[논문]가정용 영유아 스마트 인큐베이터 개발

엄상희

doi:10.6109/jkiice.2020.24.10.1325

가정용 영유아 스마트 인큐베이터 개발
The Development of Infant Smart Incubator for Home use 원문보기

한국정보통신학회논문지 = Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, v.24 no.10, 2020년, pp.1325 - 1330

엄상희 (Department of Early Childhood of Education, Dongju College)

초록
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의학적으로 특별한 주의가 필요한 신생아는 인큐베이터에 들어가게 된다. 인큐베이터는 이러한 유아들을 잘 돌볼 수 있도록 갖춰져 있지만 반드시 병원에 가야하고 너무 많은 비용이 든다. 본 논문은 이러한 인큐베이터의 편의적 그리고 비용적 측면의 문제를 해결할 수 있는 스마트 인큐베이터를 제안한다. 개발된 인큐베이터는 메인 제어 장치로 아두이노 우노를 사용하고 블루투스 통신을 이용하여 근거리 모니터링이 가능하도록 하였다. 인큐베이터 내의 환경은 DHT22 센서를 이용하여 온도와 습도를 측정하고 P5511 소리감지센서를 이용하여 소리를 측정한다. 사용자가 설정한 온도 및 습도 데이터가 기준 값보다 낮거나 높은 경우 컨트롤러를 이용하여 난방 패드를 가동하거나 팬을 돌려 공기 순환이 될 수 있도록 설계하였다. 인큐베이터 내의 측정값은 사용자의 스마트폰 모니터링 화면에 실시간으로 표시되며 앱 인벤터를 이용하여 프로그램하였다. 아기가 우는 경우에는 사용자에게 알람을 제공하여 아기의 상태를 부모가 즉시 알 수 있도록 설계하였다. 개발된 인큐베이터는 가정에서 저렴한 비용으로 유아를 돌보는 데 도움을 줄 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

New-born babies who require special attention medically are admitted often to incubator. Incubators are well equipped to fulfill take care of infants, but they have to hospital and so expensive. This paper proposes a smart incubator that can solve the problem of convenience and cost aspect of these incubators. Developed incubator enables near-field monitoring using Arduino Uno as the main control device and Bluetooth communication. The environment in the incubator measures temperature and humidity using a DHT22 sensor and the sound using a P5510 microphone. If the temperature and humidity data set by the user are lower or higher than the reference value, it is designed to operate the heating pad using the controller or turn on the fan to allow air circulation. The measured values in the incubator are displayed in real time on the user's smartphone monitoring screen and are programmed using app inventor. Developed incubators can help take care of infants at low cost in the home.

주제어

표/그림 (5)

그림 Fig. 1 The Block Diagram of developed Smart Incubator System
그림 Fig. 2 The Hardware Setup of developed Smart Incubator System
그림 Fig. 3 Inside the infant smart incubator developed as a prototype
그림 Fig. 4 Inside the developed infant smart incubator
그림 Fig. 5 The Program of Monitoring Application

AI 본문요약
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문제 정의

인큐베이터 내의 온도와 습도 및 아기의 울음을 지속적으로감지하여 안드로이드 스마트 폰으로 데이터로 제공하여 유아의 상태를 모니터링 할 수 있도록 구현하였다. 기존 연구자와 비교하여 인큐베이터의 편의적 기능을모두 갖추면서 비용을 줄일 수 있는 방안을 제시하였다. 또한 온도와 습도에 따라 난방 패드와 쿨링 팬을 갖추고있어 설정된 값에 따라 유아의 체온을 적절히 유지할 수있는 기능을 추가하여 유용하게 사용할 수 있다.
본 논문에서는 일반 가정에서 영유아 보육에 사용할 수 있는 기본적인 기능을 가진 스마트 인큐베이터를 개발하였다. 개발된 인큐베이터는 메인 제어 장치로 아두이노 우노를 사용하고 블루투스 통신을 이용하여 근거리 모니터링이 가능하도록 하였다.
본 연구에서는 일반 가정에서 사용할 수 있는 기본적인 기능을 가진 스마트 인큐베이터를 개발하였다. 인큐베이터 내의 온도와 습도 및 아기의 울음을 지속적으로감지하여 안드로이드 스마트 폰으로 데이터로 제공하여 유아의 상태를 모니터링 할 수 있도록 구현하였다.
또한 신생아의 부모에게 실시간으로 그 내용이 제공되지 않으며 하루 두 번 정도의 간단한 브리핑을 통하여 상태를 확인할 수 있다. 본 연구에서는 일반 가정에서 신생아 또는 영유아에게 적합한 환경 상태를 모니터링하고 유지하기 위한 인큐베이터의 기본 기능을 구현하고자 한다. 인큐베이터 내의 환경 데이터는 아이 부모의 스마트폰에서 확인할 수 있으며 부적절한 환경인 경우 팬과 패드를 사용하여 일정한 온도와 습도의 유지를할 수 있도록 하였다.

제안 방법

Sivamani는 의사들의 관점에서 IoT를 이용하여 인큐베이터 모니터링을 시도하였고 Arduino와 온도, 습도, 빛, 가스 센서 모듈을 사용하여 클라우드 웹페이지 상에서 구현하였다[6]. Subramaniane NICU에서 측정되는 심전도와 산소포화도의 데이터에 아기의 움직임을 감지하는 센서를 추가하여 이들의 조합으로 병원내에 있는 간호사와 부모에게 상황 전송이 가능함을 Labview를 사용하여 구현하였고, 특히 개별 유아들의구별을 위하여 RFID tag를 적용하였다[7]. Eizad는 NICU의 인큐베이터와 모니터링 장비들이 고정되어 있기에 Arduino와 Atmega를 이용하여 이동이 가능하도록휴대용 인큐베이터를 개발하여 발표하였다[8].
개발된 인큐베이터는 메인 제어 장치로 아두이노 우노를 사용하고 블루투스 통신을 이용하여 근거리 모니터링이 가능하도록 하였다. 인큐베이터 내의 환경은 DHT22 센서를 이용하여 온도와 습도를 측정하고 P5510 마이크를 이용하여 소리를 측정한다.
센서에서 입력되는 데이터를 아두이노 우노가 처리하여 블루투스 통신을 통하여 스마트폰으로 전송하면 그림과 같은 화면에 온도, 습도와 소리의 세기를 표시하여 상시 모니터링이 되도록 하였다. 난방 패드와 쿨링 펜이 동작하는 설정 값은 계절별로 다르게 수정할 수 있도록 프로그램하였다. 제작된 앱은 실시간으로 측정된 인큐베이터 내의 상태를 부모의 스마트 폰에서 확인이 가능하며 모니터링이 5분 이상 발생하지 않으면 알람이 발생하도록 하였다.
인큐베이터 내의 환경 데이터는 아이 부모의 스마트폰에서 확인할 수 있으며 부적절한 환경인 경우 팬과 패드를 사용하여 일정한 온도와 습도의 유지를할 수 있도록 하였다. 또한 이들 데이터의 변화 상태와아이의 울음을 감지하여 부모의 스마트 폰에서 적절한알람 소리가 울릴 수 있도록 하여 신생아의 건강 환경을확인하고 돌볼 수 있도록 하였다.
사용자가 설정한 온도 및 습도 데이터가 기준 값보다 낮거나 높은 경우 컨트롤러를 이용하여 난방 패드를 가동하거나 팬을 돌려 공기 순환이 될 수 있도록 설계하였다. 또한 휴대성을 위하여 배터리를 장착하여 차량이나 유모차 등에도 사용이 가능하도록 하였다. 인큐베이터 내의 측정값은 사용자의 스마트폰 모니터링 화면에 실시간으로 표시되며 앱 인벤터를 이용하여 프로그램하였다.
인큐베이터 내의 환경은 DHT22 센서를 이용하여 온도와 습도를 측정하고 P5510 마이크를 이용하여 소리를 측정한다. 사용자가 설정한 온도 및 습도 데이터가 기준 값보다 낮거나 높은 경우 컨트롤러를 이용하여 난방 패드를 가동하거나 팬을 돌려 공기 순환이 될 수 있도록 설계하였다. 또한 휴대성을 위하여 배터리를 장착하여 차량이나 유모차 등에도 사용이 가능하도록 하였다.
어플리케이션 프로그램을 나타내었다. 센서에서 입력되는 데이터를 아두이노 우노가 처리하여 블루투스 통신을 통하여 스마트폰으로 전송하면 그림과 같은 화면에 온도, 습도와 소리의 세기를 표시하여 상시 모니터링이 되도록 하였다. 난방 패드와 쿨링 펜이 동작하는 설정 값은 계절별로 다르게 수정할 수 있도록 프로그램하였다.
측정된 온도와습소에 따라서 사용자가 설정한 값에 따라 동작하는 온열 시트와 쿨링팬을 갖추고 있으며 일반 전원이외에 차량 이동 또는 유모차에서도 사용할 수 있도록 베터리를이용할 수 있도록 설계하였다. 스마트 폰과의 통신은 블루투스를 이용하였으며 스마트 폰 앱은 안드로이드 운영체제에서 동작하도록 구현하였다. 스마트폰 앱에서는 인큐베이터 내부의 온도, 습도와 아이의 울음에 대한소리의 세기에 대한 데이터를 표시하고 알람을 표시하도록 하였다.
제작된 앱은 실시간으로 측정된 인큐베이터 내의 상태를 부모의 스마트 폰에서 확인이 가능하며 모니터링이 5분 이상 발생하지 않으면 알람이 발생하도록 하였다. 신생아와 유아의 울음의 종류와 세기가 각각 다르지만 일반적으로 통증 울음, 배고픔 울음, 졸림 울음으로 나누어지며 졸림 울음과 배고픔 울음 사이의 65[dB]이상의 소리의 세기가 발생할 경우 사용자에게 알람을 제공하여 즉시 영유아의 상태를 확인하여 돌볼 수 있도록 설계하였다.
인큐베이터 내의 측정값은 사용자의 스마트폰 모니터링 화면에 실시간으로 표시되며 앱 인벤터를 이용하여 프로그램하였다. 실시간으로 측정된 인큐베이터 내의 온도와 습도 이외에 아기의 울음은 사용자에게 알람을 제공하여 아기의 상태를 부모가 즉시 알 수 있도록 설계하였다.
인큐베이터 내의 온도와 습도 및 아기의 울음을 지속적으로감지하여 안드로이드 스마트 폰으로 데이터로 제공하여 유아의 상태를 모니터링 할 수 있도록 구현하였다. 기존 연구자와 비교하여 인큐베이터의 편의적 기능을모두 갖추면서 비용을 줄일 수 있는 방안을 제시하였다.
또한 휴대성을 위하여 배터리를 장착하여 차량이나 유모차 등에도 사용이 가능하도록 하였다. 인큐베이터 내의 측정값은 사용자의 스마트폰 모니터링 화면에 실시간으로 표시되며 앱 인벤터를 이용하여 프로그램하였다. 실시간으로 측정된 인큐베이터 내의 온도와 습도 이외에 아기의 울음은 사용자에게 알람을 제공하여 아기의 상태를 부모가 즉시 알 수 있도록 설계하였다.
본 연구에서는 일반 가정에서 신생아 또는 영유아에게 적합한 환경 상태를 모니터링하고 유지하기 위한 인큐베이터의 기본 기능을 구현하고자 한다. 인큐베이터 내의 환경 데이터는 아이 부모의 스마트폰에서 확인할 수 있으며 부적절한 환경인 경우 팬과 패드를 사용하여 일정한 온도와 습도의 유지를할 수 있도록 하였다. 또한 이들 데이터의 변화 상태와아이의 울음을 감지하여 부모의 스마트 폰에서 적절한알람 소리가 울릴 수 있도록 하여 신생아의 건강 환경을확인하고 돌볼 수 있도록 하였다.
난방 패드와 쿨링 펜이 동작하는 설정 값은 계절별로 다르게 수정할 수 있도록 프로그램하였다. 제작된 앱은 실시간으로 측정된 인큐베이터 내의 상태를 부모의 스마트 폰에서 확인이 가능하며 모니터링이 5분 이상 발생하지 않으면 알람이 발생하도록 하였다. 신생아와 유아의 울음의 종류와 세기가 각각 다르지만 일반적으로 통증 울음, 배고픔 울음, 졸림 울음으로 나누어지며 졸림 울음과 배고픔 울음 사이의 65[dB]이상의 소리의 세기가 발생할 경우 사용자에게 알람을 제공하여 즉시 영유아의 상태를 확인하여 돌볼 수 있도록 설계하였다.
센서부는 온도, 습도 및 유아의 울음을 측정할 수 있도록 하였다. 측정된 온도와습소에 따라서 사용자가 설정한 값에 따라 동작하는 온열 시트와 쿨링팬을 갖추고 있으며 일반 전원이외에 차량 이동 또는 유모차에서도 사용할 수 있도록 베터리를이용할 수 있도록 설계하였다. 스마트 폰과의 통신은 블루투스를 이용하였으며 스마트 폰 앱은 안드로이드 운영체제에서 동작하도록 구현하였다.

대상 데이터

같다. 센서부, 중앙컨트롤러, 구동부와 스마트폰 앱의 부분으로 구별할 수 있으며 메인 컨트롤러는 아두이노 우노 보드를 사용하였다. 센서부는 온도, 습도 및 유아의 울음을 측정할 수 있도록 하였다.
시스템의 메인 마이크로 컨트롤러는 싱글 보드 마이크로 컨트롤러와 오픈소스 소프트웨어를 제공하는 아두이노 우노를 사용하였다. 아두이노는 응용할 수 있는많은 센서들이 제공되고 있고 활용할 수 있는 라이버러리가 지원되고 있어 개발이 용이다.
개발된 인큐베이터는 메인 제어 장치로 아두이노 우노를 사용하고 블루투스 통신을 이용하여 근거리 모니터링이 가능하도록 하였다. 인큐베이터 내의 환경은 DHT22 센서를 이용하여 온도와 습도를 측정하고 P5510 마이크를 이용하여 소리를 측정한다. 사용자가 설정한 온도 및 습도 데이터가 기준 값보다 낮거나 높은 경우 컨트롤러를 이용하여 난방 패드를 가동하거나 팬을 돌려 공기 순환이 될 수 있도록 설계하였다.

성능/효과

또한 온도와 습도에 따라 난방 패드와 쿨링 팬을 갖추고있어 설정된 값에 따라 유아의 체온을 적절히 유지할 수있는 기능을 추가하여 유용하게 사용할 수 있다. 개발된인큐베이터는 아두이노 우노와 간단한 센서들을 이용하였으며 저렴한 비용으로 구현할 수 있어 일반 가정 또는 의료 지원이 원활하지 못한 지역에서 유아들을 돌보는 데 도움을 줄 수 있다.
이들 시스템은 매우 유용하지만 모두 NICU에서 일어나는 일이며 일반 가정에서는 사용할 수없다. 또한 신생아의 부모에게 실시간으로 그 내용이 제공되지 않으며 하루 두 번 정도의 간단한 브리핑을 통하여 상태를 확인할 수 있다. 본 연구에서는 일반 가정에서 신생아 또는 영유아에게 적합한 환경 상태를 모니터링하고 유지하기 위한 인큐베이터의 기본 기능을 구현하고자 한다.
디지털과 아날로그 출력 각각 1pin을 가지고 있으며 감도는 44~66[dB], 주파수 응답은 50[Hz]~20[kHz]이다. 일반 가정의 평균 생활 소음 레벨이 40[dB]정도이며 아이 울음의 경우 최소 300[Hz] 이상 50[dB] 이상으로 나타남으로 영유아의 울음을 감지할 수 있다.

후속연구

향후 과제로는 다양한 생체 신호를 비침습적으로 측정이 가능하도록 하여야 하며 측정된 데이터의 신뢰성 향상과 장기간 분석을 통하여 다양한 상황에 대처할 수 있는 기능의 추가 등이 필요하다.

참고문헌 (8)

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상세보기
A. Rajalakshmi, K. A. Sunitha, and V. Revathi, "A Survey on Neonatal Incubator Monitoring System," International Conference on Physics and Photonics Processes in Nano Sciences, Open Access, 012128 p.1362, 2019. doi:10.1099/1742-6596/1362.
M. A. E. -H. Gaafer, "Smart Neonatal Incubator (INBACARE)," Research Gate Technical Report, Dec. 2019. doi: 10.13140/RG.2.2.10993.22884/1.
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S. Sowmiya, V. Smrithi, and I. LorettaG, "Monitoring of Incubator using IoT," International Research Journal of Engineering and Technology (irjet), vol. 05, no. 04, pp. 635-638, Apr. 2018.
D. Sivamani, R. Sagayaraj, R. J. Ganesh, and A. N. Ali, "Smart Incubator using Internet of Things," International Journal for Modern Trends in Science and Technology, vol 04, no. 09, pp. 23-27, Sep. 2018.
M. Subramanian, T. Sheela, K. Srividya, and D. Arulselvam, "Security And Health Monitoring System Of The Baby In Incubator," International Journal of Engineering and Advanced Technology (IJEAT), vol 8, no. 6, pp. 3582-3585, Aug. 2019.

상세보기
A. Eizad, F. Zahra, H. Alam, H. Tahir, A. K. Bangash and S. K. Lyu, "Study on Development of Portable Incubator," Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers, vol. 18, no. 9, pp. 1-6, Sep. 2019.

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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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