[논문]자동문의 고장원인을 모니터링하기 위한 BLE 기반의 시스템 개선연구

김기두; 원서연; 김희식

doi:10.5573/ieie.2017.54.7.93

자동문의 고장원인을 모니터링하기 위한 BLE 기반의 시스템 개선연구
Improvement Research of BLE-based System for Monitoring the cause of Breakdown of Automatic Doors 원문보기

Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers = 전자공학회논문지, v.54 no.7 = no.476, 2017년, pp.93 - 102

김기두 (서울시립대학교 전자전기컴퓨터공학과) , 원서연 (서울시립대학교 전자전기컴퓨터공학과) , 김희식 (서울시립대학교 전자전기컴퓨터공학과)

초록
AI-Helper

최근 스마트폰 기기의 공급 확대로 저전력 블루투스(BLE)와 같은 무선통신과 다양한 센서 네트워크의 접근성에 의해 근접한 데이터 정보를 손쉽게 공유하는 사물인터넷(IoT)의 활용빈도가 높아지고 있다. 자동문 역시 2.5m~3m 높이에 설치된 제어부 동작 상태에 의한 고장유무와 원인을 파악하고 관리자에게 신속한 정보를 원격으로 제공하는 응용 프로그램의 개선으로서 BLE 기반의 연구가 가능하다. 현재 자동문 또한 원활한 관리환경을 위해 많은 진화를 추구하고 있는 현실이다. 제안한 시스템은 BLE 모듈를 추가 확장하여 기존 관리의 문제점으로 지적되고 있는 자동문의 정상상태 및 고장증상을 제어부를 통해서 일괄적으로 확인하는 스마트기기의 애플리케이션 구현으로 현장실험을 진행하였다. 본 논문의 결과를 바탕으로 이종기기 간의 데이터 신뢰도를 평가와 기존 자동문의 제어부의 통신모듈의 확장 가능성을 제공하는 기초자료가 되며, 향후 자동문의 제어부가 다 채널로 구성될 경우의 중앙관리 감시체제를 구축하는 계기가 될 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper

Recently increasing usage of smartphones makes the Internet of Things (IoT) a leading technology that can collect and share data through sensor networks and wireless communication such as low-power Bluetooth (BLE). BLE-based application can provide operators more precise information on Automatic Door system by remotely diagnosing the system faults through wireless sensor networks and sensors around the Automatic Door. In this paper, a smart device with extended BLE module is implemented which can monitor and Control the system states and faults remotely without on-site diagnostic. while maintaining system integrity so that increase efficiency of time and costs for system management. We can use the results of this research as a basis in evaluating reliability of data between devices, extending communication module in Controller of obsolete Door systems, and establishing centralized monitoring systems in near future with multi-channel Door Controls.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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

문제 정의

^[1～2] 이는 적외선, 마이크로파와 같은 물체인식 센서의 적용환경 특성과 출입 시 잦은 계패동작으로 인한 구상품의 빠른 노후화로 이어지는 신속한 점검의 기술적 한계를 가지고 있기 때문이다.^{[4, 7]} 따라서 자동문의 고장원인을 신속하게 진단하고 부품교체 시기를 효율적으로 대체하는 방안으로 스마트기기를 통해 원격관리를 지양하는 BLE 기반의 시스템 개선연구를 본 논문에서 제안하였다.^{[3, 8]} 자동문의 구상품들에 대한 대표적인 고장원인과 해결방법을 오류코드로 분류 후 매뉴얼 하여 관리자 입장에서 신속한 점검으로 이어지도록 FND회로와 BLE모듈을 기존 제어부의 확장개선을 설계 진행하였다.

제안 방법

2.Ver (Bluetooth Low Energy : BLE)모듈과 FND를 자동문의 핵심 제어부에 종속 프로세서로 확장 설계하는 과정을 서술하였다. 그리고 실험대상 핵심 제어부에 고유주소(Address)를 임시부여하고 접속(Pairing) 위치에서 스마트기기의 애플리케이션을 통해 관리자 위주의 고장원인을 원격 모니터링 하는 성공여부 결과를 나타내었다.
^{[4, 7]} 따라서 자동문의 고장원인을 신속하게 진단하고 부품교체 시기를 효율적으로 대체하는 방안으로 스마트기기를 통해 원격관리를 지양하는 BLE 기반의 시스템 개선연구를 본 논문에서 제안하였다.^{[3, 8]} 자동문의 구상품들에 대한 대표적인 고장원인과 해결방법을 오류코드로 분류 후 매뉴얼 하여 관리자 입장에서 신속한 점검으로 이어지도록 FND회로와 BLE모듈을 기존 제어부의 확장개선을 설계 진행하였다. 이와 함께 BLE 기반에 대한 프로토콜 환경을 정의하고 스마트기기의 원격관리 애플리케이션 구현으로 FND회로의 오류코드와 동일한 16bit 데이터 값을 연산출력 후 전송되는 과정을 실험을 통한 결과로 나타내었다.
그림 9는 자동문의 기계부와 제어부에서 입·출력 신호를 통해 BLE모듈과 FND회로에서 16Bit 데이터로 변환되는 결과를 확인하는 실험환경과 개선된 제어부 회로를 나타내고 있다. 그리고 RF신호로 출력되는 자동문의 운영정보에 따라 정상 또는 오동작의 상태코드를 표1과 2에서 나타낸 것과 동일하게 FND회로와 스마트기기에 각각 표시되는지를 확인하는 실험을 진행하였다. 이때 적외선과 초음파 센서를 함께 자동문에 적용하고 폭 2400mm, 높이 2300mm의 프레임에서 넓이 1200mm, 높이 2100mm, 유리두께 12mm, 무게 80kg의 싱글도어를 사용하였다.
를 설계에 적용한다. 그리고 기존 자동문 제어부와 차이점을 나타내기 위해 사용자 제어부와 무선통신 제어부를 독립된 구조로 회로를 설계하고 실시간으로 동작 상태를 확인이 용이하도록 실험과정을 구현한다. 스마트기기로 전송되는 상태정보 데이터는 자동문의 BLE 모듈과 UART 통신 인터페이스 사이의 명령신호로 이루어지기 때문에 연산처리 되는 데이터의 무결성과 독립성이 규격화가 되어야 한다.
B영역은 본 논문에서 제안하는 BLE 모듈의 주변장치(Peripheral Unit)로서 앞의 C영역에서 입력 받은 신호를 A영역으로 전달하기 위해 임시저장하고 신호처리 역할을 한다. 이때 자동문 운영의 모든 정보는 범용 비동기화 송수신 (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter : UART) 방식에 의해 이루어지도록 모듈을 설계한다.
자동문 제어부의 FND회로에 표시되는 동작코드는 정상상태와 고장상태로 분류되어 나타내어야 하며, 표 1은 기본적인 고장원인을 8단계의 중요핵심으로 다룬다. 이때 제어부의 과부하, 파워 서플라이, 벨트 및 롤러, 감지센서 등 가장 많이 발생되는 고장원인으로 오류코드를 분류하고 디스플레이 알고리즘을 설계한다. 도어개폐 시 전원 과부하와 불량과 같은 이상신호는 제어부의 연산처리와 BLE모듈의 전송 데이터에도 영향이 되기 때문에 입·출력 전원의 피드백 신호를 바탕으로 FND회로에 동시에 표시하게 된다.
^{[3, 8]} 자동문의 구상품들에 대한 대표적인 고장원인과 해결방법을 오류코드로 분류 후 매뉴얼 하여 관리자 입장에서 신속한 점검으로 이어지도록 FND회로와 BLE모듈을 기존 제어부의 확장개선을 설계 진행하였다. 이와 함께 BLE 기반에 대한 프로토콜 환경을 정의하고 스마트기기의 원격관리 애플리케이션 구현으로 FND회로의 오류코드와 동일한 16bit 데이터 값을 연산출력 후 전송되는 과정을 실험을 통한 결과로 나타내었다.
이때 적외선과 초음파 센서를 함께 자동문에 적용하고 폭 2400mm, 높이 2300mm의 프레임에서 넓이 1200mm, 높이 2100mm, 유리두께 12mm, 무게 80kg의 싱글도어를 사용하였다. 자동문 동작 상태에 따른 이벤트 환경은 각각 입력되는 독립변수에 의해 순차적 루프 결과를 결정되도록 그림 10과 같이 BLE 프로토콜과 자동문 상태정보 설정을 구분하여 알고리즘을 구현하였다. 자동문 상태를 알리는 첫 번째 입력루프는 열림, 닫힘을 설정하는 시작시간, 도어속도, 수동조작, Stack 등에 대한 상수 데이터를 bit로 입력 받아서 다음으로 진행하는 루프로 전달된다.

대상 데이터

그리고 RF신호로 출력되는 자동문의 운영정보에 따라 정상 또는 오동작의 상태코드를 표1과 2에서 나타낸 것과 동일하게 FND회로와 스마트기기에 각각 표시되는지를 확인하는 실험을 진행하였다. 이때 적외선과 초음파 센서를 함께 자동문에 적용하고 폭 2400mm, 높이 2300mm의 프레임에서 넓이 1200mm, 높이 2100mm, 유리두께 12mm, 무게 80kg의 싱글도어를 사용하였다. 자동문 동작 상태에 따른 이벤트 환경은 각각 입력되는 독립변수에 의해 순차적 루프 결과를 결정되도록 그림 10과 같이 BLE 프로토콜과 자동문 상태정보 설정을 구분하여 알고리즘을 구현하였다.

이론/모형

^[5～6] 이러한 구상품들의 운영 상태를 전기적 입·출력신호를 통해 이상 유무를 확인하고 고장이 발생할 경우, 신속한 점검이 이루어지도록 관리 개선이 필요하다. Main 제어부에서 출력되는 자동문 상태 동작 신호는 고능률 부호화 방식(Low Bit-Rate Coding Method)의 UI를 적용하여 BLE 기반 무선전송 기능으로 확장 설계한다. 자동문의 정상 및 오류상태의 코드는 환경적 요인에 따른 각각의 소요부품의 고장원인들로 분류하여 본론에서 나타낸바와 같이 제안한다.

성능/효과

BLE모듈을 적용한 자동문 제어부의 정상상태 결과는 표 3에서 설계한 코드분류에 따라 그림 11과 같이 FND회로와 스마트기기의 애플리케이션에 각각 디스플레이 되는 것을 확인 할 수 있다. 각각의 결과코드는 POOOOF와 AT:POOO와 같이 16Bit의 데이터로 확인되며, 여기서 열림, 닫힘, 전송코드, 속도, 시간, 지연 등의 정상상태 정보를 프레임 하단을 통해 실시간으로 스트리밍 된다.
[1, 8] 그리고 자동문 시설의 사각지대 점검의 문제점이 최소화하는 과정을 본 논문의 실험을 통해 증명되었기 때문에 안정성과 신뢰성에서 관리자 영역에서 효율적 개선을 제시할 수 있다. 하지만 고장원인의 오류코드는 현재 기본적인 것 외에 다 변화적 접근이 해석되지 않은 상태이며, 스마트기기와 자동문 제어부 간의 BLE 통신 및 보안규격이 확실히 표준 되지 않아 앞으로 해결과제로 남아있다.
Ver (Bluetooth Low Energy : BLE)모듈과 FND를 자동문의 핵심 제어부에 종속 프로세서로 확장 설계하는 과정을 서술하였다. 그리고 실험대상 핵심 제어부에 고유주소(Address)를 임시부여하고 접속(Pairing) 위치에서 스마트기기의 애플리케이션을 통해 관리자 위주의 고장원인을 원격 모니터링 하는 성공여부 결과를 나타내었다. 실험결과에 따라서 현장에 적용할 경우, 전체 자동문 시스템의 성능개선의 방법으로서 유지관리 비용절감과 같은 효과로 인한 제품구매 고객에게 호응도가 높은 평가를 기대할 수 있다.

후속연구

그리고 실험대상 핵심 제어부에 고유주소(Address)를 임시부여하고 접속(Pairing) 위치에서 스마트기기의 애플리케이션을 통해 관리자 위주의 고장원인을 원격 모니터링 하는 성공여부 결과를 나타내었다. 실험결과에 따라서 현장에 적용할 경우, 전체 자동문 시스템의 성능개선의 방법으로서 유지관리 비용절감과 같은 효과로 인한 제품구매 고객에게 호응도가 높은 평가를 기대할 수 있다.
그리고 기계적 구상품들을 포함하여 다양한 내· 외부센서의 감지범위의 정밀성 개선과 지능적 동작상태 매뉴얼을 세분화 연구는 자동문 고장에 따른 안전사고 예방하는 차원에서 확산되어야 한다. 이를 위해 본 연구의 결과는 향후 자동문 점검시설과 관리 매뉴얼을 확장되어 갈 수 있는 계기를 마련해주는 중요한 연구 자료가 될 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	FND회로와 BLE모듈을 이용하여 기존 제어부의 확장개선을 실시했을 때 얻을 수 있는 장점은 무엇인가?	이 결과는 기존 정적감지 기능에 따른 수동점검의 단점들을 보완하며, 애플리케이션으로 제공되는 자동문의 상태정보를 다 구간 설치된 환경에서 동적인 결과를 실시간으로 보여주는 장점을 가지게 된다.[1, 8] 그리고 자동문 시설의 사각지대 점검의 문제점이 최소화하는 과정을 본 논문의 실험을 통해 증명되었기 때문에 안정성과 신뢰성에서 관리자 영역에서 효율적 개선을 제시할 수 있다.
	BLE를 적용하는 자동문 시스템는 어떻게 구성되어 있는가?	BLE를 적용하는 자동문 시스템은 전체 프레임을 구성하는 기계부, 제어부(Door Controller)의 하드웨어, 스마트기기의 애플리케이션 제어 인터페이스(Application Control Interface)를 담당하는 소프트웨어로 각각의 구조로 구분된다. 애플리케이션 제어 인터페이스는 데이터 스트리밍 서버(data Steaming Sever)과 WiFi 또는 Bluetooth 환경에서 자동문의 상태정보 확인하는 서비스를 제공하게 된다.
	자동문 제어부가 간접적 고장 원인이 되는 것에 영향을 미치는 요소는 무엇인가?	건축시설 외관 2.5m～3m 높이에 설치되어 있는 자동문 제어부는 구조적 특성상, 온도, 습도, 먼지 등 자연환경 영향에 따라서 간접적 고장원인이 된다. 이때 여러 구역으로 자동문이 분산/설치되어 있는 경우, 정상여부를 분류하는 과정에서 고장상태인 자동문에 대해 원인과 진단에 소요되는 시간과 제어부 점검 과정 중 추락사고의 위험성이 초래하게 된다.

참고문헌 (8)

Hyun-woo Je, Oh Yang, "Implementation of the Monitoring System for Power Condition System (PCS) using a Smartphone and Bluetooth Communication", The Korea Institute of Information and Communication Engineering, Vol. 16, No. 10, pp. 2185-2191, 2012. 10.

원문보기 상세보기
Woon-Yong Kim, "The Implementation of Smart Mobile Elevator Control System", Proceedings of the Korean Society of Computer Information Conference, Vol. 18, No. 2, pp. 209-212, 2010.07.
Jang Dong Won, Cho In Kwyee, "A Study on The Control Methodology of Smart System Using Bluetooth Low Energy Communication Protocol", Korea Institute Of Communication Sciences, pp. 87-88, 2015. 11.
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Jeong-Gyu Oh, Hyung-Seok Kim, "Smart Toy based on BLE", IEEK. pp. 520-522, 2015. 11.
Taeyoung Ha, Jong-Moon Chung "Analysis of RF Energy Transfer based Self-sustainable BLE Devices for Wireless Energy Harvesting", IEEK, pp. 605-606, 2017. 01.
Hyunwook Park, Sunghyun Cho, "Design of home Automation Control system based on beacon" IEEK, pp. 681-682, 2014. 11.

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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