[Architecture] 구형 건축물에서의 스마트홈 구축 프로젝트 - 기획 및 설계

2022. 2. 2. 16:18·Project/Smart Home
728x90

1. 스마트홈 개요

   스마트홈(Smart Home)은 무선통신, 센서, PC 성능 등 IT 기술이 발전함에 따라 다양한 기술이 융합되어 가전제품을 비롯한 집 안의 모든 장치를 연결해 제어 하는 기술을 뜻한다. 가정 내 모든 사물이 연결되어 얻는 이점으로는 장소의 제약을 받지 않고 가정 내 사물의 상태를 모니터링하거나 제어할 수 있게 되어 가정의 안전과 편리함을 제공하게 된다. 최근 건축되고 있는 신축 아파트는 건축 단계에서부터 이러한 스마트홈 기술이 적용을 고려하여 건축되어지고 있는 추세이다. 오래된 건축물 또한 별도의 스마트홈 장비를 도입하여 환경을 구축할 수 있지만 건축단계에서부터 구축한 스마트홈에 비해 제한적이거나 인프라를 구축하기 위한 비용이 상대적으로 높은 실정이다. 하지만 제한적인 스마트홈일지라도 삶의 질을 향상시키기 위한 장비는 충분하며, 저가의 H/W를 구입하여 구현한다면 비교적 낮은 가격에서도 스마트홈 환경을 구축할 수 있다. 낮은 가격으로 오래된 건축물에서 스마트홈을 구축하기 위해 본 프로젝트에서는 Open H/W와, Sensor를 이용하여 최소의 가격으로 최대의 효과를 얻는 스마트홈을 구축한다. 

 

 

2. 목표 및 계획

 본 프로젝트의 목표는 IoT 인프라가 없는 구형 건축물에서 스마트홈 시스템을 구축하여 삶의 질을 높이는 목표를 갖고 있다. 프로젝트는 크게 4단계(설계 – H/W 및 S/W 구현 – 사용자 Web 구현 – 보안성 강화)로 이뤄질 예정이며, 설계 및 구현의 가이드를 공개하고 프로젝트에서도 이용된 소스코드 또는 패키지파일을 제공하여 연구/개발을 희망하거나 단순 스마트홈 구축을 원하는 사용자에게 보탬이 되고자 한다.

 

 

3. 시스템 개요

 본 프로젝트의 아래의 [그림]과 같은 구조로 이뤄져 있다. 각 센서로부터 아날로그/디지털 형태의 데이터를 Arduino(MCU)가 수신받고 일정한 형태로 가공하여 Raspberry PI(Server)로 Bluetooth를 통해 데이터를 송/수신 한다. 센서의 데이터를 송/수신 받은 Raspberry PI(Server)는 Apach Web을 운용하여 Web 페이지를 통해 사용자가 센서의 상태를 모니터링하거나 제어하는 서비스 형태를 제공한다. 더 나아가 별도의 애플리케이션을 제작하여 집안에서 이뤄지는 각종 이벤트에 대해 알림으로 수신받아 대응할 수 있도록 발전시킬 예정이다.

[그림] 스마트홈 구조

 

 

4. 시스템 설계

 가. 사용 센서

 

  (1) 공기질센서(MQ-135): 집안의 공기질을 측정하기 위한 센서. H3, NOx, 알코올, 벤젠, CO2 등 광범위한 가스 검출이 가능함. 

[그림] MQ-135

  (2) 릴레이 (1채널 / 4채널): 스마트 전등, 멀티탭을 제작하기 위해 전기의 흐름을 제어함. 

 

[그림] 릴레이 1채널

  (3) 초음파센서(HC-SR04): 집안의 출입인원을 카운팅하기 위함.

[그림] HC-SR04

  (4) 온/습도 센서(DHT-11): 집안의 온/습도를 측정하기 위한 센서.

[그림] DHT-11

 

 

 나. MCU

  • Arduino Nano: 센서로부터 데이터를 수신하고 처리하기 위함. 각 센서의 크기를 고려하여 컴팩트한 사이즈로 선택. 

 

다. Server 

  • Raspberry PI : 각 센서들의 데이터를 수신받고, 웹 서버를 운영하여 사용자가 센서를 모니터링하고 제어하기 위함.
  • Raspbian OS (Debian Linux) : Raspberry PI의 운영체제. 

 

 라. Communication

  아래 [그림]은 IoT의 네트워크 구조이다. 본 프로젝트에서는 피제어기의 데이터를 IoT 서버로 송신하고 IoT 서버에서는 웹 서비스를 운용하여 제어기(Web/App)에서 제어하는 서버-클라이언트 구조로 운용한다.

[그림] IoT 네트워크 구조

  • Sensor - MCU: 시리얼 통신을 통해 데이터를 송/수신함. (유선통신)

 

  • MCU - Server: Bluetooth(HC-06) 모듈을 이용하여 데이터를 송/수신함. (무선통신)

 

 마. 데이터 구조

 - 

 

 바. 사용자 제어 및 관제 방법

  사용자가 센서의 상태를 확인하고 제어하기 위한 Web과 App을 제공한다. Web과 App을 통해 사용자는 센서의 상태를 확인하거나 명령을 내려 원격으로 제어하고 가정내 우발상황에 대해 푸시 알람을 수신하여 빠르게 대응할 수 있게 된다.

 

사. 보안대책

  • 접근제어 (ID)
  • 네트워크 보안

 

 

※ 본 게시글의 정보가 잘못 되었거나 부족한 부분에 대한 피드백을 환영합니다.

※ 본 프로젝트는 오픈소스 프로젝트로 인용 /수정 /사용을 허용합니다. 

 

 

* CopyRight 2022. Jay Park All rights reserved.

728x90
저작자표시 비영리 변경금지 (새창열림)

'Project > Smart Home' 카테고리의 다른 글

[Communication] 구형 건축물에서의 스마트홈 구축 프로젝트 - 블루투스 통신  (0) 2022.04.01
[Environment] 구형 건축물에서의 스마트홈 구축 프로젝트 - 개발환경 구성  (0) 2022.02.02
'Project/Smart Home' 카테고리의 다른 글
  • [Communication] 구형 건축물에서의 스마트홈 구축 프로젝트 - 블루투스 통신
  • [Environment] 구형 건축물에서의 스마트홈 구축 프로젝트 - 개발환경 구성
dev.parkjh
dev.parkjh
Jay Blog. Github: https://github.com/GreatPark96
  • dev.parkjh
    0과 1을 공부하다.
    dev.parkjh
  • 전체
    오늘
    어제
    • 분류 전체보기 (114)
      • Profile (2)
      • Paper (6)
      • Column (3)
      • Project (8)
        • Smart Home (3)
        • 3D Printing (5)
      • Front-End (0)
        • Web (3)
      • Back-End (8)
        • API (1)
        • DB (1)
        • Laravel (4)
      • Language (16)
        • Kotlin (11)
        • C, C++ (3)
        • JAVA (0)
        • python (2)
      • System (28)
        • Server (15)
        • Security (1)
        • Network (1)
        • Linux (8)
        • Cloud (3)
      • ETC (34)
        • Book Recommend (Computer) (3)
        • IoT (7)
        • BlockChain (7)
        • ETC (17)
      • My YOLO (1)
      • Note (4)
  • 블로그 메뉴

    • 홈
    • 태그
    • 방명록
  • 링크

  • 공지사항

  • 인기 글

  • 태그

    gitlab
    ci/cd
    코틀린개발환경
    Kotlin
    kubernetes
    3D
    리눅스 파일동기화
    github
    Notification
    work hour
    3D프린터
    ncp container registry
    nas
    Jenkins
    데이터 직렬화 포맷
    docker container
    docker
    3d프린터 초보
    C언어
    git
    linux job
    3D프린터 입문
    3D모델링
    coderabbit
    Database
    네이버클라우드
    NAS HDD교체
    docker private register
    data serialization formats
    ai code review
  • 최근 댓글

  • 최근 글

  • hELLO· Designed By정상우.v4.10.3
dev.parkjh
[Architecture] 구형 건축물에서의 스마트홈 구축 프로젝트 - 기획 및 설계
상단으로

티스토리툴바