11조 - ACE window

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 내·외부 환경변수 센싱과 무선 통신을 통한 창문 제어 시스템

영문 : The adaptive control system for opening and closing window through wireless communications

과제 팀명

문기창호

지도교수

강인혜 교수님

개발기간

2018년 9월 ~ 2018년 12월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 기계정보공학과 20154300** 조**(팀장)

서울시립대학교 기계정보공학과 20154300** 김**

서울시립대학교 기계정보공학과 20154300** 이**

서울시립대학교 기계정보공학과 20134300** 장**

서울시립대학교 기계정보공학과 20138600** 문**

서론

개발 과제의 개요

내·외부 환경변수 센싱과 무선 통신을 통한 창문 제어 시스템

개발 과제 요약

본 프로젝트는 미세먼지를 감지해 창문 개폐를 제어하는 시스템을 개발하는 것을 목표로 한다.

최근 들어 미세먼지로 인한 대기오염 문제는 더욱 심각해졌고, 사회적 이슈로 확대되고 있는 상황이다. 이에 따라 본 제품은 기존 미닫이 형식의 창문에 적용할 수 있는 창문 개폐 제어장치로, 먼저 센서를 통해 내·외부 미세먼지 수치를 측정한 후 측정한 데이터를 기반으로 특정 수치 이상의 미세먼지 감지 시 창문의 개폐여부를 판단하고, 사용자에게 알려 개폐를 결정하게 하거나, 자동으로 창문 개폐를 수행하는 시스템이다.

개발 과제의 목표와 효과

본 프로젝트는 미세먼지나 환경 유해물질 같은 대기오염 인자로 인해 실내가 오염되는 것을 방지해 실내 대기환경을 개선하는 것을 목표로 한다.

관련 기술의 현황

기술 로드맵

특허조사

(1) 스마트 창호 특허 등록번호(일자) : 1018076880000 (2017.12.05.), 특허청

특허의 내용 : 본 발명은 종래의 볼 스크류를 사용한 스마트 창호가 갖는 소음 및 진동, 구동효율감소 및 유지관리의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 건물 벽면 개구부에 설치되는 창틀(10), 상기 창틀을 따라 이동이 가능하게 설치되는 창문(20), 상기 창문을 이동시키도록 구비된 양방향 구동부(30), 상기 창틀의 실내 측에 설치되어 실내의 습도를 감지하는 센서(40), 및 상기 센서에서 측정된 습도 값에 따라 상기 창문을 개폐시키도록 상기 양방향 구동부를 제어하는 제어부(50)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

- ◇ 특허에 대한 평가 : 중앙에 창문과 붙어있는 부품(32)를 모터에 연결한 와이어 또는 벨트를 감으면서 끌어당기므로 창문을 개폐하는 방식이다.

창문 양 끝에 모터를 고정시키는데 간단한 설치가 어렵고, 창문 겉 부분에 부착되는 부품이 많아 가정용으로 사용하기에 심미성이 떨어지는 문제가 있다.

또한 부품(32)의 자유도를 제한해서 병진운동을 하도록 하기위해 레일역할을 하는 별도의 부품이 필요하다.

(2) 먼지센서를 적용한 스마트 윈도우 장치 및 제어방법 특허 등록번호 (일자) : 1020160072870 (2016.06.24.), 특허청

특허의 내용 :

본 발명은 기존 스마트 윈도우에 미세 먼지센서를 부착하여 측정되는 미세 먼지농도를 기반으로 바이오 필터를 작동시켜 미세먼지의 실내유입을 차단하기 위한 스마트 윈도우 장치 및 그 제어방법을 제공하기 위한 것으로서, 먼지센서를 적용한 스마트 윈도우 장치의 특징은 건물 내부를 외부와 차단시키기 위해 창이나 출입구 등의 개구부(開口部)에 설치되는 윈도우와, 상기 윈도우 상측에 고정되어 일 측에는 구동부와 연동되어 회전 구동되는 구동폴리가 설치되며, 타측에는 타이밍벨트에 의해 상기 구동폴리와 구동 연결되는 종동폴리가 회전가능하게 설치되고, 상기 타이밍벨트의 소정 부위에 윈도우가 고정되어 타이밍벨트의 움직임을 통해 상기 윈도우를 슬라이딩시키는 레일부와, 구동모터의 회전력을 이용하여 상기 레일부를 구동시키는 구동부와, 실외 미세먼지 농도정보를 측정 및 수신하여 실외 미세먼지 농도를 검출하는 미세먼지 검출부와, 상기 미세먼지 검출부를 통해 감지된 실외 미세먼지 농도가 미리 설정된 농도보다 초과하는 경우 개방되는 윈도우의 위치에서 실외 미세먼지의 실내유입을 차단하는 바이오 필터를 포함하여 구성되는데 있다.

◇ 특허에 대한 평가 :

미세 먼지의 농도를 기반으로 창문을 개폐하는 제어 방식을 취한다는 점에 있어서는 우리 프로젝트 제품의 목적과 일치한다. 

하지만 이 특허 또한 창문 겉 부분에 제품을 장착해야 한다는 점에서 창문 외관의 디자인을 해치게 되고, 위 특허 같은 경우는 창문 상부에 설치해야하기 때문에 커튼이 있는 창문의 경우 설치가 불가능할 수 있다는 문제점이 있다.

(3) 애플리케이션을 이용한 스마트 창호 제어 시스템 특허등록 번호 (일자) : 1020170022288 (2017.03.02.), 특허청

    본 발명은 창짝의 자동개폐, 자연환기, 창유리의 채광조절, 강제개폐 알림 등 다양한 기능이 구비되어 주거 환경을 개선할 수 있으며, 상기 다양한 기능을 해당 애플리케이션이 설치된 스마트폰 등의 단말기를 이용하여 장소에 구애받지 않고 실시간으로 제어할 수 있는 애플리케이션을 이용한 스마트 창호 제어시스템에 관한 것이다.

    이를 실현하기 위한 본 발명은, 한 쌍의 창짝(20) 중 어느 하나의 창짝(21)에 설치되는 구동모듈의 동력을 이용하여 상기 창짝(21)을 슬라이딩 개폐시켜주는 자동개폐부(100); 상기 창짝(20)에 설치되어 실내 공기를 환기시켜주는 환기장치와, 실내 공기 중에 포함된 이산화탄소 농도를 측정해주는 이산화탄소 센서(210)를 포함하는 자연환기부(200); 상기 창짝(20)의 유리에 설치되며, 상기 유리의 광투과율 제어 시 투명 또는 불투명 상태로 전환되는 매직글라스(Magic glass)를 포함하는 빛조절부(300); 상기 창호에 설치되어 창짝(21)의 개폐 여부를 실시간으로 감지해주는 감지센서(410)를 포함하는 개폐알림부(400); 및 상기 제 구성요소(100, 200, 300, 400)를 해당 애플리케이션이 설치된 사용자의 무선 통신 단말기(510)를 이용하여 선택적으로 제어해줌과 아울러, 상기 무선 통신 단말기(510) 상에 상기 제 구성요소의 상태를 실시간으로 표시해주는 제어부(500);를 포함한다.

◇ 특허에 대한 평가 : 모든 면에서 뛰어난 성능을 보이지만 기존 창문에 설치하는 방식이아니라 창문자체가 제조할 때부터 본 기능을 수행하도록 만들어진 시스템으로 기존창문에 적용하는 시스템은 아니다.

(4) 창문 자동 개폐장치 특허등록 번호 (일자) : 1011246810000 (2012.02.29.), 특허청

본 발명은 실내의 온도나 산소농도를 감지하여 기설정된 온도 또는 산소농도의 범위에서 벗어날 경우 자동으로 창문이 개방되게 할 뿐만 아니라 창문의 개폐가 수동으로도 이루어질 수 있도록 한 창문 자동 개폐장치에 관한 것이다. 본 발명은 창틀에 미닫이 방식으로 개폐되게 설치되는 창문에 있어서, 창틀에 고정 설치되는 한편 전원을 인가받아 정역 구동되는 정역 구동모터; 정역 구동모터의 회전력을 전달받아 회전구동되는 축의 형태로 외주에는 일정 피치 간격의 수나사가 형성된 리드 스크루; 리드 스크루와 나사체결되게 내주에 암나사가 형성되는 한편 리드 스크루의 회전시 위치가 이동되게 설치되는 가동 블록; 가동 블록에 일단이 접속되는 한편 다른 일단은 창문에 접속되어 가동 블록의 이동시 창문이 이동되게 설치되는 작동 로드; 실내의 온도를 측정하는 온도 센서; 및 희망 온도의 설정이 가능하며 온도 센서에서 측정된 측정값과 기설정된 설정값을 비교한 후 정역 구동모터의 동작을 제어하는 제어부를 포함하여 구성이 이루어진다.

◇ 특허에 대한 평가:

본 특허는 모터(110)의 회전을 이용해 리드스크루(120)를 회전시키므로 부품(130)이 병진운동을 하면서 창문을 개폐한다. 볼트와 너트를 결합시킬 때 너트가 회전하면서 병진운동 하는 원리를 이용해 창문을 개폐하는 방식이다.

일단 창문 겉에 부착되므로 외관상 보기에 번잡스러운 문제가 있고, 리드스크루(120)의 길이만큼만 창을 열 수 있고, 길이의 조절이 불가능하기 때문에 다양한 창문의 길이에 대해서 개폐 길이에 제한이 있다.

특허전략

본 발명은 실내외의 온도, 미세먼지농도, 조도를 감지하여 실내 값과 실외 값을 비교하여 사용자에게 창문의 개폐를 선택하도록 할 뿐만 아니라, 자동으로도 값을 비교하여 창문을 개폐가 이루어질 수 있도록 한 창문 개폐장치에 관한 것이다.

본 발명은 미닫이 방식으로 개폐되는 창문에 있어서, 창틀에 탈부착 식으로 설치되어 어느 창문에도 부착할 수 있는 한편 전원을 인가받아 구동되는 DC모터, 창문 유리에 흡착식으로 부착되어 DC모터의 회전력을 전달받아 창문을 병진운동 시키는 체인, 실내환경을 측정하는 온도센서, 미세먼지센서 측정된 측정값과 블루투스로 연결되어 인터넷으로부터 전달받는 외부 값을 비교한 후 사용자에게 알려 모터를 제어하는 제어부, 그리고 조도센서 측정값을 이용하여 블라인드 개폐를 조절하는 제어부를 포함하여 구성이 이루어진다.

흡착식 랙/피니언으로 창문 개폐를 조절하고, 머신 러닝을 이용한 추천 알고리즘을 활용한느 방안을 특허 전략으로 추진할 계획임.

경쟁제품 조사 비교

제품명 : LG하우시스의 스마트 윈도우

제품 특징 : ◇ 창문 자체가 기존 창문과 다른 전자식 창문으로 IoT 기술에 발맞춰 개발된 제품이다.

◇ 온습도, 미세먼지 센서와 환기장치를 이용해서 자동으로 환기를 결정하고, 수집된 데이터로 자동으로 창문을 개폐하여 쾌적한 주거환경을 만들어준다.

◇ 기존창문에 적용을 목표로 하는 <문기창호>와는 다른 성격을 가진제품이다. 장점 : ◇ 창문자체에 기능이 모두 내장되어 미관상 보기 좋다. ◇ 미세먼지 등 환경변수를 측정하여 자동으로 창문을 개폐한다. ◇ 커튼 없이 매직글라스를 이용해서 창문의 투명도를 조절해 햇빛을 차단한다.

단점 : ◇ 기존 창문에 적용할 수 없다. ◇ 가격이 매우 비싸다. ◇ 창문을 주문 제작해야 한다.

마케팅 전략

사물인터넷 기술에 대한 소비자들의 관심이 증대함에 따라 국내 스마트홈 시장 규모가 계속해서 증대하고 있다. 따라서 스마트 윈도우라는 제품 또한 IOT 기술을 접목시켰기 때문에 스마트홈 기술에 대해 관심을 가지고 있는 소비자들을 마케팅 타켓으로 선정하였다.

스마트홈 시장 규모가 증가하면서 LG전자, 삼성전자 또한 관련 기술 개발에 많은 투자를 하고 있다. LG전자는 최근 미국에서 열린 세계 최대 규모의 독일 가전 박람회(IFA 2018)에서 스마트홈 기술을 런칭하였고, 삼성전자는 이탈리아 밀라노에서 열린 ‘밀라노 국제가구 박람회2018’에서 스마트홈 기술을 공개하였다. 이처럼 많은 대기업들은 가구에 관심이 많은 소비자들을 타켓으로 선정하여 스마트홈 기술을 홍보하기 위한 마케팅 전략을 취하고 있고, 이에 모티브를 얻었다. 

즉, 국내/외에서 개최되는 가전 박람회를 통하여 B2C 또는 더 나아가 B2B까지 영업을 확대하고자 한다. 박람회에 제품을 론칭하여 제품 기술에 대해 홍보를 하는 방안을 전략으로 선정했다.

개발과제의 기대효과

기술적 기대효과

◇ iot 기술을 활용한 스마트홈 플랫폼 구축
◇ 조도 및 미세먼지 측정에 따른 추천 알고리즘 구축
◇ 창문과 블라인드 개폐를 위한 기구학적 설계

경제적 및 사회적 파급효과

◇ 전문가가 아닌 누구나 쉽게 설치가 가능한 편리성 증대
◇ 환경 문제와 관련된 소비자들의 니즈 충족
◇ 기존 타사 제품 대비 가격 경쟁력 확보

설계

개념설계안

1) 개념안 1

◇ 개념안1 설명

본 방식은 모터 구동 부분의 축에 피니언을 달아 회전 운동을 선형 랙에서 직선 운동으로 바꿈으로써 창문을 개폐하는 원리이다. 위의 그림에서와 같이 파란색의 흡착 기구를 부착하여 선형 랙에서 피니언을 움직일 수 있도록 경로를 마련하기 위한 fixed point를 제공할 수 있다. 흡착제를 창문에 직접 달기 때문에 모터의 구동력이 약해도 고정력이 강해 창문을 개폐하는데 어려움을 겪지 않는다는 장점을 가지고 있다. 하지만 창문에 부착하기 때문에 외형적으로 난잡하다는 단점이 있다. 

본 개발 제품은 제품의 요구사항에서 제품의 디자인이 선정될 정도로 매우 중요한 요소이다. 과거 경쟁력 발표에서 교수님으로부터 외관상으로 난잡하며 소비자의 구매 욕구를 떨어뜨린다는 피드백을 받았다. 따라서 이러한 피드백을 반영하여 흡착제를 이용한 다른 방식을 고안해봤지만, 새로운 방안을 마련하지 못했다.

두 번째 문제점으로 랙과 피니언 사이의 간극이 생긴다는 점이다. 모터를 측면에 위치시키기 때문에 모터의 토크를 그대로 전달하지 못한다는 한계가 있다. 모터의 회전을 하게 됨으로써 랙과 피니언 사이의 간극이 계속 발생하기 때문에 이러한 문제를 해결해야 작은 토크로도 무거운 창문을 개폐할 수 있다. 하지만 이러한 간극이 발생하는 문제점을 해결하지 못하여 개념안 1의 설계 방식을 폐기하기로 결정하였다.

2) 개념안 2

◇ 개념안2 설명

개념안 1의 창문의 외측에 제품을 부착한다는 단점을 보완하기 위한 방식으로 위의 그림과 같은 개념안 2가 도출되었다. 본 제품은 선형 랙을 창문의 틈 사이에 설치하고, 모터의 회전력을 이용하여 피니언의 회전운동을 직선운동으로 바꾸면서 창문을 개폐하는 방식이다. 하지만 개발 제품이 14 mm의 작은 창문 틈 사이에 위치하여야 하기 때문에 기존과 대비하여 제품의 크기가 굉장히 작아졌다. 이러한 작은 제품을 3D 프린터를 통해 구현할 수 있었지만, 부품의 강도가 굉장히 낮다는 단점이 있다. 제품이 작은 틈 사이에 위치해서 심플한 디자인을 갖고, 기존의 간극 문제를 해결할 수 있었지만 제품 자체의 강도가 굉장히 낮다는 한계로 인해 개념안 2를 도입하지 못하였다. 이러한 문제를 해결하기 위해 작은 창문 틈 사이에 제품을 넣을 수 있는 새로운 방안을 고안하지 못하고 개발을 실패하였다.

3) 개념안 3

◇ 개념안3 설명

기존의 개념안1과 개념안2는 피니언 1개를 통하여 토크를 전달하는 방식이었지만, 개념안 3에서는 기어비를 활용하여 토크의 힘을 크게 하고자 하였다. 하지만 피니언의 회전 축이 모터의 구동 축의 오른쪽에 위치하다 보니깐 편향되어 균형이 맞지 않는다는 문제가 있다. 모터의 축만을 이용한다면 문제가 없겠지만 본 제품은 모터 위에 아두이노, 센서 등의 제품을 모듈화 시켜놓은 박스를 설치할 것이기 때문에 무게가 가해지면 이러한 불균형 문제는 더욱 심해질 것이다. 이러한 문제로 인하여 개념안 3의 방식을 포기하였다.

4) 개념안 4

◇ 개념안4 설명

개념안 3에서 피니언의 축이 편향되어 불균형이 생기는 문제를 해결하고자 위의 그림과 같은 개념안 4를 도입하게 되었다. 각각의 2개의 바퀴를 이용하여 회전운동을 하고, 창문 틀 안에 피니언을 설치하여 직선운동으로 변환하고자 하였다. 각각의 바퀴에 모터의 축에 결합된 피니언을 결합하기에 기존의 개념안 3과 비교했을 때 매우 균형적이다. 또한 직접적으로 모터의 구동력을 전달할 수 있기 때문에 충분한 토크를 지닐 수 있다는 장점이 있다. 이러한 방식을 취함으로써 기존의 문제가 되었던 창문에 부착하는 방식을 개선함으로써 보다 심플하게 제품을 디자인할 수 있게 되었다. 또한 14mm의 작은 창문 틀 안에 도입함으로써 제품이 작아져 강도가 낮아지는 문제를 보완할 수 있었다. 마지막으로 바퀴 2개를 이용하여 구동시키는 방식을 채택함으로써 개념안 3의 구동력이 편향 된다는 문제를 보완함으로써 최종적으로 개념안 4을 채택하게 되었다.

개념안 4의 문제점 :

1) 불균형 문제 개념안 3에서 피니언 축이 편향되어 불균형이 생기는 문제를 해결하고자 바퀴 2개를 통해 무게를 지탱함으로써 기존의 불균형 문제를 해결하고자 하였다. 하지만 직접 모터를 구동시켜본 결과 주황색 베어링 부분이 창틀을 따라 움직이는 과정에서 균형을 제대로 잡지 못하는 현상이 발생하였다. 이러한 현상으로 인해 의도된 이동 경로를 이탈하는 현상이 발생하였다. 또한 랙과 피니언 사이에서 간극이 발생하게 되면서 제품이 균형을 제대로 유지하지 못하고 흔들리며 창문을 개폐하는데에 어려움을 겪었다.

2) 바퀴 제어의 어려움 위의 개념안 4의 설계안을 살펴보면 각각의 톱니에 모터가 연결되어 있어 하나의 모터가 하나의 톱니를 제어하도록 되어 있다. 이 개념안4를 적용한 제품이 구동되기 위해서는 모터에 의해 톱니가 동시에 움직여야 하는데 모터 제어를 하는 데에 큰 어려움이 있었다. 따라서 모터 1개만으로 창문을 개폐할 수 있도록 설계를 변경하기로 결정하게 되었다.

최종 설계 요구 사항

1. 제품의 안전성 확보

창틀을 바퀴 2개로만 움직이므로 구동 과정에서 제품의 균형을 유지하기 어려운 문제가 발생한다. 이를 해결하기 위해 4개의 바퀴를 사용하여 제품 불균형의 문제를 해결한다.

2. 제품의 적용성 증대

랙과 피니언 방식을 사용하게 되면 창틀에 랙을 부착시켜야 한다. 이 과정에서 랙의 길이 변환이 자유롭지 못하기 때문에 다양한 창문 길이에 적용이 어려워지는 문제가 발생한다. 이를 해결하기 위해 와이어를 감는 방식으로 구동부가 동작하도록 설계를 변경한다.

3. 바퀴 제어 단순화

모터 2개를 이용하여 바퀴를 구동시키기 때문에 각 모터를 제어한다는 점에서 문제가 생긴다. 따라서 모터를 1개만 사용하는 방안을 모색한다.

위 사항들을 적용하여 최종 설계안을 설계한다.

최종 설계안

최종설계안 설명 :

창틀 두 쪽을 사용하여 구동부를 창틀을 따라 움직이도록 한다. 이 때 창틀에 맞는 바퀴를 만들어 베어링에 씌우므로 더욱 안정적으로 구동부가 움직일 수 있도록 한다. 또한 더 이상 랙과 피니언 방식으로 구동부를 움직이는 방식이 아닌, 와이어를 감는 방식으로 구동부를 움직일 수 있도록 설계를 변경하였다. 

우선 와이어를 창문의 길이만큼 와이어를 창문틀 사이 양 끝에 고정한 후 그 와이어와 구동부를 연결한다. 그리고 모터의 회전으로 한쪽 톱니는 와이어를 감고, 한쪽 톱니는 와이어를 풀어서 구동부를 원하는 방향으로 움직인다.

모터와 연결된 1번 축이 회전하면, 1번 축 끝에 연결된 웜 스크류 기어가 회전하고, 웜 스크류 기어와 연결된 톱니들이 서로 반대 방향으로 회전하게 되어 한쪽 톱니에 연결된 축에는 와이어가 감기고, 반대 톱니에 감겨있는 와이어가 풀리게 되면서 한쪽 방향으로 구동부가 움직일 수 있게 된다. 

창틀을 두 쪽을 이용하고, 창틀에 맞는 바퀴를 설계하여 제품이 창틀을 따라 움직이는데 균형을 더욱 잘 잡고 안정적으로 구동할 수 있도록 하였다.

또한 와이어를 이용하는 방식으로 설계를 수정하므로 제품이 설치될 다양한 창문 길이에 알맞게 길이조절이 용이하게 되었다.

소프트웨어 설계

소프트웨어 개념설계

소프트웨어는 크게 3가지로 어플리케이션, Arduino , Open API를 위한 소프트웨어를 설계하였습니다. 

내부미세먼지와 창문 개폐를 위한 모터 제어를 위하여 APP에서 요청을 하게 되면 아두이노에서 측정값을 전달하게 되고, OPEN API를 통해서 외부 미세먼지를 받게 됩니다. 이러한 과정을 통해 어플리케이션에서 내부 미세먼지 값과 외부 미세먼지 값을 비교하는 과정을 통해 창문을 개폐할 수 있도록 하는 기능을 구현하였습니다. 상호간의 동작 과정은 아래에서 구체적으로 설명하고 있습니다.

1) APP와 Arduino간의 동작 과정

어플리케이션에서 미세먼지 측정을 위한 센서와 블루투스 모듈이 설치되어 있는 아두이노에 블루투스 연결을 통해 내부 미세먼지 측정을 요청하고, 창문 개폐 여부를 전송하게 됩니다. 이후 아두이노에서 내부 미세먼지 값을 측정하여 APP에 전달하고, APP로부터 받은 명령을 통해 모터 제어를 수행하고 창문 개폐 여부를 다시 APP에 전송하게 됩니다. 

2) APP와 OPEN API간의 동작 과정

외부 미세먼지 값을 측정하기 위해 미세먼지 센서를 실외에 설치하는 방법이 있지만, 이러한 방법을 선택하게 되면 설치 문제와 날씨에 의한 오작동 문제로 인하여 외측에서 실시간으로 미세먼지 값을 받지 못하는 한계가 있습니다. 따라서 TM 기반으로 가까운 위치해 있는 측정소를 기준으로 1시간 마다 측정된 외부 미세먼지 측정값을 받도록 설정하였습니다. APP에서 사용자가 외부 미세먼지 데이터값을 요청함으로써 OPEN API에서 외부 미세먼지 데이터를 전송하는 방식입니다.  

소프트웨어 알고리즘

앱 인벤터 코드 설명

1) 앱 인벤터 - 블루투스 연결 부분

위의 알고리즘은 APP와 아두이노의 블루투스 통신을 하기 위한 알고리즘이다. 위에서 BluetoothClient1은 APP에서의 변수를 말하고, APP와 아두이노의 블루투스 통신이 성공 되었을 경우 첫 번째 조건문에 의해서 Connected라는 문구를 APP에 띄워 통신 연결이 되었음을 알린다. 연결에 실패하게 되는 경우 두 번째 조건문에 의해 Disconnected라는 문구가 APP에 표시된다.

2) 앱 인벤터 - 미세먼지 데이터

위의 알고리즘은 APP를 통해 외부 미세먼지 데이터를 받는 기능을 구현한다. 외부 미세먼지 데이터 값을 받기 위해 피드와 날씨 피드 변수를 선언한다. 이후 피드 변수에 인증 링크에서 받아온 모든 데이터를 저장한다. 

어플리케이션에서 Outside check 버튼을 누르게 되면 Web site와 연결하여 외부 미세먼지 값을 가져오게 된다. 웹에서 읽힌 텍스트는 response Content라는 변수에 저장이 된다. 이후 split 함수를 통해 텍스트에서 원하는 부분을 분할하여 외부 미세먼지 측정 값만을 날씨 피드 변수에 저장을 한다. 이러한 방식을 통해 외부 미세먼지 데이터 측정값을 APP로 가져올 수 있게 된다.

3) 앱 인벤터 - 창문 개폐 기능 구현

위의 알고리즘은 창문 개폐 기능을 APP에서 아두이노에게 요청하기 위한 알고리즘이다. 위의 알고리즘에서 볼 수 있듯이 3개의 조건문을 통해 창문을 열고, 닫고, 강제로 정지시키는 명령을 수행하게 된다. 구체적으로 첫 번째 조건문에서는 APP에 표시되어 있는 Open 버튼을 누르게 되면 BluetoothClient1변수로부터 아두이노에게 text "g"를 보내게 되면서 모터를 제어할 수 있게 된다. 두 번째 조건문에서는 text "b"를 보내면서 모터 제어를 통해 창문을 닫게 되고, 마지막 조건문을 통해서는 text "s" 값을 보내면서 창문 개폐를 멈추도록 한다.

4) 앱 인벤터 - 내부 외부 미세먼지 비교

위의 앱 인벤터 알고리즘은 내부 및 외부에서 측정한 미세 먼지 측정값을 비교하는 알고리즘이다. 내, 외부 미세먼지 값을 비교하기 위해 먼저 내부 미세먼지, 외부 미세먼지, 비교 값을 저장하기 위한 변수를 선언 하였다. 1초 마다 아두이노에서 내부 미세먼지 값을 요청하고, 측정값을 받아 내부 미세먼지 변수 값에 저장하여 내부 미세먼지 측정값을 보여주도록 하였다. 

두 번째 조건문은 내부 미세먼지와 외부 미세먼지 측정값을 비교하기 위한 조건문이다. 외부 미세먼지와 내부 미세먼지 측정값의 차이를 통해 비교 값 변수에 저장을 하게 되고, 어플리케이션에 비교 값을 띄워 사용자가 인지할 수 있도록 기능을 구현하였다.

아두이노 코드 설명

사용자의 요구에 따라 APP에서 내부 미세먼지 측정값과 창문 개페 여부를 전송하게 되면,블루투스 통신을 통해 아두이노에서 측정된 내부 미세먼지 데이터 값과 모터 제어를 수행하게 된다. 따라서 블루투스 통신 기능을 수행하기 위한 코드와 내부 미세먼지 측정값을 보내고, 모터 제어를 위한 기능을 구현하였다.

블루투스 통신을 위해 2번 핀을 송신 핀으로 4번 핀을 수신 핀으로 설정하였다. 또한 모터 제어를 위해서는 12번 핀을 방향 제어, 3번 핀을 속도 제어, 9번 핀을 정지하기 위한 핀으로 설정하였다.

사용자의 요구에 따라 APP에서 명령을 받아 rec_data 변수에 저장한다. 이후 위의 조건문에 따라 모터를 제어한다. 4번째 조건문을 통해서는 미세먼지 센서가 작동하면서 pulse 값을 받게 되고, pulse2ugm3 함수를 통해 pulse값을 미세먼지 수치 값으로 변환하여 ugm3 변수에 저장한다. 이후 내부 미세먼지 측정값을 블루투스로 APP에 보내게 됨으로써 내부 미세먼지와 외부 미세먼지 값을 비교할 수 있도록 하였다.

부록

참고문헌 및 참고사이트

◇ KIPRIS 특허정보넷 특허무료검색서비스