 Pub부분에 해당하는 센서들은 모두 Arduino로 구현하였다. 출입 감지 센서는 시중에 판매하는 적외선 센서가 아닌, 단순 적외선 Led와 적외선 수신 센서를 이용하여 구현하였으며, 동작 감지센서는 PiR센서를 사용하여 출입문에 원리를 이용해 10초간 움직임이 감지가 되지 않을 경우 움직임이 감지되지 않음으로 구현하였다. 심박수 센서는 손가락에 부착하여 전기적 신호를 이용하여 구현하였으며, 창문 여닫이 센서는 초음파 센서(HC-SR04) 를 이용하여 거리를 감지하고, 창문이 열려있을 경우 모터센서를 활용하여 창문 자동 여닫이 센서를 구현하였다.
그 테스트 베드의 공간 구성 및 설치된 센서들에 대하여 그림 5에서 보이고 있다. 테스트 베드에는 출입감지센서, 동작감지센서, 창문 여닫이 센서 및 신체 상태를 체크하기 위한 심박수 센서를 설치 및 시스템을 구축하였다.
홈 자동화 제어장치에서 IoT 센서 통신을 하면서 새로운 센서가 추가되거나 기존에 사용하던 센서가 사라지는 경우 이를 자동으로 감지하여 등록하고 표시 할 수 있도록 하는 무선 센서 자동 감지 기반의 홈 자동화 제어 시스템을 구현하였다.
이론/모형
CCTV는 칼론에서 만든 KWC-3000 카메라와 Rasberry3의 OS인 Raspbian으로 구현하여 webcam 구동을 통하여 센싱을 하며. Broker는 Window10 환경에서 MQTT Broker툴인 Mosquitto 툴을 이용하여 구현하였다. Sub인 중앙 컨트롤 보드는 Window10 운영체제에서 JRE(Java Runtime Enviroment)를 설치하여 Java로 인터페이스를 구축하였다.
성능/효과
위에서 테스트 베드를 기반으로 설명 되어진 바 이외에 2~4개의 추가 센서들을 기반으로 추가와 제거를 20회 반복 실험 하였으며 이에 정상적으로 동작하였음을 확인하여 구현된 시스템의 성능이 정상적임을 확인하였다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
기존의 홈자동화 시스템에서는 무엇을 기반으로 개발되고 있는가?
이러한 모듈러 기반의 주거시설에서는 자유로운 공간의 변형이 필요시 발생하기 때문에 홈 자동화 시스템에 대해서도 새로운 방식의 도입이 필요할 것으로 예상되어진다. 즉 기존의 홈자동화 시스템에서는 사전에 계획된 자동화 설계에 따라 유선 센서들을 기반으로 개발되어지고 있는데 공간의 변화가 이루어지는 모듈러 방식에서는 기존의 고정이면서 유선 방식의 센서 기반의 자동화 시스템은 적합하지 않을 것으로 판단된다. 따라서 모듈러 건축 방식에서는 역동적인 공간 변화에 따라 필요 센서들의 수와 종류가 변화고 센서의 위치도 변화기 때문에 이러한 다양한 변경 요소를 자동적으로 받아들여 홈자동화 시스템을 구축하는 시스템이 필요하다.
다양한 IoT 기기들간의 상호운용을 위한 표준화 작업이 이루어지고 있는 이유는?
최근 들어 IoT(Internet of Things)의 개념과 관련 아이디어, 서비스, 시스템에 대한 개발과 연구가 활발히 진행되어 오고 있는데 기존의 유선 기반의 센서들이 아닌 무선 통신 기능을 탑재한 무선 센서들을 주로 활용해오고 있다. 따라서 다양한 IoT 기기들간의 상호운용을 위한 표준화 작업 등이 이루어지고 있다.
오늘날 주거시설에 대한 설계와 건설은 어떤 방식으로 이루어지는가?
오늘날 모듈러 건축 방식으로 주거시설에 대한 설계와 건설이 이루어지고 있다. 이러한 모듈러 기반의 주거시설에서는 자유로운 공간의 변형이 필요시 발생하기 때문에 홈 자동화 시스템에 대해서도 새로운 방식의 도입이 필요할 것으로 예상되어진다.
참고문헌 (12)
Young-Ho Lee, Du-Heon Lee, Kyoon-Tai" Considerations in the early stage of Designing the Unit Modular Building", The Korea Journal of Construction Engineering and Management (KJCEM), vol. 13, No. 6, 133-142 ,2012 DOI : http://doi.org/10.6106/KJCEM.2012.13.6.133
Ji-Hyeon Kim, Il-Min Park "The Practical Application of Modular Construction for Residential Facilities", Journal of the Korean Housing Association, Vol. 24, No 3, 19-26, 2013 DOI : http://doi.org/10.6107/JKHA.2013.24.3.019
Jae-Woo Park, Tae-Min Kim "The Development of Remote Controlled Main Distribution Frame System" Journal of KIIT, Vol. 11, No. 7, 11-18, 2013
Hong-Min Bae, Sin-Il Seo, Chan-Min park, Rana Asif Rehman, Byung-Seo Kim, Jong Kim "A Study on IT Technology's Approaches to Architectural Design for The Elderly's Residence" The Korean Institute of Communications and Information Sciences, The 2015 Summer Conference of KICS. 33-34
Young-Sung Son, Joon-Hee Park "Current Status of Home IoT Technology and Its Evolution" The Journal of The Korean Institute of Communications and Information Sciences, Vol. 32, No. 4, 23-28, 2015
Homify, https://www.homify.co.kr/
Myong-yeal Lee, Jae-pyo Park, "Analysis and Study on Invasion Threat and Security Measures for Smart Home Services in IoT Environment" The Joulnal of The Institute of Internet, Broadcasting and Communication(IIBC), Vol. 16, No. 5, 27-32 DOI : http://doi.org/10.7236/JIIBC.2016.16.5.27
Hye-Min Gu, Sung-Woo Kim "A Study on Discontinuance Intentions towards Smart Home IoT service" Korea Society of Basic Design & Art, 1-12, 2017
Dong-Eon Kim, Seong-Woo Kim, Soon-Kak Kwon "Real-Time Transmisson System for Greenhouse Information Using MQTT and RTSP" The Journal of Korea Multimedia Society, Vol. 18, No.8, 935-942, 2015 DOI : http://doi.org/10.9717/kmms.2015.18.8.935
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.