[논문]스마트 모니터링과 자동 제어 기반의 음식물 처리장치 연구

안윤애; 변상훈

doi:10.15207/jkcs.2018.9.10.029

[국내논문] 스마트 모니터링과 자동 제어 기반의 음식물 처리장치 연구
A Study on Smart Monitoring and Automatic Control based Food Waste Disposer 원문보기

한국융합학회논문지 = Journal of the Korea Convergence Society, v.9 no.10, 2018년, pp.29 - 35

안윤애 (한국교통대학교 컴퓨터정보기술공학부) , 변상훈 (도우시스)

초록
AI-Helper

식당이나 가정에서 보편적으로 사용되는 음식물 처리기는 분쇄기가 부착된 형태의 장치이다. 분쇄 방식의 음식물 처리기는 배관이나 분해 필터 등이 막히면 교반기가 파손될 수 있는 문제가 발생된다. 아울러 사용자가 음식물 처리기 내의 수위를 확인하려면 직접 뚜껑을 열어 확인해야 하는 불편함이 생긴다. 이런 문제점을 해결하기 위해 이 논문에서는 분쇄방식의 음식물 처리기에 기본적인 IoT 기술을 접목한 장치를 제안한다. 제안 장치는 기존의 음식물 처리기에 실시간 모니터 처리기와 자동 제어 처리기를 추가로 설계 및 구현한다. 제안한 음식물 처리장치는 사용자가 스마트폰을 활용해서 장치의 내부를 모니터링 할 수 있게 한다. 또한 음식물 처리기 내부의 일정한 위치까지 음식물이 채워지면 자동으로 작동이 멈추고 알람을 준다. 제안 시스템을 활용하면 사용자가 음식물 처리기 내부를 편리하게 확인할 수 있으므로 고장을 미리 방지하여 오작동 확률을 낮출 수 있는 장점을 가진다.

Abstract ▼ AI-Helper

A food waste disposer commonly used in restaurants or homes is a type of machine with an agitator attached. The food waste disposer of the crushing type has a problem that the agitator may be broken if the piping or decomposition filter is blocked. In addition, there is an inconvenience that the user must manually open the cover to check the level in the food waste disposer. To solve these problems, this paper proposes a device that combines basic IoT technology with food waste disposer. The proposed device additionally designs and implement a real-time monitor processor and an automatic control processor inside the existing food waste disposer. The proposed food waste disposer allows the user to monitor the inside of the device using the smartphone. In addition, when the food is filled up to a certain position in the food waste disposer, it automatically stops and alarms. Using the proposed system, the user can conveniently check the inside of the food waste disposer, which has the advantage of preventing malfunctions in advance and reducing the probability of malfunction.

주제어

표/그림 (14)

그림 Fig. 1. IoT-based food waste disposal system model
그림 Fig. 2. Camera installation module
그림 Fig. 3. Real-time stream processing algorithm
그림 Fig. 4. PCB for automatic control processing
그림 Fig. 5. Operation algorithm of agitation motor
그림 Fig. 6. Level sensor in decomposition tank
그림 Fig. 7. Level sensor check algorithm
그림 Fig. 8. Smartphone monitoring app
그림 Fig. 9. Before agitator and decomposition tank assembly
그림 Fig. 10. Monitor processor and automatic controller
그림 Fig. 11. Installation and operation of level sensor
그림 Fig. 12. Demonstration of smartphone monitoring
그림 Fig. 13. Food waste disposer finished product
표 Table 1. Experimental result of food waste disposer

AI 본문요약
AI-Helper

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

문제 정의

분쇄 방식은 사용자가 매일 분해조 내부를 확인할 수 없기 때문에 이물질이 추가되어 분해조 내부의 분쇄기 등에 고장이 발생되는 문제가 자주 발생된다. 따라서 본 논문에서는 분쇄 방식의 불편함을 보완하기 위해서 IoT의 기본적인 기술을 접목시켜 문제를 개선할 수 있는 시스템을 개발하고자 한다.
본 논문에서는 가정이나 식당에서 주로 사용되는 분쇄 방식의 음식물 처리기를 개선하기 위한 연구를 진행한다. 기존에 연구된 IoT 기반의 음식물 처리 시스템 연구에는 음식물을 수거할 때 자동으로 비용을 산정하도록 서버에서 관리하는 스마트 가비지 시스템[16], 스마트폰의 NFC를 활용하여 음식물 쓰레기 수거를 할 때 개인의 쓰레기 배출 기록을 서버에서 관리하고 요금을 확인 할 수 있도록 하는 시스템[17], RFID 리더와 카드 키를 사용하여 사용자가 음식물 쓰레기를 배출할 수 있도록 관리하는 시스템[18], 스마트폰을 활용하여 가정용 음식물 처리기를 모니터링 할 수 있는 장치[19] 등에 대한 연구가 수행되어 왔다.
본 연구에서는 분쇄 방식의 음식물 처리기를 대상으로 아두이노 기반의 IP 카메라와 수위센서 기술을 활용하는 기본적인 IoT 기술한 접목한 연구를 수행한다. 제안하는 음식물 처리장치는 사용자가 스마트폰을 활용해서 음식물 처리기 내부를 언제어디서나 실시간으로 모니터링 할 수 있고, 음식물 처리기 내부의 일정한 수위까지 음식물이 채워졌을 때 자동으로 작동이 멈추고 알람을 주는 기능을 제공한다.
이 논문에서는 분쇄 방식의 음식물 처리기를 사용하는 업소 및 가정의 사용자에게 편의성을 제공하고, 장치의 오작동으로 인한 고장을 사전에 예방하기 위해, 스마트 모니터링 기능 및 자동 제어 기능을 가지는 음식물 처리장치에 대한 연구를 수행하였다.

제안 방법

9는 음식물 처리장치의 분해조와 교반기의 모습이다. 왼쪽의 분해조 내부에는 방수가 되는 LED 바를 부착하여, 내부 모니터링 시 선명한 영상을 제공하도록 하였다. 오른쪽은 분해조의 교반 모터와 연결된 PCB와 수위 센서의 모습이다
이 절에서는 분쇄기를 가지는 음식물 처리장치에 실시간 모니터 처리기와 자동 제어 처리기를 추가한 IoT 기반 음식물 처리장치 시스템 모델을 설계한다. 실시간 모니터 처리기는 사용자가 스마트폰을 통해서 분해조 내의 모습을 영상으로 확인할 수 있는 기능을 가진다.
제안하는 음식물 처리장치는 사용자가 스마트폰을 활용해서 음식물 처리기 내부를 언제어디서나 실시간으로 모니터링 할 수 있고, 음식물 처리기 내부의 일정한 수위까지 음식물이 채워졌을 때 자동으로 작동이 멈추고 알람을 주는 기능을 제공한다. 이를 위해서 기존의 음식물 처리 장치에 실시간 모니터링이 가능한 처리기와 자동 제어 처리기를 추가로 설계하여 구현한다. 제안 시스템을 활용하면 사용자가 주기적으로 간편하게 음식물 처리장치 내부를 확인할 수 있다.
본 연구에서는 분쇄 방식의 음식물 처리기를 대상으로 아두이노 기반의 IP 카메라와 수위센서 기술을 활용하는 기본적인 IoT 기술한 접목한 연구를 수행한다. 제안하는 음식물 처리장치는 사용자가 스마트폰을 활용해서 음식물 처리기 내부를 언제어디서나 실시간으로 모니터링 할 수 있고, 음식물 처리기 내부의 일정한 수위까지 음식물이 채워졌을 때 자동으로 작동이 멈추고 알람을 주는 기능을 제공한다. 이를 위해서 기존의 음식물 처리 장치에 실시간 모니터링이 가능한 처리기와 자동 제어 처리기를 추가로 설계하여 구현한다.

대상 데이터

2는 카메라와 연결된 모니터링 처리기 모듈을 나타낸 것이다. 사용된 아두이노 보드는 ESP8266 Wifi 모듈이 장착된 보드를 사용한다. 카메라 모듈은 OV2640 모듈을 사용하여 아두이노 보드에 직접 연결한 상태이다[20].

성능/효과

첫째, 기존의 음식물 처리장치에 추가적으로 구현된 아두이노 기반의 IP 카메라를 통해 사용자가 내부를 실시간으로 모니터링 할 수 있다. 둘째, 음식물 처리장치 PCB에 추가적으로 구현된 수위 측정 및 교반 모터 동작 제어 프로그램을 통해 음식물이 넘치지 않게 자동으로 교반기가 멈추고 알람을 줄 수 있다. 셋째, 일반 사용자는 장치의 동작 상태를 손쉽게 파악할 수 있고, A/S 관리자는 장치의 오작동 및 기계 고장 확률을 낮출 수 있다.
본 연구에서 제작한 음식물 처리장치는 분해조와 교반기를 조립한 후에 실시간 모니터 처리기용 아두이노 보드와 자동제어 처리기가 추가된 PCB를 연결 및 조립하는 순서로 완성하였으며, 일반적인 음식물 처리장치의 시험 항목 목표치에 적합하게 동작함을 확인하였다.
둘째, 음식물 처리장치 PCB에 추가적으로 구현된 수위 측정 및 교반 모터 동작 제어 프로그램을 통해 음식물이 넘치지 않게 자동으로 교반기가 멈추고 알람을 줄 수 있다. 셋째, 일반 사용자는 장치의 동작 상태를 손쉽게 파악할 수 있고, A/S 관리자는 장치의 오작동 및 기계 고장 확률을 낮출 수 있다.
이를 통해 제안 시스템이 기존의 장치가 가지는 기능 및 성능은 기본적으로 동일하게 제공한다는 것을 확인하였다. 이와 더불어 추가적으로 이 논문에서 제안한 부가적인 기능을 테스트한 결과 스마트 모니터링 기능과 수위센서를 활용한 교반 모터의 자동 제어 기능이 설계 내용과 동일하게 실행됨을 확인하였다.
이를 통해 제안 시스템이 기존의 장치가 가지는 기능 및 성능은 기본적으로 동일하게 제공한다는 것을 확인하였다. 이와 더불어 추가적으로 이 논문에서 제안한 부가적인 기능을 테스트한 결과 스마트 모니터링 기능과 수위센서를 활용한 교반 모터의 자동 제어 기능이 설계 내용과 동일하게 실행됨을 확인하였다.
장치 내부의 모니터링을 위한 LED 조도 측정 결과는 421Lux로 나타났다. 장치의 전원 내구성 테스트를 위해 전원의 On/Off 동작을 100회 시험한 결과 정상적으로 작동함을 확인하였다.
이를 위해서 기존의 음식물 처리 장치에 실시간 모니터링이 가능한 처리기와 자동 제어 처리기를 추가로 설계하여 구현한다. 제안 시스템을 활용하면 사용자가 주기적으로 간편하게 음식물 처리장치 내부를 확인할 수 있다. A/S 센터에서는 음식물 처리장치의 고장을 손쉽게 체크할 수 있으며, 오작동 확률을 낮출 수 있는 장점을 제공받게 된다.
제안한 음식물 처리장치는 기존의 분쇄 방식의 장치와 동일한 기능을 처리하면서 다음과 같은 장점을 가진다. 첫째, 기존의 음식물 처리장치에 추가적으로 구현된 아두이노 기반의 IP 카메라를 통해 사용자가 내부를 실시간으로 모니터링 할 수 있다. 둘째, 음식물 처리장치 PCB에 추가적으로 구현된 수위 측정 및 교반 모터 동작 제어 프로그램을 통해 음식물이 넘치지 않게 자동으로 교반기가 멈추고 알람을 줄 수 있다.

후속연구

아직 본 연구에서는 IoT 데이터 관리용 서버 및 관리자 시스템을 구축하지 못하였다. 따라서 향후에는 IoT 기반의 음식물 처리장치 데이터 수집 서버 및 관리 시스템에 관한 연구를 수행하고, 다양한 센서들을 장치에 추가하여 구현하는 연구를 진행하여 지능형 음식물 처리기를 개발할 계획이다

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	스마트 모니터링 기능 및 자동 제어 기능을 가지는 음식물 처리장치의 장점들은?	제안한 음식물 처리장치는 기존의 분쇄 방식의 장치와 동일한 기능을 처리하면서 다음과 같은 장점을 가진다. 첫째, 기존의 음식물 처리장치에 추가적으로 구현된 아두이노 기반의 IP 카메라를 통해 사용자가 내부를 실시간으로 모니터링 할 수 있다. 둘째, 음식물 처리장치 PCB에 추가적으로 구현된 수위 측정 및 교반 모터 동작 제어 프로그램을 통해 음식물이 넘치지 않게 자동으로 교반기가 멈추고 알람을 줄 수 있다. 셋째, 일반 사용자는 장치의 동작 상태를 손쉽게 파악할 수 있고, A/S 관리자는 장치의 오작동 및 기계 고장 확률을 낮출 수 있다.
	분쇄기가 부착된 음식물 처리기의 가장 큰 단점은?	아울러 사용자가 음식물 처리기 내의 수위를 확인하려면 직접 뚜껑을 열어 확인해야 하는 불편함이 생긴다. 특히, 사용자의 부주의로 인해서 발생되는 간단한 작동 오류의 경우에도 사용을 중단하거나 A/S를 받기 위해서 별도의 비용을 지급하면서 외부 수리를 위탁해야 하는 단점을 가진다.
	기존에 연구된 IoT 기반의 음식물 처리 시스템 연구는 무엇들이 있는가?	본 논문에서는 가정이나 식당에서 주로 사용되는 분쇄 방식의 음식물 처리기를 개선하기 위한 연구를 진행한다. 기존에 연구된 IoT 기반의 음식물 처리 시스템 연구에는 음식물을 수거할 때 자동으로 비용을 산정하도록 서버에서 관리하는 스마트 가비지 시스템[16], 스마트폰의 NFC를 활용하여 음식물 쓰레기 수거를 할 때 개인의 쓰레기 배출 기록을 서버에서 관리하고 요금을 확인 할 수 있도록 하는 시스템[17], RFID 리더와 카드 키를 사용하여 사용자가 음식물 쓰레기를 배출할 수 있도록 관리하는 시스템[18], 스마트폰을 활용하여 가정용 음식물 처리기를 모니터링 할 수 있는 장치[19] 등에 대한 연구가 수행되어 왔다.

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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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