KR20170097388A - 아두이노 및 크로스 플랫폼을 이용한 스마트 홈 시스템 - Google Patents

Abstract

아두이노 및 크로스 플랫폼을 이용한 스마트 홈 시스템이 개시된다. 오픈소스 기반을 둔 cocos2d-x를 사용하며 IoT를 직접 구현해 볼 수 있는 장점이 있으며 앱을 활용하여 직접 센싱 된 정보를 확인하고 온도 설정을 통하여 Fan을 자동으로 동작시키도록 구성된다. 또한, 앱으로 직접 다양한 LED색을 제어하여 ON/OFF를 할 수가 있다. 또한, 알람 기능을 통하여 원하는 시간대에 LED과 Fan, 알람을 조절하도록 구성된다. 스마트 홈 시스템을 통해서 IoT 추세를 이해하고 스마트하게 집의 시설을 조절 할 수가 있다. 애플리케이션을 사용한 스마트홈 구축은 집안의 환경정보를 확인 할 수 있고 제어할 수 있는 편의성을 갖추게 해주도록 구성된다.

Description

아두이노 및 크로스 플랫폼을 이용한 스마트 홈 시스템{SMART HOME SYSTEM USING ARDUINO AND CROSS PLATFORM}

본 발명은 스마트 홈 시스템에 관한 것으로서, 구체적으로는 아두이노 및 크로스 플랫폼을 이용한 스마트 홈 시스템에 관한 것이다.

최근 IT업계의 중요 트렌드 중 하나인 하드웨어와 소프트웨어의 효과적인 결합을 통한 사물인터넷이다. 사물인터넷은 인터넷을 통신망으로 사용하는 다양한 장치들이 상호 간 정보를 교환 및 생성하여 유용한 정보 및 새로운 형태의 정보를 생성하고 다양한 장치에 의하여 생성된 정보는 새로운 정보 및 가치를 창출한다. 실제로 애플, 구글, 마이크로소프트, 삼성전자 등 여러 글로벌 기업들은 하드웨어와 소프트웨어를 융합한 경쟁력 있는 제품을 만들기 위해 사력을 다하고 있다. 사물 인터넷을 활용하기 위하여 MCU는 아두이노를 활용하였다. 아두이노는 오픈 하드웨어 플랫폼을 표방하여 누구나 손쉽게 전기 전자 장치 개발을 가능하게 하는 디바이스다. 아두이노가 가지고 있는 하드웨어 기능들은 산업현장에서 적용 가능한 기술이며 사용하는 SW언어는 C를 사용하고 있어 현장 적용에 많은 도움을 가지고 있다. 모바일 애플리케이션은 cocos2d-x엔진을 사용하여 개발되었다. 현재 모바일 앱은 안드로이드와 아이폰용으로 크게 2가지의 플랫폼에서 동작하는 형태이다. 개발을 진행하는데 지속해서 모바일 플랫폼이 업데이트되면서 개발표준에 각각 따라가야 하므로 많은 어려움이 발생하고 있다.

본 발명의 목적은 아두이노 및 크로스 플랫폼을 이용한 스마트 홈 시스템을 제공하는 데 있다.

상기 본 발명의 목적에 따른 아두이노 및 크로스 플랫폼을 이용한 스마트 홈 시스템은, 오픈소스 기반을 둔 cocos2d-x를 사용하며 IoT를 직접 구현해 볼 수 있는 장점이 있으며 앱을 활용하여 직접 센싱 된 정보를 확인하고 온도 설정을 통하여 Fan을 자동으로 동작시키도록 구성된다.

또한, 앱으로 직접 다양한 LED색을 제어하여 ON/OFF를 할 수가 있다. 또한, 알람 기능을 통하여 원하는 시간대에 LED과 Fan, 알람을 조절하도록 구성된다.

스마트 홈 시스템을 통해서 IoT 추세를 이해하고 스마트하게 집의 시설을 조절 할 수가 있다.

애플리케이션을 사용한 스마트홈 구축은 집안의 환경정보를 확인 할 수 있고 제어할 수 있는 편의성을 갖추게 해주도록 구성된다.

상술한 아두이노 및 크로스 플랫폼을 이용한 스마트 홈 시스템에 의하면, 오픈 소스를 활용한 스마트 홈은 제작비용을 감소 시킬 수 있을 것이며, 원 소스 멀티 디바이스를 기반한 크로스 플랫폼을 활용하여 모든 스마트폰에서 사용 할 수 있는 확장성을 갖출 수 있다.

그리고 크로스 플랫폼을 사용함으로써 원 소스, 멀티디바이스를 구현할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 아두이노 및 크로스 플랫폼을 이용한 스마트 홈 시스템의 구성도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 아두이노 및 크로스 플랫폼을 이용한 스마트 홈 시스템의 구성도이다.

아두이노는 오픈소스를 기반으로 한 단일 보드 마이크로컨트롤러로 완성 된 보드(상품)와 관련 개발 도구 및 환경을 말한다. 처음에 AVR을 기반으로 만들어졌으며, 아트멜 AVR 계열의 보드가 현재 가장 많이 판매되고 있다. ARM 계열의 Cortex-M0(Arduino M0 Pro)과 Cortex-M3(Arduino Due)를 이용한 제품도 존재한다.

아두이노는 다수의 스위치나 센서로부터 값을 받아들여, LED나 모터와 같은 외부 전자 장치들을 통제함으로써 환경과 상호작용이 가능한 물건을 만들어 낼 수 있다. 임베디드 시스템 중의 하나로 쉽게 개발할 수 있는 환경을 이용하여, 장치를 제어할 수 있다.

아두이노는 통합 개발 환경(IDE)을 제공하며, 소프트웨어 개발과 실행코드 업로드도 제공한다. 또한 어도비 플래시, 프로세싱, Max/MSP와 같은 소프트웨어와 연동할 수 있다.

아두이노의 가장 큰 장점은 마이크로컨트롤러를 쉽게 동작시킬 수 있다는 것이다. 일반적으로 AVR 프로그래밍이 AVRStudio(Atmel Studio로 변경, ARM 도구 추가됨)와 WinAVR(avr-gcc)의 결합으로 컴파일하거나 IAR E.W.나 코드비전(CodeVision)등으로 개발하여, 별도의 ISP 장치를 통해 업로드를 해야하는 번거로운 과정을 거쳐야 한다. 이에 비해 아두이노는 컴파일된 펌웨어를 USB를 통해 쉽게 업로드 할 수 있다. 또한 아두이노는 다른 모듈에 비해 비교적 저렴하고, 윈도를 비롯해 맥 OS X, 리눅스와 같은 여러 OS를 모두 지원한다. 아두이노 보드의 회로도가 CCL에 따라 공개되어 있으므로, 누구나 직접 보드를 만들고 수정할 수 있다.

아두이노가 인기를 끌면서 이를 비즈니스에 활용하는 기업들도 늘어나고 있다. 장난감 회사 레고는 자사의 로봇 장난감과 아두이노를 활용한 로봇 교육 프로그램을 학생과 성인을 대상으로 북미 지역에서 운영하고 있다. 자동차회사 포드는 아두이노를 이용해 차량용 하드웨어와 소프트웨어를 만들어 차량과 상호작용을 할 수 있는 오픈XC라는 프로그램을 선보이기도 했다.

최근 모바일 개발의 추세는 원 소스, 멀티플랫폼이다. 원 소스, 멀티플랫폼은 하나의 소스로 여러 플랫폼을 지원함으로써 개발 기간을 단축하고 생산성을 높인다. 이에 속도가 빠르고 게임 개발자에게 가장 익숙한 적합한 언어는 C++이다. 주력 언어를 그대로 사용하면서 여러 플렛폼을 지원할 수 있는 엔진을 찾던 중 Cocos2d-x 엔진을 찾게 되었다.

Cocos2d-x의 가장 큰 특징은 영화용어로 클래스셋을 구현해 두었다는 점이다. CCDirector은 씬(scene)을 만들고 하나의 장면은 여러 CCLayer와 CCSprite로 구성된다는 식이다. 이는 접근성을 높이고 연상이 쉽게 되어 개발할 때 정말 유용한 듯 하다.

cocos2d-x에 가장 큰 장점은 동시에 다양한 플랫폼으로 결과물을 만들 수 있다는 것이다. ios, android, window phone, black berry처럼 Mobile Platform 뿐만 아니라, win32, windows8, Mac OS X, Linux 같은 PC 플랫폼으로도 포팅이 가능하다고 한다.

대부분 c++로 개발을 하지만 Lua나 자바스크립트처럼 다양한 개발언어도 지원하고 있고, 또한 HTMLS를 사용하여 웹 버전으로도 개발이 가능하다.

아두이노를 사용하기 위한 IoT 서비스는 WiFi 네트워크를 기반으로 하고 있다. 아두이노와 서버, 모바일 앱은 모두 하나의 WiFi안에서 연결이 되어 있어야만 한다. 그 이유는 아두이노는 원거리 통신을 사용하기 위해 WiFi Shield을 사용하였으며, 이러한 통신의 기반은 로컬 서버를 기준으로 작업이 되었다. 따라서 무료의 서버를 사용하기 위해서는 하나의 망에서만 조작이 되어야한다.

아두이노는 총 2개가 이용이 되었으며 각각의 아두이노들은 전원이 따로 공급이 되어야한다. 전원이 들어오면 미리 프로그래밍된 상태에서 서버에 접속하게 되고 모바일 앱을 통한 조작이 가능하게 된다. 첫 번째 아두이노는 Fan, TFT LCD, 온도 센서가 Bread Board에 연결이 되었으며 전원이 공급 시 앱을 통한 작동이 각각 가능하게 된다. 두 번째 아두이노 전등 안에 들어가게 되며 이것 역시 앱을 통하여 LED on/off가 가능하게 된다.

cocos2d-x는 우선적으로 android 기반의 환경에서 시험 되었으며 Galaxy note2에서 이식되어 확인이 되었다. 그 외에도 우선적인 환경은 android만을 우선시하여 작업이 되었다.

위 두 조건들을 만족하게 된다면 아두이노는 각각의 IoT로 구성이 되어 cocos2d-x로 구성된 application으로 조작을 할 수 있게 된다.

시스템 요구사항에 도출된 요구를 기반으로 스마트홈을을 구축하고 도시한다. 두 개의 아두이노들은 먼저 지정된 와이파이에 접속을 하여 연결을 하게 된다. 첫 번째 아두이노에는 센싱을 위해서 온도 센서를 사용한다. 센싱 된 온도 정보는 Linux 서버와 http방식을 사용하여 post 방식으로 정보를 보내게 된다. 성공적으로 정보를 보내게 되면 server에서는 MySQL을 사용한 Data Base에 저장이 된다. 이때 매초마다 온도 정보를 보내게 되면 많은 양의 데이터가 쌓일 수 있으므로 온도가 다른 경우에만 저장이 되게 프로그래밍 되었다. 이렇게 쌓인 DB는 가장 마지막 값을 다시 아두이노에게 보내면 아두이노는 그 값을 받아 TFT LCD에서 현재 온도 값을 보여주게 된다. 지정온도 (SET TEMPERATURE)는 앱에서 설정하여 json방식으로 server로 전송하게 된다. 마찬가지로 값을 전송하게 되면 그 값들을 다른 table인 data base에 저장이 되고 가장 마지막 값을 아두이노에게 보내면 그 값을 TFT LCD에서 보여주게 된다.

Fan의 조작방식은 PWM 방식으로 조절되게 된다. 앱에서 on/off를 할 수가 있으며 특정한 숫자를 보내게 되면 그에 맞게 설정되어 Fan의 on/off가 결정이 된다. 또한 자동 기능으로서 현재온도가 설정한 온도보다 높으면 Fan이 자동으로 돌아가게 된다.

두 번째 LED 램프를 위한 아두이노는 자체적으로 Web Server를 구성하여 동작을 하게 된다. HTML로 간단하게 구성이 되었으며 웹에서도 직접 접속하여 LED의 on/off를 할 수 있게 된다. 이 방식에서는 http의 get방식이 사용 되었다. 앱에서는 get방식이 사용되었기 때문에 web server에 미리 색깔별로 지정된 url을 아두이노 자체 server에 보내게 되면 그에 맞는 LED색이 on/off가 된다.

Cocos2d-x를 활용하여 One Source, Multi Platform을 구현한다. C++언어를 사용하여 사용자가 Arduino의 sensing 되어진 정보값을 사용자가 확인 할 수 있게 표시한다. 사용자가 원하는 정보가 저장된 화면을 이동하면 앱은 각 정보의 DataBase를 서버에게 전달 받아 표시한다.

이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (2)

1. 하나의 오픈 소스(open source)에 기반한 다수의 디바이스(device);
   상기 다수의 디바이스의 동작와 연계하여 동작하는 크로스 플랫폼(cross platform)을 포함하고,
   상기 크로스 플랫폼은,
   센서의 센싱값을 상기 디바이스에 제공하고, 상기 디바이스의 구동값에 의해 구동 장치를 구동하도로 구성되는 아두이노 및 크로스 플랫폼을 이용한 스마트 홈 시스템.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 크로스 플랫폼은,
   스마트 홈(smart home) 구축을 위한 구성인 것을 특징으로 하는 아두이노 및 크로스 플랫폼을 이용한 스마트 홈 시스템.

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