월요일이 좋아 - Smart Window Device

프로젝트 소개

프로젝트 명

Smart Window Device

프로젝트 기간

2021.3~2021.6

팀 소개

서울시립대학교 기계정보공학과 20144300** 노*하 (팀장)
서울시립대학교 기계정보공학과 20144300** 장*선
서울시립대학교 기계정보공학과 20154300** 김*호
서울시립대학교 기계정보공학과 20164300** 이*재

프로젝트 개요

프로젝트 요약

미세먼지 센서, 이산화탄소 센서 등 IoT 센서와 라즈베리파이를 이용하여 기존의 창문에서 탈부착 가능한 장치를 개발한다. 인터넷으로부터 기상 정보를 불러오고 각종 센서를 통해 전달받은 값을 이용하여 PDLC필름에 ON/OFF 값을 주어 채광 조절을 하고, 여러 조건들을 만들어 자동으로 창문이 열림/닫힘 기능이 가능하도록 구현하였다. 시나리오에 따라 창문이 개폐 될 때도 있지만 스마트폰 어플리케이션을 활용하여 수동으로 개폐할 수 있도록 어플리케이션을 추가로 개발한다. 어플리케이션을 통해 센서 값을 실시간으로 확인할 수 있다.

프로젝트의 배경 및 기대효과

Iot 기술의 발달로 많은 가정에서 전등과 TV 등 많은 가구 및 가전의 자동화 혜택을 누리고 있다. 그러나 창문의 경우 아직도 수동으로 열고 닫아야 하고, 기존의 스마트 창문의 경우 대부분 새로운 집에 직접 빌트인되어있다. 따라서 우리는 창호에 장착할 수 있는 스마트 디바이스를 만들어 사용자의 IOT경험을 극대화시키는 것을 목표로 한다. 또한 미세먼지 경보 발령 빈도가 잦아지고, 코로나19의 확산으로 인하여 적절한 시기에 행해지는 환기의 중요성이 커지는 요즘, 미세먼지를 체크하여 자동으로 여닫아 사용자의 건강 증진에도 기여하는 것을 목표로 한다. 이 프로젝트를 통해 IOT 개발에 대해 더 학습하고 실습할 수 있는 기회를 얻을 수 있을 것으로 생각된다. 이 장치를 통해 기존의 창문에서 스마트 창문을 사용할 수 있고, 가정 혹은 카페나 사무실 등에서 실내 정보를 확인해 공간별로 적합한 실내 환경을 조성할 수 있고 이를 통해 사용자의 건강을 증진할 수 있을 것으로 기대한다. 또한 창문 조작의 편의성을 증대하고 필요에 따라 사용자의 프라이버시를 지킬 수 있을 것으로 기대된다.

프로젝트 개발 목표

편의성, 조작성 등등 목표로 잡았던 것에 대한 기준

동작 시나리오

구현 내용

시스템 구성

(사진) 시스템은 위와 같은 구성으로 이루어진다. 메인 서버가 되는 라즈베리 파이에 미세먼지 센서 PMS7003과 이산화탄소 센서 Mh-z19가 장착되고, 공공데이터포털에서 대기 질 데이터를 api로 받아온다. 어플리케이션은 라즈베리 파이와 소켓 통신을 하며 읽어 온 센서값을 사용자에게 보여줄 수 있도록 한다. 제어부의 아두이노가 모터와 pdlc 필름을 제어하고, 라즈베리 파이에서 메인 알고리즘대로 블루투스 통신을 통해 아두이노에 명령을 전달한다.

구동부 설계 및 구현

가.래크 피니언

나.아두이노 구동부 회로는 다음 그림과 같이 구현되었다.

 1) 모터부
    구성 물품: 모터 드라이버 AM-DC1-3D, 모터 RB-35GM+Encoder 21TYPE
    설계 내용: 콘센트 플러그를 사용하지 않고 배터리로 동작한다. 엔코더는

제어부 설계 및 구현

라즈베리 파이 제어 프로그램

미세먼지 센서 연결

라즈베리 파이의 GPIO 핀 중 UART 1을 통해 연결하였다. 시리얼 통신을 이용해 값을 받아와서 메인 제어 프로그램인 server_main.py에서 값을 저장해두도록 한다.

이산화탄소 센서 연결

라즈베리 파이의 GPIO 핀 중 UART 0을 통해 연결하였다. 시리얼 통신을 이용해 값을 받아와서 메인 제어 프로그램인 server_main.py에서 값을 저장하도록 한다.

소켓 서버

어플리케이션에서 접속을 할 수 있도록 소켓 서버를 운영한다. 클라이언트가 접속한 경우 받아온 센서값을 csv 형식으로 보내준다.

블루투스 서버

아두이노를 제어하기 위한 통신 서버이다. 메인 알고리즘 또는 사용자 명령에 따라 클라이언트에게 모터와 PDLC 필름을 제어하는 명령어를 전달한다.

센서 값 처리

받아온 센서의 데이터에 노이즈가 있는 경우를 대비하여 이동평균필터를 센서값에 적용하였다. 최근 10초간의 데이터의 평균값을 저장하는 리스트를 운영하게 된다. 이 리스트는 최대 300개의 원소를 가지고 있어 최근 5분간의 데이터를 확인할 수 있다.

메인 알고리즘

(알고리즘 사진) 우리가 사용한 알고리즘은 다음과 같다.

어플리케이션 설계 및 구현

나. 어플리케이션

프로젝트 결과

최종 결과물

결과물 사진 혹은 시연 영상 등

테스트

미구현 내용

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프로젝트 평가

평가항목

1. 센서 반응속도

평가 방법 : 20회 반복 실험
평가 기준 : < 3s ( 3초 이하 )

2. 창문 조작속도

평가 방법 : 20회 반복 측정(평균)
평가 기준 : < 10s ( 10초 이하 )

3. 조작 신뢰도

평가 방법 : 각각 20의 반복 실험
평가 기준 : 100% 정상 작동

4. 창문 조작 정확도

평가 방법 : 20회 반복 실험
평가 기준 : < 10% ( 창문 위치 조작 시 오차 10%)

5. 디바이스의 안정적 부착여부

평가 방법 : 20회 반복 실험
평가 기준 : 100% ( 시나리오 진행 중 탈착 이상 유무)

6. 통신의 끊김 여부

평가 방법 : 20회 반복 실험
평가 기준 : 95% ( 시나리오 진행 연결 이상 유무)

평가결과

느낀점

노종하 : 프로젝트가 끝나감에 따라 올해 1학기가 파노라마처럼 생각이 났습니다. 처음에 내장형 프로젝트 조원을 구하고, 처음 조원을 만나 주제를 정하였습니다. 저희 조는 주제를 정하는 과정에서 정말 많은 고민을 하였고 여러가지 얘기도 오갔습니다. 그리고 교수님 피드백을 받게 되었고 그리하여 Smart Window Device라는 주제를 선정하게 되었습니다. 어플리케이션, 다양한 센서제어, 공동데이터 API, 기어 설계 등등 정말 다양한 작업을 하기로 하여서 진행과정에서 서로 토론을 많이 하였습니다. 작업에서 해야 하는 내용이 다르기 때문에 프로젝트를 진행함에 있어서 분업을 중요하게 생각하였습니다. 그래서 서로 원하는 분업을 하게 되었고 문제가 발생하였을 떄 서로 모여서 고민하고 조사하여 해결하기도 하였습니다. 짧지만 여러가지를 많이 배운거 같습니다. 실제로 회 사에 들어가게 되어서 프로젝트를 하게 된다고 한다면 무슨 문제가 발생할 지 모르기 때문에 마감일보다 더 여유롭게 계획해야한다고 느꼈습니다. 또한 이런 중요한 프로젝트의 팀장으로써 조원들의 사기를 올려주려고 노력하였으며 팀장이라는 무거운 자리에서 역할에 대해 알게 된거 같아서 좋은 경험이었습니다. 제가 많이 부족했지만 저를 믿고 따라주고 너무 잘해준 조원들에게 너무 고맙고 진행해가는 과정에서 교수님과 조교님들이 좋은 피드백을 주시고 방향을 잡는데 도움을 많이 주셔서 너무 감사했습니다. 만약에 다시 프로젝트의 팀장을 할 수 있는 기회가 있다면 이번보다는 더 안정적이고 완성도 있는 프로젝트를 진행할 수 있을거 같습니다.

장희선 :

김준호 :

이학재 :