[논문]Design and Implementation of Economical Smart Wall Switch with IEEE 802.11b/g/n

Myeong-Chul Park; Hyoun-Chul Choi; Cha-Hun Park

doi:10.9708/jksci.2023.28.08.103

Design and Implementation of Economical Smart Wall Switch with IEEE 802.11b/g/n 원문보기

韓國컴퓨터情報學會論文誌 = Journal of the Korea Society of Computer and Information, v.28 no.8, 2023년, pp.103 - 109

Myeong-Chul Park (Dept. of Avionics Engineering, Kyungwoon University) , Hyoun-Chul Choi (DAON Co., LTD) , Cha-Hun Park (Dept. of Avionics Engineering, Kyungwoon University)

초록
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본 논문에서는 IEEE 802.11b/g/n 규격의 2.4GHz 대역 통신 기반의 스마트 벽스위치를 제안한다. 4차 산업 시대로 진화하면서 스마트 홈 솔루션 개발이 활발히 진행 중이며 스마트 벽스위치에 대한 적용사례가 증가하고 있다. 가격 경쟁력을 통해 시장을 선점하고 있는 중국 제품은 대부분 블루투스와 지그비 통신 방식의 스위치를 사용하고 있다. 하지만, 지그비 통신은 저전력인데 반해 블루투스보다 통신속도가 늦고 별도의 허브를 통한 네트워크 구성이 추가적으로 요구되는 단점이 있다. 블루투스 방식은 와이파이 통신에 비해 통신 범위와 속도가 낮고 통신 대기시간이 비교적 길며 보안성이 취약한 것이 문제점이다. 본 연구에서는 와이파이 통신 기술을 적용한 IEEE 802.11b/g/n 스마트 벽스위치를 개발하였다. 또한, 2선식 구조를 통하여 건물 내 별도의 중선선 시공을 통한 추가 비용이 발생하지 않게 설계하였다. 연구의 결과물은 기존 벽스위치에 비해 30%이상 저렴하여 기술 경쟁력뿐만 아니라 가격 경쟁력에서도 시장을 선점할 수 있을 것으로 판단한다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, we propose a smart wall switch based on IEEE 802.11b/g/n standard 2.4GHz band communication. As the 4th industrial era evolves, smart home solution development is actively underway, and application cases for smart wall switches are increasing. Most of the Chinese products that preoccupy the market through price competitiveness use Bluetooth and Zigbee communication switches. However, while ZigBee communication is low power, communication speed is slower than Bluetooth and network configuration through a separate hub is additionally required. The Bluetooth method has problems in that the communication range and speed are lower than Wi-Fi communication, the communication standby time is relatively long, and security is weak. In this study, an IEEE 802.11b/g/n smart wall switch applied with Wi-Fi communication technology was developed. In addition, through the two-wire structure, it is designed so that no additional cost is incurred through the construction of a separate neutral line in the building. The result of the study is more than 30% cheaper than the existing wall switch, so it is judged that it will be able to preoccupy the market not only in terms of technological competitiveness but also price competitiveness.

주제어

표/그림 (16)

그림 Fig. 1. Households with "Smart" Systems: Global Total[1]
그림 Fig. 2. Infrastructure of Smart Home System
그림 Fig. 3. Platform architecture of E-Switch[7]
그림 Fig. 4. Circuit Diagram of Power Board(Left) and Relay Board(Right)
그림 Fig. 5. Artwork of Power Board(Left) and Relay Board(Right)
그림 Fig. 6. Power Board(Top) and Relay Board(Bottom) Sample
그림 Fig. 7. Assembly of Power Board and Relay Board
그림 Fig. 8. Power Board and Controller Board
그림 Fig. 9. Circuit Diagram of Controller Board
그림 Fig. 10. Artwork of Controller Board
그림 Fig. 11. PCB of Controller Board
그림 Fig. 12. Firmware of Touch IC
그림 Fig. 13. Part of WiFi security related code
그림 Fig. 14. Smart Wall Switch with IEEE 802.11b/g/n
표 Table 1. Structure of Socket(sensor installation)
표 Table 2. Structure of Socket(states of sensor)

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문은 IEEE 802.11b/g/n 규격의 2.4GHz 대역 통신 기반의 스마트 벽스위치를 제안하였다. 안정적인 전류 공급이 가능한 설계와 전자식 릴레이 방식의 Power Board와 터치 스위치 제어와 WiFi 통신을 위한 Controller Board를 개발하였다.
블루투스 통신의 경우 와이파이 통신에 비해 통신 범위와 속도가 낮고 통신 대기시간이 비교적 길며 결정적으로 보안성이 떨어지기 때문에 스마트 홈 구축에 사용될 제품으로는 와이파이 통신 방식의 제품이 적합하다. 이에 본 연구에서는 기존 제품에 비해 경제적인 2선식 와이파이 방식의 벽스위치를 개발하고자 한다. 논문의 구성은 2장에서 스마트 스위치와 관련된 국내외 시장 동향과 기존 연구를 살펴보고 3장에서 구현을 위한 파워보드 및 제어보드 모듈의 설계에 관해 기술하고 실제 구현된 스마트 벽스위치에 대해 상세히 설명한다.

제안 방법

Power Board 내 전자식 스위치 제어는 래치타입 릴레이를 통해 방향(+,-) 제어를 위한 MCU GPIO 세팅과 별도 스레드를 사용하여 타이머 기능 구현하였으며 터치 IC와 I2C 인터페이스로 제어 및 입력포트 확인 펌웨어를 구현하였다. Controller Board 내에 Wi-Fi 통신 프로토콜을 적용한 상태별 제어를 위한 펌웨어 개발하였다. 또한, 터치 IC를 적용하여 2채널 입출력 기반 터치부를 추가하였다.
9와 같다. ESP8266 IC를 이용하여 WiFi 기능과 MCU 통합 모듈 형태로 원칩화된 IC를 이용하여 제어부를 개발하였다. 또한 WiFi 2.
Power Board 내 전자식 스위치 제어는 래치타입 릴레이를 통해 방향(+,-) 제어를 위한 MCU GPIO 세팅과 별도 스레드를 사용하여 타이머 기능 구현하였으며 터치 IC와 I2C 인터페이스로 제어 및 입력포트 확인 펌웨어를 구현하였다. Controller Board 내에 Wi-Fi 통신 프로토콜을 적용한 상태별 제어를 위한 펌웨어 개발하였다.
스위치의 Power Board는 구조상 작은 보드 내에 많은 부품이 사용됨으로 효율적인 회로 설계가 필수적이다. 또한 안정적인 전류 공급이 가능한 설계와 전자식 릴레이 방식의 Power Board 개발을 위하여 적층 구조의 PCB 설계를 진행하였다.
4GHz 대역 통신 기반의 스마트 벽스위치를 제안하였다. 안정적인 전류 공급이 가능한 설계와 전자식 릴레이 방식의 Power Board와 터치 스위치 제어와 WiFi 통신을 위한 Controller Board를 개발하였다. 구현된 결과물은 블루투스나 지그비 통신 기반의 중국산 제품과 국내 제품에 비해 30%이상 저렴한 가격 경쟁력을 가지며, 스마트 홈 솔루션 개발 업체와 제품 활용 협약을 체결하여 경제성을 입증하였다.
스마트 홈 솔루션의 기본적인 기능은 원격 제어를 통한 사용자 요구사항을 수용하는 것이다. 이에 본 연구에서는 와이파이 통신을 이용한 원격 제어가 가능한 스마트 벽스위치를 구현하였다. 스마트 벽스위치의 장점은 스마트폰을 리모컨으로 사용하여 전등 스위치를 제어하거나 타이머 기능을 통해 자동으로 전원을 제어할 수 있고 외출 중에도 집안의 전원을 제어할 수 있다는 것이다.

성능/효과

안정적인 전류 공급이 가능한 설계와 전자식 릴레이 방식의 Power Board와 터치 스위치 제어와 WiFi 통신을 위한 Controller Board를 개발하였다. 구현된 결과물은 블루투스나 지그비 통신 기반의 중국산 제품과 국내 제품에 비해 30%이상 저렴한 가격 경쟁력을 가지며, 스마트 홈 솔루션 개발 업체와 제품 활용 협약을 체결하여 경제성을 입증하였다. 향후 스마트 홈 솔루션 및 응용 분야에 활용될 수 있을 것으로 기대되며, 전용 App 개발을 통한 사용성 증대를 위한 연구 활동을 지속할 계획이다.

후속연구

구현된 결과물은 블루투스나 지그비 통신 기반의 중국산 제품과 국내 제품에 비해 30%이상 저렴한 가격 경쟁력을 가지며, 스마트 홈 솔루션 개발 업체와 제품 활용 협약을 체결하여 경제성을 입증하였다. 향후 스마트 홈 솔루션 및 응용 분야에 활용될 수 있을 것으로 기대되며, 전용 App 개발을 통한 사용성 증대를 위한 연구 활동을 지속할 계획이다.

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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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