[논문]마이크로비트를 이용한 IoT 무선 디바이스 제어용 Java SW설계 교육 방법

허경

doi:10.14702/jpee.2020.085

마이크로비트를 이용한 IoT 무선 디바이스 제어용 Java SW설계 교육 방법
An Education Method of Java SW Designs for IoT Wireless Device Control using Microbits 원문보기

JPEE : Journal of practical engineering education = 실천공학교육논문지, v.12 no.1, 2020년, pp.85 - 91

초록
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무선 통신 기술이 적용된 다양한 IoT 디바이스들을 제어하는 SW는 오류없이 동작해야 한다. IoT 디바이스들이 널리 보급되기 위해서는 이러한 SW를 설계하는 엔지니어들의 기술력이 향상되어야 한다. 단일 디바이스의 입출력 SW를 설계하는 것과 비교할 때, 송신기와 수신기 간의 다양한 입출력 관계를 명확하게 정의하는 SW Flowchart 설계 및 Java SW 프로그래밍 과정은 복잡도가 높다. 본 논문에서는 무선 통신 기반의 IoT 디바이스들을 제어하기 위한 SW Flowchart 설계 방법을 제안하였다. 이 과정에서 전체 제어 알고리즘이 문제 분할 과정을 거쳐 구현되는 것을 설명한다. 그리고, 설계된 SW Flowchart를 교육용 IoT 디바이스인 마이크로비트를 이용하여, Java SW로 프로그래밍하는 교육 방법을 제안하였다. 본 교육방법을 적용한 강좌에서 학생들의 만족도 평가 결과를 분석하여, 마이크로비트를 활용한 IoT 디바이스 제어 SW 교육방법의 유효성을 분석하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

SW which controls IoT devices using wireless communication technology must operate without errors. In order for IoT devices to be widely used, the technical skills of engineers who design such software must be improved. Compared to designing the input / output SW of a single device, the SW Flowchart design and Java SW programming process that clearly define various input / output relations between the transmitter and the receiver are complicated. In this paper, we proposed a SW Flowchart design method for controlling IoT devices based on wireless communication. In this process, it is explained that the entire control algorithm is implemented through a problem division process. In addition, we proposed an educational method for programming the designed SW Flowchart into Java SW using Microbits, which are educational IoT devices. In the course to which this education method was applied, the results of satisfaction evaluation of students were analyzed, and the effectiveness of the IoT device control SW education method using Microbits was analyzed.

주제어

표/그림 (17)

그림 그림 1. 목표 IoT 시스템에 대한 송신기 기능 추상화 Fig. 1. Transmitter function abstraction for target IoT system.
그림 그림 2. 목표 IoT 시스템에 대한 수신기 기능 추상화 Fig. 2. Receiver function abstraction for target IoT system.
그림 그림 3. 송신기 입출력 시스템에 대한 문제분해 Fig. 3. Decomposition of transmitter input and output systems.
그림 그림 4. 송신기 상세 기능 1에 대한 알고리즘 구현 Fig. 4. Implementation of algorithms for detailed transmitter function 1.
그림 그림 5. 송신기 상세 기능 2에 대한 알고리즘 구현 Fig. 5. Implementation of algorithms for detailed transmitter function 2.
그림 그림 6. 송신기 상세 기능 3에 대한 알고리즘 구현 Fig. 6. Implementation of algorithms for detailed transmitter function 3.
그림 그림 7. 수신기 입출력 시스템 그림 2에 대한 문제분해 Fig. 7. Decomposition of receiver input and output systems in Fig. 2.
그림 그림 8. 수신기 상세 기능 1에 대한 알고리즘 구현 Fig. 8. Implementation of algorithms for detailed receiver function 1.
그림 그림 9. 수신기 상세 기능 2에 대한 알고리즘 구현 Fig. 9. Implementation of algorithms for detailed receiver function 2.
그림 그림 10. 수신기 상세 기능 3에 대한 알고리즘 구현 Fig. 10. Implementation of algorithms for detailed receiver function 3.
그림 그림 11. 송신기 시스템에 대한 블록 의사 코드 SW 결과물 Fig. 11. Block Pseudo code SW output for transmitter system.
그림 그림 12. 수신기 시스템에 대한 블록 의사 코드 SW 결과물 Fig. 12. Block Pseudo code SW output for receiver system.
표 표 1. 송신기 시스템에 대한 Javascript SW 결과물 Table 1. Java SW output for transmitter system
표 표 2. 수신기 시스템에 대한 Javascript SW 결과물 Table 2. Java SW output for receiver system
그림 그림 13. 마이크로비트 IoT 통신 시스템 HW Fig. 13. Microbit IoT communication system hardware.
표 표 3. 비전공자 대상 IoT SW교육 만족도 조사 결과(49명) Table 3. IoT SW education satisfaction survey results for non-majors
표 표 4. 전공자 대상 IoT SW교육 만족도 조사 결과(56명) Table 4. IoT SW education satisfaction survey results for majors

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

문제 정의

단일 디바이스의 입출력 SW를 설계하는 것과 비교할 때, 송신기와 수신기 간의 다양한 입출력 관계를 명확하게 정의하는 SW Flowchart 설계 및 Java SW 프로그래밍 과정은 복잡도가 높다[3-6]. 본 논문에서는 무선 통신 기반의 IoT 디바이스들을 제어하기 위한 SW Flowchart 설계 방법을 제안하였다. 이 과정에서 전체 제어 알고리즘이 문제 분할 과정을 거쳐 단계적으로 구현되는 것을 설명한다.
제안한 IoT 디바이스 SW설계 교육은 SW교육에 관심이 많은 예비교원들에게 효과적으로 적용할 수 있음을 만족도 조사 결과를 통해 확인하였다. 본 논문은 송신기와 수신기 간의 다양한 입출력 관계를 명확하게 정의하는 SW Flowchart 설계 방법을 우선 제안하였고, 이를 의사코드 및 Java SW로 변환하여, 복잡도가 높은 통신 SW 설계 교육에 확대하여 적용할 수 있다고 사료된다.
본 장에서는 무선 통신 방식의 마이크로비트 송수신기 간 입출력 제어 관계를 인간 사고 기반의 Flowchart로 설계하는 과정을 제안한다. 그리고, 설계된 Flowchart를 사용하여, 블록 의사코드와 Java SW로 작성된 예제를 제시한다.

제안 방법

본 장에서는 무선 통신 방식의 마이크로비트 송수신기 간 입출력 제어 관계를 인간 사고 기반의 Flowchart로 설계하는 과정을 제안한다. 그리고, 설계된 Flowchart를 사용하여, 블록 의사코드와 Java SW로 작성된 예제를 제시한다. 본 장에서 제안된 실용 시스템 개발 사례는 입력 장치 2종, 출력장치도 2종으로 개발되었다.
이 과정에서 전체 제어 알고리즘이 문제 분할 과정을 거쳐 단계적으로 구현되는 것을 설명한다. 그리고, 설계된 SW Flowchart를 교육용 IoT 디바이스인 마이크로비트를 이용하여, Java SW로 프로그래밍하는 교육 방법을 제안하였다[7]. 본 교육 방법을 적용한 강좌에서 학생들의 만족도 평가 결과를 분석하여, 마이크로비트를 활용한 IoT 디바이스 제어 SW 교육방법의 유효성을 분석하였다.
그리고, 설계된 SW Flowchart를 교육용 IoT 디바이스인 마이크로비트를 이용하여, Java SW로 프로그래밍하는 교육 방법을 제안하였다[7]. 본 교육 방법을 적용한 강좌에서 학생들의 만족도 평가 결과를 분석하여, 마이크로비트를 활용한 IoT 디바이스 제어 SW 교육방법의 유효성을 분석하였다.
본 논문에서 제안한 IoT 송수신기 SW Flowchart 설계 및 Java SW 프로그래밍 교육 방법은 단방향 무선통신 사례를 설명한 것이다. 본 방식을 활용하여, 멀티 홉 IoT 네트워크에서 다중 그룹 분할 통신 방식으로 하나의 Master 디바이스가 다수 그룹의 IoT 디바이스들을 제어하는 SW 설계 교육도 실시할 수 있다.
그리고, 설계된 Flowchart를 사용하여, 블록 의사코드와 Java SW로 작성된 예제를 제시한다. 본 장에서 제안된 실용 시스템 개발 사례는 입력 장치 2종, 출력장치도 2종으로 개발되었다. 그림 1과 그림 2는 근거리 무선통신으로 연결된 송수신기의 기능을 추상화하고, 시각적으로 나타낸 결과이다.

성능/효과

표 3은 19년도 2학기 49명 비전공자 대상 만족도 조사 결과이며, 표 4는 동일 학기 56명 전공자 대상 만족도 결과이다. SW교육을 전공으로 선택한 학생들은 90%이상 긍정적인 답변을 하였고, 비전공자 학생들은 60%이상 긍정적인 답변을 하여, SW교육을 전공하는 학생들이 본 논문에서 제안한 SW설계 교육 방법의 효과를 크게 인정하였다.
본 방식을 활용하여, 멀티 홉 IoT 네트워크에서 다중 그룹 분할 통신 방식으로 하나의 Master 디바이스가 다수 그룹의 IoT 디바이스들을 제어하는 SW 설계 교육도 실시할 수 있다. 제안한 IoT 디바이스 SW설계 교육은 SW교육에 관심이 많은 예비교원들에게 효과적으로 적용할 수 있음을 만족도 조사 결과를 통해 확인하였다. 본 논문은 송신기와 수신기 간의 다양한 입출력 관계를 명확하게 정의하는 SW Flowchart 설계 방법을 우선 제안하였고, 이를 의사코드 및 Java SW로 변환하여, 복잡도가 높은 통신 SW 설계 교육에 확대하여 적용할 수 있다고 사료된다.

후속연구

본 논문에서 제안한 IoT 송수신기 SW Flowchart 설계 및 Java SW 프로그래밍 교육 방법은 단방향 무선통신 사례를 설명한 것이다. 본 방식을 활용하여, 멀티 홉 IoT 네트워크에서 다중 그룹 분할 통신 방식으로 하나의 Master 디바이스가 다수 그룹의 IoT 디바이스들을 제어하는 SW 설계 교육도 실시할 수 있다. 제안한 IoT 디바이스 SW설계 교육은 SW교육에 관심이 많은 예비교원들에게 효과적으로 적용할 수 있음을 만족도 조사 결과를 통해 확인하였다.

참고문헌 (7)

Ministry of Science and ICT, "The 4th Industrial Revolution in History," R & D KIOSK, No. 40, September 2017.
Ministry of Science and ICT, "The Various Aspects of the Fourth Industrial Revolution, The Realized Future," R & D KIOSK, No. 41, October 2017.
K. Hur, "Educational Method of Computational Thinking Processes using Physical Teaching Devices," Journal of Practical Engineering Education, vol. 10, no. 1, pp. 35-39, June 2018.
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Maker Education Working Group, USA, 2018. [Online]. Available: http://makered.org/.
E. H. Jung, "Maker education that all learners become creators," Seoul Education Webzine, vol. 60, no. 232, 2018. [Online] Aavailable: http://webzine-serii.re.kr/2018fall/.
Microbit Education Foundation, England, 2020. [Online] Available: https://www.microbit.org/.

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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