졸업작품 프로젝트

소개

팀명: 망서리지마

팀원: 양설희, 김민소, 심현재, 정하영

주제: 스마트 캠퍼스를 위한 공기질 관리 시스템 구축 (20.07 ~ 21.06)

이름: A.I.R (Air InfoRmaiton)

기능: 광운대학교 캠퍼스 주요 시설 내부의 온/습도 및 유해물질의 상태를 파악하여 실시간으로 정보를 제공

1. 개발 배경

최근 코로나19로 인해 실내에 있는 시간이 증가함에 따라 실내 환경에 대한 시도 군 차원의 관심과 각 기업의 관심이 증가하고 있습니다. 또한, 국민의 삶의 질 개선 욕구가 증가함에 따라 부적절한 실내 환경에 대한 우려가 증가 하는 추세입니다.

현존하고 있는 공기질 관련 앱들은 대부분 미세먼지에 대한 수치만 나타내고 있고, 한눈에 알아보기는 쉽지 않습니다. 또한 기상청의 정보를 그대로 가져오는 것들이 많아 특정 지역에 적용하기는 쉽지 않습니다.

2. 개발 내용

1) 공기질 센서에서 취득한 데이터를 가공해 실시간으로 DB에 전송하는 시스템 설계

  - 센서에 대한 펌웨어 설계 및 제작
  - DB와 LoRa Gateway 연결
  - DB의 데이터를 받아와 시각화 작업 진행

2) DB에서 데이터를 분석하고 데이터를 사용자가 인지하고, 공기질 관리 시스템에 쉽게 접근하고 편리하게 사용하도록 하는 앱 개발

  - DB 데이터를 가공해 앱으로 전송
  - 사용자 접근이 쉬운 앱 구조 설계

3. 개념 설계 (구조 설계)

IoT 기능을 가지는 아두이노 기반 센서를 바탕으로 센서에 맞게 펌웨어를 설계한 뒤, 센서로부터 데이터를 받아와 WISE-3610 를 이용해 데이터베이스에 저장된 현재의 공기질 데이터를 보내줍니다.

데이터베이스에 수집된 데이터를 기반으로 사용자가 인지하기 쉽게 정보를 시각화 한 후 Restful 기반의 서버 DB에 저장된 정보를 Restful API를 애플리케이션에서 확인할 수 있도록 하였습니다. 데이터 전송의 기반은 LoRa 통신으로, 비교적 원거리를 지원하여 프로젝트에서 요구하는 지정된 구역 내 온/습도 및 유해물질의 상태를 파악할 수 있게 해줍니다.

4. 역할

성 명	역 할
양 설 희	WISE 1510 센서 보드의 펌웨어 업로드를 위한 프로그램의 세팅과 펌웨어 bin 파일 제작.
김 민 소	웹 서버의 데이터를 RESTFul API를 활용하여 애플리케이션으로 연동. Volley와 Gson를 사용하여 애플리케이션과 웹 간의 Http Connection을 함. 안드로이드 애플리케이션 UI/UX 기획 및 제작.
심 현 재	센서별 코드 제작 및 github에 업로드 후 코드별 작동, 구동을 위한 수정과 센서별로 보드 연결 후 테스트 진행
정 하 영	아두이노 센서의 아날로그 데이터의 가공식 및 활용법 조사 및 펌웨어에서의 적용을 하고 센서를 보드에 연결.

5. 실행화면

현재는 앱을 실행 하여도 위 사진처럼 실행되지 않습니다. 먼저 게이트웨이를 활성화시키고 코드의 웹 서버와 일치하게 ID와 비밀번호를 Http 헤더에 넣어줘야 합니다.

6. 게이트웨이 WISE-3610

무선 IoT LoRa 프라이빗 네트워크 게이트웨이
퀄컴 Atheros 쿼드-코어 ARM Cortex-A7 SoC
빌트인 듀얼 밴드 동시 와이-파이 MU-MINO (2x2)
WAN x1/ LAN X1 Gigabit 이더넷
모드버스 TCP 및 모드버스 RTU 네트워크 통합
Ipsec/L2TP VPN Traffic Encryption
소프트웨어 탑재로 다양한 네트워크 활용 가능
하드웨어 모듈화 설계
오픈WRT BSP 임베디드
웹 UI 유저 인터페이스
더보기: https://www.advantech.co.kr/products/08a68eee-c464-4d08-8e1a-f251e70ab40f/wise-3610/mod_3d1f1d3e-ef7b-4394-b66d-312da675e28c

7. WISE-3610 Software Functionality

WEB GUI를 이용해서 WISE-3610 게이트웨이의 설정들을 변경할 수 있습니다.

8. WISE-1510

M2.COM LoRa IoT Node (LoRa: Long Range)
wireless module
Built-in LoRa / LoRaWAN connectivity
Great for Low Power Wide Range application
더보기: https://www.advantech.co.kr/products/08a68eee-c464-4d08-8e1a-f251e70ab40f/wise-3610/mod_3d1f1d3e-ef7b-4394-b66d-312da675e28c

유해물질을 감시하는 센서를 WISE-1510이 결합된 보드에 장착하여 센서 값을 게이트웨이가 웹 서버로 보내는 방식으로 진행했습니다.

8. Device-On 소개

Device-On에 연결된 IoT 장비를 중앙에서 한번에 관리하게 해주는 소프트웨어 (PaaS)
센서들이 WISE-3610 게이트웨이로 보낸 데이터 값을 실시간으로 모니터링 할 수 있으며 원격으로 소프트웨어 업데이트를 진행하는 등 여러가지 기능을 포함
DB 및 Dashboard 시각화 구현 용이
Restful API를 활용하여 애플리케이션 개발 가능
더보기: https://www.advantech.co.kr/products/550836fd-a062-4780-8416-3b742bc7fb16/deviceondm/mod_167c9c1d-59e6-4ed7-b42c-0029be022cb1

9. 실제 Device-On에서의 sensor값 확인

개인 공부

클라우드 서비스의 종류
- IaaS(Infrastructure as a Service, 아이아스) 서비스로 제공되는 인프라스트럭처로 개발사에 제공되는 물리적 자원을 가상화함 인터넷을 통해 사용자가 원하는 만큼의 ‘인프라’를 활용할 수 있는 방식 음식을 만드는 과정으로 비유하면 요리할 수 있는 가스레인지나 조리도구등의 기본 사항만 제공되고 식재료 및 세팅 수저등은 개인이 준비해야 하는 상황
- PaaS(Platform as a Service) 서비스로 제공되는 플랫폼으로 개발사에 제공되는 플랫폼을 가상화함 개발자들을 위한 클라우드 서비스라고도 하며 개발자가 코드만 개발해서 바로 적용할 수 있도록 리소스가 모두 포함되어있는 플랫폼이 제공되는 형태 IaaS가 기본적인 조리 도구를 빌려주는 개념이라면 PaaS는 재료 까지 준비되어 조리만 하면 되는 상황
- SaaS(Software as a Service) 서비스로 제공되는 소프트웨어로 고객에게 제공되는 소프트웨어를 가상화함 돈을 지불하면 모든 것이 구축된 소프트웨어를 바로 사용할 수 있는 형태로 대중에게 가장 익숙한 방식 SaaS는 음식을 조리하는 것이 아닌 식당에서 음식을 시켜 먹거나 배달 시켜먹는 방법