본 논문에서는 1인 가구를 대상으로 전기 안전, 전기 에너지 소비 관리 그리고 비상시 네트워크를 연결하여 예약된 연락처에 메시지를 전송하는 사물인터넷 기반의 스마트 콘센트 시스템 구축 방식을 제안한다. 제안된 스마트 콘센트 시스템은 서버와 모듈, 어플리케이션, WiFiAP 수신기 사이에 패킷 데이터와 프로토콜을 파싱하여 구현된다. 통신을 위해 구축된 WiFi AP는 콘센트 뿐 만 아니라 가스 차단, 도어락 등에 연결하여 사용하는 것이 가능하다. 또한 제안된 방식은 AC 전류센서(SCT-013)를 통해 받아온 해당 콘센트의 전력량을 실시간으로 수신하여 원격 모니터링 기능을 제공할 수 있다. 스마트 콘센트 시스템은 대기전력 차단 기능과 더불어 전력 사용 자동 분석을 통해 비상시 전력 자동 차단 기능까지 할 수 있을 것으로 기대한다.
본 논문에서는 1인 가구를 대상으로 전기 안전, 전기 에너지 소비 관리 그리고 비상시 네트워크를 연결하여 예약된 연락처에 메시지를 전송하는 사물인터넷 기반의 스마트 콘센트 시스템 구축 방식을 제안한다. 제안된 스마트 콘센트 시스템은 서버와 모듈, 어플리케이션, WiFi AP 수신기 사이에 패킷 데이터와 프로토콜을 파싱하여 구현된다. 통신을 위해 구축된 WiFi AP는 콘센트 뿐 만 아니라 가스 차단, 도어락 등에 연결하여 사용하는 것이 가능하다. 또한 제안된 방식은 AC 전류센서(SCT-013)를 통해 받아온 해당 콘센트의 전력량을 실시간으로 수신하여 원격 모니터링 기능을 제공할 수 있다. 스마트 콘센트 시스템은 대기전력 차단 기능과 더불어 전력 사용 자동 분석을 통해 비상시 전력 자동 차단 기능까지 할 수 있을 것으로 기대한다.
In this paper, we propose an IoT based smart outlet system for one-person household with electric safety, electric energy consumption management and transmission of messages to the reserved contacts by connecting the emergency network. The proposed smart outlet system is implemented by parsing packe...
In this paper, we propose an IoT based smart outlet system for one-person household with electric safety, electric energy consumption management and transmission of messages to the reserved contacts by connecting the emergency network. The proposed smart outlet system is implemented by parsing packet data and protocol between server, module, application and WiFi AP receiver. The WiFi AP built for communication can be used not only for the outlet but also for the gas barrier, the door lock and the like. In addition, the proposed method can provide the remote monitoring function by receiving the amount of power of the receptacle received through the AC current sensor (SCT-013) in real time. The smart outlet system is expected to be capable of automatically shutting off the power in case of emergency through automatic power use analysis in addition to the standby power cutoff function.
In this paper, we propose an IoT based smart outlet system for one-person household with electric safety, electric energy consumption management and transmission of messages to the reserved contacts by connecting the emergency network. The proposed smart outlet system is implemented by parsing packet data and protocol between server, module, application and WiFi AP receiver. The WiFi AP built for communication can be used not only for the outlet but also for the gas barrier, the door lock and the like. In addition, the proposed method can provide the remote monitoring function by receiving the amount of power of the receptacle received through the AC current sensor (SCT-013) in real time. The smart outlet system is expected to be capable of automatically shutting off the power in case of emergency through automatic power use analysis in addition to the standby power cutoff function.
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문제 정의
본 논문에서는 1인 가구를 대상으로 전기 안전 및 전기 에너지 소비 관리 그리고 비상시 사회적 네트워크를 연결하여 메시지 전송 서비스를 제공하는 사물인터넷 기반의 스마트 콘센트 시스템을 구축하였다. 사물인터넷 기반의 스마트 콘센트 시스템 구축 과정을 통하여 다음과 같은 결과를 확인할 수 있었다.
전력 수요가 급증하면서 기존 공급 위주의 전력에너지 정책 패러다임이 변화하고 있으며 기존 전력망에 ICT를 융합시켜 전력 디바이스 및 운영 시스템의 지능화를 가속화시키고 있다[14]. 본 논문에서는 1인 가구의 전력으로 인한 사고 예방과 전력 소비의 부담을 줄이기 위하여 사물인터넷 기반의 스마트 콘센트 시스템을 설계하고 구현한다.
1인 가구는 2인 이상의 가구보다 사회적 관계가 결핍되어 불안감이나 외로움을 많이 느끼며 안전의 위협까지 받고 있는 실정이다[5]. 이러한 1인 가구를 대상으로 사회적 네트워크를 보조해 주고 전기안전사고로 부터 보호해주기 위해 본 논문에서는 사물인터넷을 기반으로 스마트폰을 이용하여 소비되는 전력량을 체크하고 타이머 기능을 이용한 저비용의 스마트 콘센트를 구현하여 1인 가구의 무연고 사망이나 사고를 예방하는데 도움을 주고자 한다. 본 논문에서 제안된 스마트 콘센트 시스템을 설명하기 위하여 2장에서 관련 연구에 대해 설명한다.
제안 방법
Jeong 는 고압전기설비에 정보 통신 기술(ICT; Information & Communication Technology)을 적용시켜 실시간으로 전기 사용량을 정확히 측정하기 위한 분야와 전력 효율 향상에 관한 분야를 연구하였다[13]. 또한 사물인터넷 기술을 기반으로 전기설비 안전관리 플랫폼을 실현하기 위한 참조 구조와 참조 인터페이스, 서비스, 데이터 프로파일을 소개하고, 자가용 전기설비의 전기 안전 플랫폼은 OCF(Open Connectivity Foundation)에서 개발 중인 범용 IoT 오픈소스 IoTivity 플랫폼을 이용하여 온도 및 습도 정보를 전달하는 시험을 통해 구현 가능성을 제시하였다.
본 논문에서 구축한 스마트 콘센트 시스템을 Windows 7 운영체제에서 MySQL 5.0 데이터베이스, CPU는 Intel Core i7-4790 CPU @ 3.60GHz , 8GB RAM, Android 4.1 SDK 이상의 환경에서 구축된 안드로이드 폰 기반의 어플리케이션을 사용하여 테스트하였다. 테스트에 활용되는 어플리케이션의 주요 내용은 그림 10과 같고, 제어 화면 및 전력량 확인 화면은 그림 11과 같다.
지능을 가진 사물이 인터넷을 통해 연결됨으로써 사용자에게 유용한 서비스를 제공하는 거대한 망을 사물인터넷이라고 해석할 수 있다[15]. 본 논문에서 제안된 사물인터넷 기반의 스마트 콘센트 시스템은 사용자가 직접 사용하는 스마트폰 어플리케이션(application)은 물론 스마트 콘센트에 해당하는 모듈과 허브로 사용되는 WiFi AP(Access Point)수신기, IoT 플랫폼에 해당하는 서버를 모두 포함한다.
온도와 습도 센서(DHT11)를 이용하여 경고 및 위험 온도를 설정하여 경고 위험 수위에 따라 메시지 및 작동에 제한이 설정된다. 블루투스 모듈(HC-06)을 이용하여 콘센트 별로 이름을 설정하여 콘센트를 구분하도록 하고, AC 전류 센서(SCT-013)를 이용하여 콘센트의 전력사용량을 실시간으로 관리하는데 사용한다.
기본적으로 아이디, 비밀번호, 이름, E-Mail을 이용하여 회원가입을 할 수 있게 구성된다. 안드로이드에서 비밀번호 예외처리를 하며 서버에서 아이디 중복검사를 한다.
전력 제어를 위해서 사용자가 시간과 장소에 구애받지 않고 집이나 회사의 전자기기 전력을 ON/OFF 할 수 있도록 원격 제어 기능을 실행하도록 한다.
전력량 확인을 위해서 스마트 콘센트 모듈에 부착된 AC전류센서 (SCT-013)를 통해 전력 사용량을 실시간으로 전송하여 원격으로 간편하게 전력량을 모니터링 할 수 있게 설계하여 전력 사용량을 분석할 수 있도록 한다.
• Pin_Number class : 핀 번호 알고리즘 클래스이다. 정의된 알고리즘에 따라 모듈 및 WiFi AP 수신기의 핀 번호를 생성하고 핀 번호를 주고받을 때 서버에서 검사를 한다. 이를 통해 패킷의 손상 및 변경을 대비할 수 있다.
제안된 스마트 콘센트 시스템은 MCU로 Galileo gen 2 board를 사용하고 Intel Arduino CC를 기반으로 통신 및 제어를 수행하도록 한다. WiFi AP수신기로부터 패킷 신호를 받고 이 신호를 protocol과 string으로 분리하고 protocol의 case를 통해 작동이 되도록 구성된다.
성능/효과
테스트에 활용되는 어플리케이션의 주요 내용은 그림 10과 같고, 제어 화면 및 전력량 확인 화면은 그림 11과 같다. 구축된 스마트 콘센트 시스템은 표 2와 같이 회원 가입, 전력의 ON/OFF, 전력량 확인, 타이머의 작동, 스마트폰에 푸시 알림 등의 5가지 항목을 기반으로 테스트하였고 그 결과 모든 기능이 최적화되어 있음이 확인되었다.
둘째, 서버와 모듈간의 통신을 돕는 WiFi AP 수신기는 콘센트 뿐만 아니라 가스를 차단해주는 모듈이나 현관문, 창문에 달린 도어락에도 연결하여 다방면으로 활용 가능하다.
셋째, AC 전류센서 (SCT-013)를 통해 받아온 해당 콘센트의 전력량을 실시간으로 받아와 스마트폰의 해당 어플리케이션을 통해 원격 모니터링이 가능하다.
첫째, 서버와 어플리케이션, 서버와 WiFi AP 수신기 및 모듈 간의 프로토콜을 설계하고 이들 간에 송수신되는 패킷 속에 있는 데이터와 프로토콜을 파싱하여 필요한 부분만 추출해서 사용할 수 있다.
후속연구
본 논문에서 제안한 스마트 콘센트 시스템은 비록 1인 가구를 대상으로 구현하였지만 향후 본 논문에서 제안한 방식을 응용하여 사회적 낭비 요소인 대기 전력 소비를 줄이기 위하여 기업이나 학교 등의 큰 건물에서 대기 전력 소모량이 높은 셋톱박스나 공유기 등 여러 전자기기의 전력을 사용하지 않을 때는 전원을 차단시켜 전기 에너지를 절약할 수 도 있을 것으로 기대한다. 또한 각 전자 기기의 전력 사용 시간이나 소모량을 분석해 패턴을 생성하고 인식해서 자동 차단 기능까지 확장할 수 있을 것으로 예상한다.
본 논문에서 제안한 스마트 콘센트 시스템은 비록 1인 가구를 대상으로 구현하였지만 향후 본 논문에서 제안한 방식을 응용하여 사회적 낭비 요소인 대기 전력 소비를 줄이기 위하여 기업이나 학교 등의 큰 건물에서 대기 전력 소모량이 높은 셋톱박스나 공유기 등 여러 전자기기의 전력을 사용하지 않을 때는 전원을 차단시켜 전기 에너지를 절약할 수 도 있을 것으로 기대한다. 또한 각 전자 기기의 전력 사용 시간이나 소모량을 분석해 패턴을 생성하고 인식해서 자동 차단 기능까지 확장할 수 있을 것으로 예상한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
첨단 주택에서 불필요한 전기 에너지 사용량을 차단시켜 대기 전력을 절약하는 방법의 한계점은 무엇인가?
Seo의 연구에서는 첨단 주택에서 방이나 문에 설치한 재실 감지 센서를 이용하여 거주자의 재실 유무를 확인하고 부재 시 불필요한 전기 에너지 사용량을 차단시켜 대기 전력을 절약할 수 있도록 했다[4]. 하지만 가정에서 사람의 움직임에 의존하여 전원 관리를 할 경우 손님이 방문하거나 가족 수에 변화가 생길 경우 시스템을 다시 셋팅해야 하거나 전기밥통의 경우 보온 상태를 장시간 유지해야 하므로 제외시키는 등의 예외 상황이 존재하고 있다. 1인 가구는 2인 이상의 가구보다 사회적 관계가 결핍되어 불안감이나 외로움을 많이 느끼며 안전의 위협까지 받고 있는 실정이다[5].
1인 가구에 돌이킬 수 없는 불상사를 가져올 경우는 무엇인가?
이러한 추세를 기반으로 하면 2017년도 무연고 사망자 수는 1,800명이 넘는 수를 예상할 수 있다[1]. 누전, 합선, 전열기로 인한 사고 등으로 전기안전장치에 문제가 생겼을 경우 1인 가구에 거주하는 사람일수록 돌이킬 수없는 불상사를 가져온다. 뿐만 아니라 전기 사용 후 플러그를 뽑지 않고 그대로 방치하는 경우 대기전력 소모로 인해 전력낭비의 원인이 된다.
사람들의 외로움을 덜어주고 안전을 보호해주기 위해 어떤 제품이 출시되고 있는가?
사람들의 외로움을 덜어주고 안전을 보호해주기 위해 사람과 사물 그리고 공간을 인터넷으로 연결하여 정보를 생성하고 수집하며 다시 공유하고 활용할 수 있도록 하는 사물인터넷(IoT; Internet of Things)기반의 제품들이 출시되고 있다. 더불어 1인 가구가 늘어가고 있는 추세에 따라 사물 인터넷이 장착된 전자 제품이나 물건에 관심 또한 높아지고 있다.
참고문헌 (15)
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S. T. Kim, J. S. Jeong, J. K. Song and H. Y. Kim, Trends of IoT Device Platforms and Building its Ecosystems, Electronics and Telecommunications Trends, Vol. 29, No. 4, pp. 5-25, 2014.
S. G. Hong, H. S. Lee, J. C. Choi, M. N. Bae and K. B. Lee, "Internet of Things Software Platforms Technology Trends," Electronics and Telecommunications Trends of ETRI, Vol. 30, No. 5, pp. 49-58, October 2015.
M. G. Nam, "A Study on Smart Home Appliances Design Alteration by Growth of Single-person Household," Journal of the Korean Society of Design Culture, Vol. 23, No. 1, pp. 195-204, March 2017.
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H. J. Kang, Y. Y. An and S. J. Jeong, "Architecture of Electrical Safety Management for High-Voltage Power Installations Based on IoT Platform," The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences, Vol. 42, No. 5, pp. 1077-1084, May 2017.
S. G. Lee, S. Y. Lee and J. C. Kim, "A Study on Security Vulnerability Management in Electric Power Industry IoT," Journal of Digital Contents Society, Vol. 17, No. 6, pp. 499-507, Dec. 2016.
B. H. Lee, "Design and Implementation of Urination Training and Automatic Feeding Device for Pet Based on IOT," Journal of Korean Institute of Information Technology, Vol. 14, No. 2, pp. 13-19, Feb. 2016.
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