[논문]RFID 기반 스마트 생물학 실험실 캐비닛의 설계 및 구현

한영환; 김병호; 은성배

doi:10.6109/jkiice.2018.22.4.611

RFID 기반 스마트 생물학 실험실 캐비닛의 설계 및 구현
Design and Implementation of a Smart Biological Cabinet using RFID 원문보기

한국정보통신학회논문지 = Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, v.22 no.4, 2018년, pp.611 - 616

한영환 (Industry-Academia Collaboration Foundation, Konyang University) , 김병호 (Department of Computer Science, Kyungsung University) , 은성배 (Department of Information and Communication, Hannam University)

초록
AI-Helper

RFID 기술을 활용한 스마트 캐비닛은 전자파 간섭으로 인해 인식 오류가 발생할 수 있다. 본 논문에서는 생물학 실험실의 특성을 고려하여 생물학 실험에 사용되는 다양한 물품들을 효율적으로 보관하고 실시간으로 관리할 수 있는 RFID 기반 스마트 캐비닛을 설계하고 구현하였다. 효율적인 스마트 캐비닛 구현에 필요한 최적의 칸막이 거리를 실험을 통해 계산하였고 전자파 차단을 위해 철재 칸막이의 두께별 인식률과 전자파 차단 테이프를 이용했을 때의 인식률을 실험을 통해 구했다. 실험 결과 가장 효율적인 칸막이 구조는 전자파 차단 테이프를 부착한 1mm의 철판 칸막이를 사용하고 칸막이 간격은 30cm임을 보였다.

Abstract ▼ AI-Helper

RFID-based Smart cabinets can make a recognition error owing to the electromagnetic wave interference. This paper proposes and implements a smart cabinet system for inventory management using RFID, especially which can be applied to biological laboratories. We calculate the optimal value of partition distance for the higher recognition rate between RFID tags and the reader, and the optimal partition thickness for electromagnetic wave absorption to achieve the higher recognition rate, in which two kinds of the partitions have been tested, a pure steel partition with various thickness and a thin steel partition attached with electromagnetic waves absorber. The experimental results show that the most recommended partition structure for the smart cabinets is one with the partition distance of 30cm and the partition thickness of 1mm attached with the electromagnetic wave absorption tapes.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 생물학 실험실에서 실험실 물품의 효율적인 재고관리는 매우 중요하다. 본 논문에서 제안하는 스마트캐비닛은 이와 같은 생물학 실험실의 특성을 고려하여 설계함으로써 생물학 실험실에 최적화된 캐비닛 제작을 목표로 한다.
본 논문에서는 생물학 실험실의 특성을 고려하여 생물학 실험에 사용되는 다양한 물품들을 효율적으로 보관하고 실시간으로 관리할 수 있는 RFID 기반 스마트캐비닛을 설계하고 구현하였다. 서로 다른 물품간의 간섭을 최소화하기 위한 효과적인 전자기장 차폐 방법과 최적의 RFID 태그 인식 거리를 실험을 통해 구하였다.
본 논문에서는 생물학 실험에 사용되는 다양한 물품들을 효율적으로 보관하고 관리할 수 있는 RFID 기반 스마트 캐비닛을 설계하고 구현한다. 서로 다른 물품에 부착된 태그들의 간섭을 최소화하기 위한 효과적인 전자파 차단 방법과 최적의 RFID 태그 인식 거리를 실험을 통해 구하고 실시간 물품 관리를 위한 스마트폰 앱을 개발한다.

제안 방법

RFID 태그 인식 거리와 간섭 실험을 진행하기 위해먼저 시험용 캐비닛을 설계하였다. 시험용 캐비닛 본체는 시중에서 쉽게 구할 수 있는 일반 캐비닛으로써 그림 1과 같이 6개의 구역으로 구성하였다.
각 구역에는 인식거리는 짧지만 상대적으로 가격이 저렴하고 다중 태그 인식이 가능한 13.56MHz RFID 태그를 부착하였고 RFID 리더기가 태그들을 구분할 수 있도록 태그마다 고유 ID를 부여하였다.
두 번째 실험은 RFID 태그의 중복 인식을 막기 위해 13.56MHz의 전파를 차단할 수 있는 칸막이의 두께를 알아보는 것이다. 실험 방법은 그림 5와 같이 RFID 리더기와 태그 사이에 칸막이를 설치하고 각 10회씩 RFID 태그의 인식률을 실험하였다.
서로 다른 물품간의 간섭을 최소화하기 위한 효과적인 전자기장 차폐 방법과 최적의 RFID 태그 인식 거리를 실험을 통해 구하였다. 또한 캐비닛에 보관된 물품을 실시간으로 관리하기 위한 스마트폰 앱을 개발하여 스마트 캐비닛과 연동하였다.
본 논문에서는 효율적인 스마트 캐비닛 구현에 필요한 최적의 칸막이 거리를 실험을 통해 계산하였고 전자파 차단을 위해 철재 칸막이의 두께별 인식률과 전자파차단 테이프를 이용했을 때의 인식률을 실험을 통해 구했다. 실험을 통해 스마트 캐비닛 안에 들어 있는 서로 다른 다수의 물품들을 간섭 없이 정확하게 인식하기 위해 RFID 태그 인식거리는 30cm 이내이어야 하고 칸막이 구역 간의 전자파 간섭으로 인한 인식 오류를 최소화할 수 있는 칸막이 구조는 전자파 차단 테이프를 부착한 1mm의 철판이 전자파 차단 테이프를 부착하지 않은 20mm 이상의 두꺼운 철판을 사용한과 동일한 효과를 보임을 확인하였다.
전자파 차단 테이프를 이용한 전자파 간섭 차단 연구도 활발하다[13, 14]. 본 연구에서도 철재 칸막이 대신전자파 차단 테이프를 사용하여 전자파 간섭 차단 실험을 수행하였다. 실험에 사용한 전자파 차단 테이프는 500um 두께로써 13.
본 논문에서는 생물학 실험실의 특성을 고려하여 생물학 실험에 사용되는 다양한 물품들을 효율적으로 보관하고 실시간으로 관리할 수 있는 RFID 기반 스마트캐비닛을 설계하고 구현하였다. 서로 다른 물품간의 간섭을 최소화하기 위한 효과적인 전자기장 차폐 방법과 최적의 RFID 태그 인식 거리를 실험을 통해 구하였다. 또한 캐비닛에 보관된 물품을 실시간으로 관리하기 위한 스마트폰 앱을 개발하여 스마트 캐비닛과 연동하였다.
본 논문에서는 생물학 실험에 사용되는 다양한 물품들을 효율적으로 보관하고 관리할 수 있는 RFID 기반 스마트 캐비닛을 설계하고 구현한다. 서로 다른 물품에 부착된 태그들의 간섭을 최소화하기 위한 효과적인 전자파 차단 방법과 최적의 RFID 태그 인식 거리를 실험을 통해 구하고 실시간 물품 관리를 위한 스마트폰 앱을 개발한다.
실험 방법은 1mm 두께의 철판 칸막이에 전자파 차단 테이프를 붙이고 각 10cm, 20cm, 30cm, 40cm의 간격에서 각 4회씩 총 20회를 측정하였다. 실험 결과는 그림 7과 같다.
실험 방법은 4종류 두께의 칸막이에 대해 간격이10cm, 20cm, 30cm, 40cm일 때 각 10회씩 측정하였다. 실험 결과는 그림 6과 같다.
56MHz의 전파를 차단할 수 있는 칸막이의 두께를 알아보는 것이다. 실험 방법은 그림 5와 같이 RFID 리더기와 태그 사이에 칸막이를 설치하고 각 10회씩 RFID 태그의 인식률을 실험하였다. 실험에 사용한 칸막이는 각각 1mm, 5mm, 10mm, 20mm 두께의 철재 칸막이이다.
실험은 인식 거리를 5cm에서 40cm까지 10cm 단위로 구분하여 인식률을 측정하였다. 4회 실험을 통해 얻어진 결과는 그림 4와 같다.
RFID 기반 스마트 캐비닛 안에 들어 있는 서로 다른 다수의 물품들을 간섭 없이 정확하게 인식하기 위해 RFID 태그 인식거리를 고려한 최적의 구역 획정이 필요하다. 최적의 캐비닛 구역을 계산하기 위해 다양한 조건에서 태그 인식 거리 측정 실험을 수행하였다.

대상 데이터

RFID 태그 인식 거리와 간섭 실험을 진행하기 위해먼저 시험용 캐비닛을 설계하였다. 시험용 캐비닛 본체는 시중에서 쉽게 구할 수 있는 일반 캐비닛으로써 그림 1과 같이 6개의 구역으로 구성하였다.
본 연구에서도 철재 칸막이 대신전자파 차단 테이프를 사용하여 전자파 간섭 차단 실험을 수행하였다. 실험에 사용한 전자파 차단 테이프는 500um 두께로써 13.56MHz의 주파수를 흡수할 수 있다[14].
실험 방법은 그림 5와 같이 RFID 리더기와 태그 사이에 칸막이를 설치하고 각 10회씩 RFID 태그의 인식률을 실험하였다. 실험에 사용한 칸막이는 각각 1mm, 5mm, 10mm, 20mm 두께의 철재 칸막이이다.

성능/효과

3절의 그림 7의 결과와 전자파 차단 테이프를 부착하지 않은 20mm 두께의 철판 칸막이의 인식결과를 비교한 것이다. 결론적으로 전자파 차단 테이프를 부착한 1mm의 철판 칸막이의 간섭 차단 효과가 전자파 차단 테이프를 부착하지 않은 20mm 두께의 철판을 사용한 것과 동일함을 확인할 수 있다.
인식률이 낮다는 것은 곧 간섭이 적다는 의미이다. 실험결과를 보면 칸막이 간격이 30cm이고 칸막이 두께가 20mm일 때 단 한 번만 인식된 것을 볼 수 있다. 따라서 이상적인 칸막이 사이의 간격은 30cm 이상이어야 하고 칸막이 두께, 즉 바닥면의 철판 두께는 20mm 이상이어야 한다고 판단할 수 있다.
본 논문에서는 효율적인 스마트 캐비닛 구현에 필요한 최적의 칸막이 거리를 실험을 통해 계산하였고 전자파 차단을 위해 철재 칸막이의 두께별 인식률과 전자파차단 테이프를 이용했을 때의 인식률을 실험을 통해 구했다. 실험을 통해 스마트 캐비닛 안에 들어 있는 서로 다른 다수의 물품들을 간섭 없이 정확하게 인식하기 위해 RFID 태그 인식거리는 30cm 이내이어야 하고 칸막이 구역 간의 전자파 간섭으로 인한 인식 오류를 최소화할 수 있는 칸막이 구조는 전자파 차단 테이프를 부착한 1mm의 철판이 전자파 차단 테이프를 부착하지 않은 20mm 이상의 두꺼운 철판을 사용한과 동일한 효과를 보임을 확인하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	RFID는 어떠한 기술인가?	RFID(Radio-Frequency Identification)는 전파를 이용해 사물에 부착된 태그를 자동으로 인지하고 추적하는 기술로써 제품 생산 및 유통, 재산 증명, 물품 관리, 출입 통제, 동식물 추적, 도서관리, 고속도로 통행료 시스템 등 다양한 분야에서 광범위하게 활용되고 있다[1]. RFID 태그는 안테나와 집적회로로 구성되고 집적회로에 저장된 정보는 안테나를 통해 RFID 리더기로 전달된다.
	RFID는 어느 분야에 활용되고 있는가?	RFID(Radio-Frequency Identification)는 전파를 이용해 사물에 부착된 태그를 자동으로 인지하고 추적하는 기술로써 제품 생산 및 유통, 재산 증명, 물품 관리, 출입 통제, 동식물 추적, 도서관리, 고속도로 통행료 시스템 등 다양한 분야에서 광범위하게 활용되고 있다[1]. RFID 태그는 안테나와 집적회로로 구성되고 집적회로에 저장된 정보는 안테나를 통해 RFID 리더기로 전달된다.
	RFID 기반 스마트 캐비닛 제작의 관건은 무엇인가?	크게 두 가지 문제로 구분할 수 있다. 첫째는 RFID 태그 인식거리를 고려한 최적의 구역 획정이고 둘째는 구역 간의 전자파 간섭으로 인한 인식 오류를 최소화할 수 있는 칸막이의 설치이다.

참고문헌 (14)

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상세보기
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DAVOCNM, Electromagnetic Waves Absorber [Internet]. Available: http://www.davocnm.com/.

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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