4.1 사물인터넷 센서 디바이스 구현
4.1.1 하드웨어 구현
하드웨어는 오픈소스 하드웨어 플랫폼인 아두이노를 사용하여 구현하였다.
별도의 운영체제 없이 구동할 수 있는 아두이노는 생산성과 소형화가 용이하므 로 사물인터넷의 사물로 적용하기 적합하다.
본 논문에서는 사물인터넷 환경에서의 실시간 사물 연결과 공유 및 활용을 테스트하기 위해 하드웨어를 스마트 홈에서 일반적이라 할 수 있는 대표적인 센서 모듈들로 구성하여 테스트베드를 만들어서 실험하였다.
첫 번째 센서 디바이스는 그림 4.1처럼 구성하였고, 구현된 하드웨어의 사양 은 표 4.1과 같다. 센서 디바이스의 MCU는 아두이노 우노 보드에 와이파이 쉴 드를 적층해 인터넷에 무선으로 연결한다. 센서 모듈은 DHT22 온습도 센서를 사용하여 실시간으로 데이터를 수집하고 온도와 습도를 활용하여 불쾌지수를 계산하여 온도, 습도, 불쾌지수를 브로커로 전송한다. 조도 및 모션 센서 모듈 은 실내의 밝기와 사람의 움직임을 감지하여 실내 조도의 데이터를 해당 토픽 으로 브로커로 전송하고 사람이 없는 상태에서 불이 켜져 있는 것을 확인하고 릴레이 모듈을 통해 실내 조명을 오프시킨다.
그림 4.1 센서 디바이스 1 Fig 4.1 Sensor device 1
구분 기능 이미지
온․습도 (DHT22)
온도와 습도 정보를 동시에 얻을 수 있는 다기능 센 서 모듈로 주변의 조건이 -40 ~ 80°C 사이의 온도 와 0 ~ 100% 사이의 습도 일 때 정확한 값이 측정한 다. 측정 온도 오차는 0.5°C 측정 습도 오차는 2%
이다. 여기에서는 실내의 온도와 습도를 측정한다.
조도
빛 자체 또는 빛에 포함되는 정보를 전기신호로 변 환하여 감지하는 센서 모듈로 특징은 비접촉, 비파 괴, 고속도, 주변에 잡음의 영향을 주지 않고 할 수 측정한다.
적외선
인체는 36.5도의 열을 가지고 있으므로 적외선이 약 10μm의 파장이 나온다. 이것을 감지하여 인체의 움 직임이 감지하는 모듈이다.
Relay
릴레이 모듈은 평범한 디지털 On/Off 스위치로, 높은 전압과 낮은 전압의 5V 컨트롤러의 회로를 제어할 수 있다.
표 4.1 센서 디바이스 1의 센서/액추에이터 모듈 상세 Table 4.1 Specification of Sensor Device 1
두 번째 센서 디바이스의 구성은 그림 4.2와 같고, 구현된 하드웨어 사양은 표 4.2와 같다. 센서 디바이스의 MCU는 아두이노 윤 보드를 사용하였다. 아두 이노 윤 보드는 아두이노 우노보다 성능면에서 우수하다. 내부적으로 아두이노 아키텍처와 리눅스를 결합한 유․무선 통신 모듈이 결합된 보드로 USB 통신 뿐 만 아니라 이더넷, 와이파이를 통해 프로그램이 가능하다. 이 디바이스에서는 아두이노 윤 보드의 기능을 최대한 활용하여 리눅스에 영상 서비스가 가능하도 록 설정하고 USB 인터페이스를 통해 웹캠을 연결하여 정지 영상 및 실시간 영 상 스트리밍 서비스를 제공한다.
MQ2 가스 센서는 주변의 가스 누출에 대한 감지하여 해당 토픽으로 브로커 로 전송한다. 가스 누출이 감지되면 부저를 통하여 알람 서비스를 제공한다.
침입 감시와 화재 감시를 위해 모션 및 불꽃 센서 모듈을 통해서 해당 정보 가 감지되었을 경우 영상 정보를 파일로 저장하고 사용자에게 알람 서비스를 제공한다. 뿐만 아니라 원격에서 집안 내부를 웹 브라우저나 모바일폰 브라우 저 통해서 직접 스트리밍 서비스가 제공된다.
그림 4.2 센서 디바이스 2 Fig 4.2 Sensor device 2
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불꽃
화재의 근원 또는 760nm – 1100nm 범위의 파장을 갖는 빛의 근원을 검출할 수 있다. 그림에 보이는 검 은색 부분은 적외선에 민감하다. 모듈의 가변저항을 이용하여 감도를 조절할 수 있다.
가스 (MQ2)
가스 센서는 통상적으로 한가지 이상의 가스를 탐지 할 수 있는데, MQ2 모듈은 내부에 포함된 히터와 센 서로 H2, LPG, CH4, CO, Alcohol, Smoke or Propane 을 검출해낼 수 있는 모듈이다.
적외선
인체는 36.5도의 열을 가지고 있으므로 적외선이 약 10μm의 파장이 나온다. 이것을 감지하여 인체의 움 직임이 감지하는 모듈이다.
Buzzer
디지털 및 아날로그 PWM 출력으로 소리를 낼 수 있 다. 여기에서는 가스 센서의 값에 따라 소리를 출력 하여 내부에서 경보 기능을 제공한다.
Relay
릴레이 모듈은 평범한 디지털 On/Off 스위치로, 높은 전압과 낮은 전압의 5V 컨트롤러의 회로를 제어할 수 있다.
표 4.2 센서 디바이스 2의 센서/액추에이터 모듈 상세 Table 4.2 Specification of Sensor Device 2
세 번째 센서 디바이스는 그림 4.3처럼 구성하였고, 구현된 하드웨어 사양은 표 4.3과 같다. 센서 디바이스의 MCU는 NodeMCU로 사물을 소형화하기 위해 디자인된 ESP8266 WiFi 기반의 개발보드이다. 센서 모듈은 화분 주변의 온습도 정보와 화분의 흙에 수분 상태를 실시간으로 데이터를 수집하여 브로커로 전송 한다. 만약 수분이 부족한 경우 트위터로 정보를 보내주고 원격에서 릴레이를 통해서 모터 펌프를 On/Off 할 수 있다.
그림 4.3 센서 디바이스 3 Fig 4.3 Sensor device 3
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온∙습도 (DHT11)
온도와 습도 정보를 동시에 얻을 수 있는 다기능 센 서로 주변의 조건이 0 ~ 50°C 사이의 온도와 20 ~ 90% 사이의 습도 일 때 정확한 값이 측정한다. 측정 온도 오차는 2°C 측정 습도 오차는 5%이다.
수분 토양에 직접 삽입하여 토양의 수분과 온도를 측정하 는 센서 (센서는 물에 잠기지 않아야 한다.)
Relay
릴레이 모듈은 평범한 디지털 On/Off 스위치로, 높은 전압과 낮은 전압의 5V 컨트롤러의 회로를 제어할 수 있다.
표 4.3 센서 디바이스 3의 센서/액추에이터 모듈 상세 Table 4.3 Specification of Sensor Device 3