[논문]Smart Multiple-Tap System Based on WiFi for reduction of Standby-Power

Jeon, Jeong-woo; Yi, Mira

doi:10.9708/jksci.2017.22.06.123

문제 정의

본 연구는 별도의 홈서버 장치를 두지 않고, 스마트폰으로 원격제어가 가능하면서도 물리적으로 접근하는 직접제어가 모두 가능한 형태의 스마트멀티탭 시스템을 개발하기 위한 연구이다. 즉, 기존 와이파이공유기만 있으면 멀티탭을 사용자가 스마트폰으로 원격제어 할 수 있는 방법에 관한 것으로서, 멀티탭에 마이크로프로세서와 와이파이 통신 모듈을 내장하여 사용자가 스마트폰으로 멀티탭의 상태를 모니터링하고 이를 기반으로 멀티탭의 각 콘센트를 제어할 수 있고, on/off 접점스위치와 전자식 릴레이스위치를 연결한 형태의 스위치를 사용하여 직접제어와 원격제어가 모두 가능한 스마트멀티탭 시스템을 제안한다.
이 연구는 대기전력 감소를 목적으로 멀티탭 장치의 전원스위치 제어를 집 안팎에서 편리하게 할 수 있게 하기 위한 스마트멀티탭 시스템을 제안하였다. 제안한 시스템의 두 구성요소인 스마트멀티탭 장치와 이를 무선통신을 통해 제어하기 위한 사용자측 스마트폰 어플리케이션을 개발하고 테스트하여 제안한 시스템의 타당성을 확인할 수 있었다.
그러나, 멀티탭 장치 외에 다른 설비를 추가해야 하거나 스마트폰으로만 제어가 가능하고 직접제어는 불가능한 한계점이 있다. 이 연구는 와이파이 공유기만 있다면 추가의 설비가 필요하지 않으면서 스마트폰으로 다수개의 멀티탭의 전원 온/오프를 원격제어하거나 직접제어가 모두 가능한 스마트멀티탭 시스템을 제안한다.

가설 설정

이 시스템은 우선 한 명의 사용자가 건물 안팎에서 여러 스마트멀티탭을 제어하는 것을 가정하였고, 어플리케이션에서 여러 스마트멀티탭 장치를 등록하여 제어하는 경우 암호화된 식별번호는 모든 멀티탭이 각자 자신의 암호화된 식별번호 하나씩만을 저장하게 된다. 향후, 사용자가 변경되어 다시 등록할 것을 고려하여, 스마트멀티탭 장치에 작은 리셋 구멍을 두어 저장된 암호화된 식별번호를 초기화 할 수 있도록 해야 한다.

제안 방법

즉, 집안에서나 집밖에서 허가된 사용자가 멀티탭을 제어하여도 그 상태 정보가 양방향으로 동기화 되어 오차가 발생되지 않으면서 장소에 제약 없이 편리하게 멀티탭을 제어 할 수 있다. 또, 콘센트스위치에 작은 LED전구를 달아 전력 온/오프 상태에 따라 LED전구도 온/오프 되도록 하여 스마트멀티탭 장치의 상태를 육안으로 확인 할 수 있도록 하였다.
스마트멀티탭 장치를 제어하기 위한 안드로이드 환경의 사용자측 스마트폰 어플리케이션을 이클립스 개발 도구를 이용하여 Java로 개발하였다. 이 어플리케이션의 주요 기능은 로그인(사용자인증), 스마트멀티탭 상태 확인 및 제어(온/오프), 알람 기능이며, 그림 8은 이 기능들에 대한 일부 실행 예시를 보여준다.
그림 6의 (b)는 자동 명령을 생성하는 과정을 표현한 것이다. 어플리케이션이 각 스마트멀티탭으로부터 콘센트별 전력량데이터를 수신하여 저장한 후 멀티탭의 전력 사용량을 이미 설정된 허용 전력량과 비교하여 초과했는지를 판단한다. 허용 전력 사용량을 초과한 경우 해당 멀티탭을 오프시키기 위한 전력량 기반의 자동 명령을 생성한 후 이를 멀티탭에 전송한다.
제안하는 스마트멀티탭 시스템의 개념은 그림 3에서와 같이 스마트멀티탭 장치, 와이파이 공유기, 스마트멀티탭 어플리케이션으로 구성된다. 스마트멀티탭 장치는 기존 멀티탭과 달리 마이크로프로세서와 와이파이 통신모듈이 내장되어 외부와 통신을 하고 외부로부터 전달된 제어 명령을 처리할 수 있는 장치를 말한다.
본 연구는 별도의 홈서버 장치를 두지 않고, 스마트폰으로 원격제어가 가능하면서도 물리적으로 접근하는 직접제어가 모두 가능한 형태의 스마트멀티탭 시스템을 개발하기 위한 연구이다. 즉, 기존 와이파이공유기만 있으면 멀티탭을 사용자가 스마트폰으로 원격제어 할 수 있는 방법에 관한 것으로서, 멀티탭에 마이크로프로세서와 와이파이 통신 모듈을 내장하여 사용자가 스마트폰으로 멀티탭의 상태를 모니터링하고 이를 기반으로 멀티탭의 각 콘센트를 제어할 수 있고, on/off 접점스위치와 전자식 릴레이스위치를 연결한 형태의 스위치를 사용하여 직접제어와 원격제어가 모두 가능한 스마트멀티탭 시스템을 제안한다.
스마트멀티탭 내부의 통신 가능한 프로세서 모듈에 전원을 공급하기 위해 5V변압장치인 레귤레이터를 이용한다. 한편, 전기 공급이 갑자기 끊어지더라도 전류센서 신호를 처리한 마지막 상태정보를 저장한 후 전기 공급이 재개됐을 때 자동으로 복원시킬 수 있도록 하기 위해 EEPROM을 사용하였다. Mega2560프로세서, 와이파이 통신모듈, EEPROM이 모두 결합된 아두이노키트를 사용하여 쉽게 구현 할 수 있었다.

이론/모형

아두이노 및 아두이노 와이파이 쉴드에 탑재되는 시스템 프로그램은 아두이노스케치 개발 도구를 이용하여 c언어 기반의 아두이노언어로 구현하였다.

성능/효과

한편, 전기 공급이 갑자기 끊어지더라도 전류센서 신호를 처리한 마지막 상태정보를 저장한 후 전기 공급이 재개됐을 때 자동으로 복원시킬 수 있도록 하기 위해 EEPROM을 사용하였다. Mega2560프로세서, 와이파이 통신모듈, EEPROM이 모두 결합된 아두이노키트를 사용하여 쉽게 구현 할 수 있었다.
국내의 기존 연구 결과들과 달리 별도의 홈서버 장치가 없지만 스마트멀티탭 중 하나가 서버 역할을 수행할 수 있기 때문에 스마트폰 어플리케이션과의 제어정보 송/수신이 잘 이루어진다. 또, 온/오프 접점스위치와 전자식 릴레이스위치를 연결한 형태의 스위치를 사용하여 기존의 스마트멀티탭 제품과 달리 원격제어와 직접제어가 모두 가능하고 동기화도 잘 이루어지는 것을 확인 할 수 있었다. 한편, 스마트멀티탭 장치의 특성상 측정된 전기사용량을 최대 10.
이 제품은 멀티탭 내에 와이파이 통신 모듈을 내장하여 별도의 서버 설비없이 스마트폰으로 원격제어가 가능하고, 2013년 출시가격이 80달러로 고가였으나 최근에는 20달러대로 판매되고 있을 정도로 가격면에서도 경쟁력을 갖추었다. 이 제품은 스마트폰으로만 전원제어가 가능하고, 기존 멀티탭처럼 물리적인 접근에 의한 직접전원제어는 불가능하다. 그림 2는 피봇 파워 지니어스의 멀티탭장치 모습이며, 스마트폰으로 제어 가능한 두 개의 소켓(콘센트)에 대해서만 작은 LED 램프를 통해 온/오프 상태를 확인시켜줄 수 있다.
제안한 시스템의 두 구성요소인 스마트멀티탭 장치와 이를 무선통신을 통해 제어하기 위한 사용자측 스마트폰 어플리케이션을 개발하고 테스트하여 제안한 시스템의 타당성을 확인할 수 있었다. 제안 시스템은 보편화된 와이파이 공유기만 있으면 별도의 추가 장치가 필요하지 않고, 스마트폰 어플리케이션으로 원격제어뿐 아니라 기존 멀티탭처럼 물리적으로 직접제어도 동시에 가능하다는 장점이 있다. 스마트멀티탭 시스템을 통해 대기전력 감소라는 본래 목적뿐 아니라 전력량 모니터링을 통해 사용하고 있는 소비전력에 대한 인지력을 높여 소비전력을 감소하도록 유도 효과를 기대할 수 있을 것으로 보인다.
이 연구는 대기전력 감소를 목적으로 멀티탭 장치의 전원스위치 제어를 집 안팎에서 편리하게 할 수 있게 하기 위한 스마트멀티탭 시스템을 제안하였다. 제안한 시스템의 두 구성요소인 스마트멀티탭 장치와 이를 무선통신을 통해 제어하기 위한 사용자측 스마트폰 어플리케이션을 개발하고 테스트하여 제안한 시스템의 타당성을 확인할 수 있었다. 제안 시스템은 보편화된 와이파이 공유기만 있으면 별도의 추가 장치가 필요하지 않고, 스마트폰 어플리케이션으로 원격제어뿐 아니라 기존 멀티탭처럼 물리적으로 직접제어도 동시에 가능하다는 장점이 있다.
테스트를 통해 멀티탭의 스위치를 물리적으로 온/오프를 시키면 해당 상태가 사용자측 어플리케이션에 즉시 전달되어 어플리케이션에서의 스마트멀티탭 상태와 동기화 되고, 반대로 사용자측 어플리케이션에서 온/오프 시키면 멀티탭의 전원이 온/오프 되는 것을 확인 할 수 있었다. 우선 스마트멀티탭 장치하나만 테스트 하였지만, 기본적으로 와이파이 통신방식이므로 동시에 다수개의 스마트멀티탭 제어가 가능하다.

후속연구

스마트멀티탭 시스템을 통해 대기전력 감소라는 본래 목적뿐 아니라 전력량 모니터링을 통해 사용하고 있는 소비전력에 대한 인지력을 높여 소비전력을 감소하도록 유도 효과를 기대할 수 있을 것으로 보인다. 또, 대규모 전력 관리 시설을 효과적으로 관리하기 위한 기술로 확대 적용 가능하며, 개폐 관리가 필요한 각종 장치들의 원격 제어에 활용 될 수 있을 것이다. 향후에 실제 다수의 멀티탭을 제작하여 동시에 제어하는 것을 검증하고, 사용자측 어플리케이션에 다양한 전기사용량 통계정보 기능을 추가하여 상용화를 목적으로 개발할 계획이다.
제안 시스템은 보편화된 와이파이 공유기만 있으면 별도의 추가 장치가 필요하지 않고, 스마트폰 어플리케이션으로 원격제어뿐 아니라 기존 멀티탭처럼 물리적으로 직접제어도 동시에 가능하다는 장점이 있다. 스마트멀티탭 시스템을 통해 대기전력 감소라는 본래 목적뿐 아니라 전력량 모니터링을 통해 사용하고 있는 소비전력에 대한 인지력을 높여 소비전력을 감소하도록 유도 효과를 기대할 수 있을 것으로 보인다. 또, 대규모 전력 관리 시설을 효과적으로 관리하기 위한 기술로 확대 적용 가능하며, 개폐 관리가 필요한 각종 장치들의 원격 제어에 활용 될 수 있을 것이다.
이 시스템은 우선 한 명의 사용자가 건물 안팎에서 여러 스마트멀티탭을 제어하는 것을 가정하였고, 어플리케이션에서 여러 스마트멀티탭 장치를 등록하여 제어하는 경우 암호화된 식별번호는 모든 멀티탭이 각자 자신의 암호화된 식별번호 하나씩만을 저장하게 된다. 향후, 사용자가 변경되어 다시 등록할 것을 고려하여, 스마트멀티탭 장치에 작은 리셋 구멍을 두어 저장된 암호화된 식별번호를 초기화 할 수 있도록 해야 한다.
또, 대규모 전력 관리 시설을 효과적으로 관리하기 위한 기술로 확대 적용 가능하며, 개폐 관리가 필요한 각종 장치들의 원격 제어에 활용 될 수 있을 것이다. 향후에 실제 다수의 멀티탭을 제작하여 동시에 제어하는 것을 검증하고, 사용자측 어플리케이션에 다양한 전기사용량 통계정보 기능을 추가하여 상용화를 목적으로 개발할 계획이다.

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